Onderzoekers van het instituut voor vermogenselektronica aan de Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH) hebben een compacte en efficiënte tweetraps matrixconverter ontwikkeld, waarmee het toerental van elektrische aandrijvingen digitaal kan worden geregeld. Met zulke omzetters kan het stroomverbruik in de industrie verder worden gereduceerd.
Ongeveer 60% van het industrieel benodigde stroomverbruik binnen de EU wordt opgenomen door met elektromotoren aangedreven installaties. Ongeveer 1/3 van het stroomverbruik kan worden bespaard als het toerental en het vermogen van de motoren naar behoefte door vermogenselektronica zou worden geregeld. Toch worden zulke omzetters in veel toepassingsgebieden tot nog toe niet gebruikt. Enerzijds is dit op grond van kosten, anderzijds door de omvang en de netbelasting met hoge pulserende stromen.
Wetenschappers van het Instituut voor vermogenselektronica van de ETH Zürich hebben een tweetraps matrixconvertor ontwikkeld, die gekenmerkt wordt door geringe netvervuiling en omvang. Hiermee kan hij in bestaande systemen en zelfs in de motorbehuizing worden geïntegreerd. Eenheden die met constant toerental draaien, worden zo omgezet in aandrijvingen die dynamisch te regelen zijn.
Voordelen
Een frequentieomvormer zet de constante wisselspanning van het net aan de ingang om in een variabele wisselspanning aan de uitgang. Afhankelijk van de snelheid waarmee de aandrijving moet draaien, worden amplitude en frequentie van de uitgangsspanning elektronisch ingesteld. De door de ETH ontwikkelde convertor verzorgt deze omvorming op een elegante manier. De netspanning wordt met vermogenstransistoren met een hoge schakelfrequentie gesplitst en direct weer samengesteld tot een nieuwe spanning met de berekende amplitude en frequentie aan de uitgang. Omdat door de ééntraps energieomzetting geen tussentijdse energieopslag plaatsvindt, ontstaat een beduidend hoger rendement.
De converter munt bovendien uit door een compacte bouwwijze en kan met geringe kosten worden gerealiseerd. Hij neemt een zuiver sinusvormige stroom uit het net op en is vrij ongevoelig voor elektromagnetische velden.
Bijdrage tot energiebesparing
Omdat de converter de toegevoegde elektrische energie naar behoefte regelt, dragen de onderzoekers bij aan efficiëntere toepassing van energie. Dat is vooral in economisch opzicht interessant. Over 10 jaar gerekend betekent dat bij industriële aandrijvingen een besparing van gemiddeld 100 euro aan energiekosten voor elke geïnvesteerde euro.
De onderzoekers zien voor de nieuwe matrix converter niet alleen toepassing in bestaande installaties maar bijvoorbeeld ook in toekomstige vliegtuigen. In het concept van ‘meer elektrische vliegtuigen’ worden hydraulische besturingssystemen thans maar gedeeltelijk door de (lichtere) elektrische aandrijvingen vervangen. Compacte converters die aandrijvingen efficiënt en betrouwbaar voeden, zijn dan noodzakelijk.
