Bis zu 15% weniger Energieverluste im Antrieb: Lenze und Partner entwickeln einen neuartigen SiC-Umrichter

Die Industrie muss energieeffizienter produzieren und Kosten sparen. Im Forschungsprojekt Ide3AL – das steht für: Innovationen für dynamische, energie-effiziente elektrische Antriebe mit neuartiger Leistungselektronik in der Industrie & Fertigung - hat Lenze mit sechs Partnern einen innovativen Lösungsansatz erforscht. Das Ergebnis: Ein Prototyp für einen neuartigen Silizium-Karbid-(SIC)-Frequenzumrichter, der Energieverluste im Antriebsstrang reduziert und schwere geschirmte Leitungen überflüssig macht.

Im Prototyp des neuen i950 SiC-Umrichter kommen Silizium-Karbid-Leistungshalbleiter zum Einsatz, die eine Taktfrequenz von 128 kHz ermöglichen. Diese Frequenz ist 20-fach höher als im Stand der Technik. Zudem besitzt der Prototyp einen Sinusfilter, der um den Faktor 10 kleiner ist als herkömmliche, nachgelagerte Sinusfilter. Aufgrund seiner Kompaktheit lässt sich dieser in den Umrichter integrieren und liefert am Ausgang direkt eine sinusförmige Spannung.

„Maschinenbauer können mit der Ide3AL-Technologie nun auch beliebig lange ungeschirmte Motorleitungen einsetzen, die viel leichter, flexibler und kostengünstiger sind. Das spart eine Menge Material, Geld und Installationsaufwand. Außerdem verhindert das integrierte Sinusfilter Spannungsspitzen am Ausgang des Umrichters und somit auch Leistungsverluste. Dadurch sinken die Verluste im gesamten Antriebsstrang um bis zu 15%“, erklärt Martin Ehlich, Experte für Mechatronics in der Abteilung Innovation.

Dr. Heiko Stichweh, der den Innovationsbereich zusammen mit Professor Holger Borcherding leitet, hebt einen weiteren Pluspunkt hervor: „Und ganz nebenbei füttert der hochdynamische, SiC-basierte Antrieb den Digitalen Zwilling mit Daten. Diese lassen sich wiederum nutzen, um zum Beispiel Maschinenstillstandzeiten mittels Overall Equipment Effectiveness (OEE) zu minimieren und Produktionsprozesse in der Industrie transparenter und effizienter zu machen.“

Noch ist der i950 SiC-Umrichter ein Prototyp. Aber die Technologie von Ide3AL kann im nächsten Schritt in ein Produkt transferiert werden.

Projektpartner:

• BLOCK Transformatoren-Elektronik GmbH
• FRICKE Abfülltechnik GmbH & Co. KG
• Infineon Technologies
• Technische Hochschule Ostwestfalen-Lippe
• Technische Universität Braunschweig