Kansen en uitdagingen in vermogenselektronica

Het jaarlijkse Vermogenselektronica Event is deze keer samengesteld in overleg met de TU Delft, de TU Eindhoven en de Universiteit Twente. Daardoor komen in een kwalitatief sterk lezingenprogramma zowel de industrie als de wetenschap aan het woord. Het gaat dan maar liefst om 30 Nederlands- of Engelstalige presentaties in vier parallelle tracks. Plaats van handeling: 1931 Congrescentrum in 's-Hertogenbosch. Een vooruitblik op het lezingenprogramma geeft direct een goed beeld van de diversiteit in toepassingen van de vermogenselektronica en van de belangrijke trends en ontwikkelingen in dit vakgebied. Duurzame energie, elektrische voertuigen, smart grids, energiezuinige draagbare producten - het zijn allemaal actuele onderwerpen waarin de vermogenselektronica een essentiële rol speelt. Op het Vermogenselektronica Event passeert de vermogensdiscipline in zijn volle breedte de revue. Niet alleen in het veelomvattende lezingenprogramma, maar ook op de informatiemarkt waar 27 bedrijven hun producten en diensten demonstreren en toelichten.

 

Alle informatie over het programma is te vinden op http://www.vermogenselektronicaonline.nl/. Op deze site is tevens informatie te vinden over de exposanten op de kennismarkt en hier kunnen bezoekers zich aanmelden voor dit gratis event. Hieronder vast een vooruitblik op het lezingenprogramma

 

Programma

09:30 - 10:00 uur

Mitigating system impacts of off-shore wind farms using on-shore Statcoms

Momenteel zijn verschillende grote offshore windparken via onderzeese kabels verbonden met hoogspanningsnetten. Er zijn daarvoor verschillende opties, waaronder HVDC of HVAC koppelingen. In sommige gevallen bevinden de offshore windparken zich op meer dan 100 km van de kust en de invloed van deze grote windparken op het net moet worden bestudeerd en er moeten risicobeperkende maatregelen worden genomen om de impact op het systeem te minimaliseren. Johan Enslin bespreekt de mogelijkheden om deze grote offshore-windparken te koppelen, en de impact in termen van spanning- en stroomkwaliteit, reactief vermogen en eventualiteiten. Ook aanpassingsmaatregelen met vermogenselektronica komen aan de orde. Voor HVAC kabelverbindingen wordt speciale aandacht besteed aan harmonische resonanties en mogelijke risicobeperkende maatregelen waaronder Statcoms.

Johan Enslin, University of North Carolina, Charlotte

 

Horizonvervuiling of duurzame energiewinning? Een offshore windpark.

 

10:00 - 10:30 uur

Meer rendement van uw vermogen dan bij een ‘passieve' bank

Bij het testen van hoogvermogen applicaties, zoals snelladers voor elektrische voertuigen, UPS-systemen en bijvoorbeeld convertors voor elektrische treinen, maken we vaak gebruik van weerstandsbanken of elektronische belastingen. Nadeel hierbij is de omzetting van energie in warmte, die wordt afgevoerd door bijvoorbeeld airco's en waterkoeling. Het kan ook anders. Met slimme regeneratieve belastingen wordt deze energie omgezet in AC-vermogen voor het voeden van een ontwerp. Hiermee wordt tot 90% energie bespaard.

André Handgraaf, TTMS

 

Potentials and opportunities of lithium based energy storage systems

De kosten van het gebruik van energieopslagsystemen op basis van lithium zijn de afgelopen jaren drastisch gedaald en de technologie is significant volwassener geworden. Bij het gebruik van Li-ion batterijen moeten energievraag en -aanbod altijd in balans zijn. Voor Li-ion systemen zijn drivers beschikbaar die kunnen zorgen voor bijvoorbeeld toename van eigen gebruik, piekscheren, grid-stabilisatie, noodvoeding en het voorkomen van kosten bij uitbreiding van het net.

Winfried Wahl, RRC power solutions GmbH, namens Texim Europe

 

Een nieuw DC-net, heeft dat wel zin?

Lokale opwekking, opslag en energiebesparing, hoe valt dat te rijmen? Door toepassing van een gelijkspanningsnet kan zonne-energie, de elektrische auto en kleinschalige opslag (thuis of in de wijk) praktisch gerealiseerd worden. Vermogenselektronica is de verbindende factor, maar hoe zit het met betrouwbaarheid en stabiliteit van een DC-net?

Peter van Duijsen, Simulation Research Caspoc

 

Schakelcel voor flexibele multilevel vermogensomzetting

Een recente ontwikkeling in de vermogenselektronica is de introductie van omzetters met meer spanningsniveaus. Hierdoor kunnen kleinere passieve componenten en betere schakelaars worden gebruikt. Erik Lemmen introduceert een schakelcel die met minder componenten meer spanningsniveaus mogelijk maakt. Deze niveaus kunnen tijdens gebruik worden aangepast om een arbitrair uitgangssignaal op te bouwen.

Erik Lemmen, TU Eindhoven

 

10:30 - 11:00 uur

Pauze

 

11:00 - 11:25 uur

Vergroot de beschikbaarheid door middel van Power Quality Management

Elektronische apparatuur vervuilt het net steeds meer. Dit verkort de levensduur van die apparatuur en verhoogt het aantal storingen en het energieverbruik. Permanent meten loont. Maar hoe worden al die meetdata vertaald naar eenvoudige managementinformatie? En hoe bewaken we de juridische kaders?

Arjan Pit, forTop automation & energy control

 

Gallium nitride E-HEMTs for next generation power converters

Vermogenstransistoren op basis van galliumnitride bieden veel potentiële mogelijkheden voor het verbeteren van het rendement en het reduceren van ruimte op de PCB in de volgende generatie vermogenstoepassingen. Guido Schott en Tony Astely geven een beeld van de GaN E-HEMT technologie, ook in vergelijking met siliciumcomponenten. Bovendien bespreken ze de periferiecomponenten in het circuit, zoals condensatoren en spoelen, ten behoeve van de specifieke eisen voor het werken op hoge schakelfrequenties boven de 1 MHz - een van de sterktepunten van GaN.

Guido Schott, Ecomal and Tony Astely, GaN Systems

 

Een GaN HEMT (high electron mobility transistor].

 

Energiebesparing met frequentieregeling

Met frequentieregelingen kan veel sneller - en veel meer - energie worden bespaard dan men in eerste instantie zou denken. Uiteraard is de energie-efficiency van individuele elektrische componenten ook heel belangrijk. Harry Roymans maakt duidelijk dat door het simpel regelen van het toerental de maximale besparing kan worden behaald; door het slim aan elkaar koppelen en regelen van de verschillende componenten zoals pomp, AC/PM motor en natuurlijk de frequentieregelaar zelf.

Harry Roymans, ATB Technologies Netherlands

 

Draadloze energieoverdracht door middel van geluidsgolven

Verreweg de meeste systemen voor draadloze energieoverdracht werken op basis van gekoppelde spoelen, waartussen energie wordt overgedragen door een magnetisch veld. Maurice Roes kijkt naar een compleet andere aanpak: het gebruik van een geluidsgolf voor de overdracht van energie. Hij geeft een overzicht van het onderzoek dat aan de TU Eindhoven is gedaan, van het concept tot metingen en inzichten.

Maurice Roes, TU Eindhoven

 

11:30 - 11:55 uur

New analysis solution for modern high efficiency motor drives and power conversion systems

Naast algemene metingen, zoals elektrische parameters, de analyse van harmonischen en het steady state mechanische rendement, is voor moderne driefasenmotoren en vermogensconversiecircuits tevens de analyse van dynamische parameters noodzakelijk. Maurizio Mastrofini presenteert een nieuwe oplossing voor de correlatie van de mechanische en elektrische parameters, samen met de commando's voor het besturingscircuit en de langetermijn statistische analyse van prestaties en optredende fouten.

Maurizio Mastrofini, Teledyne LeCroy, namens AR Benelux

 

Reduction of parasitic inductances (ESL) in capacitors

De beschikbaarheid van halfgeleidermaterialen als SiC en GaN van IGBT modules maakt hoge schakelfrequenties mogelijk - en ook een DC-link condensator met zeer lage parasitaire inductie (ESL). Thomas Ebel geeft een overzicht van de belangrijkste zaken in nieuwe, innovatieve condensatorontwerpen.

Thomas Ebel, FTCAP GmbH, namens Elincom Electronics

 

Application of NPC topology in a 2,2 MW IGBT converter for a synchrotron particle accelerator

Uitgaand van de vereiste spanning van 1500 V, de beschikbare spanningsniveaus voor IGBT's en de aan de levensduur verwante aspecten van de spanningsspecificaties van halfgeleiders, is een Neutral Point Clamped converter ontworpen en gebouwd. Voor de spanningsbalans in het neutrale punt is een speciale besturingslus in de controller van de converter gebruikt. Dimitrios Papathanasiou licht de ontwerpaspecten toe en bespreekt de in-circuit testresultaten.

Dimitrios Papathanasiou, Industry International

 

Introductie in schaalbare multi-poort convertoren: modelleren en regelen van een arbitrair aantal vermogenspoorten

Bas Vermulst toont methoden om vermogensconvertoren te ontwerpen met een arbitrair aantal bidirectionele vermogenspoorten. Modellering van het gedrag op basis van Fourierreeksen komt aan bod. Daarnaast introduceert hij een regelalgoritme dat zodanig is geoptimaliseerd dat de geleidingsverliezen in de converter geminimaliseerd, en zelfs gecontroleerd, kunnen worden. Tevens bespreekt Vermulst de metingen aan een prototype met vier poorten.

Bas Vermulst, TU Eindhoven

 

12:00 - 12:55 uur

Lunchpauze

 

13:00 - 13:25 uur

Kalibratie, wat is de toegevoegde waarde?

In veel gevallen worden meetinstrumenten gekalibreerd om te voldoen aan de kwaliteitsrichtlijnen/procedures van een organisatie of de eindklanten. In de huidige markt waarin de vraag naar aantoonbaar bewijs van de vermogensefficiency van producten toeneemt, is kalibratie echter een krachtig hulpmiddel om metingen van elektrische vermogens en efficiëntie met een hogere nauwkeurigheid uit te voeren.

Michael Rietvelt, Yokogawa

 

Optimizing battery run and charge times of today's mobile wireless devices

Er is bij de ontwikkeling van hardware en software, bij de ontwerpvalidering en bij de productie van draadloze componenten een toenemende behoefte om de geleverde stroom uit de batterij te testen. Engineers die draagbare elektronische toestellen en sensoren ontwikkelen, letten nauwkeurig op de batterijlevensduur. Hoewel draadloze toestellen voor het grootste deel van de tijd in idle-toestand of sleep-modus verkeren, betekent dat niet dat er dan geen vermogen wordt geconsumeerd. Denis Glass laat methoden zien om de batterij-gebruikstijd en laadtijd te optimaliseren, en daarmee ook de levensduur van de batterij in het project.

Denis Glass, Keysight Technologies, namens Acal BFi

 

Factorized power - move to 48V bus systems

Bij de ontwikkeling van vermogenselektronica komen veel aspecten aan bod met evenzoveel valkuilen. Van specificatie, EMC, veiligheid, thermische huishouding tot productietestmiddelen, overal kunnen kleine problemen grote gevolgen hebben. Tonnie Telgenhof presenteert een aantal voorbeelden vanuit de Nedap Light Controls groep.

Tonnie Telgenhof, Nedap afd. Light Controls

 

Solar E-bike charging station

Het doel is het creëren van een zelfstandig en vermogensneutraal eBike-laadstation op zonne-energie te ontwikkelen. Hiervan moet een prototype worden gebouwd, dat op de universiteitscampus zal worden gedemonstreerd. Door het eBike laadstation direct op de campus te plaatsen - en te laten gebruiken - faciliteert men verder onderzoek en ervaring met nieuwe groene technologieën. Alleen door het echt te bouwen en te gebruiken kan het effectieve gebruik van groene energie in een duurzame omgeving worden gedemonstreerd.

TU Delft

 

 

 

Laadstation op zonne-energie voor elektrische fietsen.

 

13:30 - 13:55 uur

Intelligent power module: drive your power with more integration

Bij het ontwerpen van een motordriver zijn betrouwbaarheid, PCB-grootte en systeemkosten belangrijke eisen. Correcte IPM-ontwikkeling en het integreren van de power factor correctie (PFC) maken het vermogensontwerp eenvoudiger en leiden tot een significante reductie van de time-to-market. Aan de hand van voorbeelden van huishoudelijke apparatuur, ventilatoren, pompen en drives voor algemene toepassingen laat Vase Klandjevski de nieuwste ontwikkelingen en mogelijkheden zien.

Vase Klandjevski, Infineon, namens Rutronik

 

Power measurements on AC-DC

Ontwerpers van voedingen streven naar het verbeteren van het rendement van hun ontwerp, terwijl de gespecificeerde prestaties gehandhaafd moeten blijven over de gewenste ingangs- en belastingscondities. Ook moet de voeding voldoen aan de vereiste internationale regels voor harmonischen in de stroom, standby vermogen, veiligheid en EMC. Gabriele Vittori helpt engineers die voedingen en andere apparatuur die op het lichtnet wordt aangesloten, om vermogensmetingen nauwkeurig, snel en veilig uit te voeren.

Gabriele Vittori, Tektronix, namens C.N. Rood

 

Power electronics do's and don'ts

Bij de ontwikkeling van vermogenselektronica komen veel aspecten aan bod met evenzoveel valkuilen. Van specificatie, EMC, veiligheid, thermische huishouding tot productie testmiddelen, overal kunnen kleine problemen tot grote gevolgen leiden. Een aantal voorbeelden vanuit de Nedap Light Controls groep.

Tonnie Telgenhof, Nedap afd. Light Controls

 

Integration strategies of plug-in electric vehicles: participation in ancillary service

Plug-in electric vehicles (PEV's) vormen een groot potentieel in de nabije toekomst om in grote aantallen te worden gekoppeld aan vermogenssystemen. PEV's zijn vooral ook in staat om verschillende soorten aanvullende diensten te leveren aan vermogenssystemen. De mogelijkheid om energie op te slaan en de actieve vermogensregeling van de snel schakelende converters in PEV's zijn twee attractieve eigenschappen die zulke aanvullende diensten mogelijk maken.

Izadkhast Seyedmahdi, TU Delft

 

Plug-in voertuigen gaan een rol spelen in de energiedistributie.

 

14:00 - 14:25 uur

Welke stroomsensoren zijn het beste voor metingen aan vermogensomvormers?

De keuze van de juiste stroomsensor is voor een groot deel bepalend voor een goede vermogensmeting. Het is daarom belangrijk een doordachte keuze te maken. Roy Hali vergelijkt diverse typen en kijkt aan de hand van voorbeelden welk type geschikt is voor veel voorkomende metingen in vermogensomvormers zoals DC-, PWM- en Reactor Loss metingen. Ook zal hij inzoomen op de combinatie van sensoren en de power analyzer.

Roy Hali, Batenburg Mechatronica

 

Components for 232 Amp on your PCB, how do you do it?

‘Klassieke' vermogenselektronicacomponenten worden meestal aangesloten via koperen busbars en bouten. De integratie van die vermogenscomponenten rechtstreeks op de PCB zou de kosten en de potentiële storingen flink reduceren. Wat zijn de uitdagingen bij het gebruik en het solderen van zulke grote componenten?

Georg Grunenberg (Germany), Phoenix Contact

 

A fast IGBT-based DC breaker for protection in DC bus systems

Er is een duidelijke tendens in het ‘elektrificeren' van schepen om de generatorspanning gelijk te richten en toe te voeren aan DC busbar-systemen aan boord, die weer de voeding vormen voor alle AC-aandrijvingen, waaronder de voortstuwing. Het is hier de uitdaging om - in geval van een storing in een deel van het systeem - een foutieve stroom in het geïnfecteerde deel zeer snel (< 20 μs) te kunnen uitschakelen met behulp van een zeer snelle halfgeleiderschakelaar. De meest gangbare DC-bus spanningen zijn 1 kV en 6 kV en de nominale stromen lopen van 1 kA tot 3 kA.

Andy Stöckli, Astrol Electronic AG, namens Kwx

 

Reconfigurable DC links

Herconfigureerbare DC-links die werken met vermogenselektronicaproducten met geavanceerde besturings- en beveiligingsalgoritmen kunnen extra flexibiliteit toevoegen aan elektriciteitsnetten. De gedachte is om herconfigureerbare DC-links te introduceren als een flexibele backbone voor toekomstige distributienetten, om te komen tot een soepele overgang van AC- naar DC-transmissiesystemen.

Aditya Shekhar, TU Delft

 

14:30 - 14:55 uur

Pauze

 

15:00 - 15:30 uur

Complex power analyzer setups with real time system integration

Conventionele vermogensmeters kunnen niet overweg met complexe systemen, zoals multi-level converters, eCVT's en 5,6-fase machines. Evenmin kunnen ze de relaties onderzoeken tussen mechanische en elektrische grootheden. Klaus Lang vertelt hoe moet worden omgegaan met deze complexe configuraties en hoe in real time resultaten kunnen worden geleverd als P, S, Q, ɳ of Ψ. De resultaten kunnen ook in real time via de EtherCAT bus worden verzonden naar een automatiseringssysteem om de testtijd te versnellen.

Klaus Lang, HBM Benelux

 

3 phase & wire-bonded shunt modules for current sensing on the circuit board in frequency inverters

Isabellenhütte heeft samengewerkt met verschillende bedrijven om 3-fase shuntmodules te ontwikkelen voor stroommeting tot 100 A op de printkaart in frequentie-omvormers. Daarnaast kunnen stromen tot 400 A worden gemeten met grote nauwkeurigheid en lange-termijn stabiliteit, met gebruik van de gezamenlijk ontwikkelde vermogensmodules. Bovendien kunnen wire-bonded precisieweerstanden ook worden gebruikt in vermogensmodules, afhankelijk van de wensen van de klant. Kevork-Deniz Vartan presenteert het hoe en waarom van precisieshunts in deze toepassingen.

Kevork-Deniz Vartan, Isabellenhütte, namens Heynen BV

 

Halen we de 30 jaar wel? Faaloorzaken van halfgeleiders in tractietoepassingen

Vermogenselektronica is niet meer weg te denken uit de huidige treinen, trams en metro's. Helaas hebben de daar toegepaste halfgeleiders niet het eeuwige leven, maar zijn ze onderhevig aan veroudering. Wim Platschorre presenteert verschillende verouderingsfactoren en geeft handreikingen om hiermee in het ontwerpproces van aandrijvingen rekening te houden. Ook bespreekt hij enkele typerende ontwerpfouten met soms desastreuze gevolgen. Het geheel wordt op smaak gebracht met voorbeelden uit de praktijk.

Wim Platschorre, Strukton

 

Een geïsoleerde bidirectionele dc-dc omzetter met een breed spanningsbereik

Door de toenemende vraag naar elektriciteit en strengere eisen aan rendement en volume is onderzoek naar compacte en efficiënte omzetters van groot belang. Nico Baars gaat in op de driefasige dubbele actieve brug (DAB) topologie die interessant is voor hoogvermogen applicaties zoals boordnetomzetters, DC-netten en elektrische auto's. De impact van verschillende transformatorconfiguraties op de omzetter komt aan bod evenals een topologievariant die het spanningsbereik aanzienlijk vergroot.

Nico Baars, TU Eindhoven

 

15:30 - 15:55 uur

Storende en gestoorde apparaten in het voedingsnet, een stralende toekomst!

Na de introductie van een nieuwe technologie worden we vaak geconfronteerd met storingen, ofwel elektromagnetische interferentie. Soms voorspelbaar, maar ook regelmatig onverwacht, zoals de ontploffende airbags als gevolg van de velden van de eerste mobiele telefoons. Het voedingsnet was tot voor kort eenvoudig: een stabiele 50 Hz bron met hoofdzakelijk lineaire gebruikers, maar dat verandert razendsnel. Gedistribueerde energiebronnen zoals zonnepanelen zijn sterk niet-lineair, evenals energiezuinige gebruikers, en ze schakelen vooral in het frequentiegebied 2 kHz ... 150 kHz. In dit frequentiegebied zijn er nauwelijks normen zodat omvormers hoge stoor(spannings)niveaus genereren waardoor andere apparaten van slag raken. Tegelijkertijd wordt gepoogd om, ten behoeve van het zogenaamde Smart Grid, communicatie via het lichtnet tot stand te brengen (Power Line Telecommunication voor Mains Communication Systems). Daarvoor zijn lage stoorniveaus noodzakelijk, maar tegelijkertijd moeten de filters in de aangesloten apparaten de gewenste communicatiesignalen niet dempen.

Deze spagaat levert nog steeds heftige discussies in veel normcommissies op. Al met al: een stralende toekomst!

Frank Leferink, Universiteit Twente

 

16:00 - 17:00 uur

Netwerkborrel

 

Vermogenselektronica Event

14 juni, 9.00 ... 17.00 uur

1931 Congrescentrum 's-Hertogenbosch

http://www.vermogenselektronicaonline.nl/