Für die Entwicklung eines Verfahrens, mit dem extrem schnelle und effiziente Leistungshalbleiter auch bei herkömmlichen Elektromotoren eingesetzt werden können, wurde Thomas Fuchslueger vom Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe der TU Wien bei der diesjährigen PCIM-Konferenz in Nürnberg mit einem „Young Engineer Award“ ausgezeichnet.

Sanftes Schalten mit schnellen Transistoren

Bei Computern und Kommunikationssystemen haben wir uns längst daran gewöhnt, dass die Taktfrequenzen und Datenraten von Jahr zu Jahr beständig zulegen. Im Bereich der für die gesamte Energietechnik zunehmend wichtigeren Leistungselektronik ist das aber nicht ganz so, hier bremste ein physikalisches Grundprinzip von Silizium-Leistungshalbleitern den Geschwindigkeitszuwachs bei höheren Spannungen bisher auf eher moderate Werte ein.

Erst neue Halbleitermaterialien wie Siliziumkarbid (SiC) ermöglichen seit kurzer Zeit nun auch in der Leistungselektronik deutlich schneller zu schalten und dadurch Wirkungsgrad oder Leistungsdichte von elektronischen Stromversorgungen und Umrichtern weiter zu steigern. Besonders auch für Umrichter zur Speisung von Elektromotoren wäre der Einsatz von SiC-Transistoren äußerst attraktiv, ist jedoch gleichzeitig leider auch problematisch. Die Speisespannung des Motors weist dann nämlich so steile Flanken auf, dass sich die Lebensdauer der Motorisolation signifikant reduziert und im Extremfall sogar Schäden in den Motorlagern auftreten können. Umrichter, die die neue Halbleitertechnologie einsetzten, wären also extrem effizient, für übliche Motoren aber einfach zu schnell.

Thomas Fuchslueger hat deshalb im Rahmen eines Kooperationsprojektes mit Bombardier Transportation Zürich ein neues Schaltungskonzept entwickelt, mit dem sich die Steilheit der Motorspannung bei SiC-Umrichtern auf Werte reduzieren lässt, die mit heutigen Standardmotoren kompatibel sind. Dabei bleibt aber die für den Wirkungsgrad so wichtige hohe Schaltgeschwindigkeit der Transistoren selbst erhalten. Das neu entwickelte Konzept arbeitet nahezu verlustlos und lässt sich so kompakt in Umrichtern höherer Leistung implementieren. Es ist deshalb besonders für den Einsatz bei Traktionsmotoren für Bahnen aber auch für größere Industrieantriebe (wo ebenfalls oft Motor-Lebensdauern von bis zu dreißig Jahren garantiert werden müssen) interessant.

Thomas Fuchslueger

Thomas Fuchslueger stammt aus der Gegend um Waidhofen an der Ybbs und begann 2007 an der TU Wien Elektrotechnik zu studieren. Schon in seiner Diplomarbeit beschäftigte er sich mit leistungselektronischen Problemen und blieb diesem Fachgebiet auch für das Doktoratsstudium treu. Er arbeitet am Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe als Projektassistent an der TU Wien in Kooperation mit namhaften Industriepartnern und derzeit an der Fertigstellung seiner Doktorarbeit im Themenbereich Pulswechselrichter.

PCIM Young Engineer Award

Die in Nürnberg alljährlich stattfindende PCIM (Power Conversion and Intelligent Motion) ist Europas größte Fachkonferenz für Leistungselektronik mit heuer nahezu 300 Fachartikeln. Die drei innovativsten Beiträge von jungen Autorinnen und Autoren werden dabei jedes Jahr mit einem „Young Engineer Award“ ausgezeichnet.

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