Limitation of the voltage gradient of medium voltage IGBTs using optimized gate signal profiles

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Beim Einsatz von Mittelspannungsumrichtern mit hochsperrenden IGBTs besteht im Verlauf schneller Schaltvorgänge eine hohe dynamische Beanspruchung der Wicklungsisolation induktiver Lasten. Schnelle Änderungen der Gleichtaktkomponente der Maschinenspannung führen zu Verschiebungsströmen durch die Wälzlager und bewirken deren vorzeitigen Verschleiß. Steile Schaltflanken breiten sich in Form von Wanderwellen auf der Zuleitung zwischen Umrichter und Maschine aus; in Abhängigkeit von der Leitungslänge können dabei Überspannungen bis mehr als dem zweifachen Wert entstehen. Die Spannungsanstiege können zudem zur Störung anderer elektronischer Geräte führen. Die bekannten Abhilfemaßnahmen zur Einhaltung der EMV-Normen sind mit einem hohen Aufwand an passiven oder aktiven Bauelementen verbunden. Eine Alternative stellt die vorgeschlagene Begrenzung der Spannungsgradienten im Ventil selbst dar. Diese kann bei massvoller Erhöhung der Schaltverluste durche eine dem dynamischen Ventilzustand angepasste Einprägung der Gate-Emitter-Spannung oder des Gatestroms in Form von ventilspezifischen optimierten Steuerprofilen erfolgen.