Eines der Hauptziele der modernen Leistungselektronik ist die Erhöhung der Leistungsdichte. Dieser Trend wird vor allem durch die Elektrifizierung im Verkehr (Elektro- / Hybridfahrzeuge und Flugzeuge) ausgelöst. Die Erhöhung der Leistungsdichte sollte die anderen Parameter der Leistungswandler sowie Kosten und Komplexitätsgrad auf einem angemessenen Niveau anhalten. Darüber hinaus sollten alle Umgebungsbedingungen hinsichtlich der Anwendung erfüllt sein. Die Wandler wurden seit der Erfindung der IGBTs bezüglich der Topologie und Steuerung verbessert. Die Entwicklung und die Lieferung der neuen Leistungsschalter an den Markt haben jedoch in den letzten zehn Jahren die größte Aufmerksamkeit der Ingenieure auf sich gezogen. Solche Halbleitermaterialien sowie SiC und GaN haben eine neue Klasse von Leistungsschaltern mit reduzierten Schalt- und Durchlassverlusten gegründet. Auf den ersten Blick scheint es möglich zu sein, die vorhandenen Stromrichter durch die Ersetzung der konventionellen Si-Leistungsschalter zu verbessern. Es wird oft angenommen, dass solcher Ansatz die Maße des Kühlsystems und/oder die Maße der passiven Komponenten verringert. Geringe Schaltverluste sind jedoch auch mit kurzen Kommutierungszeiten (Anstiegs- und Abfallzeiten von Spannungen und Strömen) und mit einer hohen Spannungsanstiegsrate (du/dt) verknüpft. Die erhöhte Schaltfrequenz und die hohen Werte von du/dt führen zu neuen Einschränkungen bei der Konstruktion von Stromrichtern, die in der Leistungselektronik auf der Basis von Halbleitern mit niedriger Kommutierungsgeschwindigkeit unterschätzt oder vernachlässigt wurden.

In der Literatur wurden mehrere Probleme der Hochgeschwindigkeitskommutierung aufgezeigt: hohe Überspannungen und Schwingungen während der Kommutierung wegen der Streuinduktivität, Einfluss auf die Isolation, Lagerströme und Probleme der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV). Das letzte Problem kann für die Anwendung der neuen Leistungshalbleiter die entscheidende Bedeutung sein, weil die zusätzlichen Filter installiert werden sollen. Die EMV-Filter können dazu führen, dass die Leistungsdichte des gesamten Systems sich einschließlich des Stromrichters und aller passiven Komponenten verringert. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Problem der elektromagnetischen Störungen, die durch den Wechselrichterbetrieb eines elektrischen Antriebs in Transportsystemen erzeugt werden. Die Arbeit berücksichtigt die Luftfahrtanwendung. Bei dieser Anwendung spielt die Leistungsdichte die wichtigste Rolle. Aber die EMV-Anforderungen sind sehr streng. Die Art des Rauschens ist detailliert berücksichtigt. In der Arbeit werden auch die verschiedenen Methoden zur Reduzierung der Emissionen vorgestellt. Die Forschungsarbeit befasst sich sowohl mit der Anwendung konventioneller EMV-Filter als auch mit verschiedenen Techniken, die auf das Design des Inverters bezogen (Topologien, Modulationsarten und Hardware).

Das Ziel der Forschungsarbeit ist die Entwicklung der Methoden für die Berücksichtigung der hochfrequenten EMV-Effekte während der Entwurfsphase des Wechselrichters. Dafür sollte die entsprechende Simulation erstellt werden. Die aktuellen Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf die Modelle für das EMV-Filterdesign und dessen Optimierung. Im Gegensatz stellt diese Arbeit ein neues Frequenzbereichsmodell, das die verschiedenen Entstörungsmethoden einschließlich der EMV-Filter und der Wechselrichterdesignmethoden berücksichtigt. Darüber hinaus betrachten die meisten vorhandenen Modelle keine Umwandlung zwischen Gleichtakt und Gegentakt. Es wird jedoch theoretisch und experimentell festgestellt, dass die Umwandlung in dem System beobachtet werden kann. Das entwickelte Frequenzbereichsmodell kann verwendet werden, um diese Umwandlung zu analysieren. Das Modell behält das einfache Frequenzbereichsverhalten mit geringem Rechenaufwand bei, sodass es für die Anwendung im Optimierungsverfahren geeignet ist.

Der Prototyp eines Wechselrichters auf Basis von SiC-MOSFET wurde im Rahmen der Forschungsarbeiten entwickelt, um den elektrischen Antrieb für die EMV-Messungen zu implementieren. Es dient zur experimentellen Untersuchung verschiedener Entstörungsmethoden sowie zur Validierung des entwickelten Modells. Die Ergebnisse zeigen, dass die EMV in den Frequenzumrichtern sehr komplex ist. Die speziellen Entstörungsmethoden sind nur unter bestimmten Bedingungen wirksam. Das vorgeschlagene Modell kann verwendet werden, um die Bedingungen zu analysieren.