Technische Universität Ilmenau

# Power Conversion - Modultafeln of TU Ilmenau

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subject properties subject number 5867 - common information
subject number5867
departmentDepartment of Electrical Engineering and Information Technology
ID of group2166 (Electrothermal Energy Conversion Group)
subject leader Dr. Ulrich Lüdtke
languageDeutsch, auf Nachfrage Englisch
term Wintersemester
previous knowledge and experience

Mathematik und Physik für Ingenieure, Grundlagen der Elektrotechnik

Maths and physics for engineers, basics in electrical engineering

learning outcome

Die Studierenden kennen und verstehen die grundlegenden Formen der elektrischen Energiewandlung. Sie sind in der Lage, für einfache elektromechanische Wandler die Systemgleichungen aufzustellen. Sie verstehen die Systemgleichungen zu linearisieren und in die Standardform zu überführen. Numerische zeitdiskrete Verfahren (Blockstrukturen) zur Lösung nichtlinearer Systemgleichungen können angewendet werden.

The students should understand the basic forms of the direct electrical energy conversion. They should master the simplest techniques used to establish and to solve the differential equations of an electro-mechanical or a magneto-mechanical system (e.g. linearization, put equation systems into normalized form). They should be able to solve non-linear differential equation systems with help of a commercial package using time discretization.

content

Erscheinungsformen der Energie reversible und irreversible Wandlungen Elektromechanische Wandlung im elektrischen Feld Energie und Koenergie; Energie von Systemen mit mehreren elektrischen Eingängen; Kraft aus virtueller Verrückung; Spannungs-, Strom- und Wegdynamik; statischer Arbeitspunkt; Linearisierung des Differentialgleichungssystems; lineare/nichtlineare Eigenschaften Elektromechanische Wandlung im magnetischen Feld Energie und Koenergie; Magnetsysteme mit rotatorischen/translatorischen Elementen; Kraft aus virtueller Verrückung; lineare/nichtlineare Zusammenhänge; Energie von Systemen mit mehreren Eingängen; Spannungs-, Strom- und Wegdynamik; Blockstruktur des zu lösenden Differentialgleichungs-Systems; numerische Lösung des Differential-Gleichungssystems (Euler) Irreversible elektrothermische Wandlung Wandlung bei induzierter und kontaktierter Stromleitung in Festkörpern, leitfähigen Flüssigkeiten und Gasen; Wandlung durch Polarisationswechsel im elektrischen und magnetischen Feld; Schwingungsanregung von geladenen Teilchen, Wandlung durch Teilchenstrahlung Thermoelektrische Wandlung Prinzipien; idealer und realer Wirkungsgrad; Verlustursachen; U,I-Kennlinie Chemoelektrische Wandlung Primär-, Sekundär- und Brennstoffzellen; Energiebilanz; Stoffumsatz; Reaktionsgleichung; Zellenspannung; idealer Wirkungsgrad; U,I-Kennlinie Fotoelektrische Wandlung Prinzip; Grenzwirkungsgrad; Verlustursachen; U,I-Kennlinie des Fotoelements; Anpassung und Verschaltung von Zellen Wandlungen mit der kinetischen Energie elektrisch leitender Fluide Prinzipien (magneto-hydrodynamisch, elektro-hydrodynamisch); Generatoren; idealer Wirkungsgrad Seminare Aufgaben zur Elektrodynamik; Linearisierung; statischer Arbeitspunkt; Stabilitätsanalyse; numerische Simulation mittels Blockstrukturen

Conversion of energy into its different forms reversible and non-reversible conversion from and to electric energy Electro-mechanical conversion within an electrical field energy and co-energy; electric energy of electro-mechanical systems with several electric inputs; force calculated from virtual displacement; linear and non-linear systems; dynamics of voltage, current and path; static operating point; linearization around an equilibrium state Electro-mechanical conversion within a magnetic field energy and co-energy; magneto-mechanical systems with rotation and translation; force calculated from virtual displacement; magnetic energy of magneto-mechanical systems with several electric inputs; linear and non-linear systems; dynamic of voltage, current and path; numerical solution of non-linear differential equation systems Non-reversible electro-thermal conversion conversion with induced and implanted currents in electrical conducting solid objects, fluids and gases; conversion by polarisation shift in the electric and magnetic field; oscillation stimulation of electrically or magnetically charged particle Heat to electricity heat to electricity via free electrons, heat to electricity via bound electrons; elementary cell performance; efficiency Chemical energy to electricity galvanic efficiency in electrochemical reactions; cells; chemical reactions; elementary cell performance; fuel cells as energy converters; cell system performance Photoelectricity photoelectric effect and cells; review of radiation physics; spectral aspects of electric power from photocells (losses, equivalent circuit, cell performance, temperature effects) Conversion of kinetic energy via electrically conducting fluids and gases magnetohydrodynamics; current flow and electric field constraints; magnetohydrodynamic terms in the dynamical equations; Hall- and diagonal Faraday generator Exercises preparation of differential equations for several electro-mechanical systems; linearization of differential equations around an equilibrium state; numerical simulation of non-linear differential equations

media of instruction

Es wird der Tafelvortrag, ergänzt durch Zusammenfassungen mittels vorgefertigter Darstellungen (Folienpräsentation), bevorzugt. Für ausgewählte dynamische Vorgänge und Prozesse werden Videopräsentationen gezeigt. Alle wesentlichen Darstellungen (Bilder und Tafeln) sind aus dem Intranet durch die Studenten abrufbar.

Main scientific results are derived on the blackboard. Summaries and repetitions are presented with a laptop (pictures and videos). Essential pictures, tables, diagrams etc. are made available on the intranet.

literature / references

[1] R. Decher: Direct Energy Conversion - Fundamentals of Electric Power Production New York, Oxford, Oxfford University Press, 1997.

[2] K.J. Binns, P.J. Lawrenson, C.W. Trowbridge: The Analytical and Numerical Solution of Electric and Magnetic Fields, John Wiley & Sons Ltd, 1994.

[3] H.-G. Wagemann, H. Eschrich: Grundlagen der photovoltaischen Energiewandlug Stuttgart, B.G. Teubner, 1994.

[4] H. Wendt, V. Plazak: Brennstoffzellen Düsseldorf, VDI-Verlag, 1992.

evaluation of teaching

Pflichtevaluation:

Freiwillige Evaluation:

Hospitation:

Details in major Master Electrical Power and Control Engineering 2008
subject namePower Conversion
examination number2100284
credit points4
on-campus program (h)34
self-study (h)86
Obligationobligatory
examoral examination performance, 60 minutes
details of the certificate
Signup details for alternative examinations

Pflichtevaluation:

Freiwillige Evaluation:

Hospitation:

maximum number of participants