Boost-Funktion für VP600-Umrichter

Herausforderung Traktionsantriebe: Anfahrmoment

Für Traktionsantriebe ist es grundsätzlich eine Herausforderung aus dem Stand das maximale Drehmoment aufzubringen. Das liegt daran, dass beim Anfahren der größte Teil der Leistung für nur eine Motorphase benötigt wird. Dies macht sich hauptsächlich in folgenden Situationen bemerkbar:

  • Anfahren mit Steigungen (am Berg)
  • Anfahren mit Hindernis (Bordstein, Schlagloch)

Lösungsmöglichkeiten

  • Antrieb wegen Spezialfälle deutlich überdimensionieren →  Kostennachteil
  • zusätzliche Kupplung zum Anfahren → Kostennachteil
  • ARADEX Boost-Funktion einsetzen

Technologischer Hintergrund

Der gängige Lösungsansatz zur Stromregelung bei Leistungselektronik ist die Pulsweiten-Modulation (PWM) realisiert mit MOSFETs oder IGBTs. Für größere Elektromotoren ab ca. 50kW sind das meist drei IGBT-Module, eines pro Motorphase. Diese teilen sich im Normalbetrieb die Leistung. Beim Anfahren und einer elektrischen Drehfrequenz von weniger als 1Hz ist dies aber physikalisch nicht möglich und das Drehmoment hängt im Wesentlichen von nur einem MOSFET oder IGBT ab, weshalb das maximal zur Verfügung stehende Drehmoment auf ein Drittel reduziert wird.

Der limitierende Faktor eines IGBTs ist im Wesentlichen seine Betriebstemperatur. Diese ist zum einen nicht proportional zum Strom und zum anderen gibt es durch die Masse des verbauten Siliziums auch noch eine Zeitverzögerung beim Temperaturanstieg. Zudem ist die einfache Messung der Temperatur über einen Sensor zu ungenau, da dieser bauartbedingt an einer Stelle des IGBTs sitzt, die nicht die höchste Temperatur repräsentiert – und auch hier gibt es einen Zeitversatz.

Deshalb wird normalerweise ein IGBT standardmäßig in einem Modus betrieben, der seine Leistung nicht vollständig ausnutzt.

Hier greift die ARADEX Boost-Funktion. Aufgrund eines sehr genauen Simulationsmodells für die Temperaturmessung in Halbleitern, das ARADEX aus jahrelanger Erfahrung in der Entwicklung von Leistungselektronik kontinuierlich verbessert hat, ist es möglich, während des Anfahrens bis zu 20% mehr Strom aus einem IGBT zu holen.

Ihr Vorteil

Auch mit kleineren und damit günstigeren IGBTs ist mit der Boost-Funktion eine hohe Leistung beim Anfahren möglich. Durch das implementierte Halbleiter-Simulationsmodell zur Berechnung der IGBT-Temperaturen besteht keine Gefahr der Überhitzung des IGBT oder der Verringerung der Lebensdauer des Umrichters.

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