Til hovedinnhold

125-9 Online levetidsestimering av IGBT-moduler

125-9 Online levetidsestimering av IGBT-moduler

Seniorforsker

Undersøkelse av metodikk for online estimering av akkumulert termisk stress og restlevetid for IGBT-moduler

Motivasjon og relevans

Omforming av elektrisk energi 125ved bruk av kraftelektronikk spiller en stadig større rolle i kraftsystemet. 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. Kunnskapsbyggende 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.

Bakgrunn

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.

Krafthalvlederne, i dag for det meste av typen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) er nøkkelkomponentene, og samtidig de mest sårbare komponentene i kraftomformeren. Som følge 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 FoU-samarbeid med Technische Univeristät Chemnitz. Et forskningsprosjekt er gjennomført (2009-2014) og et nytt prosjekt med fokus på pålitelighet og robusthet til komponenter for høyspentanvendelser ble igangsatt i 2015.

Oppgaven som tilbys vil være forankret i tema fra dette prosjektet. Videreføring av arbeidet som prosjekt- og masteroppgave ved NTNU er ønskelig. Hvis ønskelig kan også et opphold ved TU Chemnitz inkluderes.

I tilknytning til SINTEF-prosjektet tilbys en oppgave som inkluderer ett eller flere av følgende tema:

  • Å sette seg inn i problemstillinger rundt mekanismer som gir termisk utmattelse internt i IGBT.
  • Utrede metodikk for online estimering av hotspot temperatur basert på kjennskap til komponentbelastning (tapsdynamikk) og termisk dynamisk nettverk.
  • Delta i utvikling og testing av programvare for sanntidsestimering av hotspot temperatur.
  • Utrede metodikk for sanntids akkumulering og sortering av måledata.
  • Utrede metodikk for estimering av restlevetid basert på kjennskap til stress-historikk og levetidsmodeller.

SINTEF-prosjekt ReliPE

Forutsetninger

  • Interesse for kraftelektronikk komponentteori
  • Interesse for eksperimentelt arbeid
  • Interesse for (fortrinnsvis noe erfaring med) med programmering og simulering (f.eks. C/C++)
  • Kjennskap til (fortrinnsvis noe erfaring med) Labview og Matlab

Medveileder: Antonios Antonopoulos (gjesteforsker NTNU)

Søknadsfristen er utgått.