MA – Entwicklung einer weich schaltenden Umrichterzelle

Entwicklung einer weich schaltenden Umrichterzelle und deren Integration in Multilevel-Topologien unter Berücksichtigung von Si / SiC Mischbestückung

Kurzzusammenfassung

Die vorliegende Arbeit diskutiert ein Konzept für einen weich schaltenden Umrichter mit Multilevel-Integration. Der Umrichter wird konzeptionell in einer Umrichterzelle und hin-sichtlich der Integration in eine Multilevel-Topologie diskutiert. Bezüglich der Umrichterzelle werden verschiedene Topologien hinsichtlich der anfallenden Verlustleistung beur-teilt. Für die Multilevel-Integration stellt diese Arbeit ein Konzept vor, das auch im Hin-blick auf verschiedene Halbleitertechnologien diskutiert wird.

Das Konzept der Multilevel-Integration erlaubt neben verlustarmen Schaltvorgängen auch die Reduzierung der Spannungsbelastung der Leistungstransistoren. Um die auftretende Problematik der Stabilisierung des Multilevel-Zwischenkreises zu lösen, wird eine technische Erweiterung des Konzeptes mit entsprechendem Steuerverfahren vorgestellt. Zur Verifizierung der theoretischen Überlegungen wird ein Prototyp implementiert. Aus der Inbetriebnahme und Messungen ergibt sich die Folgerung, dass das Konzept die Funktionsfähigkeiten für einen weich schaltenden Umrichter vollständig besitzt.

Abstract

This present thesis discusses a concept for a soft switching inverter with multilevel inte-gration. The inverter is discussed conceptually in a inverter cell and with regard to integra-tion in a multilevel topology. With regard to the inverter cell, different topologies are as-sessed with regard to the occurred power loss. This thesis presents a concept for multilevel integration that is also discussed with regard to various semiconductor technologies.

In addition to low-loss switching processes, the concept of multilevel integration also en-ables the voltage load on the power transistors to be reduced. In order to solve the prob-lem of stabilizing the multilevel intermediate circuit, a technical extension of the concept with a corresponding control method is presented. To verification the theoretical consid-erations is a prototype implemented. From the commissioning and measurements results in the conclusion that the concept has the functional capabilities fully for a soft-switching inverter.

Bearbeiter: Yan Zhou

Betreuer: Nikolai Weitz

Für Studienfächer: EEI, Mechatronik

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März