Robert Promok,
"Optimierung und Design eines 100 kW Traktionsumrichters mit SiC-MOSFETs"
, 2024
Original Titel:
Optimierung und Design eines 100 kW Traktionsumrichters mit SiC-MOSFETs
Sprache des Titels:
Deutsch
Original Kurzfassung:
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Simulation, Dimensionierung und dem Entwurf eines Leistungswechselrichters mit SiC-MOSFETs als Traktionsumrichter für ein elektrisches Fahrzeug. Ziel ist es, die Vorteile von SiC (höhere Schaltfrequenzen, geringere Schaltverluste)
zu nutzen, um einen effizienten und leistungsfähigen Wechselrichter zu realisieren. Verschiedene Eigenschaften wie die Wirkungsgrade bei verschiedenen Schaltfrequenzen werden mit einem vergleichbaren herkömmlichen IGBT-Wechselrichter gegenübergestellt.
In der Einleitung (Kapitel 1) wird die zugrunde liegende Problemstellung erklärt, aus der die Masterarbeit hervorgegangen ist. Kapitel 2 vermittelt die grundlegenden Kenntnisse, die für ein Verständnis der Arbeit erforderlich sind.
In Kapitel 3 erfolgt ein Vergleich möglicher Wechselrichtertopologien wie beispielsweise 2-Level oder 3-Level Konfigurationen. Diese werden hinsichtlich des Wechselrichter- und Motorwirkungsgrads untersucht. Im nächsten Schritt wird in Kapitel 4 eine Simulation des Gesamtsystems bestehend aus Batterie, Wechselrichter und Motor durchgeführt. Diese kombinierte Simulation wird mithilfe des Motorsimulationsprogramms SyMSpace und dem Schaltungssimulator LTspice aufgebaut. Mit der Simulation lassen sich Erkenntnisse hinsichtlich der Wirkungsgrade aller relevanten Komponenten feststellen.
Die Auslegung und das Design der Hardware erfolgt in Kapitel 5. Dort werden die einzelnen Komponenten des SiC-Wechselrichters wie Gatetreiber-Platine, Strommessung und DC-Link-Kondensator ausgelegt, sowie der Entwurf und die Fertigung der Platinen beschrieben. Für die Inbetriebnahme des Wechselrichters wird die Softwaretoolbox X2C innerhalb von Matlab®- Simulink® für den Mikrocontroller verwendet. Dieser Prozess erfolgt in Kapitel 6. Nach der Inbetriebnahme der Hardware werden in Kapitel 7 Messungen am selbst entwickelten SiC-Wechselrichter und dem Referenz-IGBT-Wechselrichter durchgeführt und miteinander verglichen. Im ersten Teil wird das Schaltverhalten der beiden Wechselrichter analysiert. Danach
werden die Wirkungsgrade von Wechselrichter, Motor und Gesamtsystem aus einer Prüfstandmessung gegenübergestellt und diskutiert.
Abschließend erfolgt in Kapitel 8 die Diskussion der Ergebnisse und die Vorstellung potenzieller zukünftiger Schritte.
Forschungs-