De behoefte aan betrouwbare concepten voor elektronische vermogensmodules met een goede bescherming tegen de omgevingscondities neemt gestaag toe. Toepassingen zoals energieopwekking uit groene energiebronnen in de orde van megawatts worden aan de meest ongunstige omgevingscondities blootgesteld. Semikron ontwikkelde hiervoor een nieuwe generatie vermogensmodules.
De huidige laagspanningsontwerpen hebben met hun gewicht en afmetingen de grenzen bereikt. Middenspanningoplossingen lager dan 10 MW zijn duur en zijn niet geschikt voor een migratie van bestaande oplossingen op laagspanninggebied.
Semikron heeft de SKiN-technologie als een nieuwe generatie opbouw en verbindingstechnologie voor vermogenstechniek op de markt gebracht. Deze technologie heeft geen soldeer- en bonding verbinding nodig en is betrouwbaarder. SKiiP X is het eerste product volgens deze technologie, een compacte laagspanning-IPM (integrated power module) die bestaande beperkingen bij toepassingen met meer dan 2 MW. De SKiiP X is ontwikkeld voor klimaatklasse 3K4.
Vermogensmodules
Momenteel ligt de standaard op de markt voor omvormers ten behoeve van windenergie bij een vermogen van 3 MW. Voor een 6 MW windturbine wordt (naast vele andere componenten) circa 3000 cm² aan siliciumoppervlak (IGBT’s en diodes) gebruikt. Momenteel zijn converters met groot vermogen gebaseerd op de parallelle schakeling van verschillende modules en/of omvormers. Dit leidt tot hoge kosten en een reductie van de algehele betrouwbaarheid. Redudantieconcepten maken de gewenste hoge systeembeschikbaarheid mogelijk, echter met hoge initiële investeringen.
Op basis van de thermische koppeling en de bereikbare vermogensdichtheid maakte Semikron een nieuw uitgangspunt mogelijk om vermogenselektronica en koellichamen anders te plaatsen. De drie SKiN-elementen worden op een traditioneel vloeistofkoellichaam gemonteerd.
Het grondelement vormt de kern van de zogenaamde ‘power blade’ en maakt het praktische gebruik mogelijk van alle voordelen van de SKiN-technologie zoals lage inductiviteit, optimale koeling en een compact ontwerp. Ondanks de geïntegreerde watergeleiding scheidt het koellichaam elektrische en vloeistofgedeelten zelfs bij een storing.
Mechanische opbouw
In principe bestaat het gehele systeem uit verschillende, boven elkaar aangebrachte blades met twee uiteinden. Deze dragen de in- en uitlaataansluitingen van het koelwater en dienen voor montagedoeleinden. Een belangrijke vernieuwing van het SKiiP X-concept is het gebruik van identieke power blades onafhankelijk van de configuratie van het volledige systeem, bijvoorbeeld parallel geschakelde halfbruggen of driefaseconfiguraties. Het grootste driefasetype met negen blades voor 1650 kW past in een schakelkast van 600 mm.
Het moduleconcept maakt gebruik voor omvormers in windenergiecentrales van 2 MW en hoger mogelijk, ook met het oog op de beperkte ruimte in de gondel. Dit opent de markt van 6 MW en hoger voor laagspanning omvormers, met alle bekende voordelen met betrekking tot ruimte en kosten vergeleken met middenspanningssystemen.
Het complete artikel vindt u in het oktober-nummer van Aandrijftechniek.
