- Verlustmessungen an Wasserkraftgeneratoren
- Modellierung und Simulation des Bordnetzes für Elektrofahrzeuge
- Aufbau eines Prüfstands für Akkuzellen
- Entwurf und Aufbau eines DC/DC-Wandlers für den Einsatz in Hybrid- und Vollelektrischen Fahrzeugen
- Untersuchung der EMV-Belastung durch Motorkabel
- Recherche und Auslegung von Datenbussen
- Entwicklung eines DSP-Boards
- Entwicklung und Aufbau einer rotatorischen Positionserfassung Mittels Hall-Switch Sensoren
- Aufbau von Leistungselektronik und Bedienerinterface für einen Akustikprüfstand
- Frei schwebende Glühlampe
- Thermische Untersuchung einer Elektrischen Maschine mittels FEM
- Entwurf und Aufbau einer „Berührungslosen Steckdose”
- FEM-Simulation eines permanenterregten Synchronmotors für Direktantrieb-Anwendungen
- Entwurf und Programmierung eines Gerätes zur Hochstrom-Impedanzmessung im mittlerem Frequenzbereich
Verlustmessungen an WasserkraftgeneratorenMit einem Anteil von 16% an der weltweit erzeugten elektrischen Energie nimmt die Wasserkraft die Spitzenstellung unter den erneuerbaren Energien ein. Die zur Energiewandlung eingesetzten Generatoren werden als elektrisch erregte Synchronmaschine (SM) oder als Doppeltgespeiste Asynchronmaschine (DASM) ausgeführt. Die elektrische Leistung der eingesetzten Großgeneratoren liegt dabei typischer Weise im Bereich von 200 MW bis 500 MW. Obwohl der Wirkungsgrad der Generatoren in der Größenordnung von 99% liegt, ist eine weitere Optimierung aufgrund der absolut gesehen hohen Verlust interessant. Einen bedeutenden Verlustmechanismus stellen dabei Wirbelstromverluste in der Pressplatte dar, welche das Statorblechpaket zusammenhält. Sie sorgen neben einer Reduktion des Wirkungsgrades für eine starke Erwärmung. Im Rahmen eines laufenden Forschungsvorhabens werden am IMAB Verfahren zur Berechnung dieser Verluste entwickelt. Um die Praxistauglichkeit der entwickelten Methoden zu überprüfen, sollen diese durch Messung verifiziert werden. Da die Messung an einem realen Generator während des laufenden Betriebs nicht möglich ist, sollen Messungen an einem geeigneten Modell vorgenommen werden. Die Aufgabe der Studien- oder Bachelorarbeit besteht aus dem Aufbau eines Generatormodells und der Durchführung der Verlustmessungen. Die Arbeit hat einen praktischen Schwerpunkt und wird in Kooperation mit einem weltweit führenden Hersteller von Wasserkraftgeneratoren angeboten.
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Modellierung und Simulation des
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| Interessentinnen oder Interessenten wenden sich bitte an: |
M. Sc. Ke Han Tel.: 0531 / 391-3906 E-Mail: 
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Aufbau eines Prüfstands für Akkuzellen
Die Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs ist die entscheidende Komponente in Bezug auf die Performance eines E-Mobils. Dabei ist eine Herausforderung, die Einzelzellen so zu betreiben, dass ein Optimum an Lebensdauer unter Erfüllung der Leistungsanforderung erreicht wird. Dazu müssen umfassende Betriebs- parameter der Zellen ermittelt werden. Zur Ermittlung dieser Parameter wird in dieser Arbeit ein Prüfstand erstellt, um das Lade-/Entladeverhalten von Akkuzellen zu untersuchen. Dabei ist der im Rahmen der Arbeit zu entwickelnde DC/DC-Steller die Kernkomponente des Prüfstands zur Realisierung von flexiblen Lade-/Entladestrategien. Der Steller soll einen Ladestrom von bis zu 80 A und einen Entladestrom von 200 A bereitstellen, mit welchem Einzelzellen oder Reihenschaltungen von wenigen Zellen geprüft werden. Weiterhin ist die zu realisierende Aufzeichnung und Auswertung von Sensorinformationen notwendig, um die Kontrolle über die Umgebungsparameter zu gewährleisten. Zur Steuerung und Datenverarbeitung wird ein Mikrocontroller eingesetzt, dessen Basisprogrammierung den Abschluss dieser Arbeit bildet.
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Entwurf und Aufbau eines DC/DC-Wandlers für den
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| Interessentinnen oder Interessenten wenden sich bitte an: |
Dr.-Ing. G. Tareilus Tel.: 0531 / 391-3900 E-Mail: 
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Untersuchung der EMV-Belastung durch MotorkabelAn den Anschlussklemmen von Wechselrichtern mit Spannungszwischenkreis treten steile Schaltflanken mit einer Spannungsanstiegsgeschwindigkeit von bis zu 10 kV/µs auf. Die Änderungen der Spannungen breiten sich auf der Mehrfachleitung, die den Wechselrichter mit der Maschine verbindet, in Form von Wanderwellen aus. Die Mehrfachleitung kann Längen von mehreren hundert Metern erreichen, so dass das System Leitung nicht mehr elektrisch kurz ist. Durch die Reflexionsbedingungen an den Enden der Leitung werden Schwingungen hervorgerufen, die Frequenzanteile im MHz-Bereich haben. Bestehende sowie ein Neues am IMAB entwickeltes Verfahren führen zu einer Unterdrückung der Schwingungen. Je nach Verfahren wird die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit mehr oder weniger verringert, wodurch im Frequenzspektrum des Schaltvorganges immer noch hochfrequente Anteile verbleiben. Die Aufgabe in dieser Studienarbeit besteht darin, die EMV-Belastung der Umwelt durch Abstrahlung qualitativ zu beschreiben. Die Verbesserungen des Verhaltens durch einzelne Verfahren zur Überspannungsreduktion an den Maschinenklemmen sollen darin miteinander verglichen werden. Insbesondere wird das am IMAB entwickelte Schirmabschlussverfahren hinsichtlich der Störungsemission untersucht. Zur Lösung der Aufgabe wird zunächst eine Literaturrecherche zu diesem Thema durchgeführt. Möglicherweise darauf aufbauend soll ein einfaches „Antennenmodell” der Leitung als Matlab-Programm entwickelt werden, das die Störabstrahlung in Abhängigkeit des Abstandes beschreibt. Als Eingangsgröße liegt ein zeitlicher Schaltvorgang in Form eines Vektors, der die Spannung an einem festen Ort über der Zeit beinhaltet, vor.
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Recherche und Auslegung von DatenbussenIn Papiermaschinen werden die zunächst sehr nassen Bahnen durch Trockengruppen geleitet. Diese Trockengruppen bestehen aus mehreren von innen beheizten Trockenzylinder die über ein elastisches Flies miteinander mechanisch verbunden sind. Bei älteren Papiermaschinen werden die Trockengruppen von einer elektrischen Maschine angetrieben, wobei die Energie über Getriebe an die einzelnen angetriebenen Trockenzylinder verteilt wird, während andere Trockenzylinder durch das Flies nur mitgeschleppt werden. Durch Verschleiß und Abdrehen ändert sich der Radius der Zylinder. Da das Übersetzungsverhältnis der Getriebe fest ist, wäre es wünschenswert die Trockenzylinder einer Gruppe mit mehreren Direktantrieben zu bestücken. Die mechanische Kopplung entfällt und die Drehzahlen können für jeden angetriebenen Trockenzylinder frei wählbar vorgegeben werden. Des Weiteren kann auf die Papierqualität durch Vorspannung des Fließ in Folge eingeprägten Schlupfes Einfluss genommen werden. In Zusammenarbeit mit einem Unternehmen wurde am IMAB ein Direktmotor samt Wechselrichter für diese Zwecke entwickelt. Es besteht eine Wechselrichtersteuerung, die über eine RS232 und eine RS485 verfügt. Eine übergeordnete Steuerung fährt eine Trockengruppe hoch oder bremst sie ab. Einzelne Drehzahlen werden an die Wechselrichter ausgegeben. Als Zustandsinformation erfährt die übergeordnete Steuerung über die Istdrehzahl, das elektrische Moment etc. Die übergeordnete Steuerung wird mit der Prozessleitebene verbunden. Die Aufgabe in dieser Studienarbeit besteht darin die Kommunikation der einzelnen Geräte miteinander zu erarbeiten. Dazu wird zunächst eine Recherche durchgeführt welche Topologien z. B. Siemens oder SEW anwenden. Des Weiteren sollen verschieden Kommunikationsbusse hinsichtlich ihrer Tauglichkeit für den Einsatz untersucht werden. Dabei müssen lange Zuleitungen, Störungen, Übertragungsbandbreiten und Echtzeitverhalten berücksichtigt werden. Bei Interesse kann eine ausgewählte Topologie praktisch aufgebaut, programmiert und untersucht werden.
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Entwicklung eines DSP-BoardsDas Kernstück der Steuerung eines Wechselrichters besteht in der Regel aus einem Mikrokontroller oder einem DSP. Eine am IMAB entwickelte Wechselrichtersteuerung beinhaltet ein DSP-Board mit dem TMS320F2812 von Texas Instruments. Das Board sitzt als „Huckepackplatine“ auf der wechselrichterspezifischen Steuerkarte. Es ist wünschenswert den Prozessor direkt in die Steuerung zu implementieren. Dadurch werden Kosten gesenkt, die mechanische und elektrische Stabilität erhöht und EMV-Probleme verringert. Die Aufgabe besteht darin mit Hilfe des Datenblattes des TMS320F2812 und des Schaltplanes des DSP-Boards ein Layout zu entwerfen, so dass der Prozessor außerhalb des Entwicklungsboards lauffähig ist. Das Layout wird mit dem Leiterplattendesigntool EAGLE erstellt. Dafür muss ein Modell des Prozessors für EAGLE gefunden oder erstellt werden. Der Prozessor benötigt einen RAM, der ausgewählt und ebenfalls als EAGLE-Model in das Layout eingefügt werden muss. Der Prozessor wird über eine JTAG-Schnittstelle programmiert. Der JTAG-Adapter kann zwar zugekauft werden, doch muss der Anschluss an den Prozessor erfolgen. Im letzten Schritt wird das DSP-Board geätzt, bestückt und getestet.
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Entwicklung und Aufbau einer rotatorischen Positionserfassung Mittels Hall-Switch SensorenDie feldorientierte Regelung von elektrischen Antrieben bedingt i. a. die Kenntnis der genauen Rotorlage der Maschine. In den meisten Fällen wird diese über ein mechanisches Drehgebersystem bestimmt, das direkt an den Rotor gekoppelt ist. Bei einigen Anwendungen in der elektrischen Antriebstechnik ist diese Art der Messung nicht möglich, und man ist gezwungen, auf berührungsfreie Systeme zurückzugreifen. Neben induktiven Signalgebern (wie z. B. Resolver) kommen dafür u. a. optische Verfahren oder Hall-Elemente zum Einsatz. Im Rahmen dieser Studienarbeit soll für eine Prototypmaschine die Winkellageerfassung mittels
Hall-Switch Sensoren aufgebaut werden. Dies umfasst sowohl den konzeptionellen Teil als auch die
praktische Umsetzung für den Betrieb. Neben der Sensoranordnung und Ansteuerung, steht insbesondere die
Auswertung und Verarbeitung der Signale, mit Hilfe einer geeigneten, zu programmierenden
Mikrocontroller-Schaltung, im Vordergrund der Arbeit. Alle Ergebnisse sind ausführlich zu
dokumentieren.
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Aufbau von Leistungselektronik und Bedienerinterface für einen Akustikprüfstand
Geräusche in elektrischen Maschinen entwickeln sich zu einem bedeutenden Forschungsfeld in der Fahrzeugtechnik. Der zunehmende Einsatz von elektrischen Antrieben erfordert die genaue Untersuchung der Ursachen für Geräusche derartiger Systeme. Bei diesen Untersuchungen sind Experimente unverzichtbar. Ziel dieser Arbeit ist der Aufbau des Leistungsteils eines Akustikprüfstands zur Vermessung der Geräusche von Elektromotoren. Weiterhin wird eine Resolverauswertung für den zu untersuchenden Motor benötigt. Die Weiterentwicklung einer Reglereinheit auf Basis eines Mikrocontrollers (PICmicro), durch die der Motor mit verschiedenen Stromformen betrieben werden kann, bildet den Abschluss der Arbeit.
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Frei schwebende GlühlampeIm Rahmen einer Diplomarbeit soll mittels der berührungsfreien Energieübertragung und des elektromagnetischen Schwebens eine frei schwebende Glühlampe zum Leuchten gebracht werden. Hierfür soll zuerst ein Magnetkreis dimensioniert werden und vorerst ein passiver Körper zum Schweben gebracht werden. Der benötigte Stromsteller ist aufzubauen, in Betrieb zunehmen und eine bereits bestehende Luftspaltregelung ist zu implementieren. Anschließend ist die Energieübertragung mit dem aufgebauten Spulensystem zu testen, indem eine vorerst befestigte Glühlampe zum Leuchten gebracht wird. Danach können das elektromagnetische Schweben und die berührungsfreie Energieübertragung kombiniert werden.
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Thermische Untersuchung einer Elektrischen Maschine mittels FEMDer Entwurfsprozess elektrischer Maschinen hängt u. a. von der maximal zulässigen thermischen Beanspruchung der Wicklung ab. Bei Betrieb eines elektrischen Antriebes in einer Umgebung mit erhöhter Temperatur, ist es notwendig, ein geeignetes thermisches Modell abzuleiten. Der Schwerpunkt dieser Arbeit besteht im Aufstellen eines sogenannten Wärmequellennetzwerkes - das in vollständiger Analogie zu einem elektrischen Netzwerk entwickelt werden kann - mit anschließendem Vergleich zu einem FE-Rechenmodell. Es können Kenntnisse im Bereich Erwärmung elektrischer Maschinen, Wärmequellennetzwerk in MATLAB und thermische Berechnungen mittels FEM-Software erworben werden. Thermal Model Calculation of Electrical Machine using FEMElectrical machines are normally designed for the maximum thermal limits. If the motor is intended to be used at higher ambient temperature, it is possible to derate the performance of the motor to the suitable nominal values. Within the scope of this work, a detailed comparison of lumped parameter thermal network that is analogy to electrical network and FEM calculations. Later the lumped parameter model will be improved by comparing it with the FEM calculations. You can learn about thermal behaviour of electrical machines, lumped parameter model in MATLAB software and thermal calculations using FEM software.
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Entwurf und Aufbau einer „Berührungslosen Steckdose”Die berührungslose Energieübertragung stellt eine sehr attraktive aber auch alternative Lösung der elektrischen Versorgung dar. Durch die elektrische Entkopplung des Verbrauchers vom 50Hz-Netz können Steckdosen berührungssicher ausgeführt werden. Dank dessen sinkt das Risiko eines elektrischen Schlages über die Schnittstelle (an der normalen Steckdose, Kinderschutz) sowie direkt an den Geräten (durch Gehäuse, Zuleitung, usw.). Hierzu ist für viele Anwendungen wie z.B. in der Chemieindustrie und überall dort, wo Explosionsbedrohung besteht die galvanische Trennung und das funkenlose Abschalten, der sinnvollste Weg. Im Rahmen einer Diplomarbeit soll anhand einer bestehenden Technologie ein 500W-Netzgerät entworfen, aufgebaut und programmiert werden. Dieses ersetzt eine normale 230V/50Hz Steckdose, bestehend aus zwei Komponenten, und zwar aus einem Wandteil und einem induktiven Stecker. Hierfür soll zuerst mit Hilfe einer Simulation in PSPICE-Umgebung eine Schaltungstopologie entwickelt werden (theoretischer Teil). Anschließend soll ein Mikrocontroller-Baustein zur Ansteuerung der Wechselrichter ausgewählt und darauf aufbauend die weitere Hardware definiert werden. Hierzu gehören: primärer Gleichrichter, primärer Wechselrichter, Luftspalttransformator, sekundärer Gleichrichter, sekundärer Wechselrichter und Filter.
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FEM-Simulation eines permanenterregten Synchronmotors für Direktantrieb-AnwendungenAktuell existiert ein starker Trend, Drehstrom-Asynchronmaschinen durch permanenterregte Synchronmaschinen (PMSM) zu ersetzen. Sowohl die erreichbaren Leistungsdichten als auch der hohe Wirkungsgrad dieser Maschinen machen sie für industrielle Anwendungen als Direktantrieb attraktiv. Die Aufgabe umfasst den analytischen Auslegungsprozess einer PMSM unter Verwendung der FE-Rechnung. Es können weiterführende Kenntnisse auf den Gebieten der polyphasigen Maschinen (PPSM), der FEM-Standardsoftware sowie z. T. in MATLAB erworben werden. FEM Simulation of Permanent Magnet Synchronous Motor for Direct-Drive ApplicationToday, there is a strong trend in replacing asynchronous machines with permanent magnet synchronous machines (PMSM) in industrial applications. High efficiency, no rotor losses and high power density resulting from elimination of rotor windings have made permanent magnet motor a leading candidate for the direct drive industrial application. The work is to design PMSM model based on the design aspects and to make calculations using FEM. You can learn about poly-phase electrical machines, FEM software and partly MATLAB.
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Entwurf und Programmierung eines Gerätes zur Hochstrom-Impedanzmessung im mittlerem FrequenzbereichFrequenzumrichter zur berührungslosen Energieübertragung arbeiten mit passiven Resonanzlasten. Der Arbeitspunkt dieser Last ist die Resonanzfrequenz, die bedingt durch Parameter einzelner Komponenten, nah der Schaltfrequenz des Wechselrichters liegen sollte. Erst dann sind die Anforderungen des verlustarmen Schaltens der Leistungshalbleiter erfüllt (Natürliche Kommutierung, Null-Strom-Schalten, eng. ZCS – Zero Current Switching). Hierfür ist eine Messung und Justierung des Resonanzkreises erforderlich. Im Rahmen einer Diplomarbeit soll anhand einer bestehenden Technologie ein Messgerät entworfen, aufgebaut und programmiert werden. Hierfür soll zuerst mit Hilfe einer Simulation in PSPICE-Umgebung eine Messmethode eines unbekannten passiven Verbrauchers (Black Box) entwickelt (theoretischer Teil) werden. Anschließend, je nach Rechenaufwand der zu entwickelnden Methode, soll ein Mikrocontroller-Baustein ausgewählt und darauf aufbauend die weitere Hardware definiert werden. Hierzu gehören: das Hochleistung-Schaltnetzteil, die IGBT-Leistungsendstufe, aufgebaut und ein Spannungs-/ Strom-Messpfad für die Ermittlung der charakteristischen Größen des Prüflings.
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