3-Level-Hochleistungsstromrichter mit Press Pack IGBT

Abstract:
Maßgebend für die technische Weiterentwicklung und Ausprägung von Stromrichtergeräten sind die Leistungshalbleiter- Bauelemente. Seit der Einführung des IGBT Ende der achtziger Jahre dringt dieses Bauelement stetig in Anwendungsbereiche immer größer werdender Leistung vor. Dabei wurde der Bipolartransistor anfangs sehr rasch durch den IGBT völlig vom Markt verdrängt, während sich noch heute der GTO und seine Nachfolger auf dem Rückzug in immer höhere Leistungsbereiche befinden. Für die weitaus meisten Anwendungen hat sich als Gehäusebauform das Modul mit innerer elektrischer Isolation zwischen den Leistungspotenzial führenden elektrischen Anschlüssen und der thermischen Schnittstelle, der Bodenplatte, durchgesetzt. Seit Mitte der Neunziger Jahre sind auch keramische Press Pack-Gehäuse für IGBT bekannt, die nach langjährigem Entwicklungsprozess nun bei Mittel- und Hochspannungsanwendungen zunehmend Verbreitung finden. Treibend für die Entwicklung von Press-Pack-Gehäusen mit IGBT sind die mit der Modulbauform einhergehenden Nachteile, die es zu vermeiden gilt. Hier sind insbesondere die Verbindungstechnik von Werkstoffen mit unterschiedlichen thermomechanischen Eigenschaften sowie die Aluminium-Dickdraht-Bondtechnik zu erwähnen. Das Verhalten dieser Verbindungstechniken unter thermischer Wechsellast übt einen wesentlichen Einfluss auf die Zuverlässigkeit von Leistungshalbleiterbauelementen in Modulbauweise aus. Aus dem Hause Converteam steht seit kurzer Zeit die mit Press Pack-IGBT ausgeführte Mittelspannungs- Stromrichter-Gerätereihe MV7000 als Pulsumrichter mit Spannungszwischenkreis in 3-Level- Schaltungstopologie im Leistungsbereich zwischen 4 und 32 MW Antriebsleistung zur Verfügung. Hierbei werden die Vorteile einer bewährten Gehäusetechnologie mit der dem Stand der Technik entsprechenden Halbleitertechnologie vereint. Wesentliche technische Merkmale und Auslegungsgesichtspunkte des MV7000 werden im vorliegenden Beitrag erläutert.