IGBTs Intelligente Überwachungstechnik für Leistungshalbleiter

Autor / Redakteur: Bryn Parry * / Gerd Kucera

Power Insight für IGBT-Module ist eine Adapter-Elektronik zum Erkennen von Performance-Änderungen, die Indizien für potenzielle Systemausfälle und Störungen in der Leistungselektronik sein können.

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Bild 1: Mit dem Einsatz von Echtzeit-Überwachungssystemen lassen sich die nötigen Diagnose- und Kommunikationsfunktionen bereitstellen, um Performance-Probleme zu erkennen, vorbeugende Instandhaltungsmaßnahmen zu planen und die Betriebsverfügbarkeit, etwa von Lokomotiven, zu verbessern
Bild 1: Mit dem Einsatz von Echtzeit-Überwachungssystemen lassen sich die nötigen Diagnose- und Kommunikationsfunktionen bereitstellen, um Performance-Probleme zu erkennen, vorbeugende Instandhaltungsmaßnahmen zu planen und die Betriebsverfügbarkeit, etwa von Lokomotiven, zu verbessern
(Bild: Amantys)

In Leistungsanwendungen wie Antrieben, Traktionssystemen, Windkraftanlagen-Umrichtern und Hochspannungs-Gleichstromübertragungen (HGÜ), in denen mittlere bis hohe Spannungen geschaltet werden müssen, kommen üblicherweise IGBT-Module zum Einsatz. Es ist jedoch dokumentiert, dass IGBTs unter hoher elektrischer und thermischer Belastung zu Ausfällen neigen, was Probleme bezüglich der Anlagenverfügbarkeit mit sich bringt. Erschwerend kommt hinzu, dass von den Leistungsschaltern In der Regel nur die Signale Ein, Aus und Störung kommen

In der Leistungselektronik ist mehr Intelligenz nötig

Aufgrund dieser skizzierten Situation kommt die Forderung der Systemhersteller nach intelligenteren Lösungen nicht überraschend. Leistungshalbleiterhersteller Amantys entwickelt deshalb neue, innovative Überwachungstechniken, mit denen sich die Leistungsfähigkeit der primären und nachgeordneten elektrischen Systeme beurteilen lässt. Das Konzept beruht auf der Abfrage und Weiterleitung parametrischer Daten. Es erlaubt die Feststellung von Performance-Änderungen, die Indizien für potenzielle Systemausfälle und Störungen mit hohen Folgekosten liefern können.

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Für Unternehmen, in denen die uneingeschränkte Auslastung der Anlagegüter – speziell angesichts der derzeit herrschenden schwierigen wirtschaftlichen Rahmenbedingungen – oberstes Gebot ist, ergeben sich aus diesem Konzept beträchtliche potenzielle Vorteile. Das Bedienpersonal kann hiermit nämlich bevorstehende Ausfälle erkennen, noch bevor sie tatsächlich eintreten. Die betreffenden Komponenten lassen sich dann im Rahmen routinemäßiger Instandhaltungsarbeiten prophylaktisch austauschen, sodass ein anhaltend hohes Verfügbarkeitsniveau gewährleistet ist.

Verfügbarkeit hat in vielen Bereichen höchste Priorität

Leistungselektronik wird in zahlreichen kritischen Bereichen in großem Umfang eingesetzt, so zum Beispiel in Systemen mit hohen Verfügbarkeitsanforderungen. Dazu zählen unter anderem Umrichter in Windkraftanlagen. Jeder Stillstand eines Windrads kann erhebliche Auswirkungen auf die Produktivität der Anlage haben, speziell wenn der Ausfall während einer Wetterlage auftritt, die eigentlich einen erhöhten Energieertrag versprochen hätte.

Eine wichtige Rolle spielt in diesem Zusammenhang auch die Zugänglichkeit der Windkraftanlagen. Schon auf dem Festland werden diese bevorzugt in entlegenen Gegenden errichtet, um die Auswirkungen auf die Bevölkerung zu minimieren. Der Transport von Technikern, Werkzeugen und Ersatzteilen zu einem Windpark kann sich deshalb zeit- und kostenintensiv gestalten. Die dadurch erschwerte Reparatur wiederum bleibt nicht ohne Folgewirkungen auf das Unternehmen insgesamt.

Auch Züge dürfen nicht stillstehen

Noch schwieriger und teurer aber wird es bei Offshore-Windparks. Die potenziellen Kosten durch den Stillstand einer vor der Küste errichteten Windkraftanlage nehmen steil zu, wenn sich die Instandsetzung infolge schlechter Wetterbedingungen um Tage oder gar Wochen verzögert.

Solche teuren Verzögerungen und Reparaturarbeiten kommen nicht nur bei IGBTs in Windkraftanlagen vor, sondern betreffen auch die Zulieferer der Lokomotivhersteller, die prinzipbedingt äußerst konservativ vorgehen müssen. Eine hieraus resultierende Konsequenz sind aufwändige Wartungspläne, die dazu zwingen, die höchst kapitalintensiven Triebfahrzeuge regelmäßig für Instandhaltungsarbeiten aus dem Betrieb zu nehmen.

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