Errergersystem Synchrongenerator

Entwicklung eines digital geregelten, passiv gekühlten Erregersystems für Synchrongeneratoren in Schiffsbordnetzen

Digital geregelte Netzteile finden durch ihre Vielzahl an Vorteilen in immer 澳门皇冠_皇冠足球比分-劲爆体育 Bereichen Einsatz. Auch für Erregersysteme von Synchronmaschinen wiegen die Vorteile die erh?hten Entwicklungskosten auf. Diese liegen in der besseren Kontrolle über die Regelung an sich, aber auch im Bereich einer überlagerten Steuerung, Wartung und Zuverl?ssigkeit. Hier k?nnen Betriebszust?nde überwacht und aufgezeichnet werden, um an ein steuerndes System gemeldet zu werden und so die Ausfallsicherheit zu verbessern.

Im Zuge eines Verbundprojektes soll ein digital geregeltes Erregersystem mit 2,5 kW Ausgangsleistung für Synchrongeneratoren mit bis zu 50 MW entwickelt werden. Es wird für den Betrieb in Schiffsbordnetzen konzipiert und soll bereits vorhandene Systeme ersetzen k?nnen. In Abb. 1 ist der Systemaufbau schematisch dargestellt.

Eine wichtige Voraussetzung ist die rein passive Kühlung, um auf fehleranf?llige mechanische Komponenten verzichten zu k?nnen. Ebenso sollen bis zu drei der zu entwickelnden Leistungsteile parallel geschaltet werden k?nnen, um die Ausgangsleistung zu erh?hen oder Redundanz zu schaffen. Durch die Anforderung, vorhandene Systeme ersetzen zu k?nnen, ist als Bauform ein 19“-Geh?use mit 1,5 HE vorgegeben. Dies begrenzt die verfügbare Kühlfl?che auf die beiden Au?enseiten des Ger?tes.

?berschlagsrechnungen und Simulationen in der ersten Projektphase zeigten bereits, dass die anfallende Verlustleistung der begrenzende Faktor für die Ausgangsleistung des Systems sein wird. Daher liegt ein Fokus darauf, diese zu minimieren und mit den verfügbaren Kühlm?glichkeiten bestm?glich abzuführen.

Die Verwendung eines ?interleaved“-Konzeptes erm?glicht es, die Leistungshalbleiter auf die beiden Kühlk?rper zu verteilen, was vorteilhaft für die Abführung der W?rme ist. Durch die resultierende Aufteilung des Laststromes k?nnen die Leistungshalbleiter au?erdem kleiner ausgelegt werden.

In einer Simulation wurden zun?chst nur die Verluste eines der beiden Leistungsschaltermodule betrachtet. In Abb. 2 sind die Ergebnisse für den Einsatz eines Si-IGBT Moduls dargestellt. Zu sehen sind die Temperatur eines Leistungshalbleiters, des Kühlk?rpers sowie die Verlustleistung, aufgeteilt in Durchlass- und Schaltverluste. Es wurden kleinere Zeitkonstanten gew?hlt, um nach kürzerer Zeit den Gleichgewichtszustand zu erreichen. Die Endtemperatur von über 100 °C zeigt, dass die Grenzen der Kühlleistung erreicht werden und eine weitere Leistungssteigerung ohne weiteres nicht m?glich sein wird. Im realen Aufbau würden zus?tzliche Verluste durch den Gleichrichter entstehen.

Ein vielversprechender Optimierungsansatz w?re der Einsatz von SiC-MOSFETs anstatt der Si-IGBTs. Diese bieten wesentlich geringere Schaltverluste und, bei geringeren Str?men, kleinere Durchlassverluste. Abb. 3 zeigt die Temperatur sowie die Schalt- und Durchlassverluste eines gleichwertigen SiC-MOSFET Moduls. Unter den gleichen Einsatzbedingungen ist eine deutliche Reduzierung der Abw?rme durch die geringeren Verluste zu erkennen.

Es k?nnte also eine Steigerung der Ausgangsleistung nur mit dem Austausch der Leistungsschalter durch moderne SiC-Bauelemente erreicht werden.