Hochfrequent getakteter Matrixconverter für kontaktlose Energieübertragungssysteme

Für eine zunehmende Zahl von Spezialanwendungen aus der Transporttechnik, dem Maschinenbau, der Medizintechnik oder der Verfahrenstechnik besteht ein erhebliches Anwendungspotential für kontaktlose induktive Energieübertragungssysteme im Leistungsbereich bis zu einigen Kilowatt. Eine Hauptverlustquelle stellt derzeit die mehrfache Energiewandlung auf der Primärseite dar.Im Forschungsvorhaben wurde der Einsatz eines Matrixumrichters als primärer Stromrichter für kontaktlose Energieübertragungssysteme untersucht (vgl. Bild). Der Umrichter reduziert die Anzahl der notwendigen Energiewandlungen, vermeidet die Verwendung von Zwischenkreiskondensatoren und verringert die Verluste auf der Primärseite. Die spezielle Anwendung erfordert hohe Schaltfrequenzen (>100 kHz) und stellt damit besondere Ansprüche an die verwendeten leistungselektronischen Komponenten.Im Mittelpunkt der Arbeiten stand die Entwicklung eines universellen Kommutierungsverfahrens, welches einen Übergang zwischen den Eingangsphasen ohne Laststromunterbrechung und Kurzschlüsse ermöglichen muss, sowie der Aufbau eines geeigneten Laborgerätes. Die Analyse der Betriebszustände der einzelnen Module des Matrixumrichters stellt den ersten Schritt für die Evaluierung eines Kommutierungsverfahrens dar. Daraus konnten die wesentlichen Anforderungen und Einschränkungen abgeleitet werden. Um den Anforderungen an Schnelligkeit und Leistungsbedarf für die Steuerung des Umrichters gerecht zu werden, kommt ein DSP-FPGA-System zum Einsatz. Im Zuge der experimentellen Arbeiten wurden zusätzlich komplexe Treiber für die Leistungshalbleiter sowie ein optimierter Versuchsstand entwickelt und gefertigt.