MA – EMV-Untersuchungen an schnell-schaltendem 100 kW SiC-Umrichter

Simulative EMV-Untersuchungen an einem schnell-schaltenden 100 kW SiC-Umrichter

Kurzzusammenfassung

Als Sicherheitsindikator ist das EMV-Verhalten (Elektromagnetische Verträglichkeit) in elektrischen Antriebssystemen sehr wichtig. Dieser EMV-Test wird jedoch üblicherweise nach der Produktion durchgeführt. Daher sind die Kosten für die Verbesserung des EMV-Verhaltens hoch. In dieser Arbeit wird ein Verfahren zur Analyse des EMV-Verhaltens des Wechselrichter-Antriebssystems unter Verwendung eines Simulationsmodells vorgestellt. Das Antriebssystem in dieser Arbeit ist ein SiC-Wechselrichter für Elektrofahrzeuge. Durch den Einsatz von SiC-Halbleitern schaltet der MOSFET des Wechselrichters sehr schnell, um den Wirkungsgrad zu verbessern. Dabei wird die Spannungssteilheit (du/dt) am Wechselrichterausgang entsprechend steigen. Dieser Anstieg der Steilheit beeinträchtigt das EMV-Verhalten des Antriebssystems. Nach der Berechnung der relevanten Parameter wird das Modell des Antriebssystems in der Software LTspice erstellt. Durch dieses Modell kann man den Einfluss jedes Parameters auf das EMV-Verhalten analysieren. Darüber hinaus können Verbesserungsmaßnahmen der EMV für dieses System im Modell modelliert und auf seine Wirksamkeit untersucht werden. Was in dieser Arbeit analysiert wird, sind die Auswirkungen der Verwendung von du/dt-Filter und Y-Kondensatoren. Um die Machbarkeit dieser Simulationsmethode zu überprüfen, werden EMV-Tests am realen Antriebssystem im Labor durchgeführt. Im Vergleich kann daraus geschlossen werden, dass die Simulationsergebnisse und die Testergebnisse im Wesentlichen gleich sind. Mit anderen Worten es ist möglich, das EMV-Verhalten dieses Wechselrichter-Antriebssystems mit diesem Modell zu simulieren.

Abstract

As a safety indicator, EMC-behavior (electromagnetic compatibility) is very important in electric drive systems. However, this EMC-Test is usually done after production. Therefore, it is costly to improving EMC-behavior. In this article, a method for analyzing the EMC-behavior of inverter drive system by using a simulation model will be presented. The drive system involved in this article is a SiC-Inverter for electric vehicles. Due to the use of SiC-semiconductors, the MOSFET in this inverter switches very fast. This increases the efficiency of the switch, but at the same time also the rise of voltage (du/dt) at the ouput of the inverter increases. This increase of voltage steepness impairs the EMC behavior of the drive system. With the calculation of the relevant parameters, the model of the drive system is built in the software LTspice. Through this model, the influence of each parameter on EMC behavior can be analyzed. In addition, improvement actions of EMC for this system can be simulated in the model and observed their effectiveness. What is analyzed in this article is the imput of using du/dt-filter and Y-capacitor in the system respectively. In order to verify the feasibility of this simulation method, EMC tests of the real system is realised in the laboratory. After comparison, it can be concluded that the simulation results and the test results are basically the same. In other words, it is possible to simulate the EMC behavior of this inverter drive system by using this model.

Bearbeiter: Rugang Ma

Betreuer: Julian Körner (Fraunhofer IISB) – Telefon: 09131-761120; Email: Julian.Koerner@iisb.fraunhofer.de

Für Studienfächer: EEI, Mechatronik

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März