Power ■ Block präsentiert kostenoptimiertes Kernmaterial für Active Front End-Filterinduktivitäten Kompromiss zwischen Verlusten und Kosten Für Anwendungen im Taktfrequenzbereich von 10 bis 30 kHz hat Block Transformatorentechnik den Pulververbundwerkstoff Block-EPV entwickelt. Zu kundenspezifischen Formkernen pressbar, lässt sich für bestimmte Anwendungen ein Optimum zwischen Kosten und Baugröße im Vergleich zu bisherigen Lösungen realisieren. Von Dr.-Ing. Dennis Kampen, Bereichsleiter Grundlagenentwicklung bei der Block Transformatoren-Elektronik Active-Front-End-Wechselrichter kommen beispielsweise zur Energieeinspeisung bei Photovoltaik, Windkraft oder Bremsvorgängen zum Einsatz. Zur Entkopplung des Netzes von den störenden Schaltimpulsen der Wechselrichter dienen Netzdrosseln oder LCL-Filter. Die Filterinduktivität eines Active-Front-End-Wechselrichters ist je nach Anforderungen mit unterschiedlichen Kernmaterialien realisierbar. Zur Auswahl stehen dabei Elektrobleche, Pulververbundwerkstoffe, Ferrite und amorphe sowie nanokristalline Bänder. Niedrige Kosten, hoher Wirkungsgrad In industriellen Applikationen stehen die Kosten oftmals an wichtigster Stelle. Bei vorgenannten Anwendungen ist Elektroblech fast immer das optimale Kernmaterial. Selbst wenn der Drosselstromripple durch die PWM-Taktung sehr hoch ist, wie etwa in der umrichterseitigen Induktivität eines LCL-Filters, so ist eine Drossel aus Elektroblech zwar groß und erzeugt relativ hohe Verluste, die Kosten sind trotzdem niedriger als bei einer Drossel aus anderem Kernmaterial. Anwendungen, bei denen Bauvolumen, Gewicht und Verluste primäres Ziel sind, wie etwa im Fall mobiler Anwendung oder Photovoltaik-Wechselrichter, erfordern Drosseln mit Kernmaterialien aus amorphem oder nanokristallinem Material oder 6 Energie & Technik 2/2015 Beispiele von Block-EPV-Kernen und angepassten Kunststoffteilen aus speziellen Pulververbundwerkstoffen. Der Preis für diese Drosseln ist aufgrund des aufwändig hergestellten Kernmaterials sehr hoch. Block hat nun einen Eisenpulververbundwerkstoff entwickelt, der bei Drosseln einen interessanten Kompromiss zwischen Verlusten und Kosten ermöglicht. Block-EPV ist ein kostengünstiger Pulververbundwerkstoff, mit dem Drosseln, die mit sehr hohen PWM Taktfrequenzströmen beaufschlagt werden, kleiner und verlustärmer realisierbar sind als mit klassischem Elektroblech, dies jedoch bei akzeptablen Kosten. Den Vergleich zwischen den einzelnen Materialien zeigt die Grafik. Freie Formgebung durch Pressen Block-EPV besteht aus gegeneinander isolierten Legierungspulverkörnchen, die bei Block mittels Pressen in kundenspezifische Werkzeuge zu Formkernen verarbeitet werden. Durch die gegenseitige Isolierung treten nennenswerte Wirbel- stromverluste im Kernmaterial erst ab hohen Frequenzen auf. Dies führt zu niedrigeren Verlusten durch Taktfrequenzanteile und deren Vielfache im Drosselstrom als in Elektroblechen. Lange Lebensdauer Im Gegensatz zu anderen Eisenpulverformkernen weisen Block-EPV Kerne eine hohe Lebensdauer auf, da sie keine organischen Binder enthalten. Beispiele für verfügbare Kerne sind Ringkerne oder Block-Bricks. Größere Kerne sind durch Stapeln mehrerer Kerne erzeugbar. Kundenspezifische Kunststoffteile Auch kundenspezifische Kunststoffteile lassen sich bei Block in hauseigenen Kunststoffspritzmaschinen herstellen. Beispiele sind Spulenkörper, Kappen und Gehäuse. Hierdurch ist es möglich, die Drossel optimal hinsichtlich Luft- und Kriechstrecken sowie IP-Schutzart zu isolieren. (eg)
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