Jan Niclas Laumann, M. Sc.

Mitarbeiterprofil

• Forschungsthema - Hybride Topologien für modulare Multilevel-Umrichter
  Worum geht es bei deinem Forschungsthema?

  Klassische Modulare Multilevel-Umrichter (MMC) bestehen aus einem komplexen Aufbau und benötigen hohe Modulkapazitäten. Untersucht wird daher eine Gruppe von hybriden Topologien, die MMC-Module mit diskreten Leistungshalbleitern kombiniert. Dadurch werden die Vorteile beider Konzepte vereint: feine Spannungsstufen und gute Skalierbarkeit der MMC sowie ein einfacherer Aufbau und frequenzunabhängige Kapazitätsanforderungen durch Topologien mit diskreten Leistungshalbleitern. Zudem ermöglichen die hybriden Topologien strom- und spannungsfreie Schaltvorgänge der diskreten Leistungshalbleiter, wodurch dort keine Schaltverluste entstehen.

  Die Arbeit umfasst die Simulation, experimentelle Validierung an einem Prototypen sowie die Ableitung von Dimensionierungsregeln und den Vergleich mit anderen Topologien.

  Warum ist das Thema wichtig?

  Die Speisung elektrischer Antriebe über Umrichter gewinnt zunehmend an Bedeutung, da sie einen effizienten und flexiblen Betrieb ermöglicht. Insbesondere bei Mittelspannungsantrieben im Kilovolt-Bereich sind dadurch hohe Sperrfähigkeiten der Leistungshalbleiter erforderlich. Außerdem spielen Spannungsbelastungen durch Leitungsreflektionen bei Mittelspannungsantrieben eine besonders kritische Rolle. Modulare Multilevel-Umrichter verteilen die Spannung auf mehrere Bauelemente und reduzieren die Leitungsreflektionen durch ihre feinen Spannungsstufen, sind jedoch bei drehzahlvariablen Antrieben mit erhöhtem Schaltungsaufwand und frequenzabhängigen Kapazitätsanforderungen verbunden.

  Hybride Topologien adressieren diese Nachteile, indem sie den Schaltungsaufwand verringern und die erforderliche Kondensatorkapazität von der Ausgangsfrequenz entkoppeln. Typische Anwendungsfelder sind große Industrieantriebe, etwa in Lüftungsanlagen, Pumpen oder Walzwerken, sowie die Elektrifizierung der Schifffahrt oder der Luftfahrt.