Ziel dieser Diplomarbeit war es, einen bestehenden Prototypen eines Hochfrequenzumrichters der Firma Mecos Traxler AG bezüglich der EMV-Richtlinien (Elektromagnetische Verträglichkeit) zu überprüfen. Weiter ging es darum, die EMV des Prototypen mit entsprechenden Massnahmen (Filter, Bauteilanordnung) zu verbessern.

Zu Beginn unserer Arbeit galt es die anzuwendenden Normen auszuwählen. Für Umrichter besteht eine Produktnorm (EN-61800-3), die zwingend eingehalten werden muss. Aus Kundensicht ist es aber wichtig, dass der Umrichter die geltenden Normen seiner Anlage einhält, welche in unserem Fall die EMV-Fachgrundnormen Industriebereich (EN 50081-2 und EN 61000-6-2) sind. Wir versuchten uns in die Situation des Kunden wie auch des Herstellers zu versetzen. Der Hersteller möchte den Aufwand für die Zertifizierung so gering als möglich halten, aus markttechnischen Überlegungen muss er den Kundenwunsch aber in den Vordergrund stellen. Aus diesen Gründen entschieden wir uns, den MECOS-Hochfrequenzumrichter nach allen oben genannten Normen zu prüfen.

Nach mehreren Messungen und Überarbeitungen des Umrichters konnten die Grenzwerte eingehalten werden. Zu den Überarbeitungen gehörten Aufbauänderungen sowie der Ersatz des Eigenbaufilters durch ein Standardnetzfilter.

Während den Messungen wurde bei hohen Lastströmen eine Resonanzschwingung im Zwischenkreis festgestellt. Diese wird hauptsächlich durch den konzeptionellen Aufbau des MECOS-Hochfrequenzumrichters verursacht. Abschliessend kann gesagt werden, dass die EMV-Zertifizierung des MECOS-Hochfrequenzumrichters keine Probleme mehr verursachen wird. Die Bekämpfung des Resonanzproblems kann jedoch auch Änderungen an den von uns gewählten Filtermassnahmen zur Folge haben.

Das Ziel dieser Diplomarbeit war es, ausgehend von einer bestehenden 2-Kanal Verstärkerstufe mit 8A/300V, eine 2-Kanal Verstärkerstufe mit 16A/300V zu entwickeln. Insbesondere wurden die Leistungshalbleiter im stromführenden Pfad - sowie die treibenden Elemente für den erhöhten Strom dimensioniert.

Die Kriterien lagen in der Minimierung der Verlustleistung und der Gewährleistung der Kurzschlusssicherheit.

Wegen der langen Lieferfristen mussten die Berechnungen anhand von Messungen am Vorgängermodell gemacht werden.

Es wurde eine Auswahl von möglichen Bauteilkombinationen gefunden.

Da die Verlustleistungen aufgrund der erhöhten Schaltleistung stiegen, musste die vorhandene Kühleinrichtung auf Tauglichkeit überprüft werden.

Durch das harte Schalten ergaben sich Ableitströme im abgeschirmten Kabel. Die Ströme verursachten hochfrequente Schwingungen, die EMV-Probleme nach sich zogen. Zusätzlich belasteten diese Ströme die Halbleiter und erhöhen die Verluste. Es galt daher, einen Ausgangsfilter für 16A und eine Kabellänge von bis zu 30m zu dimensionieren.

Die effiziente Energienutzung ist in der heutigen Leistungselektronik ein wichtiger Aspekt. Integrierte Leistungsmodule, die in 4Q-Umrichtern verwendet werden können, sind deshalb auf dem Markt immer mehr gefragt.

Unsere Diplomarbeit handelt von einem AC/DC-Converter, welcher in Zusammenarbeit mit der Firma IDS AG in Zürich entwickelt werden soll. Das Ziel der Arbeit war die Realisation einer Schnittstelle zwischen einem vorgegebenen Controller und einem IGBT-Modul, welche so wenig Platz wie möglich einnehmen soll. Die Aufgabenstellung beinhaltete die Spezifikation, einen Schaltungsentwurf sowie Tests einzelner Schaltungsteile.

Zuerst wurden das Pflichtenheft für den gesamten AC/DC-Converter sowie das Konzept der Schnittstelle erstellt. Die Aufgabe wurde in verschiedene Blöcke unterteilt, welche ebenfalls mit einer eigenen Anforderungsliste versehen wurde. Danach konnten die Schaltungen der verschiedenen Teile entwickelt und gezeichnet werden. Das Netzteil sowie der Gate-Treiber für einen einzelnen IGBT wurden aufgebaut und auf ihre richtige Funktion geprüft. Mit diesen Tests konnten bereits erste Korrekturen und Verbesserungen vorgenommen werden. Das Resultat dieser Arbeit ist ein Schema, in welchem unsere Schaltungen gezeichnet und dimensioniert sind. Die Anforderungen an den Platzbedarf konnten nicht untersucht werden, da noch kein Layout-Design der Schaltung möglich war.

In der Fortsetzung des Projektes muss unser Schema nun in ein Layout übersetzt werden. Danach kann der erste Prototyp gebaut werden, an welchem unsere Schaltungen vollumfänglich getestet werden können.