Vermogenselektronica Event toont diversiteit vakgebied

Het jaarlijkse Vermogenselektronica-evenement vindt deze keer plaats op 24 juni bij de Haagse Hogeschool in Delft. Vermogenselektronica is een bijzonder divers vakgebied met veel uiteenlopende specialismen. Op het seminar willen de deelnemers die diversiteit van toepassingen, innovaties en kennis voor het voetlicht brengen. Toepassers, ontwikkelaars, toeleveranciers en kennisinstituten kunnen er met hun vakgenoten visies, ervaringen en kennis uitwisselen. Het congresprogramma omvat maar liefst 26 lezingen en een kennismarkt maakt het evenement compleet.

Diversiteit, dat is ook het trefwoord voor de drie keynotes en de drie parallelle sessies met specifieke, technologische presentaties. Om het overzichtelijk te houden, heeft organisator FHI het programma onderverdeeld in drie hoofdonderwerpen, ‘Power Quality Monitoring’, ‘Power Conversion’ en ‘Power Applications’, maar ook daarbinnen is de variatie in het aanbod groot. De presentaties strekken zich uit van componenten en ontwikkeling tot test- & meetapparatuur.

De kennismarkt is de hele dag toegankelijk. Het Vermogenselektronica Event 2014 wil de bezoeker vooral de nieuwste ontwikkelingen brengen op het gebied van vermogenselektronica. Maar zeker niet minder belangrijk zijn de contacten in Nederland en de Benelux die de bezoeker kan opdoen of intensiveren, om toepassingen en kennis te verbeteren.

Het lezingenprogramma wordt afgesloten met rondleidingen op de TU Delft.Aanmelden kan via www.vermogenselektronicaonline.nl

Programma presentaties

De grote diversiteit binnen het vakgebied vermogenselektronica wordt weerspiegeld in het lezingenprogramma. Onderstaande korte omschrijvingen van de presentaties maken dat ook duidelijk.

DC versus AC

Pavol Bauer (TU Delft) bespreekt DC- versus AC-verbinding voor de integratie van duurzame energiebronnen en de energieopslag daarvoor. Hij toont verschillende voorbeelden van gelijkspanningsnetten en -systemen met een hoog rendement. Ook de ontwikkeling van vermogenselektronica voor DC-netwerken en de uitdagingen daarbij komen aan de orde.

Electrification of transport: power electronics technology for on-board

De elektrificering van transport wint aan momentum nu er normen zijn geïntroduceerd voor de reductie van CO₂-emissie. Elektrische treinen en trams waren er het eerst en nu worden ze gevolgd door voertuigen voor persoonlijk transport. Ook schepen en vliegtuigen worden steeds ‘elektrischer’ om het rendement te verhogen en de emissie te verlagen. Dit snel groeiende toepassingsgebied wordt sterk gedreven door de behoefte aan lichte converters, hoge eisen aan beschikbaarheid en betrouwbaarheid en complete systeemintegratie. Braham Ferreira (TU Delft) geeft een overzicht van recente vermogenselektronicatechnologie en de verwachte toekomstige ontwikkelingen en uitdagingen.

Toepassingen met Li-ion batterijen, het battterijmanagementsysteem en de rol van vermogenselektronica

Li-ion technologie komt tegenwoordig overal voor en wordt steeds betaalbaarder. MennoKardolus en Mark Gröninger van Power Research Electronics delen in deze presentatie hun ervaringen met Li-ion technologie in elektrische auto’s, elektrische fietsen, netgekoppelde solar (PV) systemen en mobiele solarladers. Verder lichten zij de rol van het batterijmanagementsystem toe, en ook de rol die vermogenselektronica hier kan spelen.

New electrolytic capacitors vs film capacitors designs in DC link applications – cleaning up with old prejudices

In invertertoepassingen worden regelmatig standaard aluminium elektrolytische condensatoren of standaard filmcondensatoren gebruikt. Maar de huidige ontwikkelingen op het gebied van vermogenselektronica vragen om een nieuw soort condensatoren, die volgens specificaties op maat kunnen worden gebouwd. Door nieuwe ontwikkelingen is een reeks zogeheten Fischer-Link condensatorbanken (film of elektrolytisch) beschikbaar gekomen die een compact ontwerp mogelijk maken bij een hoge rimpelstroombelasting en een lage inductiviteit, voor DC-link toepassingen. Thomas Ebel (Ftcap, namens Elincom Electronics) presenteert deze condensatoren.

Een goede kwaliteit van stroom en spanning is van strategisch belang voor bedrijven en instellingen

Problemen met de kwaliteit van spanning en stroom kunnen erg nadelig zijn voor de productiviteit, continuïteit en veiligheid, stelt Christan van Dorst (Hyteps, namens Schaffner). Een ‘sluipmoordenaar’ in de elektrische installatie is harmonische vervuiling. Deze is niet direct zichtbaar maar kan soms zelfs productiestilstand of brand tot gevolg hebben. Van Dorst legt uit wat harmonische vervuiling is, wat de gevolgen en wat de mogelijke oplossingen kunnen zijn.

Aluminium alloys and innovative manufacturing processes in the industrial production of heat sinks

Door het gebruik van speciale aluminiumlegeringen te combineren met exclusieve productieprocessen is het nu mogelijk om koellichamen te fabriceren met opmerkelijke karakteristieken en eigenschappen ten aanzien van dimensionering en thermische dissipatie. Het proces wordt toegelicht door Stefano Ricci (Meccal, namens KWX).

Physical models and real time simulators for the conception of complex systems

Pieter Coppens (Triphase)gaat in op de koppeling van simulatiemodellen met hardware-experimenten. Het concept van hardware-in-the-loop is bekend, waarbij een controller functioneel wordt getest door stimuli komende van een simulator. Het concept van power-hardware-in-the-loop gaat verder en gaat vermogenactuatoren opnemen in experimenten. Zo kunnen in laboratoria meer realistische experimenten worden uitgevoerd met echte vermogens. Coppens geeft aan de hand van enkele cases een toelichting over het concept, de toepassingen, de mogelijkheden en de uitdagingen.

Using POL modules to manage tight voltage tolerances for high speed, low voltage ICs

De huidige zeer snelle digitale circuits werken met lage spanningen, binnen nauwe toleranties. Stappen in de belastingstroom zijn agressief en de printlayout is kritisch. Steve Underwood (GE Critical Power, namens BMF System Parts)laat zien hoe spanningstoleranties kunnen worden beheerst en gemodelleerd, wat resulteert inproof-of-design met minimale kosten, een minimaal PCB-oppervlak en maximale betrouwbaarheid.

Overcome your power test challenges

Hybride elektrische voertuigen (HEV’s), niet-onderbreekbare voedingen (UPS’s), alternatieve energiebronnen en een aantal andere moderne vermogenssystemen leveren vermogen als dat opportuun is. Ze werken met bidirectionele en regeneratieve energiesystemen en opslagmedia om een constante voeding naar wens te kunnen leveren. Veel van deze systemen en toestellen werken op multi-kilowatt niveau. Als technici zulke systemen ontwikkelen en produceren, moeten ze de mogelijkheid hebben om kilowatts en meer te kunnen leveren, en opnemen en, vermogens- en energiemetingen kunnen uitvoeren. Dat is een enorme uitdaging voor testtechnici. De meest gangbare (en beschikbare) benadering is het gebruik van afzonderlijke instrumenten voor ‘sourcing’ en ‘sinking’, Maar die benadering heeft tekortkomingen die alleen zijn te vermijden door beide functies volledig te integreren in een enkel instrument of systeem. Carlo Canziani (Agilent Technologies, namens Acal BFI) bespreekt zo’n instrument.

Using the flexibility provided by power electronic devices to save energy

Het grotere aandeel van zonne- en windenergie leidt tot nieuwe uitdagingen voor de vermogenssystemen, om verzekerd te zijn van een stabiel en betrouwbaar elektriciteitsnet. Distributiebedrijven moeten manieren vinden om bidirectionele energiestromen te beheren. Ook moeten ze nieuwe methoden identificeren om te voorzien in nevendiensten om het hoofdnet te ondersteunen door gebruik te maken van de flexibiliteit van vermogenselektronica. Laura M. Ramírez-Elizondo (TU Delft)presenteert een aantalstate-of-the-art methoden die hiervoor worden gebruikt en introduceert het potentieel voor het vinden van nieuwe oplossingen.

Een condensator die warm wordt?

Nadat Theo van de Steeg (Vishay BCcomponents)zijn vingers had gebrand aan de radiale ingangsfiltercondensator van een kleine up-converter was hij gefascineerd: waarom wordt een aluminium elektrolytische condensator heet (en een laagimpedant type minder)? Van de Steeg geeft een korte rondleiding langs de warmtehuishouding van deze component, tips hoe je hieraan kunt meten en wat praktische meetresultaten. Hierbij komen onder andere ESR, rimpelstroom, lekstroom, omgevingstemperatuur en de relatie tot de levensduurberekening aan bod.

Ontwikkeling 10 kVac – 2,5 kW voeding

De ontwikkeling van een hoogspanningsvoeding met een wisselspanning van 10 kVp, met frequenties tot 100 kHz bij een uitgangsvermogen van 2,5 kW, kent vele uitdagingen. TonnieTelgenhof Oude Koehorst (Nedap Light Controls) laat de aanpak zien die bij Nedap Light Controls is gevolgd. Nedap ontwikkelt en produceert intelligente vermogenselektronica voor onder andere UV-lampen voor desinfectie- en curing-applicaties.

Hoe efficiënter te produceren?: ‘trough hole’- componenten integreren in het SMT- proces

Er verschijnen steeds meer SMT-componenten op de printplaat. Het voordelige, volautomatische SMT-proces is dan ook een snelle en economische productiemethode. Het hierin integreren van ‘klassieke’ trough hole-componenten ligt daarom voor de hand. Hoe werkt het, wat zijn de voordelen en waar moet ik rekening mee houden om ook grotere componenten (bijvoorbeeld connectoren en printklemmen) te integreren? Thijs van den Akker (Phoenix Contact Nederland) beantwoordt deze vragen.

Challenges of measuring standby power

Low power standby-metingen zijn niet nieuw, maar nu de standby vermogensniveaus dalen wordt het steeds belangrijker om veel gemaakte meetfouten te vermijden en de volledige impact te begrijpen van IEC62301 Edition 2. Jon Francis (Tektronix, namens CN Rood) beschrijft hoe de metingen volgens die standaard moeten worden uitgevoerd. Hij bespreekt de standaard inclusief de filosofie achter de nieuwe term MCR (Maximum Current Ratio).

A review of common measurement errors while debugging nowadays high efficiency DC/DC and AC/DC converters

Veel parameters leveren een bijdrage aan de totale nauwkeurigheid van metingen: gelijkstroomnauwkeurigheid, slechte common mode onderdrukking, spanning-stroom tijdvertraging, verticale AC-nauwkeurigheid. Tony Minchell (Teledyne LeCroy, namens AR Benelux) bespreekt met behulp van statistische analyse de invloed van geïntroduceerde fouten op het eindresultaat. Hij geeft een overzicht van de invloed van een paar gangbare oscilloscoopinstellingen, zoals de digitale bemonstersnelheid, de bandbreedte waarmee wordt gemeten en de verticale A/D-resolutie.

Introduction to Toshiba’s new-generation power mosfets

Toshiba levert een variëteit aan mosfet’s die bijdragen aan het reduceren van de afmetingen en het vermogensverbruik van een product. Zo zijn er mosfet’s in ultrakleine, dunne behuizingen met ultralage on-weerstand die met een lage spanning worden aangestuurd. Toshiba heeft een ruime ervaring in de ontwikkeling en productie van discrete mosfet’s. Turadj Aliabadi (Toshiba, namens Glyn) laat ze de revue passeren.

Contactless charging of electric vehicles

Inductive Power Transfer (IPT) voor het contactloos of op de weg laden van elektrische voertuigen – dat is het onderwerp van de presentatie van Prasanth Venugopal (TU Delft). De basisprincipes en de uitdagingen voor de vermogenselektronica in het IPT-systeem worden besproken. Zo’n systeem werkt met inductief gekoppelde spoelen waarbij energie wordt overgebracht via een grote luchtspleet. Compensatie (resonante) topologieën en een hoge werkfrequentie voor de vermogensoverdracht moeten een optimale vermogensoverdracht mogelijk maken.

Principe en toepassing van een resonant circuit in een DC/DC-omzetter

Boordnetten in railvoertuigen moeten zo compact en licht mogelijk zijn. De transformator voor de galvanische scheiding wordt kleiner naarmate de schakelfrequentie toeneemt. Echter, hoge schakelfrequenties veroorzaken meer schakelverliezen in de vermogenshalfgeleiders. Door toevoeging van een resonant circuit worden de schakelverliezen beperkt en kan zelfs worden volstaan met natuurlijke convectie als koeling. Wim Platschorre (Strukton Rail) legt uit hoe dat in zijn werk gaat.

SiC-based dual active bridge as a module for high efficiency DC-DC converters

Voor duurzame-energietoepassingen zijn efficiënte en flexibele converters nodig die hoge spanningen kunnen verwerken en goede galvanische scheiding bieden. Deze eigenschappen, zo betoogt Todor Todorcevic (TU Delft), kunnen worden verkregen door gebruik te maken van een ‘dual active bridge’ (DAB) circuit als basis voor de elektronische vermogensomzetter. Bovendien leidt verbetering van het rendement met SiC-mosfet’s in plaats van DAB’s met Si-IGBT’s tot converters met een hogere vermogensdichtheid bij spanningen boven 600 V.

Voedingssysteem voor hybride magneet van 45 T

Een hybride magneet bestaat uit een supergeleidende en een resistieve magneet in elkaar. Lou van Lieshout (Imtech Power Conversion) bespreekt twee voedingen daarvoor: een van 20 kA/10 V (aparte topologie) en een van 40 kA/500 V. De magnetische koppeling tussen beide magneten en het risico van ‘quenchen’ (resistief worden) geeft diverse afschakelscenario’s voor beide voedingen. De opgeslagen 55 MJ kan soft of fast schakelend gedumpt worden in een R.

Coreless but high accurate current sensing? No contradiction!

Als een van de redenen om afscheid te nemen van kernenergie of fossiele brandstoffen wordt vaak het energie-rendement genoemd. Hoe zou een kleine Hall-sensor dat kunnen ondersteunen? Een belangrijke factor zal de nauwkeurigheid zijn van de stroommeting in inverters met hoog rendement. Michael Brauer (Infineon Technologies namens Rutronik) toont een nieuwe spoelloze benadering voor zeer nauwkeurige stroommeting. In combinatie met speciale compensatiemethoden kunnen de prestaties zelfs worden gegarandeerd voor de gehele levensduur.

De noodzaak van lineaire voedingen/amplifiers in bepaalde applicaties? Vaker dan u denkt

Ondanks de vele voordelen van schakelende voedingen/versterkers zijn er nog tal van applicaties waar lineaire oplossingen noodzakelijk zijn. Het lineaire concept stelt ons in staat om schone hoogfrequente versterkers te bouwen die toch ook relatief grote vermogens en hoge spanningen aankunnen. En dat zonder de hoogfrequente ruis van een schakelende voeding. Nico Mombers (Dana, namens TTMS) bespreekt moderne lineaire voedingen en versterkers.

System integration of wide band gap power electronics -opportunities and challenges

Vermogenshalfgeleiders met een brede bandkloof kunnen in potentie leiden tot een paradigmaverschuiving in de vermogenselektronica, doordat ze snel schakelen, lage verliezen hebben en kunnen functioneren op hoge werktemperaturen. Jelena Popovic-Gerber (TU Delft) bespreekt toepassingsmogelijkheden voor GaN en SiC op verschillende gebieden (verlichting, PV, consumentenproducten, lucht- en ruimtevaart en dergelijke) en de uitdagingen bij het benutten van het volledige potentieel van deze componenten.

Power measurement based on DSO technology, really?

Michael Rietvelt (Yokogawa) legt twee basistechnieken uit voor vermogensanalysatoren: het single-shot (DSO) type en het middelende type. Hij kijkt naar alle voor- en nadelen. Hoe nauwkeurig is de vermogensmeting met een single-shot type? Welk type metingen is nodig bij een lage power factor. Welk type is geschikter bij snelle vermogensmetingen?

Electrolytic capacitors in power electronics

Omdat de elektrische parameters van elektrolytische condensatoren afhankelijk van de toepassing en de belasting veranderen, moet de engineer bijzonder zorgvuldig kijken naar de levensduur van de elco. Ole Björn (Jianghai Europe Electronic Components, namens Heynen) geeft inzicht in de technologie van de condensatoren, om de juiste leveranciers te kunnen kiezen. Hij introduceert mogelijkheden voor het berekenen van de levensduur van de condensatoren van Jianghai en presenteert tips en trucs voor een succesvolle layout.

Elektrische auto’s snel laden vanuit het DC net

DC-netten zijn de belofte voor een zuiniger omgang met elektrische energie. Kostenbesparing in de aanleg, minder verliezen en minder complexe systemen zouden deze belofte moeten waarmaken. Maar is het allemaal wel zo eenvoudig? Hoe zit het met stabiliteit, veiligheid in verband met. afschakelen, betrouwbaarheid van halfgeleiders, lokale opslag, ‘vehicle to grid’? En hoe werkt dat snel laden van batterijen? Peter van Duijsen (Simulation Research Caspoc) laat zien dat DC-netten, ondanks praktische problemen, veel te bieden hebben.

De invloed van vermogenselektronica in de scheepsbouw

Aan de hand van de elektrische installatie van een 20 MW zelfvarende snijkopzuiger (Self Propelled Cutter Suction Dredger) licht Pieter Vos (IHC Merwede) de specifieke eigenschappen en uitdagingen van het scheepsnet toe. Waar vroeger nog veel werktuigen diesel-direct werden aangedreven heeft dit schip als opwekking twee dieselmotoren van 10 MW, met op iedere motor twee generatoren, die het scheepsnet genereren van 690 V, 50 Hz. Het vermogen wordt vooral gebruikt voor het baggerproces, waarbij zoveel mogelijk het maximale vermogen benut wordt om een zo groot mogelijke productie te bereiken. De grootste verbruiker is de baggerpomp met 4200 kW (4500 A). De verbruikers zijn direct op het scheepsnet aangesloten via vermogensomzetters, wat uitdagingen oplevert met betrekking tot de harmonische vervorming (22%), de grote stromen, de relatief kleine ruimte en alle gevolgen daarvan.

Rondleiding

Na afloop van het lezingenprogramma bestaat de mogelijkheid om een rondleiding te volgen door de laboratoria ‘DC systems and Storage’ en ‘Electrical Power Processing’ van de TU. Tijdens deze rondleiding worden vijf demonstraties gegeven. Aanmelden voor de rondleiding kan gelijktijdig bij bij het registreren voor een bezoek, via www.vermogenselektronicaonline.nl.

Demonstratie 1: Contactloos laadsysteem voor elektrische voertuigen

Dit project gaat over het contactloos laden van elektrische voertuigen. Daarvoor is een contactloos vermogensoverdrachtsysteem ontwikkeld met hoog rendement, dat werkt met inductief gekoppelde spoelen die vermogen overbrengen via een grote luchtspleet. Aangetoond is dat het contactloos laden de actrieradius van elektrische voertuigen significant kan vergroten. Het laden via een systeem met spoelen kan ook gebeuren terwijl het voertuig rijdt of als het geparkeerd staat. Het stationair laden wordt gedemonstreerd met een schaalmodel en geconcentreerde spoelen en een op afstand bestuurde auto. Ook wordt een experimentele opstelling getoond voor het laden onderweg – met gedistribueerde spoelen.

Demonstratie 2: Modulaire gelijkspanningsomzetter met rendement van 98,5%, voor duurzame energiebronnen

Dit project heeft betrekking op het ontwerp, de besturing en de optimalisering van het rendement van een hoogsspannings bidirectionele, modulaire multi-niveau DC/DC vermogensomzetter. Hoge spanning is noodzakelijk voor de elektrostatische duurzame-energieconverters, maar door het modulaire ontwerp is ook optimaal gebruik bij lagere spanningen mogelijk. De nadruk van dit project zal worden gelegd op de ontwerpoptimalisatie om te komen tot een hoge vermogensdichtheid. Belangrijke voorwaarden zijn een minimalisering van de verliezen, functie-integratie, optimaal thermisch management en de juiste behuizing.

Demonstratie 3: DC grid met Opal RT besturing

Multi-terminal gelijkspanningsnetwerken kunnen een optimaal platform vormen voor de integratie van duurzame bronnen die op afstand van elkaar liggen. Ook zijn ze geschikt voor de verdere penetratie van elektronische vermogensconverters. Gedemonstreerd wordt een optimale besturing van de vermogensstroom in een DC netwerk met drie terminals, samengesteld uit spanningsconverters die zijn verbonden via een parallelle-radiale topologie in symmetrisch monopolaire configuratie. Een digitale real-time simulator (Opal-RT) die is gevoed met echte metingen, sluit de power-hardware-in-the-loop besturingsdemonstratie en wordt gebruikt om het gedrag te emuleren van de buitengaatse windmolens bij Egmond aan Zee, aangesloten op het multi-terminal DC netwerk.

Demonstratie 4: Systeemintegratie van ‘wide band gap’ vermogenselektronica: kansen en uitdagingen

Deze demonstratie illustreert de onderzoeksactiviteiten in de EPP-groep op het gebied van systeemintegratie van SiC- en GaN-componenten. Toepassingen lopen uiteen van consumentenproducten en verlichting tot zonne-energie (PV) en industriële besturingen. Getoond wordt het potentieel van componenten met een brede bandkloof voor het behalen van een hoger rendement, hogere schakelfrequenties en hogere vermogensdichtheden.

Demonstratie 5: Snel aandrijfsysteem voor aerospace-toepassingen

De ontwikkeling van snelle machines met permanente magneet en vermogenselektronica voor toepassing in de lucht- en ruimtevaart staat op het conto van Aeronamic en de TU Delft in het kader van het programma HiSpem. Snelle aandrijvingen zijn van vitaal belang in deze sector, vanwege hun lage gewicht en hoge vermogensdichtheid. Het is voor het succes van de technologie essentieel om te voldoen aan de milieueisen (-55 °C to 150 °C) bij tegelijkertijd bevredigende prestaties en betrouwbaarheid. In de demonstratie is een fault-tolerant snelle machine (40 krpm) te zien met daarin geïntegreerde vermogenselektronica.

Vermogenselektronica 2014

24 juni, De Haage Hogeschool

Rotterdamseweg 137, 2628 AL Delft