Eksempler er integrering av fornybar kraftproduksjon, nye apparater i industriproduksjon og husholdning, likestrøm kraftoverføring (HVDC) og elektrifisering av olje- og gassektoren. Derfor får også omformerkomponentenes og apparatenes pålitelighet et stadig større fokus.
Kompetanseoppbyggende forskning er nødvendig for å oppnå en bedre forståelse av feilmekanismer, og deretter å bruke denne kunnskapen til å forbedre komponentenes pålitelighet og for å kunne forutse og forebygge feil.
En fellesnevner for mange bruksområder er de høye kravene til pålitelighet som følge av vedlikeholdsutfordringer og/eller den høye kostnaden ved avbrudd. Omformersystemenes kompleksitet nødvendiggjør en stor FoU-innsats for å kunne forbedre komponentenes robusthet og for å kunne øke muligheten til å identifisere og forutse feil. Omformerkomponentenes pålitelighet og robusthet kan forbedres gjennom en større forståelse av feilmekanismene og hvordan disse påvirkes av stressituasjoner, design, konstruksjonsdetaljer og kjøling, og videre gjennom forbedret tilstandsovervåking, inklusiv feildetektering og forvarsel om feil.
Våre tjenster:
Krafthalvlederne, i dag for det meste av typen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), utgjør nøkkelkomponentene, og samtidig de mest sårbare komponentene i kraftomformeren. På grunn av den raske teknologiutviklingen vil både feilmodi og levetid endres etter hvert som nye generasjoner av komponenter lanseres. For å styrke forskningen innen pålitelig kraftelektronikk med hovedfokus på krafthalvlederne, har SINTEF Energi inngått samarbeid med Technische Univeristät Chemnitz. Gjennom to fullførte forskningsprosjekter er vi godt rustet til å tilby industrien tjenester. Komponent- og apparatprodusenter, så vel som sluttbrukere av kraftelektroniske omformere, er velkomne som partnere i igangværende forskningsprosjekter innen pålitelig kraftelektronikk.
Oppgaver:
- Analyse- og verifikasjonsstudier av driftsavhengig termisk stress og energitap til ulike typer omformere og anvendelser, ved bruk av numerisk simuleringsverktøy. Det er utviklet spesielle modeller og verktøy som kan kombiner elektriske og termiske simuleringer, slik at man kan forutsi nøyaktig komponentenes temperatur i kritiske lokasjoner avhengig av driftssituasjon.
- Utvikling av metoder for akselererte levetidsforsøk av omformerkomponenter som vil være representative for reelle anvendelser. Bidra til standardisering av slike tester.
- Bidra til utvikling av robuste komponenter, med fokus på å oppnå stabil og forutsigbar oppførsel under og etter feil, og derved redusere omformernes avbruddstid.
- Utvikling av levetidsmodeller for siste generasjons krafthalvledere av typen IGBT og SiC, basert på erfaring med eksisterende modeller.
- Utvikling av metodikk for online estimering av krafthalvlederens restlevetid.
- Spesiell laboratorieutrustning kalt "Power Cycling Tester", til å undersøke feilmodi for ulike krafthalvlederteknologier og innpakning (modules, press-pack mm.), inkludert høyspentkomponenter opptil 6500V og 2000 A. Videre konsekvenser for levetiden gitt ulike stressituasjoner fra omformerdriften
Status:
- To FoU-prosjekt i samarbeid med europeiske industripartnere, Technische Universität Chemnitz og NTNU:
Dette er en del av vår kompetanse på Kraftelektronikk