Gleichstrom-Forschung

Auf der Suche nach dem schnellen DC Circuit Breaker

| Redakteur: Gerd Kucera

Die ersten Grundlagen sind erarbeitet

Ein deutscher Forschungsverbund hat im Rahmen der Förderung die Technologiebasis auf Grundlage von Gleichspannung erarbeitet. Fünf Projektpartner aus Industrie und Wissenschaft erforschten die Grundlagen für halbleiterbasierte, vollelektronische Leistungs-Schutzschalter zum Einsatz in Gleichspannungsnetzen und Gleichspannungsanwendungen. Damit ließe sich sich laut der Forscher überall dort Gleichspannung nutzen, wo heute Wechselspannung üblich ist. Energieverluste in Stromnetzen und elektrischen Geräten könnten sich künftig um mehr als die Hälfte reduzieren lassen.

Erforscht wurden die Leistungsschutzschalter von Airbus, der E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH, der Infineon Technologies AG, der Siemens AG sowie dem Institut für elektrische Antriebe, Leistungselektronik und Bauelemente (IALB) der Universität Bremen. Infineon hatte die Projektleitung inne. Das European Center for Power Electronics e.V. (ECPE) mit Sitz in Nürnberg unterstützte das Projekt maßgeblich.

Ohne effiziente und kostengünstige Sicherungstechnik sind Verteilnetze sowie Bordnetze der Elektromobilität nicht auf Gleichspannungsversorgung umstellbar. Die Projektpartner erforschten daher unter anderem neuartige Halbleiterbauelemente, wie den Over-Current-Blocking-Field-Effect-Transistor (OCB-FET). Dieses Bauteil hat man sich jedoch nicht wie gewohnt als einen Transistor vorzustellen. Vielmehr ist es ein Hybrid-Modul, bestehend aus einer Schaltungstechnik, die jetzt aufgrund der Verfügbarkeit von Wide-Bandgap-Leistungshalbleitern wie Silliziumkarbid neu angedacht wurde.

Für elektronische Leistungsschutzschalter haben die Forscher auch neue Aufbau- und Verbindungstechniken sowie neue Schaltungstopologien erarbeitet und getestet. Zu den Ergebnissen des Projekts gehören Demonstratoren im Bereich von Luftfahrt-Bordnetzen, Elektromobilität, Photovoltaik und Gleichspannungs-Verteilnetzen.

Forschungsaufgaben der NEST-DC-Partner

Im Projekt übernahm es das IALB der Universität Bremen, neuartige Halbleiterstrukturen für den Einsatz im OCB-FET zu untersuchen und zu simulieren. Zudem wurden die entwickelten Leistungsschutzschalter statisch und dynamisch vermessen sowie ihr thermisches Verhalten und ihre Zerstörungsgrenze getestet. Airbus definierte die Anforderungen aus Sicht von Luftfahrt-Anwendungen und erarbeitete eine geeignete Topologie. Diese wurde zusammen mit den Partnern als Demonstrator ausgeführt und getestet.

Siemens untersuchte Aufbau und Verbindungstechnik der Leistungs-Schutzschalter. Infineon leitete das Projekt, steuerte seine Kompetenz für Leistungshalbleiter bei und forschte an den Leistungshalbleitern für die OCB-FETs. E-T-A definierte die Anforderungen für Industrieanwendungen. Zusammen mit den Partnern validierte E-T-A als ausgewiesener Circuit-Breaker-Experte dafür ausgelegte Leistungsschutzschalter für Spannungsklassen bis 1500 V.

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