Auslegung eines spannungskaskadierten Antriebsstromrichters. - 71 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Für den Einsatz von elektrischen Antrieben im Auto sind neue Antriebs- und somit auch Stromrichterkonzepte enorm wichtig. In dieser Arbeit wird ein Simulationsmodell in Matlab® Simulink® und der Toolbox SimPowerSystems zur Auslegung des leistungselektronischen Systems einer spannungskaskadierten Stromrichtertopologie mit Vollbrückenstufen für eine permanenterregte Synchronmaschine entwickelt. In die Betrachtungen gehen die Entwicklung des Ansteuerautomaten, die Berechnung der Halbleiterverluste sowie die Simulation des thermischen Systems mit verschiedenen Vorschlägen zur Kühlung ein.
Raumvektorpulsbreitenmodulation für Drei-Level-Drei-Phasen-Wechselrichter. - 69 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
FPGA-basierte Ansteuerung für Drei-Level-Drei-Phasen-Wechselrichter durch das Raumvektorpulsbreitenmodulationsverfahren (Raumvektor-PWM).
Programmierung der Steuerung für eine Stromrichtereinheit mit verteilten Energiespeichern. - 38 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Modulare Mehrpunktumrichter (Modular Multilevel Converter) sind eine neue und vielversprechende Technologie. Die Vorteile dieser Schaltungen in dem Bereich hoher Spannungen und Leistungen sind der reduzierte Filteraufwand und Zuverlässigkeit durch die Modularität. In dieser Arbeit wurde das Problem des Ausgleichs der Kondensatorspannungen in einer Kaskade des MMC untersucht. Die Grundlage der Arbeit ist die Erstellung eines zweckgerechten Modells einer Umrichterzweigs in MATLAB/Simulink. Anhand des Modells wurden Verfahren für den Ausgleich der Kondensatorspannung aus dem Stand der Technik sowie neue Methoden getestet und verglichen. Basierend auf den theoretischen Ergebnissen wurden die attraktivsten Symmetrierungsverfahren softwaretechnisch implementiert.
Erarbeitung von Regelungsstrukturen und Erweiterung der Stuersoftware für den Leistungsteil einer Laborquelle mit zusätzlichen Funktionen. - 73 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Erweiterung der Funktionalität der Laborstromquelle 150 kW. Die folgenden Betriebsmodi wurden entwickelt: geregelte einphasige DC-Quelle mit Strombegrenzung und Simulation internen Widerstands, und dreiphasige Sinusspannungsquelle mit Strombegrenzung und mit verstellbarer Frequenz. Die Entwicklung jedes Modus beginnt mit einer Analyse der Regelstrecke, infolgedessen wurde ihre mathematische Beschreibung hergeleitet. Weiterhin wurde eine die erforderlichen stationären und dynamischen Eigenschaften versorgende Regelstruktur aufgebaut. Die erarbeiteten Systeme wurden simuliert und im Steuersystem der Laborquelle implementiert, damit werden die Ergebnisse dieser Arbeit mit praktischen Versuchen bestätigt. Das Regelsystem der DC-Quelle wurde für zwei Varianten der Lage des Stromsensors entwickelt. Der lässt sich entweder zur Messung des Laststroms oder zur Messung des Stroms der Induktivität des Ausgangsfilters einstellen. In den entsprechenden Kapiteln wurden die Steuerparameter für die beiden Lagen berechnet. Wenn die Laborquelle als DC-Quelle betrieben wird, ist die Last als eine andere DC-Quelle darzustellen. Das Problem des Anschlusses aktiver Last wurde berücksichtigt und gelöst. Im Modus einer dreiphasigen Quelle wurden Koordinaten- und Phasentransformationen verwendet, damit das Regelsystem in rotierenden dq-Koordinaten realisiert wird. Bei der Aufteilung der Lastspannung und des Laststroms taucht die Frage der Amplitudenbegrenzung auf. Ein dieses Problem lösender Algorithmus wurde im entsprechenden Kapitel angeboten. Außerdem entstand eine Untersuchung des Systemverhaltens bei unsymmetrischer Belastung. Eine Methode der Ausregelung der Wirkung solch einer Last durch die Ergänzung einer Ausgleicheinheit der Gegensystemspannung wurde dazu betrachtet.
Erstellung einer Steuersoftware zur Drehzahlsteuerung eines Asynchronmotors für die Regelung der Temperatur des Kühlkörpers eines Stromrichtersystems. - 63 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
In der vorliegenden Arbeit ist die Modernisierung des Luftkühlsystems einer dreiphasigen Laborquelle mit der Leistung 150 kW durch die Implementierung einer Drehzahlsteuerung des den Lüfter antreibenden Asynchronmotors und durch die Entwicklung einer Regelung der Temperatur des Kühlkörpers betrachtet. Das Kühlsystem besteht aus einem Strangpresskühlkörper mit dreieckigen Rippen und einem durch einen Drehstrom-Asynchronmotor angetriebenen Querstromlüfter. Der Motor wird durch einen Frequenzumrichter mit einem Gleichspannungszwischenkreis gespeist und gesteuert. Im Rahmen der Arbeit wurde eine U/f-Drehzahlsteuerung des Lüfters im DSP TMS320F2808 des Umrichters implementiert. Außerdem wurde die Kommunikation durch eine CAN-Schnittstelle zwischen dem Umrichter und der Hauptsteuerung des Stromrichtersystems zur Betriebsbedienung des Kühlsystems eingerichtet. Über diese Kommunikationsschnittstelle erfolgt die Übertragung des Temperaturistwertes von der Hauptsteuerung der Laborquelle auf den Frequenzumrichter. Er liefert die aktuelle Motorfrequenz und seinen Status an die Hauptsteuerung der Laborquelle zurück. Auf der Steuerplatine des Umrichters wurde die Temperaturregelung mit einem PIRegler entwickelt und realisiert. Wegen unvermeidlicher erheblicher Quantisierungsfehler des Temperaturmesssignals wurde eine zusätzliche Signalverarbeitung hinzugefügt. Das modernisierte Kühlsystem bewährte sich während der Überprüfung als eine wirksame und sichere Lösung.
Messung der Systemparameter eines Inselnetzwechselrichters. - 61 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Als Ergebnis der Arbeit steht ein Algorithmus zur Bestimmung der Streckenparameter eines Inselnetzwechselrichters mit Transformator. Es konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, anhand Strom- und Spannungsmessung die Filterparameter des LC-Filters im Controller des Wechselrichters zu berechnen. Basierend auf der Messung der Amplituden- und Phasengänge der Messapparaturen wurde eine frequenzabhängige Fehlerkompensation implementiert. Aufbauend auf die Fehlerkompensation konnte die Totzeit des Systems detektiert werden. Des Weiteren wurde ein Konzept entwickelt, bei Betrieb des Wechselrichters in Verbindung mit einem Transformator, das Übersetzungsverhältnis, die Phasendrehung und die relevanten Induktivitäten zu bestimmen. Neben der theoretischen Betrachtung des Systems wurde ein Matlab-Simulink-Simulationsmodell entwickelt, welches zum Erkenntnisgewinn und zur Weiterentwicklung der Algorithmen zur Bestimmung der Streckenparameter beigetragen hat.
Entwicklung einer Prüf-Software nach IEC 61131-3 zur Funktionskontrolle von Piller-Bypass-Steuerungen mittels Prüf-Schrank unter Simulation im Verbund arbeitender, parametrierbarer USV-Anlagen und weiterer externer Peripherie. - 193 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Die Prüfung von Produktionsgütern auf Funktionalität spielt in der Qualitätssicherung eine maßgebliche Rolle. Spezialanwendungen erfordern spezielle Prüfverfahren und -geräte. Diese Arbeit dokumentiert die Software-Entwicklung für eine spezielle Lösung zur Funktionskontrolle von Piller Bypass-Steuerungen. Grundlage der Programmierung ist die IEC 61131-3. Im ersten Teil dieser Abhandlung werden, neben einer Einführung in die Spezialanwendungen der Firma, die grundlegenden Inhalte und Möglichkeiten der Programmiernorm aufgezeigt. Der zweite Teil thematisiert die verwendeten Hardware-Komponenten des Herstellers "B&R Automation" sowie die geforderten Richtlinien und Bedingungen bei der Entstehung des Programms. Anschließend werden die Programmierung der Software und die Realisierung der visuellen Oberfläche eines Touch-Panels aufgezeigt. Abschließend enthält die Arbeit Vorschläge zur weiteren firmeninternen Optimierung des Prüfprozesses.
EMV-Filteranalyse für eine Schalterkaskade. - 71 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
In der vorliegenden Arbeit wird ein EMV-Filter für die Leistungshalbleiterenergiequelle eines elektrischen Fahrzeuges zur Filterung bzw. Dämpfung der Hochfrequenzanteile vorgeschlagen. Mit Hilfe von MATLAB, MATLAB/Simulink und MATLAB/Simscape wird der Einsatz des vorgeschlagenen Filters, sowohl in einer einzelnen Stufe (Halbbrückenstufe) als auch in einer kaskadierten Schaltung mit n-spannungskaskadierten Stufen untersucht. Die Spannungsspektren der Störquellen sowie der Filter werden für verschiedene Arbeitspunkte dargestellt. Es wird überprüft, dass der vorgeschlagene Filter die Spektren unter die entsprechenden Normgrenzwerte dämpft.
Auslegung, Inbetriebnahme und Optimierung eines LLC-Konverters mit Synchrongleichrichterbetrieb. - 83 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Die steigende Nachfrage nach immer höheren Leistungsdichten verlangt im Bereich der Leistungselektronik den Übergang zu größeren Schaltfrequenzen (>100 kHz). Die somit zunehmenden Schaltverluste stellen jedoch ein großes Problem für die Erhöhung der Effizienz dar. Durch den Einsatz eines LLC-Konverters können die Schaltverluste minimiert und hohe Wirkungsgrade über einen weiten Lastbereich erreicht werden. Gleichzeitig kann der LLC-Konverter sowohl im hochsetzenden- als auch im tiefsetzenden Betrieb arbeiten. Dadurch ist der Einsatz über einen weiten Eingangsspannungsbereich möglich. Durch den Einsatz von Synchrongleichrichtern kann die Effizienz weiter erhöht werden. Die Auswirkungen der verschiedenen frequenzabhängigen Betriebsbereiche auf die Bauelementebelastungen sind jedoch für die gegebenen Anforderungen noch nicht bekannt. Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines LLC-Konverters für einen extra weiten Eingangsspannungsbereich (24-55 Volt) mit Dioden- und Synchrongleichrichtung. Er soll als Demonstrator für eine kleine Ausgangsleistung von 20 W ausgelegt werden. Designmethoden aus bisherigen Veröffentlichungen konnten aufgrund der geringen Differenz zwischen Ein- und Ausgangsspannung nicht angewendet werden. Die Auslegung wurde zudem durch Vorgabe der Frequenz (<150 kHz) und Resonanzkreisspannung (<60 V) erschwert. In der Arbeit wurden daher zwei eigene Auslegungsmethoden erarbeitet. Eine der Methoden wurde für den Prototyp ausgewählt. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit ist die Anpassung des Überstromschutzes über den gesamten Arbeitsbereich. Dieses Problem wurde durch eine frequenzstabile Spannungsmessung unter Einkopplung der Eingangsspannung gelöst. Durch den weiten Frequenzbereich ergeben sich zudem besondere Anforderungen im unter- und überresonanten Betrieb bei Schwachlast an die Synchrongleichrichtung. Um die Funktion dennoch zu gewährleisten, wurden die Probleme untersucht, verschiedene Lösungsvorschläge erörtert und in die Schaltung integriert. Die erarbeiteten Auslegungsmethoden können für andere Spezifikationen in weiterführenden Arbeiten verwendet werden. Die theoretischen und praktischen Ergebnisse wurden an einem Prototyp verifiziert und validiert. Eine weitere Verwendung als Auslegungsmuster oder Konverter für Untersuchungen des Betriebsverhaltens in der Lehre ist somit möglich.
Pulsmustergenerierung für einen selbstgeführten Wechselrichter mit variabler Zwischenkreisspannung. - 97 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Das Ziel der Bachelorarbeit ist die Untersuchung von Durchlass- und Schaltverlusten in einem dreiphasigen Zweipunktspannungswechselrichter. Dazu wird ein Simulationsmodell einer Permanent-Magnet Synchronmaschine in dq-Koordinaten entwickelt. Die Antriebsmaschine wird als gesteuertes Modell in MatLab Simulink entworfen. Der Wechselrichter wird mittels Unterschwingungsverfahren angesteuert. Die Zwischenkreisspannung variiert in den Simulationen im Bereich von 80V bis 250V. Für spezifische Arbeitspunkte der Permanent-Magnet Synchronmaschine finden Berechnungen der Verlustleistungen für ausgewählte Halbleiterschalter der Typen MOSFET und IGBT statt.