Dreiphasen-Dreischalter-Dreipunkt- Pulsgleichrichtersystem

Kapitel 2: Vergleich von PWM Gleichrichterkonzepten 21
Der Dimensionierung des Systems und Erstellung der Wirkungsgradprädiktion
(Tab.2.4) wurde folgende Spezifikation zugrunde gelegt (vgl. Abschnitt 2.1):
• Eingang (3~AC):
Außenleiterspannung nominell 400 … 480VAC (208…400VAC)
Außenleiterspannungsbereich 320 … 530VAC (166…480VAC)
• Ausgang (DC):
Nennausgangsspannung 750V (680V)
Nennausgangsleistung 10.5kW (5.25kW)
Der Leistungstransistor S kann durch einen einzigen 1200V IGBT (APT45GP120J) in
einem ISOTOP ® (TO-227) Gehäuse realisiert werden. Dessen Verluste sind insgesamt
PS = 110.1W im ungünstigsten Betriebspunkt (vgl. Tab.2.4), bei einem thermischen
Widerstand von RTH,JC = 0.38K/W und einer Montage des Gehäuses auf den Kühlkörper
mit Wärmeleitpaste (RTH,CH = 0.05K/W) resultiert dies in einer Erwärmung von 47.3K.
Bei einer angenommenen maximalen Kühlkörpertemperatur von TH = 90°C ergibt sich
damit eine Sperrschichttemperatur von TJ = 137.3°C and daher noch Reserve zur
maximal erlaubten Sperrschichttemperatur TJ,max = 150°C. Ähnliches gilt für die
Freilaufdiode DF: Die maximalen Verluste betragen PDF = 25.1W, der thermische
Widerstand RTH,JH = RTH,JC + RTH,CH = 0.61 + 0.5 = 1.11K/W, da zwischen Gehäuse und
Kühlkörper eine Isolierung benötigt wird. Insgesamt resultiert dies in einer Erwärmung
von 27.9K und einer Sperrschichttemperatur von TJ = 117.9°C (TJ,max = 175°C).
Der Wirkungsgrad des Systems ist mit η = 97.71% bei der Nennaußenleiterspannung
von 400V vergleichsweise hoch (Tab.2.4). In Abb.2.6(a) sind die Einzelverluste der
Komponenten für eine Ausgangsleistung von PO = 10.5kW und einen
Eingangsspannungsbereich von 320 … 530V grafisch dargestellt, in Abb.2.6(b) sind die
Verhältnisse für eine Ausgangsleistung von PO = 5.25kW und einen Spannungsbereich
von 166…480V angegeben. Die Gesamtverluste der Halbleiter betragen PV = 196.4W,
d.h. es ist ein Kühlkörper mit einem thermischen Widerstand von RTH = 0.204K/W
(∆T = 40K) einzusetzen. Das Volumen eines passenden Kühlkörpers von AAVID
Thermalloy mit der Bezeichnung S101/120PG beträgt VH = 0.48dm 3 [16]. Ein
passender Lüfter dazu beansprucht ein Volumen von VF = 0.3dm 3 incl. nicht nutzbarem
Raum zufolge der unterschiedlichen Grundfläche des Kühlkörpers und des Lüfters (vgl.
Tab.2.6).