Publikationen

Cai, Hui; Rädel, Uwe; Schlegel, Steffen; Westermann, Dirk
Integrated HiL simulation of multiple real-time simulator platforms to study the interactions in a multi-converters network. - In: IEEE Xplore digital library, ISSN 2473-2001, (2023), S. 1-5

With the increasing penetration of renewable energy sources, multi-converters networks are becoming more common. Therefore, understanding the interactions between these converters to ensure efficient and reliable power system operation becomes critical. We proposed an integrated hardware-in-the-loop (HiL) simulation approach using multiple real-time simulator platforms to study the interactions in a multiconverters network. Modeling converters with different depths is essential to investigate the effect of model complexity on the behavior of converters and their interactions in the network. In this paper, three modeling types of converters, namely the average-value model (AVM), the detailed equivalent model (DEM), and the emulated model (EM) are used to verify whether the research results derived in the low-depth model are equally applicable to the high-depth model. The results show that optimizing the converter parameters in one area of a distribution network in the AVM can optimize the oscillation behavior of the converters in another area. The conclusion can be applied to the other two high-depth models. This work highlights the importance of using multi-depth modeling approaches to investigate the interactions and optimization of converters in a multi-converters network.

https://doi.org/10.1109/ISGTEUROPE56780.2023.10407782

Xie, Jun; Suberski, Martin; Henneberg, Dustin; Petzoldt, Jürgen; Li, Ying; Watson, Alan; De Novaes, Yales Romulo
A modified control strategy of neutral-point clamped converter-fed PMSM drives with engergy storage systems. - In: 2023 25th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'23 ECCE Europe), (2023), S. P.1-P.7

This paper proposes a modified control strategy for three-phase three-level neutral point clamped (NPC) converter-fed Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) drive in the application of Energy Storage Systems (ESS) using single-carrier modulation. The increasing demands in renewable energy (RE) sources has attracts many research interests in recent years. The integration of different types of distributed DC systems has become a challenge for high power application. In this study, the NPC converter is employed for DC-AC conversion, with two ESS units serving as individual DC power supplies. The main focus is on simplification of the control and modulation technique for the NPC converter, which operates with individual ESS units having imbalanced SOC and voltages. The aim is to achieve balanced SOC between the ESS units and maintain high-quality AC output. Additionally, utilizing single-carrier modulation reduces the complexity of the control when a digital signal processor (DSP)-based platform is employed. Simulation results verifies effectiveness of the proposed method.

https://doi.org/10.23919/EPE23ECCEEurope58414.2023.10264367

Fehr, Hendrik; Gensior, Albrecht; Heidrich, Tobias; Möckel, Andreas
Comparison of two flywheel concepts for the support of microgrids. - In: 2023 25th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'23 ECCE Europe), (2023), S. P.1-P.8

Two flywheel storage concepts for microgrid integration are analyzed: fully-rated and split power conversion. The latter concept offers a cost reduction of the power electronic components. The results indicate an attractive tradeoff between converter cost and flywheel size at the same total effort for the electrical machines.

https://doi.org/10.23919/EPE23ECCEEurope58414.2023.10264566

Hartwig, Raphael;
Optimierter Multilevel-GaN-Umrichter für Niederspannungsindustrieanwendungen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2023. - 1 Online-Ressource (XXXI, 155 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022

Das große Bauvolumen aktueller industrieller dreiphasiger Zweilevel-Netzumrichter und die damit verbundene geringe Leistungsdichte wird hauptsächlich durch den notwendigen EMV-Filter hervorgerufen. Aktuelle Veröffentlichungen zur Flying-Capacitor-Multilevel-Topologie zeigen das enorme Potential dieser Topologie im Hinblick auf kompakte EMV-Filter und eine damit verbundene hohe Leistungsdichte des gesamten Umrichters. Das Ergebnis dieser Arbeit zeigt, wie der Flying-Capacitor-Multilevel-Umrichter in Kombination mit GaN-Schaltern für Niederspannungsindustrie-anwendungen aussehen kann. Auf Basis der benötigten Komponenten eines solchen Umrichters wird zunächst eine Monte-Carlo Optimierung angefertigt. Die Ergebnisse dieser Optimierung zeigen einen Bereich für die elektrischen Parameter auf, in welchem eine größtmögliche Leistungsdichte und Effizienz für diesen Umrichter erzielt werden kann. Beruhend auf den Ergebnissen werden unterschiedlichste Hardwareprototypen, startend von der einzelnen Kommutierungszelle bis hin zum dreiphasigen Umrichter, vorgestellt. Untersuchungen an diesen Prototypen zeigen, dass es für die hohen resultierenden Schaltfrequenzen des dargestellten Umrichters noch einige unerforschte Effekte gibt. Diese beruhen zum Teil auf kleinsten parasitären Komponenten der Leiterplatte, oder der verwendeten Bauteile und können die Ausgangskennlinien des Umrichters stark beeinträchtigen. Mittels einer Simulation des Umrichters am Netz wird zudem validiert, dass ein solcher Umrichter mit einem dynamischen geschlossenen Regelkreis, wie er in Zweilevel-Umrichtern eingesetzt wird, betrieben werden kann. Überdies werden die typischen Betriebsbedingungen eines industriellen Umrichters theoretisch betrachtet, simuliert und validiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die Topologie des Flying-Capacitor-Multilevel-Umrichters in Kombination mit GaN-Schaltern zu einer Verbesserung der Leistungsdichte, der Verluste und der Dynamik jeweils um Faktoren führen kann.

https://doi.org/10.22032/dbt.57451

Hamouda, Noureddine; Babes, Badreddine; Boutaghane, Amar; Gensior, Albrecht; Rädel, Uwe
Enhancing the width of molten pool and the tracking of welding current in gas metal arc welding processes using a robust PIλDμ controller. - In: Proceedings of the 2022 International Conference of Advanced Technology in Electronic and Electrical Engineering (ICATEEE), (2022), insges. 6 S.

With a high-speed welding power source based on better performance power electronic components and modern control methods, self-regulation of the electrode contact-tube to work-piece distance may be provided to offer With a high-speed welding power source based on better performance power electronic components and modern control methods, self-regulation of the electrode contact-tube to work-piece distance may be provided to offer additional features that can be fine-tuned to automate and improve the gas metal arc welding (GMAW) process. In this article, the dynamic properties of a self-regulated electrode to workpiece have been investigated when the length between the torch and the workpiece changes over time. The significant parts of arc welding processes have been analyzed and the suggested fractional PID (PI λ D μ ) regulator has been created to keep the welding current during the fusing and short-circuiting of electric wires within a specified range. In this study, the most effective FOPID regulator parameters is designed with a weighted sum multi-objective optimization technique using the Bacterial Foraging Optimization (BFO) technique with weights associated with various criteria including Integral Absolute Error (IAE), Integral Time Absolute Error (ITAE), Integral Time Square Error (ITSE), and Integral Square Error (ISE). Numerical simulations using MATLAB/SIMULINK are conducted to indicate the usefulness of the proposed P Iλ D μ controller over conventional PID controller and knowledge of the processes, which adjust the welding voltage and arc current in reaction to variations in arc length. The simulation results show that this automatic arc welding control system can perform effectively.

https://doi.org/10.1109/ICATEEE57445.2022.10093761

Cai, Hui; Song, Xinya; Jiang, Teng; Rädel, Uwe; Schlegel, Steffen; Westermann, Dirk
Reinforcement learning-assisted controller parameterization based on improving oscillatory stability in converter-dominant power system. - In: 2022 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe (ISGT-Europe), (2022), insges. 5 S.

Due to the cascade control loop in the single converter and interactions among converters, the converter-based system is more likely to become unstable. The general controller parameterization methods for a converter are based on its parameters and states. Considering the possible oscillation effect from other converters nearby, a new procedure of controller parameterization with the help of reinforcement learning (RL) is then proposed. By setting an oscillatory stability indicator as a reward during the training of an RL-agent, a set of controller parameters are calculated and applied in the converter-dominant power system to improve the system oscillatory stability. To this end, an indicator that can represent the stability margin should be first selected. Afterwards, a mathematical relationship is constructed between the controller parameters, the stability indicator, and the current observed states. Experimental results are presented and compared with the standard analytical parameterization method.

https://doi.org/10.1109/ISGT-Europe54678.2022.9960583

Gui, Qiuye; Fehr, Hendrik; Gensior, Albrecht
Stability assessment and optimization of MMC energy balancing for drive applications at standstill using an averaging approach. - In: 2022 24th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'22 ECCE Europe), (2022), S. P.1-P.10

A new controller design framework for periodic systems is presented and applied to the Modular Multi-level Converter energy balancing. It provides a rigorous stability analysis for the state-of-art averaging control and the approach using constants as reference for the instantaneous energies. An optimized controller with improved performance is derived and verified by simulation and experiment.

https://ieeexplore.ieee.org/document/9907170

Fehr, Hendrik; Gensior, Albrecht; Möckel, Andreas; Atzler, Frank; Roß, Tilo; Reincke-Collon, Carsten
Feasibility assessment of variable-speed generator set concepts with focus on rating of power electronic equipment. - In: 2022 24th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'22 ECCE Europe), (2022), S. P.1-P.10

Mobile generator sets are mainly used for the supply of electrical power in off-grid applications, e.g. at construction sites, as well as for grid support parallel to weak grid access points. Furthermore, they are used for emergency power supply.

https://ieeexplore.ieee.org/document/9907088

Gnärig, Lasse; Gensior, Albrecht; Laza, Saioa Burutxaga; Carrasco, Miguel; Reincke-Collon, Carsten
Model reduction using singular perturbation methods for a microgrid application. - In: 2022 24th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'22 ECCE Europe), (2022), S. P.1-P.10

The paper deals with the modeling of an island grid for the purpose of simulation. Since the behavior of the system is affected by phenomena taking influence in different time-scales, a model reduction scheme is proposed that leads to simpler models which reduce the computational burden in simulations. Compromises in the modeling procedure are addressed by investigating simulation studies.

https://ieeexplore.ieee.org/document/9907517

Hartwig, Raphael; Hensler, Alexander; Ellinger, Thomas
Performance evaluation of a GaN flying capacitor multilevel inverter for industrial applications. - In: CIPS 2022, (2022), S. 508-516

Standard industrial grid connected inverters including their corresponding EMI filter have power densities of only one liter per kilowatt. This application, known as active front end, is typically based on a two-level topology using Si-IGBTs and Si-Diodes and therefore has a limited switching frequency below 10 kHz. It is possible to decrease the filter effort by reducing the voltage-time related area of the switching events. Recent investigations in this area are mainly focused on two-level SiC or three-level Si topologies. With these methods the voltage-time related area is typically reduced by a maximum factor of ten. The volume of the resulting inverters is reduced but is still dominated by the EMI filter. In contrast there are some investigations focused on the flying capacitor multilevel topology in combination with GaN switches. The major part of these publications is focused on motor applications and the presented inverters reach power densities of more than ten kilowatts per liter. In contrast this project is focused on such a multilevel GaN approach for a grid connected 16 kW industrial application. Based on a theoretical optimization an 800 kHz inverter with nine voltage levels is a good compromise between efficiency and power density. This target design reduces the voltage-time related area by a factor of 800 and therefore shrinks the filter effort tremendously. The prototype for this design is presented in this paper and compared to a grid connected standard two-level silicon based inverter.

Fehr, Hendrik; Gensior, Albrecht
MMC stationary operating regimes in case of periodic power demand on the DC side. - In: IEEE transactions on power electronics, ISSN 1941-0107, Bd. 37 (2022), 7, S. 7640-7651

The operation of modular multilevel converters (MMCs) with a periodic dc-side voltage is considered whose fundamental frequency component is linked to the grid frequency. Such a voltage component arises for instance by operating a pulsed power load, which is analyzed in this article as an example for this problem class. This application entails harmonic voltage components, which in conjunction with the ac current, lead to an imbalance of the available arm voltages. Although purely feedback-based balancing schemes can reduce the imbalance, they may fail to mitigate it sufficiently. Considering the balancing problem already during the stationary regime design, new options appear, which are to be investigated. Recent modeling methods are employed in order to analyze and mitigate this imbalance. In particular, the imbalance is already dealt with during the determination of suitable stationary operating regimes. Thanks to this, four regimes are derived, one of which is analogous to an already published regime for the concerned application. The regimes are compared on the basis of their individual advantages and their impact on the converter rating. Three of them avoid the singularity that is present in the already published regime. The findings are supported by numerical and experimental results.

https://doi.org/10.1109/TPEL.2022.3143318

Hartwig, Raphael; Hensler, Alexander; Ellinger, Thomas
EMI filter for a three-phase 800 kHz nine-level flying capacitor GaN multilevel inverter. - In: 2021 23rd European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'21 ECCE Europe), (2021), S. P.1-P.10

This paper presents a Gallium Nitride (GaN) three-phase nine-level flying capacitor multilevel inverter with a switching frequency of 800 kHz and a peak efficiency above 99 %. The focus is on the noise spectrum and the EMI filter layout for the differential mode (DM) and the common mode noise (CM). Special attention is given to an analysis of different parasitic components and their effect on the resulting EMI spectrum.

https://doi.org/10.23919/EPE21ECCEEurope50061.2021.9570600

Gui, Qiuye; Fehr, Hendrik; Gensior, Albrecht
Energy-balancing of a Modular Multilevel Converter with pulsed DC load using an online trajectory planning algorithm. - In: 2021 23rd European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'21 ECCE Europe), (2021), S. P.1-P.10

Modular Multilevel Converter (MMC) energy balancing is a nontrivial open-loop control problem since the choice of a technically meaningful output leads to an internal dynamics. A large voltage ripple on the dc side of an MMC may cause permanent arm power imbalances. For example, the large voltage ripple at the smoothing capacitor of a pulsed dc load can affect the supplying MMC. This paper focuses on the energy balancing task of MMCs supplying the smoothing capacitor of a pulsed dc load. The approach introduced in this paper is to define feasible stationary operating regimes with circulating current injection and plan appropriate trajectories solved analytically for all variables. This lends itself to an online implementation and provides a feedforward energy control supporting the standard feedback based energy balancing. Test bench measurements confirm improved energy control performance compared to standard feedback balancing.

https://doi.org/10.23919/EPE21ECCEEurope50061.2021.9570671

Fießer, Sven; Schwalbe, Ulf
Analyzing and optimizing the switching behavior of power electronics by automated PCB parasitics extraction of the critical path. - In: 2021 23rd European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'21 ECCE Europe), (2021), S. P.1-P.8

This paper presents an algorithm to support the PCB design process by automatically extracting its parasitic components in the critical path from a common EDA tool. An algorithm reads the board file from an EDA tool and feeds the information to the open source programs FastHenry2 and FasterCap. These programs are used for the extraction of frequency-dependent resistances, self and mutual inductances of the PCB tracks as well as the capacitances between those tracks. By augmenting the extraction process by automatically finding the critical path in any given power converter, the extraction procedure can be sped-up significantly and made more user-friendly. Especially in fast-switching applications this approach helps to reduce the usually needed design iterations by knowing the effect of differently routed PCBs. The accuracy of the calculated parasitics is verified by experimental results.

https://doi.org/10.23919/EPE21ECCEEurope50061.2021.9570455

Sidorov, Andrey; Zinoviev, Gennady; Petzoldt, Jürgen
Solid state transformer as a part electrical circuit for data center application. - In: 2021 IEEE 22nd International Conference of Young Professionals in Electron Devices and Materials (EDM), (2021), S. 354-359

https://doi.org/10.1109/EDM52169.2021.9507640

Hartwig, Raphael; Hensler, Alexander; Ellinger, Thomas
Transient behavior of an 800 kHz 9-level single-phase flying capacitor GaN multilevel inverter. - In: PCIM Europe Digital Days 2021, (2021), S. 464-471

The volume of industrial three-phase grid connected inverters often suffers from large EMI filters which harm the overall power density. In recent publications the flying capacitor inverter is seen as a possible approach to reduce this filter effort and increase the efficiency. This paper presents a prototype of a nine level GaN single-phase flying capacitor inverter with a switching frequency of 800 kHz and a peak efficiency of 99.2 %. The steady state of such a flying capacitor inverter is already tested with some prototypes. In contrast the transient behavior of the flying capacitor natural voltage balancing is mainly theoretically investigated with no EMI filter and some simplifications to derive a linear system. Especially the impact of typical industrial operation conditions for flying capacitor inverters with very high switching frequencies is not tested right now. This paper should fill this gap and present measurements of the flying capacitor voltages at a DC voltage step. Additionally the effect of rapid changes in the modulation signal and the impact on the flying capacitor voltages is presented and compared to a simulation. These results should lead to a three phase industrial 24 kW grid connected prototype with a volume of approximately four liters.

https://ieeexplore.ieee.org/document/9472284

Smirnov, Pavel;
Analyse und Synthese von Konzepten für hybride leistungselektronische Erdschlusskompensatoren für Mittelspannungsnetze. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (IX, 112 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

In den vergangenen Jahren ist das Energieübertragungssystem mit der Zunahme der Produktion angewachsen. Jedes Jahr werden daher neue Übertragungsnetze in Betrieb genommen und die bereits bestehenden Übertragungsnetzwerke werden erweitert. In der Vergangenheit wurde der Strom in großen Kraftwerken zentral erzeugt und vom Hochspannungsnetz übertragen. Jetzt werden jedoch zunehmend auch große Mengen der elektrischen Energie vom NS- und MS-Netz übertragen. Die Anlagen zur Nutzung der erneuerbaren Energien sind grundsätzlich auf der Mittelspannungseben angeschlossen. Die modernen Netze müssen somit nicht nur mit einer schwankenden Stromerzeugung sondern auch mit verschiedenen Fehlern umgehen können. Mit wachsender Netzausdehnung steigt auch die Wahrscheinlichkeit für einen Fehlereintritt. Folglich müssen neue Verfahren entwickelt werden, um die Zuverlässigkeit und Stabilität der Netze auch im Fehlermodus zu verbessern. Derzeit werden oft kompensierte MS-Netze zum Schutz vor einphasigen Erdfehlern verwendet, wobei der Neutralleiter entweder über eine Drossel oder einen Widerstand mit der Erde verbunden ist. Damit kann der Fehlerstrom begrenzt und die Netze im Fehlerfall weiter betrieben werden. Gleichwohl haben auch die modernen passiven Kompensationsanlagen Probleme mit der Abstimmgenauigkeit, den Abmessungen sowie aufgrund der Komplexität des Antriebssystems. Moderne leistungselektronische Kompensationsanlagen werden zunehmend in MS-Netzen eingesetzt, um die Blindleistung zu kompensieren und nichtlineare Lastströme zu filtern. Sie können außerdem verwendet werden, um den Fehlerstrom zu kompensieren und eine optimale Ausnutzung der Übertragungskapazitäten der Leitungen zu ermöglichen. Da diese innovativen leistungselektronischen Kompensationsanlagen bei relativ hohen Frequenzen arbeiten, können außerdem wertvolle Materialien wie Kupfer und Stahl, die für die 50-Hz-Drosseln notwendig sind, eingespart werden. Diese Arbeit widmet sich der Entwicklung eines Hochleistungs-MS-Wechselrichters sowie dessen zur Kompensation notwendigen Steuerungssystems. Der Kompensator dient dabei zur Eliminierung des einpoligen Erdfehlerstromes (Grund- und Oberschwingungskomponenten) und kann daher im Übertragungssystem als Äquivalent der Petersonspule oder des Widerstands betrachtet werden. Der auf der Hilbert-Transformation basierende Steueralgorithmus wird ebenfalls erörtert.

https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000510

Schmitt, Maximilian;
Aktive Dämpfung von Gleichtaktstörungen in elektrischen Antriebssystemen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (xiv, 156 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entstehung und Wirkung von Gleichtaktstörungen in elektrischen Antriebssystemen. Parasitäre Gleichtaktimpedanzen bilden zusammen mit Gegentaktimpedanzen des Antriebssystems parasitäre Resonanzschwingkreise aus, welche von den Schalthandlungen der eingesetzten Umrichter im Antriebssystem zum Schwingen angeregt werden. Einer der beiden Schwerpunkte befasst sich mit der Entwicklung einer analytischen Berechnungsmethode, um die vorhandenen parasitären Gleichtaktpfade sowie deren Resonanzfrequenzen zu ermitteln. Der zweite Schwerpunkt behandelt die Möglichkeit der aktiven Dämpfung von Gleichtaktstörungen. Hierzu analysiert ein Algorithmus jede einzelne Schaltflanke im Umrichter auf deren Wirkung im Gleichtaktsystem. Anschließend kann diese zeitlich derart verschoben werden, dass die Schaltflanke eine bestmögliche Dämpfung im Gleichtaktsystem erzielt. Einleitend werden die notwendigen Grundlagen zur Umrichtertechnik sowie der Ausbildung und Anregung von Resonanzschwingkreisen am Beispiel eines RLC-Reihenschwingkreises erklärt, der stellvertretend für das stark reduzierte Gleichtaktmodell eines modernen Antriebssystems steht. Die Literaturrecherche gibt einen detaillierten Einblick über aktuelle Methoden der Reduktion von Gleichtaktstörungen wieder. Viele wissenschaftliche Veröffentlichungen behandeln modifizierte Ansteuerverfahren für die eingesetzten Umrichter, welche gezielt die Gleichtaktspannungen eines jeden Spannungsraumzeigers ausnutzen. Die Theorie und Funktionsweise des neuen Steuerverfahrens HCad, wird mathematisch hergeleitet und anhand eines idealen Simulationsmodells untersucht. Die Auswertung der Simulationsergebnisse ermöglicht es bereits, die dämpfende Wirkung unter idealen Bedingungen zu quantifizieren. Die Umsetzung eines praxisnahen Laborprüfstands dient der Verifikation und dem Vergleich realer Messungen mit den in der Simulation gewonnen Erkenntnissen. Die durchgeführten Messreihen bestätigen die Möglichkeit, Gleichtaktstörungen mithilfe einer zeitlichen Flankenverschiebung im Umrichter zu bekämpfen. Des Weiteren ist gezeigt, dass die Anwendung der aktiven Gleichtaktdämpfung neben der eigentlichen Aufgabe eines Steuerverfahrens in vollem Umfang und über den kompletten Modulationsbereich eines Umrichters möglich ist.

https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00042672

Freiburger, Philipp;
Erstellung, Kopplung und Anwendung dynamischer thermischer Kompaktmodelle leistungselektronischer Systeme. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (XV, 130 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

In dieser Arbeit werden verschiedene Methoden der thermischen Kompaktmodellerstellung erläutert, wobei die Vorteile von Kompaktmodellen basierend auf thermischen Impedanzen (Zth) ausgearbeitet werden. Es wird gezeigt, dass mit Kompaktmodellen der Temperaturverlauf komplexer thermischer Systeme mit variablen Randbedingungen annähernd exakt nachgebildet werden kann. Mit dem Ziel, ein Kompaktmodell eines Akkupacks basierend auf thermischen Impedanzen zu erstellen, wird zunächst ein detailliertes Modell ausgearbeitet. Dazu werden die thermophysikalischen Parameter einer Lithium-Ionen-Zelle aus Literaturwerten und Messungen ermittelt, mit einem empirischen Verlustmodell validiert und in das Gesamtmodell implementiert. Letzteres besteht aus einem CFD-Modell, das die Messumgebung bei freier Konvektion nachbildet. Um das Kompaktmodell zu erstellen, wird das CFD-Modell um einen Betriebspunkt linearisiert. Das Kompaktmodell wird in ein echtzeitfähiges thermoelektrisches Modell transformiert und mittels eines Lastprofils unter variierenden Umgebungsrandbedingungen mit Messdaten verglichen und validiert. Es zeigt sich eine drastische Reduktion der Rechenzeit sowie eine hohe Genauigkeit des Kompaktmodells. Sind technische Systeme modular aufgebaut und erfordern einen hohen Detaillierungsgrad in der thermischen Modellierung, bietet es sich an, das Ursprungssystem zu substrukturieren und die Substrukturen zu reduzieren. Die gängigen Methoden zur Reduktion und zur Rückkopplung in ein reduziertes Gesamtsystem werden hinsichtlich ihrer Stärken und Schwächen bewertet. Mittels einer in dieser Arbeit entwickelten, neuen, auf Faltung und Entfaltung basierenden Methodik, dem CoC-Verfahren, werden die Vorteile der Substrukturierung und der Kompaktmodellbildung vereint. Es zeigt sich eine hohe Genauigkeit, da durch die zeitdiskrete Faltung keine Abweichung durch ein ansonsten notwendiges Fitting an äquivalente Netzwerke entsteht. Das CoC-Verfahren wird an einem Invertermodul angewandt, das dazu in die Substrukturen B6-Brücke, Folienkondensator und Stromschienen aufgeteilt wird. Ein Kompaktmodell wird unter den Erkenntnissen der allgemeinen Randbedingungen aus dem ersten Hauptteil der Arbeit erstellt und validiert.

https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000626

Smirnov, Pavel; Petzoldt, Jürgen; Möbes, Sebastian
Control of a three-phase series resonant converter based solid state transformer. - In: 2019 21st European Conference on Power Electronics and Applications (EPE '19 ECCE Europe), (2019), S. P.1-P.8

https://doi.org/10.23919/EPE.2019.8915432

Smirnov, Pavel; Ellinger, Thomas; Kharitonov, Sergey
Active earth fault current compensation in medium voltage grids. - In: 2019 20th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices : Erlagol, Altai Republic, 29 June-3 July, 2019, (2019), S. 565-570

https://doi.org/10.1109/EDM.2019.8823239

Nos, Oleg V.; Brovanov, Sergey V.; Kharitonov, Sergey A.; Smirnov, Pavel; Abramushkina, Ekaterina E.
The capacitor voltage balancing of cascaded H-bridge multilevel inverter. - In: Proceedings, 2019 IEEE International Conference on Mechatronics (ICM), (2019), S. 327-331

https://doi.org/10.1109/ICMECH.2019.8722835

Smirnov, Pavel; Petzoldt, Jürgen; Kharitonov, Sergey
Control algorithm for an active ground fault current compensator in ungrounded distribution networks. - In: 2018 20th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'18 ECCE Europe), (2018), S. P.1-P.10

https://ieeexplore.ieee.org/document/8515499

Endres, Julian;
Hochdynamischer Stromrichter in Hybridstruktur. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (xii, 129 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit einer Stromrichtertopologie, deren Ziel es ist, Stromoberschwingungen, resultierend aus der schaltenden Betriebsweise, durch eine AC- und DC-seitige Parallelschaltung zweier verschiedener Stromrichter aktiv zu kompensieren und so den Aufwand für passive Bauteile zu reduzieren. Der Hauptstromrichter führt den eigentlichen Laststrom und ein Zusatzstromrichter lediglich den die Oberschwingungen ausgleichenden Strom. Dadurch wird für ihn nur eine minimale zusätzliche Halbleiter-Chipfläche zur aktiven Filterung benötigt. Zunächst werden die Grundlagen zur Modellierung der Wechselspannungsseite von dreiphasigen Stromrichtern hergeleitet. Dabei wird im weiteren Verlauf detailliert auf die Parallelschaltung von zwei Stromrichtern eingegangen was in einer anschaulichen geometrischen Darstellung mündet. Eine Literaturrecherche gibt einen genauen Überblick über aktuelle Ansätze zur Reduzierung von Oberschwingungen in stromrichtergespeisten Elektroenergiesystemen. Ihr zufolge greift die Arbeit die gegenwärtigen Trends in der Leistungselektronik auf und untersucht ein neuartiges Verfahren zur aktiven Filterung von Verzerrungsströmen im Zeitbereich. In einer dreistufigen theoretischen Betrachtung wird zunächst anhand eines idealen Modells die grundlegende Dimensionierung der Bauteile geklärt. Im weiteren Verlauf wird das Modell sukzessive an realitätsnahe Bedingungen angepasst, wodurch typische leistungselektronische Störeinflüsse Berücksichtigung finden, die im Rahmen einer Simulation quantifiziert werden. Die Regelung des Zusatzstromrichters basiert auf einer Raumzeigermodulation mit einem vorgeschalteten idealen Zustandsregler, der die genaue Kenntnis der Last und eine beachtliche Anzahl an Messgrößen erfordert. Da dieser Umstand für die praktische Umsetzung eine erhebliche Hürde darstellt, wird ein direktes Stromregelverfahren vorgestellt, welches dank seiner hohen Dynamik ohne Kenntnisse der Lastparameter auskommt. Ein praktischer Versuchsaufbau in IGBT und SiC Technologie bestätigt grundsätzlich die theoretischen Aussagen, wobei aufgrund der >100 kHz Schaltfrequenz des Zusatzstromrichters parasitäre Einflüsse das Ergebnis überlagern. Im Rahmen eines Vergleichs kann der praktische Nutzen der Stromrichtertopologie bestätigt werden. Ein Ausblick zeigt, wie der Aussteuerbereich bei Auftrennung der DC-Kreise erweitert werden kann.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000203

Hamouda, Noureddine; Benalla, Hocine; Hemsas, Kameleddine; Babes, Badreddine; Petzoldt, Jürgen; Ellinger, Thomas; Hamouda, Cherif
Type-2 fuzzy logic predictive control of a grid connected wind power systems with integrated active power filter capabilities. - In: Journal of power electronics, ISSN 1598-2092, Bd. 17 (2017), 6, S. 1587-1599

Reinhold, Andreas;
Theoretische Untersuchung und Simulation einer aktiven Filteranlage mit parallel-serieller Struktur für sechspulsige Diodengleichrichter. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (III, 143 Blätter, Blatt IV-XIV)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

In dieser Arbeit wird eine aktive Filteranlage untersucht, die aus einem parallelen und einem seriellen aktiven Filter besteht. Schwerpunkt der Arbeit ist das serielle aktive Filter. Für das serielle aktive Filter wurde eine Schaltung mit drei einphasigen Wechselrichtern gewählt, um so auf einen Transformator zu verzichten. Mit der Filteranlage wird ein neuartiges Filterkonzept für sechspulsige Diodengleichrichter umgesetzt. Durch das Filterkonzept verbessert sich sowohl die AC- als auch DC-Energiequalität. Zur Verbesserung der AC-Energiequalität werden die Stromoberschwingungen, die durch den Gleichrichter im Drehstromnetz entstehen, in zwei Stufen kompensiert. Die erste Kompensationsstufe führt das serielle aktive Filter aus und die zweite Kompensationsstufe erfolgt mit dem parallelen aktiven Filter. Außerdem werden mit der Filteranlage die Strom- und die Spannungswelligkeit auf der Gleichspannungsseite des Gleichrichters deutlich verringert und somit die DC-Energiequalität verbessert. Zusätzlich ist es mit der Filteranlage möglich, die Gleichspannung des Diodengleichrichters zu vergrößern oder zu verkleinern. Für die Regelung der Filteranlage werden frequenzselektive Regler eingesetzt. Diese Regler ermöglichen eine Regelung im ortsfesten Koordinatensystem. Die Kaskadenregelung des seriellen aktiven Filters regelt den dreiphasigen Wechselstrom und die Gleichspannung des Gleichrichters. Anhand von Simulationsergebnissen werden das stationäre und das dynamische Verhalten der Filteranlage gezeigt sowie eine detailliertere Untersuchung der Kaskadenregelung durchgeführt. Ein wesentlicher Freiheitsgrad bei der Auslegung des seriellen aktiven Filters ist die Nullspannung. Durch das Einspeisen einer entsprechenden Nullspannung können die Kondensatoren oder die erforderlichen Zwischenkreisspannungen des seriellen Filters reduziert werden. Außerdem ist es möglich, mit einer Nullspannung die drei Zwischenkreisspannungen des seriellen Filters zu symmetrieren. Um den Halbleiteraufwand der Filteranlage zu bewerten, wird ein Vergleich mit einem Active-Front-End-Stromrichter durchgeführt. Diese Stromrichter besitzen hinsichtlich der AC- und DC-Energiequalität gleiche Eigenschaften wie die Schaltung bestehend aus Gleichrichter und Filteranlage. Der Vergleich zeigt, dass sich bezüglich der Strom- und Spannungsbeanspruchung unterschiedliche Werte ergeben, was bei der Auswahl der Halbleiter der Filteranlage vorteilhaft genutzt werden kann.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000644

Wystup, Ralph;
Dynamische Feldschwächung bei am einphasigen Netz betriebenen EC-Motoren mit schlankem Zwischenkreis. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (143 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Betrieb von einphasig gespeisten EC-Lüftermotoren mit schlankem Zwischenkreis. Beim einphasigen Industrienetz besteht das Problem, dass im Lüftermotor aufgrund der bis auf null Volt pulsierenden Zwischenkreisspannung ein Luftspaltdrehmoment mit hohem Anteil an Oberschwingungen auftritt. Um dies zu vermeiden, müssen in der Praxis diskrete Speicherelemente wie Elektrolytkondensatoren und Eisenkerndrosseln als Energiespeicher in den Zwischenkreis des Umrichters eingebaut werden. In der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiges Verfahren vorgestellt, welches ein nahezu konstantes Luftspaltdrehmoment bei einphasig gespeisten EC-Lüftermotoren mit schlankem Zwischenkreis gewährleistet. Mit dem Verfahren, der so genannten dynamischen Feldschwächung, können die bislang erforderlichen Energiespeicher wie Spulen und Elektrolytkondensatoren ersetzt werden. Zur Herleitung des Verfahrens der dynamischen Feldschwächung sind auf der Basis eines sättigungsfrei und damit linear arbeitenden Lüftermotors die notwendigen mathematischen Grundgleichungen entwickelt worden. Der Ansatz eines sättigungsfrei arbeitenden Lüftermotors erlaubt die einfache Umsetzung einer Konstruktionsvorschrift für einen speziell auf das Verfahren abgestimmten Motor auf Basis der regelungstechnisch relevanten Motorparameter. Mithilfe eines nichtlinearen Kalman-Filters zur automatischen Bestimmung der regelungstechnischen Motorparameter wird dann der gebaute sättigungsfrei arbeitende Lüftermotor auf einem Prüfstand vermessen. Dabei hat sich gezeigt, dass das Verfahren der dynamischen Feldschwächung eine gute Übereinstimmung zwischen den analytischen und den simulierten Ergebnissen liefert. Das Verfahren der dynamischen Feldschwächung kommt bei einer Motorleistung von etwa 200 Watt und einem Wirkungsgrad von ca. 80 % mit einer sehr kleinen Zwischenkreiskapazität von 14 [my]F aus. Im Vergleich dazu benötigt ein Serienlüftermotor eine Zwischenkreiskapazität von 204 [my]F.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000461

Nos, Oleg V.; Rädel, Uwe; Starostina, Liliya V.
The synchronous switching of motor power supply from frequency converter to grid for an AC drives with field-oriented vector control. - In: 2017, 18th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices, ISBN 978-1-5090-6688-9, (2017), S. 511-515

https://doi.org/10.1109/EDM.2017.7981807

Dudin, Andrey; Fischer, Aaron; Ellinger, Thomas; Petzoldt, Jürgen
Cell voltage balancing controller for the modular multilevel converter arm using symmetrical transformation. - In: PCIM Europe 2016: International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management, (2016), S. 1896-1903

http://ieeexplore.ieee.org/document/7499584/

Jandesek, Marvin; Sauerbrey, Christian; Hißbach, Daniel
Resonant coupling of 3 DC-circuits. - In: Proceedings of the International Academic Forum AMO - SPITSE - NESEFF, ISBN 978-5-91412-313-7, (2016), S. 102

Samygina, Elizaveta K.; Dudin, Andrey; Petzoldt, Jürgen
A comparison of two modular multilevel cascade converter topologies for motor drive applications. - In: Proceedings of the International Academic Forum AMO - SPITSE - NESEFF, ISBN 978-5-91412-313-7, (2016), S. 72-73

Dudin, Andrey; Fidelak, Alex; Petzoldt, Jürgen
Effect of the loss-minimizing circulating current on the modular multilevel converter with IGBT switches. - In: 2016 18th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'16 ECCE Europe), (2016), insges. 8 S.

http://dx.doi.org/10.1109/EPE.2016.7695253

Dudin, Andrey; Ellinger, Thomas; Petzoldt, Jürgen; Nos, Oleg V.
State of charge control of the mixed-type battery energy storage system based on the modular multilevel converter. - In: 2016 17th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices proceedings, ISBN 978-1-5090-0786-8, (2016), S. 395-400

http://dx.doi.org/10.1109/EDM.2016.7538764

Reinhold, Andreas; Rädel, Uwe; Grohmann, Rolf; Petzoldt, Jürgen
AC- and DC-power quality improvement of diode rectifiers due to parallel-series active filtering. - In: Proceedings of PCIM Europe 2015, (2015), S. 1751-1756

http://ieeexplore.ieee.org/document/7149227/

Reinhold, Andreas; Rädel, Uwe; Grohmann, Rolf; Petzoldt, Jürgen
AC side parallel-series active filter with DC voltage control capability of a diode rectifier. - In: 2015 17th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE '15 ECCE-Europe), (2015), insges. 8 S.

http://dx.doi.org/10.1109/EPE.2015.7309184

Dang, Pengpai;
Systementwurf von Spannungszwischenkreisumrichtern in einem schwachen Netz, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: VI, 134 Bl., 1,78 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen

In modernen elektrischen Netzen stellt der PWM-Stromrichter, der zwischen einer Energiequelle und dem elektrischen Netz geschaltet ist, eine zunehmend wichtige Topologie dar. Bei den Energiequellen handelt es sich vornehmlich um solche, die den erneuerbaren Energien zuzuordnen sind. In derartigen Konfigurationen sind häufig schwache Netze vorhanden, die durch eine grosse Netzimpedanz gekennzeichnet sind. Das schwache Netz kann zu neuen Problemen bei der Auslegung des Stromrichters führen. Es treten unsymmetrische Betriebsbedingungen im fehlerhaften Fall auf. Sie können Harmonische niederer Ordnung sowohl auf der AC- als auch auf der DC-Seite hervorrufen. Diese verschlechtern nicht nur die Performance des elektrischen Systems sondern erhöhen auch die Belastung des Zwischenkreiskondensators. Ein schwaches Netz kann den Einfluss der unsymmetrischen Betriebsbedingungen auf den Stromrichter verstärken. In der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiger Stromregler vorgeschlagen, der in der Lage ist, unter unsymmetrischen Betriebsbedingungen zu arbeiten und störende Harmonische zu eliminieren. Weiterhin werden die Einflüsse der Unsymmetrien auf die Dimensionierung der Leistungshalbleiter und des Zwischenkreiskondensators des Stromrichters analysiert. Die Ergebnisse der Analyse werden mit denen des unter symmetrischen Betriebsbedingungen arbeitenden Systems verglichen und bewertet. In der praktischen Anwendung sind haeufig mehrere Stromrichter parallel an ein schwaches Netz angeschlossen. Hier können sich die Stromrichter gegenseitig beeinflussen. In der Dissertation werden die dynamischen Wechselwirkungen zwischen den Stromrichtern detailliert untersucht. Auf der Basis der Analyseergebnisse werden Methoden erarbeitet, die auf die Erhöhung der Robustheit der Funktion des einzelnen Stromrichters abziehen. Anhand simulativer und experimenteller Untersuchungen wird die Gültigkeit der theoretischen Analysen verifiziert.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26846

Szalai, Thomas; Schwalbe, Ulf; Schilling, Marco; Endert, Fabian; Heidrich, Tobias; Ivanov, Svetlozar
Design of an active battery management system for electric vehicles. - In: PCIM Europe 2014, (2014), S. 370-377

http://ieeexplore.ieee.org/document/6841260/

Treek, Vera van;
Analysis of parasitic oscillations in commutation cells with high voltage power MOSFETs, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIII, 237 S., 10,49 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
Enth. außerdem: Thesen

Das dynamische Verhalten von Leistungshalbleitern mit immer kleineren flächenspezifischen Einschaltwiderständen wird stärker durch die parasitären Eigenschaften von Gehäusen und Leiterplatten beeinflusst. So können die Parasiten die Schaltzeiten der Halbleiter erhöhen und damit die Effizienz von leistungselektronischen Schaltungen verringern. Außerdem kann die Zuverlässigkeit von Schaltungen während der Kommutierung durch parasitäre Schwingungen mit zwischenzeitlich steigenden Amplituden beeinträchtigt werden. Insbesondere bei Verwendung von schnellen Leistungshalbleitern ist deshalb die Optimierung der parasitären Eigenschaften von Gehäusen und Leiterplatten notwendig. Am Beispiel eines Tiefsetzstellers mit einem Hochvolt-Leistungs-MOSFET und einer SiC Schottky-Diode wird in dieser Arbeit eine Methodik entwickelt, die die Vorhersage von parasitären Schwingungen mit zwischenzeitlich steigenden Amplituden während der Kommutierung und die Stabilitätsoptimierung von Kommutierungszellen ermöglicht. Dafür werden geeignete Modelle der Leistungshalbleiter und der Halbleiterumgebung benötigt. Verhaltensmodelle von Leistungs-MOSFETs und Schottky-Dioden werden für die relevanten Betriebsbedingungen abgeleitet. Die Kombination von Curve-Tracer- und Kurzschlussmessungen ermöglicht die statische Parametrierung des MOSFET-Models für den betrachteten Betriebsbereich. Es wird gezeigt, dass die Kapazitäten des MOSFET-Models aus dynamischen Messungen extrahiert werden können und dass diese Kapazitäten zu einer besseren Übereinstimmung von Messungen und Simulationen führen als die Kapazitäten, die entsprechend der DIN IEC 747 gemessen wurden. Die parasitären Eigenschaften von Gehäusen und Leiterplatten werden mit Koppelkapazitäten und effektiven Widerständen und Induktivitäten modelliert. Mit Hilfe der Finite-Elemente- und der Randelemente-Methode werden die Modellparameter bestimmt. Die entwickelten Verhaltensmodelle der Halbleiter und der elektrischen Verbindungen sowie einfache Modelle des Zwischen-, Treiber- und Lastkreises werden zum Modell des Tiefsetzstellers zusammengefügt. Das Modell kann mit den gemessenen bzw. berechneten Kennlinienfeldern und Parametern das Schaltverhalten des MOSFETs nachbilden. Für die relevanten Arbeitspunkte des Tiefsetzstellers werden Kleinsignalersatzschaltbilder ermittelt. Es wird gezeigt, dass die Stabilitätsanalyse der Kleinsignalersatzschaltbilder die Vorhersage von parasitären Schwingungen mit zwischenzeitlich steigenden Amplituden während der Kommutierung ermöglicht. Maßnahmen zur Stabilitätsoptimierung der Kommutierungszelle werden aus den Ergebnissen der Stabilitätsanalyse von verschiedenen Parametrierungen abgeleitet. Designiterationen und Entwicklungskosten können so reduziert werden.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=24277

Szalai, Thomas; Berger, Gotthard; Petzoldt, Jürgen
Stabilizing sensorless control down to zero speed by using the high-frequency current amplitude. - In: IEEE transactions on power electronics, ISSN 1941-0107, Bd. 29 (2014), 7, S. 3646-3656

https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2279405

Shakra, Ismael; Ellinger, Thomas
Increasing of the utilization of the DC-voltage of the three phase four leg inverter. - In: International Exhibition and Conference on Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management (PCIM Europe 2013), (2013), S. 1300-1307

Endert, Fabian; Möckel, Andreas; Heidrich, Tobias; Schwalbe, Ulf; Ivanov, Svetlozar D.; Szalai, Thomas
Design and commissioning of a low voltage 25 kw PMSM traction drive. - In: 2013 3rd International Electric Drives Production Conference (EDPC), ISBN 978-1-4799-1102-8, (2013), insges. 5 S.

http://dx.doi.org/10.1109/EDPC.2013.6689760

Shakra, Ismael; Sauerbrey, Christian; Ellinger, Thomas
Netzstützung durch Blindleistung im Niederspannungsnetz. - In: Internationaler ETG-Kongress 2013, (2013), insges. 6 S.

Szalai, Thomas; Heidrich, Tobias; Schwalbe, Ulf; Endert, Fabian; Ivanov, Svetlozar Dimitrov
Dimensioning of ultra capacitors used for range extension in electric vehicles. - In: 15th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE), 2013, ISBN 978-1-4799-0115-9, (2013), insges. 9 S.

http://dx.doi.org/10.1109/EPE.2013.6631735

Endert, Fabian; Heidrich, Tobias; Schwalbe, Ulf; Szalai, Thomas; Ivanov, Svetlozar D.
Effects of current displacement in a PMSM traction drive with single turn coils. - In: IEEE International Electric Machines & Drives Conference (IEMDC), 2013, ISBN 978-1-4673-4975-8, (2013), S. 160-165

http://dx.doi.org/10.1109/IEMDC.2013.6556248

Ma, Yanyun;
Einsatz eines Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung-Systems zum netzstabilisierenden Anschluss von Offshore-Windparks an das Elektroenergiesystem, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: 12 Bl., 1,28 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
Parallel als Druckausg. erschienen

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) zur Einspeisung der elektrischen Energie von Offshore-Windparks an das Elektroenergiesystem (EES). Parallel zu Windparks wird der traditionelle Generator mit dem öffentlichen Netz gebunden. Auf der Basis der vorhandenen Literatur werden Regelungssynthesemethoden für den HGÜ-Wechselrichter vorgeschlagen. Bei Kurzschlusseintritt auf der Leitung können Leistungsschwingungen angeregt werden. Diese werden durch den Onshore-Wechselrichter gedämpft. Der Schwerpunkt wird auf die Dämpfung der Leistungsschwingung gelegt. Die Regelungsstrukturen des Offshore- und Onshore-Wechselrichters sind kaskadenförmig. Zur Regelung der Spannungen an dem Filterkondensator wird eine Kaskadenregelung mit unterlagerter Stromregelung in d-q-Koordinaten vorgeschlagen. Der Wirkstromsollwert der inneren Stromregelung des Onshore-Wechselrichters wird durch die überlagerte Zwischenkreisspannungsregelung bereitgestellt. Durch eine Strombegrenzungsregelung (anti-windup) wird der Wechselrichterschutz realisiert. Zum Schutz der Überspannung der Zwischenkreiskapazität des Onshore-Wechselrichters wird mit einem DC-Chopper ein zusätzlicher Strompfad geschaffen. Zur Netzstabilitätsuntersuchung des Energieversorgungssystems wird der gesteuerte Onshore-Wechselrichter der HGÜ als ein paralleles Netzwerkelement betrachtet, mit dessen Hilfe die Wirkleistungsschwankung gedämpft wird. Wie durch Simulationsergebnisse bewiesen wird, wird die Dämpfung der Leistungsschwingung durch die Wirk- oder Blindleistungseinspeisung vom Onshore-Wechselrichter realisiert.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=21905

Schramm, Andreas; Lanfer, Hermann; Petzoldt, Jürgen; Rädel, Uwe; Schwarzmann, Holger; Erlbacher, Tobias
A generic approach for comparing input filter efforts of voltage- and current source converters. - In: International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM), 2012, ISBN 978-1-4673-1299-8, (2012), S. 1263-1270

http://dx.doi.org/10.1109/SPEEDAM.2012.6264518

Schramm, Andreas; Lanfer, Hermann; Petzoldt, Jürgen; Rädel, Uwe
Comparative investigation on power grid perturbations caused by DC-link converters and matrix converters. - In: 9th International Multi-Conference on Systems, Signals and Devices (SSD), 2012, ISBN 978-1-4673-1590-6, (2012), insges. 8 S.

http://dx.doi.org/10.1109/SSD.2012.6198004

Reimann, Tobias; Petzoldt, Jürgen; Rädel, Uwe
Innovationsforum "Energieeffiziente E+E-Architektur im Automobil" : Abschlussbericht ; Laufzeit: 01.09.2010 - 31.03.2011. - Ilmenau : ISLE GmbH. - Online-Ressource (37 S., 1,31 MB)Förderkennzeichen BMBF 01HI1006

https://edocs.tib.eu/files/e01fb12/718319370.pdf

Schramm, Andreas; Lanfer, Hermann; Petzoldt, Jürgen
A hard- and software co-simulation model of a matrix converter. - In: UKSim 13th International Conference on Computer Modelling and Simulation (UKSim), 2011, ISBN 978-1-61284-705-4, (2011), S. 393-398

http://dx.doi.org/10.1109/UKSIM.2011.81

Ma, Yanyun; Ellinger, Thomas; Petzoldt, Jürgen
Implementation of harmonic control for a 3-phase 4-wire inverter with harmonic-loaded neutral. - In: Proceedings of the 2011 14th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE 2011), ISBN 978-1-61284-167-0, (2011), insges. 10 S.

http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6020351

Dang, Pengpai; Petzoldt, Jürgen; Ellinger, Thomas
Stability analysis of multi-parallel APF systems. - In: Proceedings of the 2011 14th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE 2011), ISBN 978-1-61284-167-0, (2011), insges. 8 S.

http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6020257

Förster, Matthias;
Parameterbestimmung von Synchron- und Asynchronmaschinen auf einem 32bit Festkomma Signalprozessor. - Ilmenau : ISLE, 2011. - XXIV, 185 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2011

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Parameterbestimmung von Synchron- und synchronmaschinen. Drehfeldmaschinen spielen in der elektromechanischen Energiewandlung eine sehr wichtige Rolle. Für den Anwender ist eine schnelle Inbetriebnahme von großer Bedeutung, da ihm zum Teil vertiefende Kenntnisse im Bereich der elektrischen Antriebstechnik fehlen. Für einen optimalen Antrieb müssen die Parameter der Maschine bzw. des Gesamtsystems vor Inbetriebnahme oder auch während des Betriebes bestimmt werden, was eine automatische Motor bzw. Antriebsanpassung notwendig macht. Zusätzlich muss die für die Regelung einzusetzende Rechentechnik das gesamte Aufgabenspektrum bewältigen und kostengünstig sein. Somit kommen in vielen Anwendungen Festkomma-Controller zum Einsatz. In den Umrichtern - besonders für genaue Drehzahlregelungen - sind Messungen für die drei Phasenströme und der Zwischenkreisspannungsmessung vorhanden. Spannungsmessungen werden aus Kostengründen nicht mehr eingesetzt. Es ist in der Literatur kein Verfahren zur automatischen Motoranpassung zu finden, das mit stark begrenzten Ressourcen im Controller auskommt, keine zusätzlichen Signale benötigt und regelungstechnisch verwertbare Werte liefert. In dieser Arbeit werden mehrere Verfahren zur Bestimmung der Maschinenparameter der Synchron- und Asynchronmaschine vorgestellt und ihre industrielle Tauglichkeit bewertet. Dazu soll gezeigt werden, dass eine Parameterbestimmung auf einem 32 bit Festkomma DSP umgesetzt und für beide Maschinentypen eine einheitliche Softwarestruktur verwendet werden kann. Alle ausgewählten Verfahren zur Bestimmung der Parameter basieren auf dem Grundwellenmodell der Maschine. In der Arbeit erfolgt eine detaillierte Untersuchung der Parametereinflüsse auf die Regelung bzw. Flussmodelle. Auch auf die Einflüsse von Umrichterunsymmetrien und Strommessung wird näher eingegangen. Es wird die Bestimmung der verschiedenen Parameter mittels eines Beobachters, der Auswertung der Übertragungsfunktion und über Parameterschätzmethoden vorgestellt sowie verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass mit einfachen Strukturen die Parameter von Synchron- und Asynchronmaschinen für den industriellen Einsatz ausreichend genau bestimmt werden können. Damit wurden Möglichkeiten und Grenzen der Parameterermittlung für Drehfeldmaschinen gezeigt. Zum einen ergeben erweiterte Modelle und höhere Rechenleistung keine höhere Genauigkeit der Parameterbestimmung und zum anderen bringen noch genauere Parameter keine nennenswerte Verbesserung im Betrieb der Maschine bzw. des gesamten Antriebes.

Förster, Matthias; Berger, Gotthard; Petzoldt, Jürgen; Eisenreich, H.
Sensorless control of induction motor using 8bit microcontroller with low cost current measurement. - In: Proceedings, (2010), S. 922-926

Förster, Matthias; Berger, Gotthard; Petzoldt, Jürgen; Rabenstein, A.
Sensorless control for PMSM using an 8bit microcontroller and dc-link current measurement. - In: Proceedings, (2010), S. 209-213

Dang, Pengpai; Petzoldt, Jürgen
A novel feedback-based control for PWM AC/DC converters under unbalanced grid conditions. - In: 14th International Power Electronics and Motion Control Conference (EPE/PEMC), 2010, ISBN 978-1-4244-7856-9, 2010, S. T2-162-T2-166

http://dx.doi.org/10.1109/EPEPEMC.2010.5606785

Schwalbe, Ulf Mario;
Vergleichende Untersuchungen dreistufiger Schaltnetzteiltopologien im Ausgangsleistungsbereich bis 3 kW. - Ilmenau : ISLE, 2009. - Online-Ressource (PDF-Datei: III, 234 S., 14,32 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2009

Basierend auf dem Stand der Technik konzentriert sich diese Arbeit auf die Analyse von zweistufigen und dreistufigen Schaltnetzteiltopologien für die Erzeugung niedriger Ausgangsspannungen und hoher Ausgangsströme. Dabei sollten Möglichkeiten zur Verbesserung ihrer technischen und sonstigen Parameter erschlossen werden. Die gewonnenen Aussagen beziehen sich auf Systeme mit einer Eingangsleistung von maximal 3680 W, da diese Leistung von einem einphasigen Hausanschluss, der mit 16 A abgesichert ist, bei 230 V bereitgestellt werden kann. Die Anwendungen, die hinter diesen Schaltnetzteilen stehen, sind sowohl Stromversorgungen für Server als auch für Telekommunikationsanlagen. Die Untersuchungen im Rahmen dieser Arbeit sind weitgehend experimenteller Natur, da im Hinblick auf die hohe Komplexität eines Schaltnetzteils eine theoretische Beschreibung und Berechnung nur unter erheblichen Vernachlässigungen und damit Abweichungen von der Realität möglich wäre. Simulationen und Berechnung wurden als unterstützendes Hilfsmittel während der praktischen Umsetzung verwendet. Die sechs verschiedenen dreistufigen Schaltnetzteile, die im Rahmen dieser Dissertation entstanden, wurden nach einer einheitlichen Designphilosophie entwickelt. Alle Systeme wurden für die Erzeugung von 12 V DC-Ausgangsspannung bei einer Ausgangsleistung von 800 W dimensioniert. Als Vergleichsobjekt wurde ein zweistufiger Demonstrator der Firma Infineon gewählt, der ebenfalls 12 V DC-Ausgangsspannung liefert. Der bei zweistufigen Topologien gegenwärtig erforderliche Kompromiss zwischen Bauvolumen für den Zwischenkreis und Eingangsspannungsbereich des Hauptwandlers kann mit dreistufigen Lösungen nachweislich überwunden werden. Bei diesen Konzepten wird ein zusätzlicher Wandler in den Leistungspfad eingebunden, der die Leistungsstellung übernimmt. Der Hauptwandler arbeitet nun als ungesteuertes Übertragungsglied in Form eines "DC-Transformators". Das bedeutet er kann mit Vollaussteuerung, d.h. 100 % Konvertertastverhältnis operieren und auf ZVS-Betrieb bzw. für resonantes Schalten ausgelegt werden. Als Glied für die Leistungsstellung bietet sich ein Tiefsetzsteller an, da er einen einfachen Aufbau besitzt, sehr gut in einem weiten Eingangsspannungsbereich arbeiten kann und einfach zu steuern ist. Der Tiefsetzsteller kann auf der Primärseite des Transformators angeordnet werden, wo er die Hauptstufe mit einer konstanten Spannung versorgt (Pre-Regulated Konzept). Die andere Variante ist die Anordnung auf der Sekundärseite des galvanisch isolierenden Wandlers (Post-Regulated Konzept). Bei dieser Lösung überträgt der "DC-Transformator" die Zwischenkreisspannung in einem festen Verhältnis, mit all ihren Schwankungen. Der nachfolgende Tiefsetzsteller muss die Schwankungen ausgleichen und die DC-Ausgangsspannung an der Last konstant regeln. Der zweistufige Demonstrator ist eine spannungsgespeiste, partiell hart schaltende Halbbrücke mit PFC-Stufe.Die untersuchten dreistufigen, primärseitig geregelten Schaltnetzteile (Pre-Regulated) waren: ein Current Fed Push Pull-Konverter; ein Current Fed Full Bridge-Konverter und ein Parallelresonanzkonverter, jeweils mit primärseitigem Tiefsetzsteller. Die betrachteten Netzteile mit sekundärseitiger Regelung (Post-Regulated) waren: eine partiell hart schaltende Halbbrücke, ein Serienresonanzkonverter und ein LLC-Konverter, immer mit sekundärseitigem Tiefsetzsteller. Alle dreistufigen Netzteile verfügen ebenfalls über eine PFC-Stufe. Die nachstehenden Teile dieses Kapitels rekapitulieren die wichtigsten Ergebnisse dieser Dissertation. Folgende charakteristische Aussagen lassen sich zu den Pre-Regulated SMPS treffen: Die primärseitigen Hauptstufen-MOSFETs des Current Fed Push Pull-Konverters und des Current Fed Full Bridge-Konverters sind einer sehr starken Spannungsbelastung ausgesetzt. Die sekundärseitigen Gleichrichter-MOSFETs werden in den primärseitig stromeingeprägten Systemen hingegen nur mit geringen Überspannungen belastet. Der Parallelresonanzkonverter ist eine Abwandlung des Current Fed Full Bridge-Konverters, um bewusst resonantes Schalten zu erreichen und Schaltverluste zu reduzieren. Die Belastung der Schaltelemente liegt in der Größenordnung des Vollbrückenwandlers. Nachteilig an diesem Konzept ist die Lastabhängigkeit der Resonanz aufgrund der seriellen Lastauskopplung im Schwingkreis. Die Realisierung eines sekundärseitigen Synchrongleichrichters lässt sich in allen stromgespeisten Topologien nur mit erhöhtem Aufwand umsetzen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein stromgespeister Wandler nicht für die Erzeugung hoher Ströme in Kombination mit niedrigen Ausgangsspannungen geeignet ist. Der Hauptgrund dafür ist die negative Wirkung der Streuinduktivität auf die aktiven Bauelemente. Die Post-Regulated Stromversorgungen sind durch nachfolgende Aussagen gekennzeichnet: Die Untersuchungen der partiell hart schaltenden Halbbrücke, bei einer hohen Schaltfrequenz von 500 kHz, haben gezeigt, dass dieser Wandler in keinem Betriebszustand als "DC-Transformator" geeignet ist, da sein Verhalten sehr lastabhängig ist. Eine Drossel zur Begrenzung der Stromsteilheiten sowie Clampingdioden sind nötig, um ein arbeitspunktabhängiges Nullspannungsschalten und gleichzeitig zulässige Spannungsbelastungen der sekundärseitigen Gleichrichter zu erreichen. Die Begrenzungsdrossel limitiert aufgrund ihres Spannungsabfalls aber auch die Ausgangsleistung des Wandlers. Der Serienresonanzkonverter ist sehr gut als "DC-Transformator" geeignet, solange genügend Strom (Laststrom) abgeschaltet werden kann, der die Ausgangskapazitäten der MOSFETs umlädt, um ZVS-Betrieb zu erreichen. Im Teillastbetrieb kommt es in Abhängigkeit von Schaltfrequenz, Zweigverriegelungszeit und Steuerwinkel (Grad der Überresonanz) zum Verlust der ZVS-Bedingung. Ab diesem Zeitpunkt schalten die primärseitigen Halbbrücken-MOSFETs hart auf die Zwischenkreisspannung ein und verursachen große Schaltverluste.Als Problemlösung kann eine Abwandlung des Serienresonanzwandlers betrachtet werden, der LLC-Konverter. Dieser Konverter besitzt eine definiert reduzierte Hauptinduktivität im Transformator, so dass lastunabhängig immer ein ausreichender Magnetisierungsstrom fließt, um die Ausgangskapazitäten der MOSFETs umzuladen. Die Untersuchungen des LLC-Konverters haben gezeigt, dass mit diesem Wandler über den gesamten Lastbereich ein Nullspannungsschalten möglich ist. Der LLC-Konverter ist daher sehr gut als lastunabhängiger "DC-Transformator" geeignet. Das ist eine wichtige Erkenntnis der vorliegenden Arbeit. Der wesentliche Vorteil der dreistufigen Lösungen gegenüber den zweistufigen Konzepten ist die Einsparung von Zwischenkreiskapazität und der Ausgleich von Spannungsschwankungen (z.B. brown-out) am Zwischenkreis über das Regelspiel des Tiefsetzstellers. Die reduzierte Zwischenkreiskapazität wirkt sich positiv auf die Systemkosten und die Leistungsdichte aus. Jede einzelne Stufe des SMPS kann separat arbeiten. Die damit verbundene Erhöhung der Freiheitsgrade dient zur Beeinflussung von Schaltungsparametern und bewirkt eine bessere Anpassung der dreistufigen Topologien an die jeweilige Anwendung. Bei Bedarf kann auch eine Synchronisation zwischen den Stufen erfolgen. Im höheren Leistungsbereich ist eine Synchronisation zwischen PFC-Stufe und der folgenden Stufe sinnvoll, um den Zwischenkreiskondensator zu entlasten. Die Auslegung der einzelnen Stufen eines dreistufigen Schaltnetzteils lässt sich in der Regel recht einfach realisieren, da die Aufgaben Leistungsstellung und galvanische Trennung durch zwei unterschiedliche Wandler vollzogen werden. Diese klare Trennung kann in einem dreistufigen Konzept mit LLC-Konverter zu einer Verbesserung des Systemwirkungsgrades gegenüber der zweistufigen Lösung genutzt werden. Die getrennte Optimierbarkeit der einzelnen Stufen eines Schaltnetzteils führt zu einem optimalen Gesamtsystem. Nachteilig bei einer dreistufigen Lösung ist die höhere Bauelementeanzahl gegenüber dem zweistufigen Ansatz. Die höhere Bauelementeanzahl muss sich nicht direkt in den Systemkosten widerspiegeln. Der Vergleich der experimentell untersuchten Netzteile, hat bei ausschließlicher Betrachtung der Bauelementekosten, ein ähnliches Kostenniveau für die zwei- und dreistufigen Lösungen gezeigt. Das Ziel dieser Arbeit, mit einer dreistufigen Topologie einen höheren Wirkungsgrad zu erreichen, als mit einem zweistufigen Ansatz, wurde nur bedingt erfüllt. Als Grund für dieses Ergebnis lassen sich die hohen Schaltfrequenzen in den einzelnen Stufen benennen. Die hohen Schaltfrequenzen führen zur Entstehung beachtlicher Schaltverluste. Im Volllastbetrieb wird mit dem dreistufigen LLC-Konverter eine geringere Effizienz als mit der zweistufigen Topologie erreicht. Im Teillastbetrieb hingegen war der LLC-Konverter dem zweistufigen System überlegen. Die Steigerung der Leistungsdichte gegenüber der zweistufigen Lösung wurde mit den dreistufigen Lösungen erreicht, da das Bauvolumen für den Zwischenkreis signifikant verkleinert werden konnte. Die Arbeit stellt die qualitativen Eigenschaften der einzelnen Topologien dar. Die getroffenen quantitativen Aussagen basieren auf dem derzeitigen Stand der Technik bei Halbleitern und passiven Bauelementen. Aufgrund der ständigen Weiterentwicklung auf den Sektoren Halbleiter und passive Bauelemente haben die vorgelegten Untersuchungsergebnisse nur einen, aber dennoch sehr nützlichen, Orientierungscharakter. Diese Arbeit wurde auch zur Auslotung von aktuell relevanten Schaltfrequenzen genutzt, so dass die vorgestellten Wirkungsgrade nicht die maximal möglichen Werte darstellen. Die Benutzung hoher Schaltfrequenzen wirkt sich negativ auf den Wirkungsgrad aus. Die Erhöhung des Wirkungsgrades gegenüber den gemessenen Werten, lässt sich durch eine Absenkung der Schaltfrequenzen erreichen. Aus dem heutigen Stand der Technik bei Halbleitern und Magnetmaterialien lässt sich schließen, dass dreistufige Topologien mit Schaltfrequenzen im Be-reich von 70 kHz bis 130 kHz optimal für die Erzielung eines hohen Systemwirkungsgrades geeignet sind. Für hohe Ausgangsleistung ist die Verwendung von kaskadierten (Interleaved) Konzepten, in Kombination mit niedrigen Schaltfrequenzen (70 kHz bis 130 kHz) sinnvoll. Dabei können Auslöschungseffekte aufgrund versetzter Pulsung ausgenutzt werden, um passive Bauelemente zu entlasten. Die Leistungsgrenzen für den Einsatz von kaskadierten Konzepten sind nicht klar abgesteckt und von der jeweiligen Anwendung abhängig. Der LLC-Konverter mit sekundärseitigem Tiefsetzsteller hat sich als beste dreistufige Topologie herauskristallisiert. Aufgrund der sehr guten Eigenschaften des LLC-Konverters in einer dreistufigen Topologie ist es sinnvoll, in einer weiterführenden Arbeit den LLC-Wandler mit einem primärseitig angeordneten Tiefsetzsteller zu paaren. Diese Konfiguration würde weitere Vorteile bezüglich der Auslegung des Tiefsetzstellers bringen. Eine Wirkungsgrad-Abschätzung wurde im Rahmen dieser Arbeit bereits durchgeführt. Es wird empfohlen, die dreistufigen Schaltnetzteile in einer weiterführenden Arbeit konstruktiv zu optimieren. Dabei sollte die bestmögliche Aufbau- und Verbindungstechnik zum Einsatz kommen. Ein virtuelles 3D-Prototyping des Netzteiles mit Gehäuse, unter Einbeziehung aller elektrischen und thermischen Aspekte, kann zu einer weiteren Erhöhung der Leistungsdichte von dreistufigen Topologien führen.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=14635

Höch, Vera; Petzoldt, Jürgen; Jacobs, Heiner; Schlögl, Andreas; Deboy, Gerald
Dynamic characterization of high voltage power MOSFETs for behavior simulation models. - In: 13th European Conference on Power Electronics and Applications, 2009, ISBN 978-1-4244-4432-8, (2009), insges. 10 S.

http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=5279157

Höch, Vera; Petzoldt, Jürgen; Schlögl, Andreas; Jacobs, Heiner; Deboy, Gerald
Determination of transient transistor capacitances of high voltage MOSFETs from dynamic measurements. - In: 21st International Symposium on Power Semiconductor Devices & IC's, 2009, ISBN 978-1-4244-3525-8, (2009), S. 148-151

http://dx.doi.org/10.1109/ISPSD.2009.5158023

Franke, Uwe; Ellinger, Thomas; Petzold, Jürgen
Thermal modelling of power electronic systems using model order reduction of large scale finite elemente models. - In: Proceedings, (2008), insges. 5 S.

Blum, André;
Untersuchung des Potenzials zur Erhöhung des Wirkungsgrades einfacher Schaltnetzteiltopologien und Ableitung von Designrichtlinien, 2008. - Online-Ressource (PDF-Datei: 242 S., 11,1 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2008
Enth. außerdem: Thesen

Die vorliegende Arbeit richtet sich vor allem an Entwickler von Schaltnetzteilen, Halbleitern und passiven Komponenten, die durch eine Schärfung des Verständnisses für die Gesamttopologie und die dahinterliegenden Zusammenhänge in ihrer täglichen Arbeit möglichst nahe an das optimale und gleichzeitig einfache Schaltnetzteil herankommen möchten. Zu Beginn der Arbeit werden zunächst die Eigenschaften gängiger Schaltnetzteiltopologien vorgestellt und miteinander verglichen. Die beiden Schaltungsarten mit dem geringsten Komplexitätsgrad Flyback- und Forward-Converter werden im Anschluss im Detail theoretisch analysiert und Ansatzpunkte für Optimierungen aufgezeigt. Hierzu werden sowohl die verlustbestimmenden Eigenschaften aktiver Bauteile (Leistungshalbleiter, Dioden) als auch die passiver Bauelemente (Elektrolytkondensatoren, Transformatoren) erläutert. Basierend auf Simulationen und praktischen Versuchen wird gezeigt, wie der Wirkungsgrad speziell durch die Optimierung von Transformatoren und Halbleitern gesteigert werden kann. An praktischen Aufbauten und und Messungen wird die Anwendbarkeit der erzielten Ergebnisse für Entwickler von Schaltnetzteilen verifiziert. In den durchgeführten Simulationen werden darüber hinaus verschiedene Parameter der induktiven Bauelemente und vor allem der Halbleiter variiert und die resultierenden Einflüsse auf das Verhalten der Schaltung aufgezeigt. Dieser neue Ansatz des Synthetisierens von Halbleitern gibt sowohl den Entwicklern von Schaltnetzteilen als auch den Herstellern von Halbleitern wichtige Informationen für das Design optimal arbeitender DC/DC-Wandler und der dazu benötigten Eigenschaften auf Komponentenebene. Die hierfür verwendeten Simulationsmodelle sowie -ergebnisse sind vollständig mit entsprechender Beschreibung enthalten.Um eine möglichst umfassende Betrachtung praktischer Anwendungsfälle für Schaltnetzteile zu garantieren, werden PFC-Stufen ebenfalls in die Wirkungsgraduntersuchungen einbezogen und Empfehlungen für die Auslegung eines wirkungsgradoptimierten Schaltnetzteil-Gesamtkonzepts getroffen.Am Ende jedes Abschnitts für die untersuchten Topologien erhält der Leser konkrete Hilfestellung und Designregeln für den Aufbau eines Schaltnetzteils mit optimiertem Wirkungsgrad.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=10912

Lalili, Djaafer; Berkouk, El Madjid; Boudjema, Fares; Lourci, N.; Taleb, Tahar; Petzoldt, Jürgen
Simplified space vector PWM algorithm for five-level inverter. - In: The European physical journal. Applied physics. - Les Ulis : EDP Sciences, 1998- , ISSN: 1286-0050 , ZDB-ID: 1468654-5, ISSN 1286-0050, Bd. 40 (2007), 3, S. 335-342

http://dx.doi.org/10.1051/epjap:2007168

Yasin Dali, M. Mounzer;
Stromrichtertechnik für Windkraftanlagen kleiner Leistung, 2007. - Online-Ressource (PDF-Datei: 112 S., 5986 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007
Parallel als Druckausg. erschienen

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Vergleich von zwei unterschiedlichen Systemkonfigurationen für Windkraftanlagen kleiner Leistung (2kW). Als Generator wurde dabei eine PSM eingesetzt. Die beiden Konfigurationen unterscheiden sich grundsätzlich darin, wie die vom Generator erzeugte Energie in den Gleichspannungszwischenkreis eingespeist wird. Bei der ersten Topologie wird dazu ein konventioneller sechspulsiger Spannungswechselrichter auf IGBT-Basis eingesetzt. Die zweite Variante verwendet dazu eine Diodenbrücke in Verbindung mit einer klassischen Hochsetzstellertopologie. Zur Beurteilung der Systeme war zunächst die Entwicklung und Parametrierung eines geeigneten PSM-Modelles notwendig. Aufbauend auf diesen Untersuchungen wurden für die beiden zu vergleichenden Strukturen - auf dem Konzept der Feldorientierung basierende Regelungstoplogien - für den PSM abgeleitet. Die Regelungsstrukturen berücksichtigen dabei jeweils die topologischen Besonderheiten der beiden Vergleichsstrukturen. Ein wesentliches Vergleichskriterium für die beiden Konfigurationen war der damit zu erzielende Wirkungsgrad. Um diesen mit hinreichender Genauigkeit bestimmen zu können, war die Berechnung der im System auftretenden Verluste erforderlich. Besonders die simulative Bestimmung der von den Halbleiterbauelementen verursachten Durchlass- und Schaltverluste bildete einen Schwerpunkt dieser Arbeit. Durch die Entwicklung einer übergeordneten MPP-Regelung war es möglich, das System-verhalten weiter zu optimieren. Ein weiterer Untersuchungsgegenstand der Arbeit waren die möglichen Konfigurationen zur Netz- bzw. Batterieeinspeisung der durch die PSM bereitgestellten elektrischen Leistung.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=11045

Tian, Jian; Berger, Gotthard; Reimann, Tobias; Scherf, Marko; Petzoldt, Jürgen
Design and implementation of a FPGA-based controller for resonant inverters. - In: IEEE Power Electronics Specialists Conference, 2007, ISBN 978-1-4244-0654-8, (2007), S. 779-784

http://dx.doi.org/10.1109/PESC.2007.4342087

Tian, Jian; Petzoldt, Jürgen; Reimann, Tobias; Scherf, Marko; Berger, Gotthard
Envelope model of frequency-duty-controlled LLC converters. - In: IEEE Power Electronics Specialists Conference, 2007, ISBN 978-1-4244-0654-8, (2007), S. 876-881

http://dx.doi.org/10.1109/PESC.2007.4342104

Tian, Jian; Petzoldt, Jürgen; Reimann, Tobias; Scherf, Marko; Deboy, Gerald; Maerz, Martin; Berger, Gotthard
Envelope model for resonant converters and application in LLC converters. - In: European Conference on Power Electronics and Applications, 2007, (2007), insges. 7 S.

http://dx.doi.org/10.1109/EPE.2007.4417263

Yasin Dali, Mounzer; Rädel, Uwe; Ellinger, Thomas; Büttner, Jürgen; Petzoldt, Jürgen
Vergleich zweier Topologien von Windkraftanlagen auf der Basis einer permanenterregten Synchronmaschine sowie die Realisierung einer MPP-Regelung für das Gesamtsystem. - In: Information technology and electrical engineering - devices and systems, materials and technologies for the future, (2006), insges. 12 S.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=13684

Schwalbe, Ulf; Reimann, Tobias
Einsatz von SiC-Bauelementen in der elektronischen Stromversorgungstechnik. - In: Information technology and electrical engineering - devices and systems, materials and technologies for the future, (2006), insges. 11 S.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=13703

Tian, Jian; Petzoldt, Jürgen; Reimann, Tobias; Scherf, Marko; Berger, Gotthard
Control system analysis and design of a resonant inverter with the variable frequency variable duty cycle scheme. - In: 37th IEEE Power Electronics Specialists Conference, 2006, PESC '06, (2006), insges. 5 S.

https://doi.org/10.1109/pesc.2006.1711829

Friedrichs, Peter; Reimann, Tobias
Behavior of high voltage SiC VJFETs under avalanche conditions. - In: Twenty-First Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2006, APEC '06, (2006), insges. 7 S.

http://dx.doi.org/10.1109/APEC.2006.1620767

Schwalbe, Ulf; Deboy, Gerald; Friedrichs, Peter; Rupp, Roland
Systemvorteile durch SiC-Bauelemente in Schaltnetzteilapplikationen. - In: Bauelemente der Leistungselektronik und ihre Anwendungen, (2006), S. 119-130

Raghavan, Nagarajan; Taleb, Tahar; Ellinger, Thomas; Großmann, Uwe; Petzoldt, Jürgen; Vasudevan, Krishna; Swarup, Shanti K.
A novel lowpass to bandpass transformed PI control strategy for series hybrid active power filter. - In: Electric power systems research, Bd. 76 (2006), 9/10, S. 857-864

https://doi.org/10.1016/j.epsr.2005.07.007

Taleb, Tahar; Klaus, Axel; Klaus, Axel *1966-*; Rosenbaum, Tobias;
Verbesserung der Elektroenergiequalität mittels hybrider Kompensatoren. - In: Etz, ISSN 0948-7387, Bd. 127 (2006), 8, S. 34-37

Deboy, Gerald; Dahiquist, Fanny; Reimann, Tobias; Scherf, Marko
Latest generation of superjunction power MOSFETs permits the use of hard switching topologies for high power applications. - In: Official proceedings of the International Conference Power Electronics, Intelligent Motion, Power Quality, (2005), S. 38-40

Franke, Uwe; Krümmer, Robert; Petzoldt, Jürgen
Online diagnostics and condition monitoring in voltage source inverters. - In: EPE 2005, (2005), insges. 6 S.

This paper presents a method for online diagnostics and monitoring in voltage source inverters. Single components of the inverter prone to failure and aging are investigated and analysed. The proposed method allows for real time statistics and determination of gradual changes that would be difficult to estimate in an offline mode. Power semiconductors and other components of the voltage source inverter are considered and a more complete state report of the system can be given in real time. Practical measurements prove that the suggested diagnosis and monitoring approach can significantly contribute to better knowledge about the system’s state and help to recognise and overcome dangerous and critical states of voltage source inverters. Hence better utilisation and a more reliable power electronic system are obtained.

Tian, Jian; Berger, Gotthard; Reimann, Tobias; Scherf, Marko; Petzoldt, Jürgen
A half-bridge series resonant inverter for induction cookers using a novel FPGA-based control strategy. - In: EPE 2005, (2005), insges. 9 S.

Asymmetrical pulse width modulation (APWM) with frequency tracking control strategy is proposed for half bridge series resonant inverter for induction cookers, by which inverter is operated at zerovoltage-switching (ZVS) over wide load range. The FPGA-based full digital control system construction and operation are described. Steady state characteristics, such as normalized output power, turn-off current and average current through switches, are calculated. Some design considerations including selection of snubber capacitor, determination of dead time, ZVS boundary and presetting of phase-locked loop (PLL) are discussed. Finally, experiment results are given.

Franke, Uwe; Petzoldt, Jürgen
A new power electronic control system featuring 32-bit microcontroller and FPGA. - In: Official proceedings of the International Conference Power Electronics, Intelligent Motion, Power Quality, (2005), S. 258-261

This paper presents a new power electronic control system comprised of the 32-bit TriCon microcontroller-board and a Xilinx XC2V500 FPGA. The system is intended for use in application with fast signal transition and many analog measures to be controlled. Configuration of FPGA modules implemented in VHDL can be realised by means of a parallel interface between microcontroller and FPGA.The proposed system allows for fast control, signal manipulation and error management. It is shown that modules implemented in the FPGA can extend the peripherals of the microcontroller and offload from time-critical processes. - Hence a system with higher performance and more flexibility is obtained.

Krümmer, Robert;
Beitrag zur Verbesserung der elektrischen und thermischen Ausnutzung [von Leistungshalbleiterschaltern]. - Ilmenau : ISLE, 2005. - 123 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2005
ISBN 3938843047

Die Systemintegration ist ein treibender Faktor in der Weiterentwicklung leistungselektronischer Systeme. Neben einer Erhöhung der Leistungsdichte und der Zuverlässigkeit ist der Schutz von Leistungshalbleitern ein wichtiges Kriterium bei der technischen Umsetzung von Schaltungstopologien. Dabei ist die Sperrschichttemperatur ein wesentlicher Betriebsparameter neben dem Einhalten von Spannungsgrenzen und dynamischen Grenzwerten. Stand der Technik bei der industriellen Umsetzung thermischer Schutzkonzepte in Umrichtern ist die Ausnutzung der Temperaturabhängigkeit von Bauelementeparametern oder die Messung der mittleren Kühlkörpertemperaturen jedoch noch nicht eine direkte verzögerungslose Messung der zeitlichen Sperrschichttemperaturverläufe in Standardmodulen. Von dem Ansatz einer Modellumsetzung in Mikrorechnern ausgehend, wird in der vorgelegten Arbeit das Thema der Online-Ermittlung der zeitlich veränderlichen Sperrschichttemperatur von Leistungshalbleiterbauelementen im Umrichterbetrieb vorgestellt. Die elektrische und thermische Modellbildung wurde für Single- und Multichip-Anordnungen technisch umgesetzt sowie die Genauigkeit bei unterschiedlichen Lastformen und Zyklen untersucht. Der Schutz der Leistungshalbleiter durch den im Mikrocontroller online simulierten Parameter Sperrschichttemperatur wurde zur Regelung und Steuerung in Umrichtern umgesetzt. Von dem Ansatz der Verbesserung der elektrischen Ausnutzung ausgehend war das zweite Ziel dieser Arbeit die theoretische und experimentelle Untersuchung von Methoden und Varianten des Schutzes von Leistungshalbleiterschaltern gegen periodische und nichtperiodische Überspannungen. Im Mittelpunkt stand die Erforschung der Möglichkeiten und Grenzen des Verfahrens Active Voltage Clamping" für Schalter mit Hochspannungs-IGBT. In der Arbeit wurden Lösungsvarianten und grundlegende Verfahren für IGBT-Schalter bis zu einer Nennsperrspannung von 3,5kV erarbeitet, analysiert und in Einzelschaltern sowie in verschiedenen Stromrichtertopologien appliziert. In experimentellen Untersuchungen wurden Aspekte der Realisierbarkeit, des Derating und der Snubberanforderungen des Active Clamping zur Reihen- und Parallelkaskadierung von IGBTs erarbeitet.

Petzoldt, Jürgen; Büttner, Jürgen; Ellinger, Thomas; Rosenbaum, Tobias
Multiphasiges Stromrichtersystem als Prüfgenerator im mittleren Leistungsbereich. - In: 11. Symposium Maritime Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik, (2004), S. 33-37

Raghavan, N.; Ellinger, Thomas; Petzoldt, Jürgen; Krishna, V.; Swarup, K. S.
A new transformerless series hybrid active power filter (TL-SHAPF) topology. - In: Official proceedings of the International Conference Power Electronics, Intelligent Motion, Power Quality, (2004), S. 754-759

Ellinger, Thomas;
Entwicklung eines hybriden Kompensatorkonzeptes für einen Drehstromlichtbogenofen, 2004. - Online-Ressource (PDF-Datei: 135 S., 2479 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2004
Parallel als Druckausg. erschienen

Der Drehstromlichtbogenofen besitzt eine nichtlineare Strom- Spannungs-Charakteristik. Folglich wirkt er als Störquelle in dem Netz, das ihn versorgt. Er emittiert Oberschwingungen und Zwischenharmonische und erzeugt Spannungsunsymmetrien, -einbrüche und -schwankungen. Eines seiner wesentlichsten Nachteile ist jedoch der durch die Spannungsschwankungen erzeugte Flicker, der infolge von Leuchtdichteschwankungen bei Glühlampen auftritt. - Das Ergebnis der vorliegenden Arbeit zeigt, wie unter Nutzung von modernen Kompensatoren die Störungen, die durch den Drehstromlichtbogenofen entstehen, minimiert werden können. - Auf der Basis der Literatur erfolgt zunächst ein Überblick über diesen Themenkomplex. Unter Nutzung von systemtheoretischen Methoden werden anschließend die oben genannten Störungen analysiert. Der Schwerpunkt wird dabei auf die Kenngrößen Oberschwingungen und Unsymmetrien sowie den Flicker gelegt. - Zur Kompensation der durch den Ofen verursachten Störungen wird in der vorliegenden Arbeit ein hybrides Filterkonzept vorgeschlagen. Der aktive Teil des Kompensators besteht aus einem thyristorgesteuerten Blindstromsteller (TCR-Anlage) sowie einem parallelen aktiven Filter. Die TCR-Anlage übernimmt die Kompensation der Grundschwingungsblindleistung des Ofens. Sie ist außerdem für die Flickerminderung zuständig. Zur Kompensation der Verzerrungsblindleistung des Gesamtsystems kommt ein aktives Filter zur Anwendung. Durch Verwendung einer optimierten Netzwerktopologie für das Hybridfilter wurde es möglich, die Bauleistung des dafür erforderlichen Spannungswechselrichters stark zu vermindern. - Einen weiteren Schwerpunkt der Untersuchungen bildeten die Regelungsstrukturen der aktiven Kompensatoren. Diese zukunftsorientierten Regelkonzepte basieren auf der oben angesprochen Analyse. Sie sind frequenzselektiv und arbeiten in ruhenden Koordinaten. Ein Hauptbestandteil der Strukturen sind die transformierten PI-Regler. Ihre Übertragungsfunktionen werden mit Hilfe der Tiefpass-Bandpass-Transformation bestimmt. Sie ermöglichen es, dass auch bei sinusförmigen Größen eine stationäre Genauigkeit der Regelkreise erreicht werden kann. Die stationäre Genauigkeit stellt sich dabei jeweils bei den Abstimmfrequenzen der Regler ein. - Wie durch Simulationsergebnisse bewiesen wird, ist mit der entwickelten Kompensationsanlage eine starke Dämpfung des Flickers möglich. Auch die durch das Gesamtsystem (Schmelzofen und Kompensator) emittierten Netzstromoberschwingungen konnten auf ein zulässiges Maß reduziert werden.

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Li, Geng; Zhiming, Chen; Krümmer, Robert; Reimann, Tobias; Petzoldt, Jürgen
Thermal coupling model for IGBT power modules in an on-line temperature control system. - In: Weidianzixue, ISSN 1004-3365, Bd. 33 (2003), 1, S. 294-297
Text auf Chinesisch, Zusammenfassung auf Englisch

Reimann, Tobias; Müller, André; Petzoldt, Jürgen; Zverev, Ilia; Friedrichs, Peter
SiC-JFET-cascode: state-of-the-art, performance and application. - In: PCIM Europe 2003, (2003), insges. 6 S.

Jacobs, Heiner;
Experimental investigation of a three-phase-four-level flying capacitor PWM-VSI. - In: Proceedings and our portrait, (2003), insges. 8 S.

Gehlert, Uwe; Krechla, Andreas; Petzoldt, Jürgen
Brennstoffzellenwechselrichter für Netzeinspeisung und Inselbetrieb. - In: Proceedings and our portrait, (2003), insges. 8 S.

Reimann, Tobias; Jacobs, Heiner
Dynamic voltage sharing of series connected IGBTs using passive snubbers and active clamping. - In: Proceedings and our portrait, (2003), insges. 11 S.

Großmann, Uwe; Krätzschmar, Andreas
Modellierung des Schaltverhaltens strombegrenzender Leistungsschalter für transiente Netzberechnungen. - In: Proceedings and our portrait, (2003), insges. 6 S.

Franke, Uwe; Catania, Pedro Gabriel; Berger, Gotthard; Petzoldt, Jürgen
Control and thermal management for induction motor drives using the new TriCore microcontroller. - In: PCIM Europe 2003, (2003), insges. 6 S.

Eisenhut, Stefan; Büttner, Jürgen; Petzoldt, Jürgen
Netzankopplung von Batteriespeichern und Brennstoffzellen. - In: Informations- und Elektrotechnik - Werkstoffe, Bauelemente, Systeme und Technologien für die Zukunft, (2003), S. 557-558

Delfo, Sobhi;
Auslegung und Untersuchung eines dreistufigen reihenkaskadierten Stromrichters. - Ilmenau : ISLE, 2003. - III, 149 S : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2003
ISBN 3-932633-80-6

Krechla, Andreas; Gehlert, Uwe; Büttner, Jürgen
Umrichter für Brennstoffzellentechnik. - In: Fachtagung Elektrische Energiewandlungssysteme, (2002), S. 124-128

Reimann, Tobias; Petzoldt, Jürgen; Zverev, Ilia; Mitlehner, Heinz; Friedrichs, Peter
Application of SiC devices in power supplies. - In: Proceedings, (2002), S. P.1-P.12

Zverev, Ilia; Reimann, Tobias; Petzoldt, Jürgen; Hancock, Jon
Avalanche considerations in charge compensation MOSFET's. - In: Official proceedings of the International Conferences Power Electronics, Intelligent Motion, Power Quality, PCIM Europe 2002, Nürnberg, May 14 - 16, 2002, (2002), insges. 6 S.

Rädel, Uwe; Petzoldt, Jürgen
Harmonic analysis of a double fed induction machine for wind power plants. - In: Keynote addresses, electrical machines & drives, automation, (2002), S. 429-434

Scherf, Marko; Petzoldt, Jürgen; Lorenz, Leo; Reimann, Tobias
Applikation von CoolMOS/SiC-SBD device-sets in switched mode power supplies. - In: Bauelemente der Leistungselektronik und ihre Anwendungen, (2002), S. 191-199

Reimann, Tobias; Wang, Huamin; Petzoldt, Jürgen; Chen, Zhiming; Scherf, Marko
A novel topology to reduce the power losses in synchronous rectifiers. - In: Proceedings, (2001), S. DS3.1-3

Geng, Li; Chen, Zhi-ming; Krümmer, Robert; Reimann, Tobias; Petzoldt, Jürgen
A precise model for simulation of temperature distribution in power modules. - In: Ban dao ti xue bao, ISSN 0253-4177, Bd. 22 (2001), 5, S. 548-553

Petzoldt, Jürgen; Reimann, Tobias; Lorenz, Leo; Zverev, Ilia
Influence of device and circuit parameters on the switching losses of an ultra fast CoolMOS/SiC-diode device-set: simulation and measurement. - In: Proceedings of the 13th International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs, (2001), S. 187-190

Reimann, Tobias; Krümmer, Robert; Petzoldt, Jürgen
Investigation of current balance and power loss distribution of parallel connected IGBTs during active voltage clamping. - In: Official proceedings of the Forty-First International Power Conversion Conference, (2000), S. 257-262

Reimann, Tobias; Krümmer, Robert; Franke, Uwe; Petzoldt, Jürgen; Lorenz, Leo
Real time calculation of the chip temperature of power modules in PWM inverters using a 16bit microcontroller. - In: The 12th International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs, (2000), S. 127-130

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Büttner, Jürgen; Krechla, Andreas; Petzoldt, Jürgen; Machost, Dirk
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Krümmer, Robert; Konrad, Sven; Petzoldt, Jürgen; Lorenz, Leo
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Asressahegn Tesema, Mezmur; Petzoldt, Jürgen;
Simulative Untersuchung vom stromeingeprägten Pulssteller für Switched Reluctance Motoren (SRM). - In: 43. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, (1998), insges. 8 S.

Krechla, Andreas; Machost, Dirk; Büttner, Jürgen
Netzrückwirkungen von gepulsten Stromrichtern im Frequenzbereich 2 - 9 kHz. - In: 43. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, (1998), insges. 5 S.

Gretsch, Ralf; Neubauer, Martin; Krechla, Andreas; Petzoldt, Jürgen
Netzimpedanzen und Störaussendungen im Frequenzbereich 2 bis 9 kHz. - In: Bauelemente der Leistungselektronik und ihre Anwendungen, (1998), S. 331-345

Asressahegn Tesema, Mezmur; Berger, Gotthard
Analysis of PWM-, hysteresis-current- and clocked two-position-current-controlled high speed Switched Reluctance Motor (SRM). - In: Official proceedings of the Thirty-First International Intelligent Motion Conference, (1997), S. 445-450

Büttner, Jürgen; Kirchner, Uwe; Berger, Gotthard; Petzoldt, Jürgen
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Zverev, Ilia; Konrad, Sven; Schilling, Volkmar; Petzoldt, Jürgen
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Leistungshalbleiter als Nullstromschalter in Stromrichtern mit weichen Schaltvorgängen
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ISBN 3-8265-0762-2

Reimann, Tobias; Bernet, Steffen; Petzoldt, Jürgen; Cotorogea, Maria; Klotz, Frank; Taleb, Tahar
Comparison of BJTs, NPT- and PT-IGBTs for soft switching. - In: PEMC '94, (1994), S. 808-813

Reinmuth, K.; Lorenz, Leo; Konrad, Sven
A new generation of IGBTs and concepts for their protection. - In: PCIM '94 Europe, (1994), S. 139-147

Hempel, Holger; Gehlert, Uwe
5 kW Stromrichtersystem für die Netzeinspeisung von Solarenergie. - In: Neuntes Symposium Photovoltaische Solarenergie, (1994), S. 549-554

Janke, Claus; Berger, Gotthard; Gens, Wolfgang;
Controle de position entierement numerique d'un moteur lineaire a induction avec un investissement materiel minimal :
Linear induction drive system completely digital position controlled with minimal hardware investment. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek. - 6 S. = 518,1 KB, TextDruckausg.: ICEM '94, Conférence Internationale sur les Machines Électriques, International Conference on Electrical Machines, 5 - 8 Septembre/September 1994, Palais des Congrès, Paris, France / organisé par: la Société des Électriciens et des Électroniciens (SEE) ... ; Vol. 1. - Paris : Société des Électriciens et des Électroniciens, 1994, S. 246-250

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Stromrichtersystem mit Wechselspannungszwischenkreis, 1993. - IV, 145 S Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1993

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