Masterarbeiten

offene Themen

Entwurf der Hochfrequenz-Komponenten für Messungen ferromagnetischer Resonanz (FMR)

Der Ursprung des Magnetismus liegt in der Kreisbewegung der Elektronen sowie deren Spin. Der Elektronenspin selbst ist eine quantenmechanische Eigenschaft, die dem mechanischen Drehimpuls ähnlich ist und einen magnetischen Dipol darstellen. In einem externen Magnetfeld ausgerichtete Spins weisen nicht einfach die gleiche Richtung auf, sondern sie präzedieren um die Magnetisierungs-Achse herum. Die Frequenz mit der die Elektronen präzedieren wird Larmorfrequenz genannt und ist abhängig von der externen Magnetfeldstärke. Liegt zusätzlich ein hochfrequentes Querfeld vor, kommt es bei ausreichender Energiezufuhr vor, dass die Elektronenspins instantan ihre Ausrichtung ändern. Bei ferromagnetischen Materialien wird dieser Effekt der ferromagnetischen Resonanz (FMR) maximal, wenn die Frequenz des Querfeldes der Larmorfrequenz entspricht.
Für FMR-Messungen wird ein hochfrequentes Signal (typisch 9-10 GHz) benötigt, das über einen Wellenleiter zur Probe geführt wird. Gemessen und ausgewertet wird im Anschluss die Absorption dieser Mikrowellen, die bei Resonanz maximal wird. Ziel der Arbeit ist der (simulative) Entwurf der Komponenten zur Generierung des benötigten HF-Signals, zur Signalauswertung sowie die Auslegung des Wellenleiters.

 

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Philipp Sisterhenn

MA 153

Analytische Redundanz zur Fehlererkennung in permanentmagneterregten Synchronmaschinen

Für die modellbasierte Fehlererkennung gibt es grundsätzlich mehrere Methoden, die zum Einsatz kommen können. Allen modellbasierten Methoden liegt die Idee zu Grunde, dass mit Hilfe eines mathematischen Modells und vorhandenen Messgrößen des realen Systems sogenannte Residuen gebildet werden. Diese Residuen stellen Abweichungen vom normalen Betriebszustand dar, und können somit zur Fehlererkennung verwendet werden.
Ziel dieser Arbeit ist die Ableitung und simulative Untersuchung von Residualgleichungen (parity equations) für eine permanentmagneterregte Sychronmaschine (PMSM). Dazu sollen zunächst mögliche Systemfehler zusammengestellt und deren Auswirkungen modelliert werden. Anschließend erfolgt die Modellierung der PMSM auf Basis der Grundwellenbetrachtung und Ableitung der Residualgleichungen für die Fehlererkennung. Die sinnvolle Anwendung der abgeleiteten Residualgleichungen soll anhand von dynamischen Simulationen geprüft werden. Für die Simulationen soll das frei verfügbare Werkzeug SciLab verwendet werden. Die mathematischen Ableitungen, die Simulationsergebnisse und auch der Programmcode sollen ausführlich dokumentiert werden.

 

Auskunft und Betreuung: Prof. Dr.-Ing. Ingo Hahn

MA 148

Auslegung einer permanentmagneterregten Synchronmaschine als Antrieb für ein Exoskelett

Beschreibung:
Exoskelette für die oberen und unteren Extremitäten bieten Bewegungsunterstützung in vielfältigen Kontexten (z.B. in der Rehabilitation oder auch bei schweren Arbeiten). Für den Antrieb der einzelnen Gelenke des Exoskeletts sind massearme elektrische Maschinen mit einer sehr hohen Drehmomentdichte erforderlich.

Aufgabe:
Im Rahmen dieser Arbeit soll für ein Exoskelett zur Anwendung an den unteren Extremitäten eine permanentmagneterregte Synchronmaschine elektromagnetisch ausgelegt werden.
Dazu sind zunächst mit Hilfe einer Literaturstudie Anforderungen zu definieren und unterschiedliche Konzepte für permanentmagneterregte Synchronmaschinen zu betrachten und in Bezug auf die erzielbaren Drehmomentdichten vergleichend gegenüberzustellen.
Es soll eine Entscheidung für die vielversprechendste Maschinenvariante getroffen werden. Unter Berücksichtigung noch vorzugebender Detailanforderungen an den Einbauraum und die Belastungszyklen soll eine elektromagnetische und thermische Auslegung der Maschine unter Maßgabe einer natürlichen Konvektion als Kühlkonzept erfolgen.
Erforderliche Kenntnisse: Elektrische Maschinen II und Berechnung und Auslegung Elektrischer Maschinen

Die Arbeit entsteht unter Co-Betreuung durch den Lehrstuhl für Autonome Systeme und Mechatronik.

 

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Babak Dianati (LS EAM),
M.Sc. Rodrigo J. Velasco-Guillen (LS ASM)

MA 142

ausgegebene Themen

Entwurf und Implementierung eines Algorithmus zur automatischen Wegfindung für den Praktikumsversuch ‚Heißer Draht‘

Der Praktikumsversuch ‚Heißer Draht‘ beschäftigt sich mit der Regelung von Gleichstrommaschinen für ein Ebenenpositioniersystem. Zur Ansteuerung wird ein Echtzeitrechensystem der Firma dSpace verwendet. Die Aufgabe ist dabei, eine Metallgabel möglichst ohne Berührung entlang eines Drahtes zu führen. Die Gabel kann entweder manuell mit einem Controller oder automatisiert bewegt werden. Im automatischen Modus werden zuvor per Hand abgetastete Streckenpunkte zu einer Trajektorie verbunden und abgefahren.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, einen Algorithmus zu entwerfen und zu implementieren, der diese manuelle Abtastung ersetzt. Eine beliebige unbekannte Strecke (Draht) soll automatisiert abgefahren werden können, um so die nötigen Messpunkte für den automatischen Durchlauf zu generieren. Als Messgrößen stehen dazu lediglich die Position und der Drehwinkel der Gabel und das Kontaktsignal zur Verfügung. Zur Ansteuerung der Maschinen kann eine existierende Positionsregelung verwendet werden.
Der Versuchsaufbau beinhaltet aktuell eine feste Drahtkonfiguration. Ein Test auf einer weiteren, noch zu entwerfenden Strecke und ein Vergleich mehrerer funktionsfähiger Algorithmen wäre wünschenswert.

 

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Marco Eckstein

MA 154

Design einer Variable-Fluss-Maschine (VFM) für einen Elektrofahrzeug

Die zunehmende Notwendigkeit einer saubereren Umwelt und die Verringerung der Abhängigkeit von fossilen Energieträgern hat eine wachsende Nachfrage nach der Produktion und dem Design von Elektrofahrzeugen (EVs) zur Folge. Als wesentlicher Teil eines Elektrofahrzeugs haben die Traktionsmotoren einen erheblichen Einfluss auf die Leistung dieser Fahrzeuge. Einerseits müssen sie bestimmte Anforderungen in Bezug auf Drehmoment, Leistung, Wirkungsgrad und anderes erfüllen, andererseits müssen sie so entworfen sein, dass sie ein möglichst geringes Gewicht und niedrige Kosten aufweisen.
Eines der Ziele ist es, Drehzahlbereich worin der Motor eine konstante Leistung hat, vergrößern. Diese Anforderung ist eine Folge der besonderen Drehzahl- und Drehmomentanforderungen in den Traktionsmotoren und kann zu einer Reduzierung des Volumens und der Kosten diesen Motoren führen. Bei den Surface PM (SPM)-Maschinen, die ein konstantes Erregerfeld erzeugen, ist dieser konstante Leistungsbereich jedoch begrenzt und wird durch die Einspeisung eines zusätzlichen Stroms erreicht, die den Wirkungsgrad der Maschine verschlechtert. Als Verbesserung wurden Variable-Fluss-Maschine (VFM) eingeführt, die von Magneten mit variablem Fluss profitieren, deren Flüsse durch momentane Magnetisierungsströme gesteuert werden.
Um diese Maschinen zu untersuchen, soll in dem vorgeschlagenen Projekt eine VFM für ein bestimmtes Elektrofahrzeug entworfen werden. Zu diesem Zweck wird zuerst ein einfaches Modell des magnetischen Kreises der Maschine erstellt und mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) validiert. Anschließend wird ein bestimmtes Elektrofahrzeug modelliert und seine Anforderungen werden ermittelt. Dann wird ein ursprüngliches Design für den Traktionsmotor unter Berücksichtigung der Anforderungen des EV und des einfachen MEC-Modells erstellt. Schließlich wird der designte Motor mithilfe von FEM-Simulationen optimiert.

 

Auskunft und Betreuung: M.Sc.Babak Dianati

MA 151

Mikrocontroller-basierter Modulator für klassische Matrixumrichter

Matrixumrichter benötigen keinen Zwischenkreis-Energiespeicher in Gestalt eines Kondensators oder einer Drossel. Daraus erschließt sich die Möglichkeit einer kompakten Bauweise. Dieser Vorteil muss mit erhöhtem Aufwand beim Ansteuern der Leistungshalbleiter erkauft werden.
Es wäre wünschenswert, wenn der Matrixumrichter mit denselben Ressourcen gesteuert werden könnte, wie ein Zwischenkreisumrichter. In dieser Arbeit soll demonstriert werden, dass die Steuerung des eines Matrixumrichters von den Messwerten bis zur Ausgabe des Pulsmusters in einem einfachen Mikrocontroller realisiert werden kann.
Hierfür sollen auf dem Mikrocontroller die Mess- und Sollwerte stationärer Betriebspunkte simuliert werden. Die vom Mikrocontroller erzeugten Pulsmuster werden mit einem Logic-Analyzer abgetastet und anschließend mit Hilfe eines Matrixumrichter-Modells in der Simulationsumgebung PLECS auf Richtigkeit überprüft.

 

Auskunft und Betreuung: Dr.-Ing. Jens Igney

MA 149

Auslegung einer permanentmagneterregten Synchronmaschine als Antrieb für ein Exoskelett

Beschreibung:
Exoskelette für die oberen und unteren Extremitäten bieten Bewegungsunterstützung in vielfältigen Kontexten (z.B. in der Rehabilitation oder auch bei schweren Arbeiten). Für den Antrieb der einzelnen Gelenke des Exoskeletts sind massearme elektrische Maschinen mit einer sehr hohen Drehmomentdichte erforderlich.

Aufgabe:
Im Rahmen dieser Arbeit soll für ein Exoskelett zur Anwendung an den unteren Extremitäten eine permanentmagneterregte Synchronmaschine elektromagnetisch ausgelegt werden.
Dazu sind zunächst mit Hilfe einer Literaturstudie Anforderungen zu definieren und unterschiedliche Konzepte für permanentmagneterregte Synchronmaschinen zu betrachten und in Bezug auf die erzielbaren Drehmomentdichten vergleichend gegenüberzustellen.
Es soll eine Entscheidung für die vielversprechendste Maschinenvariante getroffen werden. Unter Berücksichtigung noch vorzugebender Detailanforderungen an den Einbauraum und die Belastungszyklen soll eine elektromagnetische und thermische Auslegung der Maschine unter Maßgabe einer natürlichen Konvektion als Kühlkonzept erfolgen.
Erforderliche Kenntnisse: Elektrische Maschinen II und Berechnung und Auslegung Elektrischer Maschinen

Die Arbeit entsteht unter Co-Betreuung durch den Lehrstuhl für Autonome Systeme und Mechatronik.

 

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Babak Dianati (LS EAM),
M.Sc. Rodrigo J. Velasco-Guillen (LS ASM)

MA 142

Untersuchung der Auswirkung negativer Ausschaltspannungen auf das Schaltverhalten eines GaN-basierten Transistors

In dieser Arbeit soll das Schaltverhalten eines GaN-basierten FETs bei negativen Ausschaltspannungen im hartschaltenden Betrieb anhand von Messungen untersucht werden. Zur Untersuchung des Schaltverhaltens soll ein bereits vorhandener Doppelpuls-Testaufbau so angepasst werden, dass der neue Aufbau die negativen Ausschaltspannungen im Bereich von 0 V bis -10 V mit guter Auflösung ermöglicht. Die weiterentwickelte Platine soll anschließend gefertigt und bestückt werden. Die Schaltgeschwindigkeiten, Ein- und Ausschaltverluste und Überspannungen/Überströme sollen für verschiedene Betriebspunkte, nämlich verschiedene Lastströme und Zwischenkreisspannungen, gemessen und verglichen werden. Weiterhin sollen die Auswirkungen negativer Ausschaltspannungen auf die Gate-Schwellenspannung in verschiedenen Betriebspunkten analysiert werden. Die Ergebnisse sind gut zu dokumentieren.
Anforderungen:
Gute Kenntnisse in den Leistungsbauelementen
Kenntnisse im PCB-Entwurf mittels EAGLE Software

 

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Shima Khoshzaman

MA 138

Erstellung eines Simulationsmodells zur Darstellung der Ladungsverteilung in elektrischen Leitern

Wird ein elektrischer Leiter in ein elektrostatisches Feld gebracht, so ordnen sich die freien Ladungsträger (Elektronen) an den Oberflächen des Leiters an, so dass das Innere des Leiters feldfrei wird. Die Bewegung der freien Ladungsträger endet dann, wenn sich ein Kräftegleichgewicht zwischen den freien Ladungsträgern und dem externen elektrischen Feld eingestellt hat. Für eine beliebige externe Feldverteilung ergibt sich dann auf der Oberfläche des Leiters eine resultierende Ladungsverteilung. Diese Ladungsverteilung soll im Rahmen dieser Arbeit untersucht werden.
Ziel dieser Arbeit ist die Erstellung eines dynamischen, 2-dimensionalen Discrete-Element-Modells zur Darstellung des kollektiven Verhaltens der freien Ladungsträger, welches qualitativ die Ladungsverteilung im elektrischen Leiter und auf den Oberflächen bei Vorhandensein eines vorgegebenen externen elektrostatischen Feldes ermöglicht. Das Modell soll beliebige Leitergeometrien und externe elektrostatische Felder nachbilden können. Die Erstellung des Simulationsmodells soll in SciLab erfolgen.

 

Auskunft und Betreuung: Prof. Dr.-Ing. Ingo Hahn

MA 132

abgeschlossene Themen

Coupling of FDM and MEC in the 3 phase Flux Reversal Machine

The Finite Difference Method (FEM) is one of the numerical technique to perform an analysis of any given physical phenomenon. As an intuitive and easy method, this method can show relatively short computation time in comparison to the Finite Element method, because it focusses the calculation on the component of interest. However, this method has a drawback of not being able to support complex geometries. In order to improve this drawback, the Magnetic Equivalent Circuit (MEC) is applied as a numeric method with fast calculation and reasonable accuracy. Therefore, by coupling those two methods, the design process of the electrical machine could be improved.
As a first step, the coupling of two methods should be implemented in a 2-D simplified model corresponding to the Cartesian and Polar coordinate system. This step considers both linear as well as non-linear magnetic materials. Based on the first work, the electrical machine named Flux Reversal Machine is used to apply this method implemented in the above step. The core, coils and PMs are calculated by MEC, but for the air gap of the electrical machine fine mesh will be used compared to the other parts of the machine. Therefore, the application of FDM to the air gap will enable accurate and fast overall calculation. Additionally, applying the Hybrid Explicit Group iterative solver (HEG) helps to improve computational calculations despite large-scale linear systems In the end, the verification of results is demonstrated by carrying out the comparative analysis with the FEMM.

 

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Jaeho Ryu

MA 147

Tool zur Visualisierung der Modulation eines Matrixumrichters

Matrixumrichter sind selbstgeführte gepulste Direktumrichter, die bis auf ein Netzfilter ohne reaktive Bauelemente auskommen. Freiheitsgrade bei der Berechnung der Pulsmuster des Matrixumrichters für übliche antriebstechnische Anwendungen führen dazu, dass dieselben Sollvorgaben des kurzzeitigen Mittelwerts mit unterschiedlichen Pulsmustern bewerkstelligt werden können. Das hat zu einer unüberschaubaren Vielzahl an Steueralgorithmen geführt.

In dieser Arbeit soll eine MATLAB-App erstellt werden, mit der die Modulation für die Dauer einer Modulationsperiode auf verschiedene Arten visualisiert werden kann. Verschiede Möglichkeiten der Soll- und Istwertvorgabe, sowie verschiedene Möglichkeiten der Visualisierung sollen gleichzeitig und miteinander verknüpft dargestellt werden.

 

Auskunft und Betreuung: Dr.-Ing. Jens Igney

MA 145

Fehlererkennung und Schutzabschaltungsmechanismen in GaN-basierte Halbbrücken

Die gegenüber Silizium deutlich besseren physikalischen Eigenschaften von Galliumnitrid sind der Grund dafür, dass die GaN-basierten Leistungsbauelemente in der Leistungselektronik zunehmend an Bedeutung gewinnen. Allerdings leiden GaN-HEMTs im Vergleich zu Si- und SiC-Bauelementen unter einer weitaus geringeren Kurzschlussfestigkeit. Um die Zuverlässigkeit von GaN-Bauelementen in den Anwendungen zu gewährleisten, ist die Entwicklung geeigneter Methoden zur Kurzschlusserkennung und -abschaltung zu einem der wichtigsten Anliegen in praktischen Anwendungen geworden.
Im Rahmen dieser Arbeit soll eine geeignete GaN-basierte Halbbrücken-Kurzschlusserkennung und -abschaltung implementiert und getestet werden. Im ersten Schritt soll die maximal tolerable Kurzschlusszeit und damit verbundene Kurzschlussenergie für den zu prüfenden GaN FET anhand einiger Kurzschlusstests gemessen werden. Die zu entwickelnde Methode sollte eine Reaktionszeit unterhalb dieser Kurzschlusszeit haben, um den Kurzschluss zu erkennen und das System vor dem Ausfall abzuschalten. Es sollten mehrere Ansätze zur Kurzschlussüberwachung analysiert und verglichen werden, um eine geeignete Methode zu finden. Abschließend wird der gewählte Schutzabschaltungsmechanismus an einer realen DC-DC Wandler Topologie getestet, um die Funktionalität im realen Betrieb sicherzustellen.

 

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Shima Khoshzaman

MA 144

Simulation und Auslegung einer Wasserkühlung für eine MGSPM-Maschine

Normalerweise werden elektrische Maschinen mit hoher Drehmomentdichte durch ein Kühlungssystem mit Hilfe eines Wassermantels um den Stator herum gekühlt. Um das Kühlsystem zu entwerfen, ist es nötig, sowohl die elektromagnetischen als auch die thermischen Eigenschaften der Maschine detailliert zu untersuchen. Die elektromagnetischen Eigenschaften der Maschine können mit Hilfe von Finite-Elemente-Simulationen untersucht werden. Die Modellierung des thermischen Verhaltens der Maschine ist jedoch komplizierter und erfordert die Darstellung von Luft- und Wasserströmungen durch Computational Fluid Dynamics Modelle.
In dieser Arbeit soll das Wasserkühlsystem einer MGSPMM (Magnetic Gear Synchron Permanent Magnet Motor) mit Hilfe von COMSOL Multiphysics analysiert werden. Ziel dieser Arbeit ist es, das thermische Verhalten der Maschine nachzubilden und Informationen zu extrahieren, die für die Modellierung eines thermischen Ersatzschaltbilds benötigt sind. Dabei soll besonders der Einfluss der Modulatoren auf den Wärmetransport innerhalb der Maschine untersucht werden.
Um dieses Ziel zu erreichen, wird zuerst in COMSOL ein 2D-Modell erstellt, um das Basiswissen der Software zu verstehen und zu nutzen. Anschließend soll dieses Modell zu einem stationären 3D-Modell erweitert und simuliert werden, um die Ergebnisse mit dem 2D-Modell zu vergleichen. In einem weiteren Schritt wird dem Modell die Wassermantelkühlung hinzugefügt, um deren Einfluss auf die Wärmeableitung zu untersuchen. Abschießend ist es wünschenswert, das stationäre 3D-Modell zu einem transienten 3D-Modell zu erweitern, um die Auswirkungen verschiedener geometrischer Parameteränderungen auf das thermische Verhalten zu untersuchen.

 

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Babak Dianati

MA 143

Auslegung eines Kühlkonzeptes für eine flussschaltende Maschine unter Verwendung kornorientierter Bleche

Ein essentieller Bestandteil elektrischer Maschinen ist deren Kühlung. Insbesondere bei Einsatz von Permanentmagneten muss darauf geachtet werden, dass diese durch Überhitzung nicht zerstört werden.
Es soll für eine flussschaltende Maschine ein Kühlkonzept erarbeitet werden. Eine Besonderheit des verwendeten Maschinentyps ist der Aufbau des Stators aus kornorientierten Blechen, wie sie üblicherweise in Transformatoren verwendet werden. Bei der Simulation müssen daher nichtlineare anisotrope Materialkennlinien berücksichtigt werden, sowie Effekte durch die notwendige Segmentierung des Stators.
Ziel ist es, eine Möglichkeit zu finden, die im Stator entstehende Wärme ausreichend abzuführen und die Permanentmagnete vor Überhitzung zu schützen. Ferner muss auch eine geeignete Methode gefunden werden, die Materialkennlinien für kornorientierte Bleche in diese Simulationen ohne Konvergenzprobleme einzubinden. Die Berechnung soll mittels 2D- sowie 3D Simulationen in COMSOL erfolgen.

 

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Philipp Sisterhenn

MA 141

Linearisierung der Modulation eines klassischen Matrixumrichters

Matrixumrichter sind selbstgeführte Direktumrichter, die bis auf ein Netzfilter ohne reaktive Bauelemente auskommen. Durchlassspannung der Halbleiter, Schaltverzögerung und mehrschrittige Kommutierungsstrategien führen dazu, dass Sollwerte der Spannung nicht fehlerfrei umgesetzt werden. Diese Störung macht sich in der regelungstechnischen Strecke als Nichtlinearität bemerkbar.
In dieser Arbeit soll ausgehend von einer Literaturrecherche ein geeignetes Verfahren zur Linearisierung der Modulation ermittelt und umgesetzt werden. Dem Bearbeiter steht hierfür ein funktionsfähiges Matrixumrichter-Modell in der Simulationsumgebung PLECs zur Verfügung. Die Modulation ist durch Ergänzungen im C-Code und u. U. weiteren Anpassungen zu linearisieren.

 

Auskunft und Betreuung: Dr.-Ing. Jens Igney

MA 140

Steady-state thermal analysis of the Permanent Magnets by using the finite difference method

The PMs in the rotating machines such as PMSM, FRM, etc. are exposed to the armature magnetic field that contains high order of space and time harmonics so that the magnetic losses in PMs are not negligible. The energy by these magnetic losses (e.g. hysteresis loss, eddy current loss) is converted into thermal energy, and reflected in temperature field distribution because Joule heating arises. In particular, excessive heat generated in PMs causes demagnetization that reduces the efficiency of the PMs application such as the rotating machines. Among these magnetic losses that cause excessive heat, this research will focus on the calculation and analysis of temperature in the PMs according to eddy current losses.
A PMs model to calculate the thermal field will start with a 1-dimensional slab and extend to 2- dimensional models with steady-state heat conduction. These models for calculating heat transfer will be investigated based on the finite difference method (FDM) as a numerical solution by using Matlab. In particular, using energy balance method approach that represents the change in temperature profile in models and taking all directions of heat transfer under boundary conditions on a control volume will be carried out under the steady-state condition. Therefore, this research will provide an understanding of the thermal field generated in PMs. The results are made through mathematical verification, and will be a cornerstone for the PMs optimized design.

 

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Jae Ho Ryu

MA 139

Vergleich bestehender lagegeberloser Regelverfahren für eine Synchronreluktanzmaschine

Aus Kosten- und Wartungsgründen wurden unterschiedlichste Regelverfahren entwickelt, die auf die Verwendung eines Lagegebers verzichten können. Im unteren Drehzahlbereich werden dafür zusätzliche Testsignale zur Herstellung der Beobachtbarkeit der Maschine eingespeist. Ziel dieser Arbeit soll sein, für eine Synchronreluktanzmaschine aktuell bestehende Ansätze in der Literatur und am Lehrstuhl zu vergleichen. Es sollen alternierende und rotierende rechteckförmige Testsignalmethoden mittels Simulation in MATLAB Simulink verglichen werden im Hinblick auf den Implementierungsaufwand, die Dynamik der Schätzung, der Bandbreite der Regelung und Robustheit.
Wünschenswert wäre auch eine Gegenüberstellung mit einem sinusförmig rotierenden Verfahren.

Voraussetzung: EAT2, MZR

 

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Martha Bugsch

MA 136

Einsatz von Optimierungsalgorithmen zur Parameteridentifikation bei thermischen Modellen

Der Einsatz elektrischer Antriebe als Traktionsmotor von Elektrofahrzeugen erfordert eine hohe Überlastfähigkeit. Grundvoraussetzung hierfür ist der thermische Schutz aller Komponenten und die Diagnose von thermisch kritischen Zuständen. Hierdurch rücken thermische Modelle z.B. für den Zwischenkreiskondensator oder das thermische Modell einer Zwischenkreisverschienung in den Fokus.
Zur Parameter-Identifikation dieser Modelle werden typischerweise dedizierte Messungen wie z.B. Sprungantworten durchgeführt. Dies erscheint aufgrund der schnellen Entwicklungsprozesse im Automotive-Bereich jedoch nicht mehr zeitgemäß: Oftmals bleibt keine Zeit für dedizierte Messungen, es existieren aber bereits große Mengen an Messdaten, beispielweise aus Messfahrten von Fahrzeugen oder sogar aus Flottenerprobungen.
Ziel der hier beschriebenen Untersuchung soll es sein, die Parameter-Identifikation auf Basis vorhandener Messdaten durchzuführen. Die Auswahl der Parametersätze soll durch Optimierungsalgorithmen erfolgen. Zunächst sollen aus der Literatur geeignete Optimierungsalgorithmen ausgewählt werden. Deren Anwendbarkeit auf die Parameter-Optimierung verschiedener thermischer Modelle soll den ersten Schwerpunkt dieser Forschungsarbeit darstellen. Dabei sollen zunächst unterschiedliche Optimierungskriterien und die daraus resultierenden Parameter verglichen werden. Anschließend ist ein Vergleich verschiedener Gewichtungen der Optimierungskriterien durchzuführen. Es soll zum einen der Rechenaufwand minimiert, zum anderen aber auch die Tauglichkeit der resultierenden Parametersätze in relevanten Szenarien evaluiert werden (WLTP-Zyklus, thermisch kritische Dauerpunkte, kurzzeitige Überlast,…). Dabei sollen verbleibende Abweichungen zwischen Messung und thermischem Modell auf ihre Ursache untersucht werden. Die Anpassung des Optimierungsalgorithmus als Abhilfemaßnahme verbleibender Abweichungen ist durchzuführen. Abschließend sollen als Ausblick potentielle Anpassungen der thermischen Modelle auf Basis der Optimierungsergebnisse abgeleitet werden.

 

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Karsten Knörzer, Dr. Christoph Hittinger

MA 135

Verwendung der Oberwellentheorie mit getakteten Spannungssignalen

Ein bewährtes analytisches Modell zur Berechnung und Auslegung von elektrischen Maschinen anhand der geometrischen Verteilung der Wicklung ist die Oberwellentheorie (auch Spulenmodell). Stator und Rotor einer elektrischen Maschine stehen in gegenseitiger magnetischer Wechselwirkung. Ausgehend von einer sinusförmigen Speisung entstehen dabei im magnetischen Feld sowie in den Maschinenströmen Oberwellen- und -schwingungen abseits der Grundwelle. Es entsteht ein Spannungsgleichungssystem in dem jede Oberwelle von Stator oder Rotor einen eigenen Eintrag besitzt. Berücksichtigt man den Betrieb der Maschine an einem Umrichter wächst dieses Spannungsgleichungssystem in Abhängigkeit des Oberwellengehalts der getakteten Speisung.
Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Kombination aus Oberwellentheorie und getakteter Speisung anhand der Simulation einer möglichst einfachen Maschinentopologie. Dazu soll in Matlab die Oberwellentheorie unter Berücksichtigung getakteter Speisung implementiert werden. Abschließend wäre eine Verifikation der Ergebnisse mittels einer Finite Elemente Simulation wünschenswert.
Voraussetzung: Vorlesung Elektrische Maschinen 1

 

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Matthias Stiller

MA 134

Evaluation gesteuerter Verfahren für eine Synchronreluktanzmaschine

Synchronreluktanzmaschinen können ähnlich zu Asynchronmaschinen auch gesteuert betrieben werden. Der Verzicht auf eine Regelung wird vor allem im Industriebereich als kostengünstige Alternative für Pumpen, Lüfter oder Kompressoren angeboten.
Im Rahmen dieser Masterarbeit sollen vorhandene Verfahren recherchiert und auf eine Synchronreluktanzmaschine angewendet werden. Diese sind anhand geeigneter Kriterien untereinander zu vergleichen und in ihren Eigenschaften zu beurteilen.
Abschließend soll der gesteuerte Betrieb mit einem Standardregelverfahren hinsichtlich Wirkungsgrad und Dynamik verglichen werden. Dafür benötigte Messungen sind am Prüfstand durchzuführen.

 

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Martha Bugsch

MA 133

Analytische Modellierung und Verlustberechnung der Schnittkanteneinflüsse von Blechen elektrischer Maschinen

Zur Verringerung von Wirbelstromverlusten bestehen Stator- und Rotorpakete elektrischer Maschinen aus isolierten Einzelblechen. Die mechanische Umformung der Elektrobleche erfolgt durch unterschiedliche Verfahren, wie dem Stanzen, Erodieren oder Laserschneiden. Durch den Schneidprozess kommt es unter anderem zur lokalen Beeinflussung der magnetischen Eigenschaften an den Schnittkanten. Diese Materialveränderung äußert sich merkbar in den Ummagnetisierungsverlusten der Maschine.

Es soll ein analytisches Modell einer elektrischen Maschine erstellt werden, mit dem Schnittkanteneinflüsse aufgrund des Fertigungsprozesses berücksichtigt werden können. Eine Möglichkeit hierfür ist die Verwendung eines Relkutanznetzwerks mit einer verringerten Randschicht-Permeabilität. Die Blechgeometrie und die lokalen magnetischen Eigenschaften sollen dabei möglichst genau abgebildet werden. Aus den resultierenden Flussverläufen sollte die Berechnung der Ummagnetisierungsverluste in segmentierten Bereichen möglich sein. Die Berechnung erfolgt mit Matlab unter Verwendung geeigneter mathematischer Verfahren. Die Verifikation der entwickelten Modelle soll mittels Finite-Elemente-Analysen (femm) durchgeführt werden.

 

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Philipp Sisterhenn

MA 130

Implementierung des „Shazam-Algorithmus“ zur Identifikation von elektrischen Maschinen sowie von deren Betriebszuständen

Aus dem täglichen Leben ist es vielleicht bekannt, dass es mit Smartphone-Diensten wie Shazam oder Sound-Hound innerhalb von kürzester Zeit möglich ist Titel und Interpret eines gerade laufenden Musikstückes zu identifizieren.
Der hierfür verwendete Algorithmus zeichnet sich durch einen äußerst minimalen Datensatz aus, der für die Identifikation und Suche des Musikstückes in einer Datenbank notwendig ist. Außerdem weist das Verfahren eine beachtliche Robustheit gegenüber Störgeräuschen auf.
In dieser Arbeit soll zunächst die genaue Funktionsweise des Identifikations- und Suchverfahrens von Shazam (oder ähnlichen Diensten) recherchiert und dokumentiert werden. Danach soll eine Implementierung des „Shazam-Algorithmus“ in Matlab erfolgen. Das Ziel ist es mit programmierten Verfahren verschiedene elektrische Maschinen bzw. deren Betriebszustand zu identifizieren.
Im Laufe seiner Entwicklung soll das entstehende Verfahren bezüglich Genauigkeit (Trefferquote) sowie Identifikationsgeschwindigkeit kontinuierlich bewertet werden.

 

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Johannes Wagner

MA 128

Analytische und simulative Untersuchung des Oberwellengehalts der Induktivitäten einer SynRM

In vielen praktischen Anwendungsfällen wird aufgrund der geringeren Komplexität häufig nur das Grundwellenverhalten einer elektrischen Maschine betrachtet. Jedoch kommen u.a. durch die Nutung, die Rotorgeometrie und die Sättigung Einflüsse hinzu, die sowohl in der resultierenden Luftspaltflussdichte als auch in den daraus ableitbaren absoluten und differentiellen Induktivitäten für höhere Harmonische sorgen können.
Diese Masterarbeit soll eine Abschätzung liefern, inwieweit ihre Berücksichtigung im Rahmen der Regelung aus theoretischer Sicht erforderlich sein kann.
Dafür soll zunächst ein FEMM Modell der SynRM dahingehend untersucht werden, welche Harmonischen in den Induktivitäten im feldorientierten Koordinatensystem auftreten. Anschließend sind analytische Ansätze zu evaluieren, die durch eine getrennte Modellierung der einzelnen Effekte die Ursache der jeweiligen Harmonischen herausarbeiten können.

 

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Martha Bugsch, M.Sc. Johannes Wagner

MA 090

Archiv abgeschlossene Themen

Modellbasierte Entwicklung eines thermischen Modells von Invertern

Simulation eines klassischen Matrixumrichters mit PLECS

Evaluation bestehender Verfahren zur geberlosen Regelung einer Synchronreluktanzmaschine mittels MATLAB/Simulink

Analyse des Vibrations- und Geräuschverhaltens einer Synchronreluktanzmaschine

Automatisierte Charakterisierung von Leistungshalbleiter-Bauelementen

Grundlegende Untersuchungen zur Anwendung der Diskrete-Elemente-Methode bei magnetischen Objekten

Lagegeberlose Regelung einer permanentmagnetgestützten Synchronreluktanzmaschine im gesamten Drehzahlbereich

Entwurf und Implementierung einer Software zur Ansteuerung eines GaN-Umrichter-Boards zur Vermessung magnetischer Eigenschaften von Elektroblechen

Aufbau, Implementierung und Inbetriebnahme eines Miniaturprüfstands für den Einsatz als Praktikumsversuch

Analyse und Realisierung von Mesh-Netzwerken für vernetzte Solarumrichter

Optimaler Betrieb von elektrisch erregten Synchronmaschinen mit minimalen Kupferverlusten in Automotive Anwendungen

Modellierung einer einphasigen flussreversierenden Maschine (FRM) mit der Sub-Domain-Methode

Neutralpunktstabilisierung für Dreipunktstromrichter mit Neutralpunktklemmung bei Ausfall eines IGBTs

Entwurf eines Praktikumsversuchs für ein Ebenenpositioniersystem

Berechnungsvarianten für Induktivitäten von selbsttragenden Wicklungen

Grundlegende Untersuchungen zur Messung und Modellierung von Verlusten in elektrischen Maschinen bei Speisefrequenzen von bis zu 150 kHz

Testsignalbasierte Magnettemperaturschätzung bei permanenterregten Synchronmaschinen in Automotive Anwendungen

Modellierung des akustischen Verhaltens einer Synchronreluktanzmaschine

Erkennung von Rotorfehlern in elektrischen Maschinen

Neuronale Netze zur Maschinenparameterschätzung in der Antriebstechnik

Erweiterung einer 48 V-GaN-Umrichterplattform für den Einsatz in einer Übung

Vergleich und Funktionalitätsnachbildung von 2D finite Elemente Berechnungsprogrammen für elektrische Maschinen

Aufbau eines 2D finite Elemente Berechnungsprogramms für elektrische Maschinen basierend auf offenen Softwarepaketen

Simulation und Implementierung von Modulationsverfahren für einen Three Level Active Neutral Point Clamped Inverter

Verlustoptimaler Betrieb einer Synchronreluktanzmaschine

 

Die hier aufgeführten Themen stellen immer nur einen Ausschnitt der möglichen Arbeitsgebiete dar, für genauere Informationen wenden Sie sich an uns. Wir können natürlich die Themen nach Ihren eigenen Wünschen und Voraussetzungen modifizieren.