Fortschritte bei Elektroantrieben

Die Fortschritte bei den elektronischen Bauelementen aus Silizium haben sich enorm auf Antriebsanwendungen – beispielsweise in Elektroautos und Lokomotiven – ausgewirkt. Das tschechische Forschungsinstitut für Elektrotechnik hat jetzt neue drehzahlveränderliche Antriebe auf der Basis von Gate Turn-Off- (GTO-) Thyristoren und IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) analysiert und entwickelt.

Der GTO-Thyristor ist ein Halbleiterbauelement, das über ein Gate-Steuersignal ein- und ausgeschaltet werden kann. Der Hauptvorteil des GTO-Thyristors gegenüber einem herkömmlichen Thyristor besteht darin, dass er sich – durch Anlegen eines Steuerimpulses an das Gate – nicht nur in einer Richtung in den leitfähigen Zustand steuern lässt, sondern auch als Leistungsschalter arbeiten kann. Dabei bewirkt das Anlegen eines positiven Steuerimpulses an das Gate das Einschalten des Thyristors, während dieser durch einen negativen Impuls wieder ausgeschaltet wird. Mit diesem Bauelement steht ein komfortables Verfahren zum Umwandeln einer Wechselspannung in eine variable Gleichspannung und damit zur Regelung der Drehzahl von Wechsel- und Gleichstrommotoren zur Verfügung.

Der IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), die neueste Entwicklung in der Leistungselektronik, kam Mitte der achtziger Jahre auf den Markt. Der IGBT lässt sich weitaus schneller schalten als seine Vorgänger in GTO-Technologie und kommt zudem mit einer einfacheren Ansteuerelektronik aus. Dies senkt den dafür erforderlichen Strom und somit auch die erzeugte Wärme, was die Herstellung kompakterer und leichterer Bauelemente gestattet. Außer durch ihre kurzen Schaltzeiten zeichnen sich IGBTs durch einen geringen Spannungsabfall im leitenden Zustand und hohe Stromtragfähigkeit aus. Diese Bauelemente haben die Kosten für die elektronischen Systeme in Antriebsanwendungen gesenkt und gleichzeitig deren Robustheit erhöht.

Das tschechische Forschungsinstitut für Elektrotechnik hat sich mit den Möglichkeiten zur Reduzierung der Abmessungen, der Kosten und der Komplexität von Bauelementen beschäftigt, die Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln und umgekehrt (Stromrichter) und in drehzahlveränderlichen Antrieben zur Anwendung kommen, ohne dies jedoch mit Einbußen beim Wirkungsgrad erkaufen zu müssen. Dazu untersuchten die Forscher Stromrichter auf IGBT- und GTO-Basis und widmeten dabei der Strategie zu deren Auslegung und Ansteuerung besondere Aufmerksamkeit. Die Ergebnisse führten zu neuen Gleich- und Wechselstromantrieben für Oberleitungsbusse, die inzwischen erprobt sind und in Serie hergestellt werden. Partnerunternehmen mit Aktivitäten auf diesem Gebiet sind eingeladen, sich an der weiteren industriellen Entwicklung und Erprobung der neuen Antriebe zu beteiligen, die sich wegen ihrer kompakten Bauweise und ihres geringen Gewichts besonders für leichte Fahrzeuge eignen.

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