Publikationen (Hochschulbibliographie)

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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;
Sensorlose Regelung gesättigter Synchronmaschinen bis zum Stillstand unter Last, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: X, 128 S., 10,83 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2014

Im ersten Teil der Arbeit werden die wichtigsten Grundlagen zur Regelung von Synchronmaschinen aufgeführt. Im Einzelnen wird das Modell der PMSM, der Zweipunkt-Wechselrichters und das Verfahren der Pulsweitenmodulation vorgestellt. Anschließend wird die Feldorientierte Regelung erläutert. Es folgt eine Übersicht gängiger Verfahren zur sensorlosen Regelung für Stillstand und mittlere/hohe Drehzahlen. Die zur Abdeckung des gesamten Drehzahlbereiches gewählten Verfahren - Integration der Spannung und Einspeisung eines rotierenden Trägersignals mit direkter Winkelauswertung - werden detailliert beschrieben. Unter anderem wird dabei die Demodulation des hochfrequenten (HF) Stromraumzeigers zur Extraktion der Positionssignale mit synchronous-frame-filtering und Bandpass-Hochpass-Kombination hergeleitet. Auch das Standardverfahren zur Bestimmung der Startposition mittels HF-Signal und der Effekt der Kreuzsättigung werden beschrieben. Für die praktische Umsetzung wird ein zweiphasiger Hybridschrittmotor (HSM) mit 50 Polpaaren gewählt, der sich durch nahezu identisches Ld/Lq und eine ausgeprägte Eisensättigung auszeichnet. Der HSM erzeugt eine ausgeprägte Harmonische im HF-Stromraumzeiger. Die Kompensation dieser unerwünschten Anisotropie erfolgt mit Hilfe eines Anisotropiemodells, welches im Detail beschrieben wird. Eine theoretische Abhandlung, untermauert mit Messungen, demonstriert, dass kleine Winkelfehler an bestimmten Rotorpositionen aufgrund von Ungenauigkeiten bei der Kreuzsättigungskompensation und im Anisotropiemodell zur Instabilität führen. Das Sättigungsverhalten des HSM sorgt dafür, dass kleine Verschiebungen des eingeprägten Stromvektors, wie sie durch Winkelfehler entstehen, die Amplitude des HF-Mitsystems verändern. Ein neu entwickelter HF-Mitsystem-Regler wertet diese Änderungen aus und erzeugt einen Korrekturwinkel zur Stabilisierung der sensorlosen Regelung. Dazu werden aus Motorparametern berechnete Korrekturfaktoren eingesetzt. Abschließende Tests demonstrieren, dass eine Belastung mit 1,5*Nennmoment auch im Stillstand möglich ist und der HF-Mitsystem-Regler eine kurzzeitige Überschreitung der dynamischen Grenzen (durch Signalverarbeitung gegeben) erlaubt. Die erreichten Dynamiken sind für industrielle Anwendungen mit moderaten Dynamikanforderungen ausreichend.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=25982
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/
Schilling, Marco; Schwalbe, Ulf; Szalai, Thomas; Heidrich, Tobias; Endert, Fabian; Ivanov, Svetlozar Dimitrov; Cuibus, Florina
System voltage estimation for a decentralized electromotive drive train system. - In: 16th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE '14-ECCE Europe), 2014, ISBN 978-1-4799-3016-6, (2014), S. 2756-2765

http://dx.doi.org/10.1109/EPE.2014.6910991
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
Dang, Pengpai; Ellinger, Thomas; Petzoldt, Jürgen
Dynamic interaction analysis of APF systems. - In: IEEE transactions on industrial electronics, Bd. 61 (2014), 9, S. 4467-4473

https://doi.org/10.1109/TIE.2013.2289896
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
Szalai, Thomas; Schwalbe, Ulf; Heidrich, Tobias; Endert, Fabian; Ivanov, Svetlozar
Decentralized electromotive drive train system using extra low voltage. - In: International Exhibition and Conference on Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management (PCIM Europe 2013), (2013), S. 421-427

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

Shakra, Ismael;
Entwicklung eines Regelverfahrens zur selektiven Dämpfung von ausgewählten Oberschwingungen unter Berücksichtigung von zulässigen Grenzwerten für Elektroenergiequalitätsparameter, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: 131 S., 2,47 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
Enth. außerdem: Thesen

Es ist bekannt, dass der aktive Filter gegen die Oberschwingungen sehr effektiv ist und die dadurch entstehenden Probleme beseitigen werden. Jedoch sind die Kosten für einen aktiven Filter um die Netzqualität zu verbessern sehr hoch. Um die Netzqualität sicher zu stellen, dürfen die Spannungseffektivwerte jeder einzelnen Oberschwingung einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten. Die Ausnutzung dieser Grenzwerte erfordert eine Regelungsmethode für den aktiven Filter, die das Optimum zwischen der Netzqualität einerseits und den Verbrauchern anderseits findet. Die vorliegende Arbeit stellt eine Regelungsmethode vor, mit der die Spannungsoberschwingungen an der Übergabestelle eines Dreiphasen-Systems auf einen definierten Wert begrenzt werden. Hierfür wird ein Impedanzmodell mit einer schnellen Stromregelung verwendet. Die Modellparameter der Impedanz werden durch eine Netzimpedanzmessung ermittelt. Neben den Spannungsoberschwingungen verursachen Stromoberschwingungen im Dreiphasen-Vierleitersystem viele Probleme für das gesamte Elektroenergiesystem, insbesondere den Neutralleiter. Der aktive Filter kann parallel an den zu kompensierenden Netzknoten angeschlossen werden. Hierdurch ist es möglich, sowohl die Spannungsoberschwingungen als auch die Stromoberschwingungen zu kompensieren. Die Berechnungen für die Bestimmung des minimalen Filterstromes werden mit Stromspitzenwert und mit Stromeffektivwertalgorithmus unter Verwendung einer Einzelfilterstromoberschwingung und mehrerer Filterstromoberschwingungen durchgeführt. Dadurch kann ein kostenintensiver Netzausbau vermieden werden und Betriebskosten reduziert werden. Weiterhin ist es durch die Regelung auf Grenzwerte möglich, die Baugröße des aktiven Filters kleiner zu gestalten. Damit führt die vorgeschlagene Regelungsmethode zu einer guten technischen Lösung und findet ein gesamtwirtschaftliches Optimum unter Beachtung eines gegebenen gesetzlichen Regulierungsrahmens.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=23489