Labor für Leistungselektronik

Wir arbeiten an der Entwicklung und Steuerung von Stromrichtern und Leistungselektroniksystemen. Ein starker Fokus liegt auf der Leistungs- und Kostenoptimierung.

Unser Labor

Unser Team forscht und entwickelt auf dem Gebiet der Stromrichter und Leistungselektronik. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Verbesserung der Energieeffizienz und der Kostensenkung. Zu den Möglichkeiten, diese Ziele zu erreichen, gehören neue Topologien, die Optimierung des Umrichterdesigns und optimale Regelungstechniken sowie der Einsatz neuer magnetischer Materialien und Leistungshalbleiter.

Leistungsangebot

Zur Unterstützung einer Reihe von Aktivitäten bieten wir unsere Dienstleistungen im Bereich der Leistungselektronik an:

  • Forschung und Entwicklung
  • Machbarkeitsstudien
  • Systemtest, -analyse und -optimierung
  • Verlust- und Effizienzmessungen

Es gibt verschiedene Methoden, um diese Aktivitäten durchzuführen:

  • Förderungsprojekte: mitfinanziert durch Organisationen wie Innosuisse zur Durchführung anspruchsvoller Forschungsprojekte
  • Direkter Vertrag: ermöglicht einen unkomplizierten Start des Projekts und schnelle Ergebnisse.
  • Studentenprojekte

Kompetenzen

Die Effizienz ist eine der wichtigsten Eigenschaften von Stromrichtern. Eine hohe Effizienz bedeutet:

  • Kleines Kühlsystem
  • Reduzierte Energiekosten

Wir entwickeln hocheffiziente Stromrichter durch:

  • Schaffung neuer, hocheffizienter Topologien
  • Optimierung passiver Komponenten
  • Optimierung des Steuerungssystems

Fortschrittliche Steuerungssysteme ermöglichen es, die Systemleistung zu verbessern. Diese Verbesserung ist im Hinblick auf die Produktionskosten kostenlos, wenn eine bessere Software mit der gleichen Hardware implementiert werden kann. Unsere Forschungsarbeit konzentriert sich auf die 3 folgenden Unterthemen:

  • Leistungsstarke, sensorlose Steuerung von elektrischen Antrieben

Die sensorlose Steuerung von elektrischen Antrieben ist ein sehr beliebtes Mittel, um die Robustheit zu erhöhen und Kosten zu senken. Wir entwickeln neue leistungsstarke, sensorlose Regelalgorithmen für die sensorlose Steuerung von Hochpräzisionsmotoren.

Optimierte PWM- und Pulsmuster

Intelligente PWM-Schemata oder optimierte Pulsmuster ermöglichen verbesserte harmonische Leistungen und/oder reduzierte Umrichterverluste. Was das fortschrittliche Steuerungssystem betrifft, so ermöglicht es in der Regel eine Leistungssteigerung bei keinen oder nur geringen zusätzlichen Produktionskosten.

Wir entwickeln effiziente PWM-Modelle für eine Vielzahl von Stromrichtern. Wir haben umfangreiche Erfahrung in der Entwicklung dieser hochmodernen Mikrocontroller für komplexe Konverter oder PWM-Systeme, wir haben ebenfalls Erfahrung in der Entwicklung von PWM-Systemen auf FPGA.

Optimale und modellhafte prädiktive Steuerung für hohe Leistung

Der Einsatz optimaler Regelungstechniken wie Model Predictive Control (MPC), Kalman-Filter und Systemidentifikation ermöglicht es im Allgemeinen, die Regelungsleistung in Bezug auf Präzision, Bandbreite, Robustheit und reduzierte Geräuschbelastung zu verbessern.

Wir entwickeln einfache und sehr effiziente Steuerungstechniken, um die Kapazität von leistungselektronischen Systemen zu verbessern. Wir verfügen über umfangreiche Erfahrung in der Entwicklung leistungsfähiger Steuerungssysteme auf modernsten Mikrocontrollern.

Optimierte Systeme

Der Einsatz von Optimierungen ermöglicht es, die Stromrichterlösung so zu gestalten, dass sie am besten zu den Spezifikationen passt.

Unsere Forschungsarbeit konzentriert sich auf

  • den Entwurf präziser mathematischer Modelle von Leistungsumrichtern und deren Komponenten, die für den Gebrauch in Optimierungsalgorithmen geeignet sind.
  • die Formulierung des Designs von Stromrichtern als Optimierungsproblem. Sind die Steuerungs- und Komponentenparameter oft stark miteinander verknüpft, beschäftigen wir uns auch mit der gemeinsamen Optimierung, bei der wir gleichzeitig Umrichter- und Steuerungsparameter optimieren.

Passive Komponenten spielen eine Schlüsselrolle bei Kosten, Wirkungsgrad, Gewicht und Volumen von Stromrichtern. Um Kosten, Gewicht und Volumen zu minimieren und die Effizienz zu maximieren, haben wir:

  • genaue Modelle passiver Komponenten und Filter für den Einsatz in der Optimierung entwickelt.
  • effiziente Designmethoden für magnetische Komponenten wie Spulen und Transformatoren entwickelt.

Der Ersatz klassischer Si-Leistungshalbleiter durch Breitbandspalt-Leistungshalbleiter wie SiC oder GaN ermöglicht:

  • die Steigerung der Energieeffizienz von Stromrichtern
  • die Reduktion der Größe von passiven Komponenten und des Kühlsystems.

Breitbandspalt-Leistungshalbleiter sind immer noch ziemlich teuer. Sie können jedoch in Anwendungen berücksichtigt werden, bei denen strenge Konstruktionseinschränkungen wie reduzierte Umrichtergröße oder Hochtemperaturbetrieb bestehen.

Wir untersuchen das Design und die Kontrolle von SiC und GaN in Stromrichtern, um festzustellen, in welchen Anwendungen sie bereits vorteilhaft eingesetzt werden können.

Infrastruktur

  • Hochpräzise Oszilloskope
  • Sonden für die schnelle und leistungsstarke Elektronik
  • Hochleistungs-Laborstromversorgungen (bis zu 15kW 1500V 30A)
  • Impedanzanalysator
  • Leistungsanalysator für Leistungs- und Effizienzmessungen
  • Hochspannungsstromversorgung (35kV)

BFH-Zentrum Energiespeicherung

Das Labor wirkt am BFH-Zentrum Energiespeicherung mit. Das BFH-Zentrum ist ein überdepartementales Gefäss zur Erforschung und Entwicklung von Technologien für Energiewandler und -speicher und an drei der sieben Swiss Competence Centers for Energy Research (SCCER) beteiligt.

Kontakt

Kontaktieren Sie uns oder treffen Sie unsere Fachexpertinnen und Fachexperten an diversen Veranstaltungen im direkten Gespräch. Aus einer Zusammenarbeit resultiert ein Gewinn für alle Beteiligten: für Ihr Unternehmen, die Gesellschaft sowie die Fachhochschule.