Effektiv kraftelektronik med kiselkarbid viktig för automation

Energiåtgången i automations- och processindustrin kan minskas om varvtalsreglerade synkrotronmotorer används i betydligt högre utsträckning än idag. Dessa är mycket tillförlitliga och lätta men kräver avancerad drivelektronik. Av de 40 miljoner elmotorer för industribruk som säljs idag är endast 10% utrustade med varvtalsreglering. Detta beror på att drivelektroniken är kostsam och utrymmeskrävande. Dagens system använder kiselkomponenter och har en verkningsgrad på typiskt 95-98%. Förlusten generar värme som måste kylas bort. Prestanda på kiselkomponenterna påverkas också mycket negativt av användning vid högre temperaturer.

Kraftkomponenter i kiselkarbid har en grundläggande förmåga att klara styrning av höga spänningar vid höga frekvenser med mindre förluster än motsvarande i kisel. Komponenterna fungerar också bra vid betydligt högre temperaturer. De är dock svårare att tillverka och under många år har fokus legat på utveckling av material utan defekter så att de goda egenskaperna kan erhållas i praktiken. Sedan några år finns högkvalitativt material kommersiellt tillgängligt och utvecklingen av komponenter pågår runt om i världen. Dioder i kiselkarbid har börjat användas för kraftaggregat till datorer och olika typer av transistorer har börjat lanserats. Industrin i Japan är drivande då de vill ha fram bättre lösningar för eldrivna fordon. I Europa är effektiva växelriktare till den stora utbyggnaden av solcellsel redan en viktig marknad. Det forskningsarbete som initierades av ABB på 90-talet har därför nu börjat ge resultat och Sverige har idag en erkänd expertis inom kiselkarbid. Allt ifrån material vid Linköpings universitet till komponenttillverkning på Acreo, KTH och nystartade företaget TranSiC i Kista.

Med kiselkarbid kan vi få drivelektronik som har mycket låga förluster, tar lite plats och som klarar att styra stora effekter även vid höga drifttemperaturer. För att utnyttja fördelarna måste dock hela konstruktionen och styrningen av kraftmodulen utvecklas. Den största vinsten erhålls dessutom vid integrering av kraftelektroniken i systemet och de nya lösningar som möjliggörs. Genom att etablera ett nära samarbete mellan aktörer i hela värdekedjan vill vi snabba upp användningen av kiselkarbid i kraftelektronik. Vi planerar för ett SiC Power Center med start 2011 där leverantörer av komponenter, tillverkare av kraftelektronik och systemföretag från olika branscher ingår. Automation och process kommer att bli ett viktigt område att utvärdera den nya kraftelektroniken på.

Christian Vieider • Affärsutveckling Nanoelektronik • Forskningsinstitutet Acreo AB