Vermogenselektronica: praktijk en wetenschap

Het lezingenprogramma wordt omlijst door een kennismarkt, waar bedrijven hun kennis, producten en diensten op het gebied van de vermogenselektronica demonstreren.

De diversiteit van het vakgebied wordt getoond door twee keynote sprekers en in parallelle sessies met specifieke, technologische presentaties.

Het programma van wordt geopend met een keynote-presentatie van Pavol Bauer (TU Delft) over het laden van elektrische voertuigen met groene energie. "De belangrijkste tekortkomingen van elektrische voertuigen," zegt Bauer, "blijven de beperkte actieradius en de hoge kostprijs". In beide gevallen is dat een gevolg van de limieten van accu’s. Een mogelijke oplossing is Contactless Power Transmission (CPT). Daarvoor worden systemen geïnstalleerd in het wegdek, waarmee de elektrische voertuigen al rijdend worden geladen. En dat kan zelfs duurzaam als zulke systemen worden gevoed door wind- en zonne-energie.

Sjef Cobben (TU Eindhoven) besluit de dag, ook weer met een keynote. Cobben: "Bij beschouwing van het dagprogramma zien we veel nieuwe ontwikkelingen. De rode draad door de verhalen is dat compatibiliteit een steeds belangrijker onderwerp wordt. Maar wat weten we nu eigenlijk precies van onze systemen en componenten? Welke stromen genereren ze en tegen welke spanningen zijn ze bestand? Steeds vaker duiken er problemen op met de compatibiliteit van toestellen en systemen." Cobben sluit af met een overzicht van bestaande en wellicht nieuwe onderzoeksvragen.

De overige presentaties in het volle dagprogramma zijn ingedeeld in vier parallelsessies: power quality monitoring, power conversion, power applications en power research.

1. Power Quality Monitoring

Succesvol meten aan verstoringen in AC Voedingslijnen

Vermogensconversie gaat altijd gepaard met tal van cruciale metingen, watt, VA, VAR, power factor, crestfactor en rendement. Voor een totaalinzicht zijn eveneens metingen aan pieken, dippen, besparing, periodieke storingen en transiënten noodzakelijk, maar ook harmonische vervorming, inschakelstromen en frequentievariaties zijn kritisch. Nauwkeurige meetresultaten bepalen uiteindelijk de kwaliteit van een product.

Carlo Canziani, Keysight Technologies namens Acal BFI

Using precise current & voltage sensing as a central physical value input to reach better efficiency
Door de voortdurende vraag naar een hoger rendement en verdere CO2-reductie heeft nauwkeurige stroom- en spannings-sensing een steeds grotere invloed op de te behalen resultaten. In de presentatie worden shunt-oplossingen vergeleken met andere fysische principes.

Jens Hartmann, Isabellenhütte namens Heynen

Ultracapacitors: new high power energy storage devices, the technology and its applications
Een ultracapacitor is een hoge-energie versie van een conventionele condensator, waarvoor gebruik wordt gemaakt van de nieuwste materialen en microscopische, hightech productieprocessen. Ze worden gebruikt in toepassingen waar direct meer vermogen/energie nodig is dan met conventionele condensatoren of batterijen kan worden gerealiseerd. Getoond wordt hoe cellen kunnen worden berekend en gecombineerd, rekening houdend met de vermogensdichtheid die voor verschillende toepassingen nodig is.

Metin Sacakli, Nesscap Energy namensTexim Europe

How to achieve a compliant test for energy feed in the utility grid of alternative power sources
Het toenemende aantal energiebronnen, bijvoorbeeld op basis van zon, wind of biologische fenomenen, vraagt om een consistente regulering ten behoeve van energie die op het lichtnet wordt ingevoerd. Fabrikanten van dergelijke systemen moeten hun apparatuur testen en de compliantie ervan aantonen. Gridsimulatoren zijn een elektronische equivalent voor het net, maar ze maken het mogelijk om alle relevante parameters te variëren om het gedrag en de respons van de apparatuur te testen.

Christian Rohrer, Regatron namens C.N. Rood

How to measure power of distorted waveforms precisely?
In de dagelijkse praktijk worden vrijwel alle vermogensmetingen uitgevoerd op signalen met vervorming, terwijl de kalibratie en specificaties van vermogensanalysatoren zijn gebaseerd op zuivere sinusgolven. Omdat het rendement van vermogensconversie toeneemt, is het belangrijk om de meetonzekerheid te kennen om zeker te zijn van een correcte meting. In deze sessie wordt duidelijk wat de invloed van vervorming is op de onzekerheid van de vermogensmeting

Michael Rietvelt, Yokogawa

Zonder elektriciteit staat alles stil – Het belang van een optimale elektrische energiekwaliteit
Elektrische energie is de motor die ons openbare leven en onze bedrijfsprocessen draaiende houdt. Een goede kwaliteit van deze elektrische energie is van levensbelang. Verschillende nieuwe technologieën verstoren de spannings- en stroomkwaliteit en tegelijkertijd wordt apparatuur gevoeliger voor spanningswisselingen. Die combinatie kan verstrekkende gevolgen hebben, zoals overbelasting, brand en productie-uitval.

Christan van Dorst, Hyteps

Power measurement challenges in electric drive systems
De combinatie van moderne variabele frequentie aandrijvingen met asynchrone motoren vormt een uitdagende omgeving voor vermogensanalyse. Er moet rekening worden gehouden met schakelfrequenties van enkele honderden Hz, hoge harmonische signaalinhoud, common mode effecten en andere lastige omstandigheden. In deze presentatie worden verschillende scenario’s belicht, met de bijbehorende risico’s en valkuilen. Ook stelt de spreker oplossingen voor om dubbelzinnige of tot fouten leidende resultaten te voorkomen.

Timothy Hertstein, Zes Zimmer namens AR Benelux

2. Power Conversion

Digital modules rewrite the rules of power system design
‘Digital power’ is de afgelopen jaren sterk onder de aandacht gekomen, zowel bij componentenleveranciers als bij bouwers van voedingen. In deze presentatie wordt het concept van digital power uitgelegd en worden de voordelen van digitale technieken vergeleken met analoge benaderingen. Ook krijgen de toehoorders praktische richtlijnen over het introduceren van digitaal geregelde voedingsmodulen.

Andrzej Wojtasik, Ericsson Power Modules namens Avnet Abacus

Medium frequency transformers developed for new requirements

Bij het streven naar het minimaliseren van middenfrequent transformatoren werd de belangrijkste stap gezet door het verhogen van de schakelfrequentie. Waar de afgelopen jaren 100 kVA/8 kHz populair was, wordt in nieuwere toepassingen bijvoorbeeld 250 kVA/24 kHz gebruikt. Zelfs hogere vermogens en frequenties zijn in opkomst, met GaN- of SIC-schakelaars. Producenten van MF-transformatoren moeten daarom het state-of-the-art transformatorontwerp heroverwegen. IJzer- en koperverliezen en koeling vormen daarbij de belangrijkste uitdagingen.

Dennis Kampen, Block Transformatoren-Elektronik namens Elincom Electronics

Programmable DC power supply 0-1500 VDC

Mbodji Gueye laat zien hoe diverse programmeerbare voedingen simultaan kunnen worden gebruikt met identieke of verschillende belastingen. De keuze voor interne en externe beveiligingen is afhankelijk van de gegeven configuraties: parallelschakeling, serieschakeling, bipolair systeem, redundant systeem. In deze presentatie gaat het vooral om de volgende situaties: capacitieve belasting, resistieve belasting, inductieve belasting en/of acculader.

Mbodji Gueye, TDK Lambda namens BMF System Parts

Eliminate EMI, size, and reliability concerns when selecting your power supply

Deze parameters zijn van fundamenteel belang voor ontwerptechnici. De elementaire fly-back technologie kan worden verbeterd tot een niveau dat soms de moderne topologieën in AC/DC-voedingen met vermogens tot 500 W kan evenaren. Het resultaat is dan geoptimaliseerde EMC, hoog piekvermogen, geringe lekstroom, hoog rendement, geringe ‘component count’ en ultrahoge betrouwbaarheid.

Martin Fredmark, Powerbox Benelux

How to calculate life time of electrolytic capacitors

In veel toepassingen is de betrouwbaarheid (en de service) rechtstreeks afhankelijk van de parameters van elektrolytische condensatoren. In deze presentatie komen de belangrijkste wetenswaardigheden aan de orde zoals het berekenen van de levensduur van elektrolytische condensatoren en waarin ze verschillen van andere condensatortechnologieën als filmcondensatoren.

Ole Bjoern, Jianghai Europe Electronic Components

New concept for electrical motor, generator and inverter testing

Hoe kun je continu ruwe data verzamelen voor zowel elektrische als mechanische signalen om al het nodige rekenwerk te doen voor vermogensbepaling en geavanceerde analyse, zoals ruimte-vector- of dq0-transformatie om verliezen te begrijpen en het rendement bij statische en dynamische belastingen te verbeteren.

Klaus Lang, HBM voor HBM Benelux

Optocouplers for improved safety, noise isolation and functionality in power electronics

Optocouplers als isolatoren zijn essentieel voor de betrouwbaarheid en veiligheid in toepassingen met hoge spanningen en vermogens. Een vergelijking van alle aspecten van de verschillende beschikbare isolatortechnieken kan helpen bij de selectie. Verder worden de belangrijkste parameters en functionaliteiten van optocouplers gepresenteerd, evenals een aantal voorbeelden.

Achim Kruck, Vishay Optocouplers & Solid State Relays namens Ecomal

3. Power Applications

Ontwikkeling van een 5,8 MW IGBT DC/DC convertersysteem
Imtech ontwikkelt een IGBT DC/DC-convertersysteem als voedingssysteem voor een opstelling voor wetenschappelijk onderzoek (booster synchrotron) met een gecombineerd systeemvermogen van 5,8 MW. Het systeem bestaat uit vier converters: twee gezamenlijk voor de dipoolmagneten en twee voor elk van de twee quadrupole magneetsystemen. Speciale eis voor het systeem: 90 miljoen belastingcycli van een driehoekvormige stroomprofiel met een herhalingsfrequentie van 4 Hz voor enig onderhoud.

Bart-Jan Sustronk, Imtech Power Conversion

Een DC stopcontact in je huis?
Zonne-energie, elektronica, ledverlichting, bijna alles loopt op een gelijkspanning. Dus waarom ook geen gelijkspanningsnet in je huis? Maar welke spanning heb je dan nodig en werkt alles dan nog wel? Er kan een centrale AC/DC-converter komen, of een usb-converter in ieder stopcontact, of een combinatie hiervan. Maar wat is de vermogensvraag en is dit te combineren met het opladen van een elektrische auto? Bekabeling en veiligheid: de vermogenselektronica gaat hier een beslissende rol spelen.

Peter van Duijsen, Simulation Research Caspoc

Regenerative power converters for energy saving and power optimization in research and testing
Het gebruik van elektronische apparatuur met regeneratief vermogen levert significante energiebesparing op en optimaliseert de elektrische installatie, door reductie van ongeveer 80% van de hoeveelheid vermogen en energie die van het lichtnet moet komen. Deze presentatie geeft een technische beschrijving van de hardware-oplossing, de besturingsalgorithmen en de werking van regeneratieve testapparatuur.

Miquel Teixidó, MSc. Etseib-UPC namens TTMS

Ontwerp en productie 4 kVdc – 8 kW voeding
Voedingen voor magnetrons voor plasma UV-lampen zijn complex en moeten bestand zijn tegen zeer grillige bedrijfstoestanden. Het ontwerp van een nieuwe transformator, 3 fasen PFC en overige vermogenscircuits komen aan de orde naast de thermische huishouding en productie-aspecten zoals partieel ingieten

Tonnie Telgenhof Oude Koehorst, Nedap Light Controls

Elektrische fietsen – Betrouwbaarheid en sensorloze koppelregeling
Elektrische fietsen zijn de laatste jaren sterk in opkomst. Er zijn verschillende elektrische fietssystemen ontwikkeld, van motorsturing, batterijen, displays tot aan backoffice software toepassingen. In deze presentatie wordt een overzicht gegeven van de verschillende generaties elektrische systemen, de innovaties en de lessen die geleerd zijn.

Menno Kardolus, Power Research Electronics

Even uw temperatuur opnemen… Meten aan grote IGBT’s
Vermogenselektronica in treinen moet natuurlijk efficiënt zijn, maar het is onvermijdelijk dat halfgeleiders opwarmen en gekoeld moeten worden. Om die koeling te dimensioneren worden de verliezen in kaart gebracht door elektrische en thermische metingen. Er worden verschillende methoden gepresenteerd om die metingen met een redelijke nauwkeurigheid te kunnen uitvoeren.  Het geheel wordt verluchtigd met voorbeelden uit de praktijk.

Wim Platschorre, Strukton Rail

Fusible overcurrent protection for DC applications: from railway, electric vehicles to ships
Een technisch overzicht van bescherming met zekeringen in algemene gelijkspannings-toepassingen. Met onderwerpen als: wat is er zo bijzonder aan DC-toepassingen en waarom is het gecompliceerder in vergelijking tot wisselspanning; welke factoren beïnvloeden de selectie van DC-zekeringen; wat zijn de uitdagingen bij de selectie in specifieke gelijkspanningstoepassingen, van spoorweg/tractie, (hybride) elektrische voertuigen, tot DC-bus toepassingen.

Ying Liu, Eaton’s Bussmann Business namens KWx

4. Power Research

Flexible LV grid interface for controllable PV production and EV charging
Om voorbereid te zijn op de voorziene toekomstige ontwikkelingen in het LV-netwerk is een back-to-back converterconcept bedacht, dat niet alleen de mogelijkheid biedt van continue spanningsregeling, maar ook beschikt over extra functies die in de toekomst nodig zijn. Een praktijkvoorbeeld demonstreert de mechanismen en voordelen van regelbare PV-productie en het laden van elektrische voertuigen. Afhankelijk van de voortgang van het experimentele werk zullen meet- en testresultaten worden getoond van de voorgestelde LV-net interface.

Sun Yin, TU Eindhoven

Reducing the ecological footprint of systems with power electronics
Vermogensconversie speelt een sleutelrol bij het koppelen van duurzame energie aan vermogenssystemen. Momenteel wordt de invloed van conversie alleen gekwantificeerd door het rendement. Maar dat geeft geen compleet beeld. Andere parameters, zoals de gebruikte energie, de teruggevoerde energie en de ecologische voetafdruk kwalificeren de toegevoegde waarde van vermogenselektronica aan het systeem beter. Analoge parameters, zoals economisch rendement, worden al op andere terreinen toegepast, zodat ze voor beleidsmakers makkelijker zijn te begrijpen.

Aniel Shri, TU Delft

The next generation photovoltaic inverter
In het afgelopen decennium is de industrie rond fotovoltaïsche panelen en converters behoorlijk gegroeid. De vraag naar goedkopere, kleinere en efficiëntere inverters leidde tot een intensivering van het onderzoek op dit gebied. Alle beschikbare invertertopologieën werden verbeterd en veel nieuwe zijn voorgesteld. In deze presentatie worden de belangrijkste problemen en eisen aan het netwerk die specifiek zijn voor fotovoltaïsche systemen, systematisch belicht. Ook wordt de impact van deze eisen op het ontwerp van PV-inverters geanalyseerd, met een overzicht van commercieel beschikbare inverters en regelstrategieën.

lija Pecelj, TU Delft

Eliminating zero-crossing distortion in switching converters
Het conventionele schakelcircuit kan worden getransformeerd tot een topologie die niet heeft te lijden van vervorming, die robuust is voor ‘shoot-through’ stroom en waarbij de relatie tussen in- en uitgang lineair is. Deze topologie is gebaseerd op parallel-complementaire unidirectionele schakelcircuits en is bekend als de dual-buck (DB) converter. Voor- en nadelen van de DB-topologie worden besproken en toegelicht met praktijkvoorbeelden.

Jan Schelleken, TU Eindhoven

Towards a DC distribution system – opportunities and challenges
Door de toegenomen hoeveelheid gedistribueerde energiebronnen komt het traditionele wisselspanningsnet ter discussie te staan. Er zijn enorme veranderingen en investeringen nodig om een AC smart grid daarvoor geschikt te maken. Gelijkspanningsoplossingen lijken meer voor de hand te liggen en de meeste gedistribueerde energiebronnen en belastingen aan het laagspanningsnet werken met gelijkspanning. Laurens Mackay bespreekt de kansen en uitdagingen bij de overgang van DC nano- en microgrids naar een DC distributiesysteem.

Laurens Mackay, TU Delft

Electric vehicle charging by PV
Het EV-PV project is gericht op het creëren van een laadinfrastructuur voor elektrische voertuigen met behulp van zonnecellen. De focus is gericht op het verminderen van de belasting van het lichtnet door het vermogen lokaal, op een ‘groene’ manier te produceren met zonnepanelen. De EV-accu heeft daarbij een dubbelfunctie: hij dient ook als energieopslag voor het PV-systeem. Een geïntegreerde vermogensconverter met een slim energiemanagementsysteem moet het elektrische voertuig, de zonnepanelen en het net met elkaar verbinden en is daarbij zowel een dynamisch laadsysteem voor de auto als een V2G (vehicle to grid) systeem, op een veilige en betrouwbare manier.

Gautham Ram, TU Delft

Converting the future – research activities and future trends
Jordi Everts geeft een overzicht van de huidige en eerdere onderzoeksactiviteiten van de EPE groep op het gebied van vermogenselektronicasystemen. Speciale aandacht gaat daarbij naar de geboekte vooruitgang in verschillende toepassingsgebieden, zoals de automotive industrie, duurzame energie, transport over rails, medische systemen en precisie-toepassingen. Bovendien werpt de presentatie een licht op de algemene toekomstige trends en uitdagingen in vermogenselektronica  – en hoe deze trends het vermogenselektronicalandschap zouden kunnen vormgeven.

Jordi Everts, TU Eindhoven

Toegang gratis

Het Vermogenselektronica Event vindt plaats op 23 juni in 1931 Congrescentrum in ‘s-Hertogenbosch. De toegang is – na registratie – gratis. Kijk voor een gedetailleerd dagprogramma en een registratieformulier op http://www.vermogenselektronicaonline.com/