Verbundprojekt EffekTra (Effiziente elektrische Traktionsumrichter mit innovativen Leistungshalbleitermodulen)

EffekTra (Förderkennzeichen: 19U14003C)

Ziel des Projektes ist die Optimierung des Umrichters für Triebfahrzeuge, welcher die Schlüsselkomponente zwischen der Antriebsmaschine und dem Bahnnetz darstellt (grün in der Grafik hinterlegt). Durch die Optimierung wird der Oberschwingungsgehalt des Eingangsstromes reduziert, wodurch es möglich ist einen Netztransformator mit geringeren Verlusten zu integrieren. An der Uni wird dafür ein innovativer kaskadierter Multilevel-Umrichter erforscht. Dieser Aufbau (Vgl. Grafik) bietet neben der Reduktion der Oberschwingungsströme deutliche Vorteile im Kurzschlussfall gegenüber dem herkömmlichen Zweipunktumrichter. Am Lehrstuhl werden die Auslegung und die Ansteuerung des Multilevel-Umrichters untersucht. Dieses erfolgt zum Einen simulativ mit MatLab. Zum Anderen wird ein Modellumrichter aufgebaut, um die Ergebnisse zu validieren.

In einem weiteren Arbeitspaket wird das Einschaltverhalten von HV-IGBTs in Hinblick auf deren Ansteuerung untersucht. Dazu werden Simulationen und Messungen getätigt, bei denen der Self Turn-On Effekt untersucht und beschrieben wird. Der Effekt bewirkt ein selbstständiges Aufsteuern des IGBTs während der Einschaltflanke und entsteht durch eine Ansammlung von Ladungsträgern unterhalb des Gates. Diese grundlegenden Erkenntnisse bieten die Möglichkeit bisher unerklärte Phänomene im Kurzschlussfall 1 und 2 zu identifizieren. Weiterhin ist es möglich dadurch entstehende Stromfehlverteilungen zwischen parallelgeschalteten IGBTs zu verstehen und sinnvolle Gegenmaßnahmen einzuleiten.

Das Projekt wird in Kooperation mit Siemens und Infineon durchgeführt und durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.