Sechsphasiger SiC-Inverter Prüfzeiten für Wickelgüter drastisch verkürzt

Mit dem HSI6 hat tetranes einen Prüfumrichter entwickelt, der den zeitlichen Testaufwand für Wickelgüter um den Faktor 5 bis 20 reduziert, ohne dabei die tatsächliche Belastung der Isolation zu verändern.

Wickelgüter sind ein unverzichtbarer Baustein in nahezu allen elektrischen Produkten. Die Qualität und die Lebensdauer der nur wenige mikrometerdünnen Isolationsschichten werden üblicherweise im Labor geprüft. Die tetranes GmbH hat dafür einen Prüfumrichter entwickelt, mit dem sich die Testlaufzeit in der Regel um den Faktor fünf bis zwanzig verkürzen lässt.

Ob Energieübertragung, Elektromobilität oder Transformatorenbau – in nahezu allen leistungselektronischen Geräten stecken induktive Bauelemente, genauer Spulenkörper, welche mit einem elektrisch isolierten Draht umwickelt sind und ein magnetisches Feld bei Stromfluss erzeugen. In der Praxis zeigen sich häufig überdimensionierte Drahtisolationen, aufgrund fehlender Auslegungsalternativen. Darüber hinaus werden die Einflüsse auf das Isolationssystem in der Regel unterschätzt und im schlimmsten Fall missachtet.

Neben mechanischen und thermischen Einflüssen sind es vor allem elektrische Spannungstransienten, also die Schaltwechsel pro Zeiteinheit, welche der Isolierschicht auf Dauer zusetzen. Um die Haltbarkeit der Isolierung über die gesamte Lebensdauer zu gewährleisten, bedürfen Wickelgüter Echtzeitbelastungstests in einer statistisch belastbaren Anzahl.

Diese zeitintensive Evaluation kann bei elektrischen Maschinen beispielsweise 5.000 Stunden betragen, wodurch Aussagen über die Erfüllbarkeit von Mindestanforderungen und mögliche Design-to-Cost-Maßnahmen erst nach mehr als einem halben Jahr getroffen werden können. Treten Defekte dabei erst gegen Ende der Testreihe auf, bedeutet dies eine erhebliche Verzögerung für die Markteinführung.

Testaufwand um Faktor 5 bis 20 reduzieren

Mit dem HSI6 (Hyper-SiC-Inverter 6-phase) hat tetranes nun einen Prüfumrichter entwickelt, der den zeitlichen Testaufwand um einen Raffungsfaktor von 5 bis 20 reduziert, ohne dabei die tatsächliche Belastung der Isolation zu verändern. Im kompakten 19 Zoll Gehäuse (4 HE) des HSI6 steckt eine High-End-Leistungselektronik auf Basis von SiC-Leistungstransistoren. Anstatt der sonst üblichen Schaltzyklen von 8 bis 20 kHz gibt dieser universelle Stromrichter auf sechs Ausgangsphasen Wechselspannungen mit Schaltfrequenzen bis 200 kHz aus.

Zum Einsatz kommen dabei wahlweise 2-Level-Leistungsmodule mit 1.200 Volt oder 1.700 Volt Sperrspannung, die Zwischenkreisspannungen bis 850 Volt respektive 1.200 Volt erlauben. Dank integrierter Sensoren für Strom, Spannung und Temperatur kann die leistungsfähige, FPGA basierte Steuer- und Regeleinheit individuell für die unterschiedlichsten Aufgaben programmiert werden.

Eigene Applikationen lassen sich so über modellbasiertes Programmieren implementieren (Rapid Prototyping). Durch die wassergekühlte Leistungselektronik kann der HSI6 dauerhaft im Prüffeld betrieben werden.

Typisches Einsatzgebiet des HSI6 ist die Bestromung von Statoren, um diese gezielt und beschleunigt zu altern. Des Weiteren kann der HSI6 als Antriebswechselrichter für Motoren aber auch als Prüfwerkzeug für Wechselrichter, zur Abbildung einer elektronischen Last mit variablen Spannungen, Strömen und Frequenzen verwendet werden.

Hintergrund zu tetranes

Die tetranes GmbH, mit Sitz in Bad Neustadt an der Saale, besteht seit 2021 und ist eine akademische Ausgründung aus dem Technologietransferzentrum Elektromobilität, einem Institut der Technischen Hochschule Würzburg-Schweinfurt. Ziel ist es neue wissenschaftliche Erkenntnisse und Methoden durch innovative Produkte und Dienstleistungen für den Markt tatsächlich nutzbar zu machen.

Als exklusiver Dienstleistungspartner der Schmidbauer GmbH bei der Herstellung passgenauer und kundenspezifischer Wickelgüter, sorgen sie gemeinsam für eine gesteigerte Anlagenausfallsicherheit und steigern somit die Effizienz ihrer Kunden. Vertreter von tetranes können Sie auf der PCIM in Nürnberg (Halle 6, Stand 370) und der CWIEME in Berlin (Stand 62B50) treffen. (jw)

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