Per Ranstad

– Vi räknar med att kunna hantera dubbelt så mycket effekt i det nya kraftaggregatet jämfört med vad vi gör med kisel vid samma storlek på aggregat. Likaså räknar vi med att halvera förlusteffekten, säger Per Ranstad, på GE Power Sweden.

För att rena en rökgas används ett elektrostatiskt filter uppbyggt av många elektrodsystem. En hög likspänning mellan elektroderna skapar en så kallad korona­urladdning som laddar partiklarna i gasflödet och sedan låter det elektriska fältet driva partiklarna så att de skiljs av.

Ett filter kan vara uppbyggt av tio till 50 elektrodsystem. Alla har sitt eget kraftaggregat, som kan skapa en spänning på runt 100 kV och en effekt på i storleksordningen 100 kW.

− Kraftaggregaten arbetar i princip kontinuerligt och det är många apparater per anläggning. Därför är energikonsumtionen väldigt viktig, eftersom förluster kostar pengar.

Ett elektrostatiskt filter avskiljer partiklar ur ett gasflöde. Filtret är uppbyggt av elektrodsystem och ovanpå syns här tre kraftaggregat (brunröda).

En annan viktig detalj är att kunna anpassa driften i varje system till de elektriska egenskaperna och storleken hos de partiklar som ska avskiljas, så att avskiljningsprocessen blir så effektiv som möjligt.

Rätt utfört går det att nå en avskiljningsgrad på 99,9 procent.

Drivande faktorer i utvecklingsarbetet har således varit att skapa en produkt som är energieffektiv, har god styrbarhet och är kompakt. Alla tre faktorer gagnar SiC vid en jämförelse med Si-IGBT.

Lägre förluster ger mindre värme att kyla bort, vilket ger ett enklare och mindre kylsystem. Den högre switchfrekvensen hos SiC minskar också storleken på lösningen, eftersom de reaktiva komponenterna kan göras mind­re.

GE erbjuder kraftaggregat i olika storlekar. De väger typiskt mellan 200 och 500 kg.

Ett kraftaggregat på toppen av det elektrostatiska filter som syns i illustrationen ovan (och i ingressen). Här går det att få en skymt av elektroniken i ett kraftaggregat.

− Kraftaggregatet med kiselkarbid har vi ännu inte lanserat som en kommersiell produkt, utan industrialiseringen återstår. Däremot har vi prototyper i drift hos några kunder, berättar Per Ranstad.

Exakt vilken modell som ska lanseras först är inte beslutat ännu, men SiC ersätter Si på två ställen i produkten.

Det ena är på nätspänningssidan. Aggregaten drivs med 3 × 400 V eller 3 × 480 V, då behövs switchar som har en spärrspänning på 1200 V. I dagens kraftaggregat sitter IGBT:er, som har bipolära egenskaper. I prototyperna är de ersatta av SiC-MOSFET:ar, som är unipolära komponenter.

En av de största fördelarna med SiC är att det går att få som unipolära komponenter med lågt ledspänningsfall. Därmed är de snabba även vid höga spänningar.

− I en bipolär komponent har man konduktivitetsmodulering. När den har börjat leda driver den sig själv in i en djupare mättning, får lägre spänningsfall och låga förluster. När den sedan stängs av tar det en stund att komma ur det läget. Det gör att förlusterna ökar när frekvensen går upp.

Eftersom det handlar om ett högspänningsaggregat sitter det likriktardioder på högspänningssidan.

Inom detta område är komponentutbudet begränsat, så Växjöteamet har sedan flera år tillbaka utvecklat dioder tillsammans med Acreo Rise, som konstruerat chipet, och Ascatron som tillverkar. Det handlar om de dioder på 10 kV som svenska Ascatron lanserade i september i år, som nu är testade och klara.

− I SiC-MOSFET:ar talar vi om 100-tals ampere medan dioderna hanterar någon enstaka ampere, men i båda fall handlar det om effekter i samma storleksordning.

I ett kraftaggregat av nytt snitt sitter det ett 50-tal MOSFET:ar på 1200 V och ungefär lika många högspänningsdioder. Betänker man att ett elektrofilter är indelat i en mängd små sektioner, mellan 10 och 50, alla med ett eget kraftaggregat så går det lätt att räkna ut att det rör sig om tusentals SiC-komponenter som nu tar plats i en produkt från jätteföretag GE Electric.

− Jag tror att proppen är på väg ut. Det kan även hända att vi går in i en kortare period där det är brist på komponenter, konstaterar Per Ranstad.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen. Prenumerera kostnadsfritt!

Per Ranstad har följt utvecklingen av SiC-komponenter i 20 år. Först inom ABB, sedan ­Alstom och nu GE.

− Under många år har vi deltagit i projekt där vi bland annat undersökt tillförlitligheten hos SiC tillsammans med KTH och andra forskningsinstitut. Nu är vår uppfattning att vi kan göra system som är minst lika tillförlitliga, kanske till och med mer tillförlitliga, i SiC än i Si.