Beschreibung

Modulare Multilevelumrichter

Ziel dieser Forschungsarbeit ist die optimale Dimensionierung und Betriebsführung von modularen Multilevelumrichter. Der Umrichter selbst besteht aus einzelnen Zellen mit Halb- oder Vollbrücken an einer Kapazität, die sich zu Zweigen durch eine Serienschaltung verbinden lassen. Diese Zweige wiederum können zu unterschiedlichen Umrichterkonfigurationen, je nach Phasenzahl von Quelle und Verbraucher, verschaltet werden. Im Rahmen des Forschungsprojekts sollen verschiedene Umrichterkonfigurationen für unterschiedliche Anwendungsfälle untersucht werden. Insbesondere eine optimale Regelung und Symmetrierung der Kondensatorspannungen innerhalb des Umrichters stehen im Vordergrund des Vorhabens.

Durch den Einsatz von gleichartigen Zellen erreicht man ein Höchstmaß an Modularität und Skalierbarkeit. So kann ein Hochspannungsumrichter aus konventionellen industriellen Bauelementen aus dem Niederspannungsbereich aufgebaut werden. Durch die Multilevelstruktur werden sehr niedrige Spannungs- und Stromoberschwingungen erreicht, wodurch der Filteraufwand deutlich reduziert werden kann.

Am Elektrotechnischen Institut werden Prototypen des modularen Multilevelumrichters aufgebaut, die als Netzkupplungen, Motorumrichter oder Kompensationseinrichtungen im Niederspannungsbereich dienen sollen. Das Kernstück des Umrichtersystems bilden Module, deren Halbleiterschalter aus MOSFETs mit sehr niedrigem Durchlasswiderstand und deren Speicher aus Elektrolytkondensatoren mit einer Nennspannung von 160V bestehen.

Die Zweigeinheit besteht aus der Brückenschaltung am Kondensator, einer geeigneten potentialgetrennten Gateansteuerung, einer Spannungsmesseinrichtung sowie einer Spannungsversorgung, welche diese Zell-internen Komponenten aus dem lokalen Speicher versorgt.