Analyse eines Matrix Converters

Steigender Energieverbrauch, erneuerbare Energiegewinnung und Energieeffizienz sind nur einige wichtige Themen der Zukunft. Aufgrund fallender Preise im Bereich der Leistungshalbleiter, rückt erneut eine Topologie in den Fokus der Forschung, die eigentlich seit über dreissig Jahren bekannt ist. Die Matrix-Konverter Topologie kann auf das Jahr 1980 datiert werden und dennoch gibt es fast keine kommerziellen Anwendungen dieser Topologie. Der Matrix Konverter ist dafür bekannt, dass er keine DC-Link Kondensatoren benötigt, systembedingt einen bidirektionalen Energiefluss ermöglicht und sinusförmige Eingangs- und Ausgangsströme aufweist. Leistungsfaktorkorrektur und die reduzierte Anzahl energiespeichernder Komponenten sind weitere Merkmale. Beim Matrix Konverter handelt es sich um einen direkten AC-AC Konverter. Der Fokus dieser Masterthesis liegt in der Analyse der Herausforderungen einer industriellen Implementation der Matrix-Konverter Topologie. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Eingangsfilterauslegung, sowohl aus Systemsicht als auch aus mathematischer Sicht, der Implementierung bidirektionaler Schalter, Sicherheitsschaltungen und verschiedener Regelungs- und Modulationskonzepte. Als Teil der Thesis wurde ein Matrix Konverter Evaluationsboard entwickelt. Das Testboard eröffnet eine Vielfalt an Möglichkeiten zur Eingangsfilterimplementierung, der anschliessbaren Last und zur Implementierung verschiedener Regelungskonzepte. Es zeigt die Herausforderung vieler Messprobleme auf, sowie die Umsetzung dieser Messungen. Ein Softwareframework ermöglicht die rasche Implementierung neuer Regelungskonzepte sowie das Testen der Hardware. Verschiedene Simulationsmodelle werden vorgestellt und für weitere Forschung zur Verfügung gestellt. Diese Thesis ermöglicht einen vertieften Einblick in die Theorie und Analyse der Matrix-Konverter Topologie, widerspiegelt die Herausforderungen der Topologie und präsentiert Lösungen für eine industrielle Implementation - hier in Form eines 1.5kW Testboards.