Abgeschlossene Studienarbeiten

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Erstellt: Wed, 27 Mar 2024 23:02:01 +0100 in 0.0341 sec


Blum, Manuel;
Untersuchungen zur Frequenzregelung eines Resonanzwandlers für eine drahtlose induktive Energieübertragung. - 84 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Um häufige Ladestopps von Elektrofahrzeugen in Zukunft so angenehm wie möglich zu gestalten, werden aktuell Systeme zur kontaktlosen Energieübertragung entwickelt und erprobt. Systeme zur drahtlosen induktiven Ladung von Elektrofahrzeugen benötigen für den optimalen Betrieb allerdings eine genaue Bestimmung der Resonanzfrequenz des Übertragungssystems. Diese ist stark von dem zu überwindenden Luftspalt, dem aktuellen Versatz und dem Ladestand der Batterie abhängig. Der effiziente Betrieb erfordert daher eine genaue Bestimmung und Nachführung der optimalen Betriebsfrequenz in den unterschiedlichsten Betriebspunkten. Eine geeignete Variante wird vorgestellt und erläutert.



Dudin, Andrey;
Konzepterstellung, Untersuchung und Aufbau eines Schalternetzwerkes für eine Batterie. - 63 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Leistungselektronische Schaltungen für Strings aus mehreren galvanischen Zellen werden heutzutage weltweit untersucht. Um die Zellenlebensdauer und die verfügbare Batteriekapazität zu verbessern, werden klassische Reihenschaltungen aus mehreren Zellen mit Batteriemanagementsystemen ausgerüstet. In dieser Arbeit sind verschiedene Schalterkonzepte für ein Schalternetzwerk an einem Batteriespeicher entwickelt und verglichen worden. Ein Schalternetzwerk an einem Batteriespeicher erlaubt es, neben der Erfüllung der Batteriemanagementaufgaben die Ausgangsspannung stufig und/oder pulsend einzustellen. Daneben kann die Ausgangsspannung im Ruhezustand und in einem Fehlerfall unter den Wert der Schutzkleinspannung gesetzt werden. Konzepte mit den mechanischen und Halbleiterschaltern sowie mit Kombinationen aus beiden wurden untersucht, um die Vor- und Nachteile der zwei unterschiedlichen Schaltertypen im betrachteten Schalternetzwerk zu bestimmen. Als Vergleichskriterien wurden unter anderen die Durchlass- und Ansteuerverluste, die Lebensdauer der Schalter, Leckströme im Ruhezustand und die Schalterkosten betrachtet. An einem Versuchsaufbau wurden Messungen zum Nachweis der Schaltereigenschaften (Verlustmessungen, Schaltgeschwindigkeit, Schaltvorgänge) durchgeführt und die Wirkungsweise des Schalternetzwerkes nachgewiesen.



Venter, Tim;
Realisierungsmöglichkeiten für eine hardware-nahe Implementierung von Kommutierungsalgorithmen. - 76 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012

Ziel der vorliegenden Bachelor-Arbeit ist eine effiziente Implementierung von Kommutierungsalgorithmen für 1-, 2- und 3-phasige Antriebe in einem firmeigenen Mehrachs-Controller. Dabei soll die einfache und komfortable Bedienung und Parametrierung berücksichtigt werden. Ausgehend vom Stand der Technik sollen verschiedene Realisierungsmöglichkeiten für die elektronische sinusförmige Kommutierung von Antrieben erörtert werden und der Aufwand für die entsprechenden Transformationen bzw. Berechnungsalgorithmen abgeschätzt werden. Zielhardware ist ein programmierbarer Logikbaustein (CPLD) vom Typ Cyclone II der Firma Altera. Die Implementierung kann sowohl in Hardware, d.h. mit VHDL, AHDL oder Blockdesign, als auch als Softwareelement in C oder C++ in einem RISC-Prozessor, der als SOPC-Element ebenfalls in dem CPLD implementiert ist, erfolgen. Die Ressourcen sind in Form von Rechenzeit, Anzahl der Logikelemente, Aufwand der Implementierung, Parametrier- und Bedienbarkeit abzuschätzen und versuchstechnisch zu ermitteln. Ebenfalls sind die Anforderungen an das Identifikationstool für die Anfangs-Rotorlage zu definieren.



Friese, Falko;
Untersuchung von MOSFET- und IGBT-Dioden-Kombinationen für Umrichter mit erhöhter Taktfrequenz. - 93 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Moderne Antriebsumrichter mittlerer Leistung (ca. 30 kW bis 100 kW) arbeiten meist bei Pulsfrequenzen bis 20 kHz. Für schnell laufende hoch polige Maschinen ist eine Erhöhung der Pulsfrequenz wünschenswert. Mit den bisher üblichen Silicium-Bauelementen lassen sich für kaum noch höhere Pulsfrequenzen realisieren. Neue Bauteile aus Silicium-Carbid hingegen versprechen deutlich geringere Schaltverluste bei gleichzeitig niedrigeren Durchlassverlusten als sie Silicium-Bauteile aufweisen. Im Rahmen dieser Arbeit werden deshalb einige aktuelle Konzepte zur Nutzung von Silicium-Carbid-Bauteilen für höhere Pulsfrequenzen verglichen. Der Untersuchungsschwerpunkt liegt dabei auf der Bestimmung der verschiedenen Verlustanteile, sodass eine optimale Auswahl für einen Umrichter mit erhöhter Taktfrequenz möglich ist. Dabei wird auch der Einfluss von Chiptemperatur, Laststrom und Zwischenkreisspannung untersucht. Als Referenz dient ein Fast-IGBT4 in Kombination mit einer Si-pin-Emitter-Controlled-Diode von Infineon. Sie wird mit einer Kombination aus IGBT und SiC-Schottky-Diode von GeneSiC und einer Kombination aus SiC-MOSFET und SiC-Schottky-Diode von Powerex verglichen. Außerdem wird ein SiC-JFET von Infineon, dessen SiC-Body-Diode genutzt wird, als Alternative zu SiC-MOSFETs herangezogen. Die IGBTs und der SiC-MOSFET zeigen bei allen Temperaturen die geringsten Durchlassverluste. Bei den Dioden bieten die Si-pin-Diode und die SiC-Schottky-Diode (Powerex) die geringsten Durchlassverluste und eine sehr geringe Temperaturabhängigkeit. Bei den Schaltverlusten zeigt sich ein teilweise umgekehrtes Bild. Die herkömmliche Silicium-Lösung weist die mit Abstand größten Schaltverluste auf. Wird die Si-pin-Diode durch eine SiC-Schottky-Diode ersetzt, können insbesondere die Verluste beim aktiven Einschalten reduziert werden. Wird auch ein SiC-Transistor eingesetzt, betragen die Schaltverluste nur bis zu einem Drittel der Referenz-Kombination. In der Sperrspannungsklasse von 1200V lassen sich Schaltfrequenzen über 20 kHz bei heute üblichen Wirkungsgraden nur durch den Einsatz von SiC-Transistoren erreichen. Um das Potential solcher Transistoren aber tatsächlich ausnutzen zu können, muss die Resonanzfrequenz des Kommutierungskreises erhöht werden.



Krawetzke, Mirko;
Softwareerstellung für SEPIC - Konverter. - 51 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012

Ein SEPIC - Konverter (single ended primary inductance converter) ist ein DC/DC - Wandler, der über einen Schalter, insbesondere einen MOSFET angesteuert wird. Dabei wird über einen Mikrocontroller eine Pulsweitenmodulation (PWM) als Ansteuersignal für den MOSFET genutzt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Software zur Steuerung und Regelung eines solchen Konverters erstellt. Die Entwicklung der Software beinhaltete dabei die Reglerauslegung, Erstellung eines Schutzkonzeptes sowie ein Konzept zur Inbetriebnahme des Konverters. Für den Reglerentwurf wurde die Stromwert-Regelung genommen, wobei die Parameter für Strom- und Spannungsregler über Testschaltungen ermittelt worden sind. Für das Schutzkonzept wurden Grenzwerte, sowie der Ablauf bei Eintritt von Fehlern definiert. Zur Inbetriebnahme wurde eine Schaltung für einen Drehwahlschalter entworfen und eine SPS programmiert.



Reitz, Carolin;
Implementierung einer Logging-Funktionalität in die SPS der CNC-Bearbeitungsmaschinen der Firma Datron AG. - 83 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012

Bei der softwarebasierenden Steuerung von CNC-Bearbeitungsmaschinen kommen speicherprogrammierbare Steuerungen zum Einsatz. Während der Entwicklung und Anwendung dieser und anderer Software sind geeignete Tools von Bedeutung, um das richtige Verhalten zu verifizieren und die Ursachen evtl. auftretender Fehler aufzufinden. Eine Möglichkeit, Softwarezustände und insbesondere auch gezielt Werte einzelner Variablen festzuhalten, stellt die Verwendung von Loggern dar. In dieser Arbeit, die im Bereich der Software-Entwicklung der Firma Datron AG entstand, werden verschiedene Logging-Konzepte betrachtet. Ziel ist dabei die Implementierung eines Logging-Moduls für die SPS der CNC-Bearbeitungsmaschinen, die die Firma Datron AG entwickelt. Ausgehend von einer Recherche verschiedener Logging-Möglichkeiten wird ein Konzept entworfen, das auf das vorhandene SPS-Programmiersystem zugeschnitten ist. Die Implementierung des Loggers erfolgt unter Delphi. Die Besonderheit der gewählten Methode liegt in einer speziellen Zugriffsweise auf die Daten der SPS, die es ermöglicht, die Werte der Variablen aufzunehmen, ohne den Quellcode der SPS verändern zu müssen. Die Kommunikation zwischen Delphi-Programm und SPS erfolgt dabei unter Zuhilfenahme einer Bibliothek, die von der verwendeten SPS-Programmierumgebung zur Verfügung gestellt wird. Großer Wert wird auf die einfache Konfiguration des Loggers und auf die typsichere Aufbereitung der Daten gelegt.



Podkolzin, Anton;
Entwurf und Analyse eines Regelungskonzeptes für einen Boost-Buck Konverter mit Hilfe von Matlab-Simulink. - 82 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

In dieser Arbeit wurde ein mathematisches Modell eines Systems, welches sich aus einer Brennstoffzelle, einem DCDC-Wandler, einem Ultracap als Speicher und einer ohmschen Last zusammensetzt, erstellt. Alle Komponenten des Modells wurden mathematische beschrieben, einzeln in Matlab-Simulink umgesetzt und getestet. Aus den einzelnen Komponenten wurde ein komplettes Modell des Systems entworfen. Der DCDC-Wandler wurde in verschiedenen Abstraktionsebenen beschrieben. Von dem Hochsetzsteller und dem Tiefsetzsteller wurde ein Modell mit idealen Schaltern und ein Mittelwertmodell im CCM erstellt. Das Hochsetzsteller Modell wurde noch um den DCM erweitert. Für die Regelung des DCDC-Stellers wurde eine Mittelwertstromregelung für den Drosselstrom untersucht, dimensioniert und im Gesamtsystem getestet. Auf Grund der Komplexität wurde auf die Analyse des Reglers im DCM verzichtet. Es wurde nachgewiesen, dass der PI-Regler für beide Wandler gute Ergebnisse liefert. Die Regler Parameter wurden mit Hilfe der Ziegler-Nichols Methode für verschiedene Arbeitspunkte ermittelt und durch Führungsgrößensprunge und durch die Darstellung des offenen Regelkreises in einem Bode-Diagramme verifiziert.



Zhang, Jun;
Realisierung einer Spannungs- und Strombegrenzungsregelung im 3- und 1-phasigen Inselnetz bei unterschiedlichen Lasten mit Hilfe des Microcontrollers XC 167. - Online-Ressource (PDF-Datei: II, 62 S., 7,05 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Enth. außerdem: Thesen

Die Zielstellung der Arbeit ist eine strombegrenzte Spannungsregelung zu entwickeln um die Phasenfehler der Inselnetzspannung zu korrigieren und Überstrom im Inselnetz zu vermeiden. Dabei wurde eine Uniplatine mit einem Microcontroller von XC-167 verwendet, damit dem Regelungskonzept von Theorie nach Praxis umgesetzt kann. Zu Beginn wurde der Versuchsstand dimensioniert und gebaut. Danach wurde ein PWMModulator programmiert um ein Drehstromsystem zu bilden. Ein Messfilter wurde auch dimensioniert damit die Spannungsgrundwelle auszuwerten. Die Vorgehensweise der Programmierung und Filterdimensionierung wurde dokumentiert und kann als Lernmaterial verwendet werden. Dann wurde das Regelungskonzept entwickelt und durch Verwendung des Microcontrollers XC-167 das Regelungskonzept umgesetzt. Im Anschluss wurde die Regelung getestet mit verschiedener Last und mit der Theoretischen Betrachtungen verglichen.


http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=20791

Petermann, Andre;
Schutzauslegung von IGCT-Antriebsstromrichtern in Parellelschaltung für Leistungen >10MVA. - 105 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012

In dieser Arbeit wird ein Schutzkonzept für den Spannungszwischenkreis-Umrichter SINAMICS SM150 der Siemens AG erstellt. Dabei wird das Fehlerverhalten mit den daraus resultierenden Auswirkungen nach einem halbseitigen Zwischenkreiskurzschluss analysiert. Zur Einführung in die Bachelorarbeit wird der Aufbau eines Dreipunkt-Wechselrichters erklärt und die daraus folgenden Vorteile aufgezeigt. Als steuerbare Leistungshalbleiter kommen in dieser Ausführung des Mittelspannungsumrichters IGCTs (Integrated Gate Commutated Thyristor) zum Einsatz, die ebenfalls genauer beschrieben werden. Die Schutzauslegung wurde mit Hilfe des von ANSYS entwickelten Netzwerksimulators SIMPLORER aufgebaut. Dabei galt es, den SINAMICS SM150 in ein übersicht-liches Modell ohne Vektorregelung zu überführen. Ein weiterer Aspekt, der beim Aufbau des Schutzkonzepts berücksichtigt werden sollte, war die Nachbildung der Synchronmaschine in einem für die Simulation geeignetem Ersatzschaltbild. Als Grundlage dient das Ersatzschaltbild der Synchronmaschine mit transienten und subtransienten Impedanzen. Diese überarbeitete Nachbildung wurde simulativ gegenüber dem komplexen Modell der Siemens AG verglichen und es stellten sich dabei nur geringe Abweichungen ein. Zur Erhöhung der Ausgangsleistung wird der Mittelspannungsumrichter in die Parallelschaltung überführt. Dabei werden die Ausgänge des SINAMICS SM150 auf galvanisch getrennte Wicklungssysteme der Synchronmaschine geschaltet. Durch das Versagen eines IGCTs beim Abschalten und durch die nachfolgenden Schaltzustände wird im Umrichter eine Zwischenkreishälfte kurzgeschlossen. Daraufhin werden diese leitenden IGCTs aufgrund des halbseitigen Zwischenkreiskurzschlusses zerstört. Das auftretende Fehlerereignis zieht je nach Schaltungsvariante des Mittelspannungsumrichters Fehlerströme im hohen zweistelligen kA-Bereich nach sich. Sowohl für die IGCTs als auch für die Freilaufdioden gibt es Grenzwerte für Stoßströme und Strom-Grenzlastintegrale (I2t-Werte), die nicht überschritten werden dürfen, um eine Schädigung des Bauelements ausschließen zu können. Aufgrund dieser Tatsache musste anhand der Kurzschlussströme und den daraus resultierenden It-Integralen entschieden werden, in wieweit die Schutzmaßnahmen gewählt werden müssen, sodass es zu keinen weiteren Schäden anderer Leistungshalbleiter kommt. So ist es möglich, durch das gleichzeitige Durchzünden aller IGCTs nach einer einstellbaren Verzugszeit ab Fehlerauftritt den Kurzschlussstrom auf alle Ventile zu verteilen und somit die Belastungen der Freilaufdioden zu minimieren. Ebenfalls besteht die Möglichkeit, das Durchzünden auf einen Teilstromrichter zu reduzieren. Mit den entwickelten Modellen wurden in der Arbeit zwei Synchronmaschinen in der Einfach- bzw. Zweifach-Parallel-Schaltung simuliert und daraufhin die Schutzmaßnahmen so ausgelegt, dass der Schaden auf die durch den halbseitigen Zwischenkreiskurzschluss zerstörten Elemente reduziert wurde. Mit Hilfe dieses entworfenen Modells kann die Siemens AG Kundenanfragen hinsichtlich machbarer Antriebskonfigurationen spezifisch dem Fehlerverhalten der Halbleiter zügiger und effizienter bearbeiten, da dieses Modell von der Simulationszeit gegenüber existierenden Modellen wesentlich minimiert werden konnte. Ebenfalls können durch die verbesserte Dynamik der Simulation Personalkosten eingespart werden.



Schiebol, David;
Wirkungsgradoptimale Regelung einer permanenterregten Synchronmaschine mit vergrabenen Magneten unter besonderer Berücksichtigung eins möglichst hohen Drehzahl- und Drehmomentstellbereichs. - 125 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Das Bestreben nach einem hohen Wirkungsgrad elektrischer Maschinen ist sowohl für industrielle Anwendungen als auch für den Bereich der Elektromobilität interessant. Permanentmagneterregte Synchronmaschinen mit vergrabenen Magneten weisen hervorragende Eigenschaften in Hinsicht des Wirkungsgrades und der Leistungsdichte auf. Durch die Anordnung der Magnete innerhalb des Rotors der Maschine entsteht eine magnetische Anisotropie und erlaubt die zusätzliche Nutzung eines Reluktanzdrehmoments. Um diesen Effekt effizient auszunutzen sind konventionelle Regelungen nicht geeignet. Aus diesem Grund beschäftigt sich diese Arbeit mit der Entwicklung einer Regelstrategie, mit welcher die IPMSM wikrungsgradoptimal betrieben werden kann. Dabei werden die typischen Randbedingungen wie der hohe Drehzahl- und Drehmomentstellbereich, was einen Betrieb der Maschine in Feldschwächung erfordert, berücksichtigt. An erster Stelle steht die Ermittlung der Paramter für einen wirkungsgradoptimalen Betrieb der Maschine. Hierzu werden numerische Optimierungsstrategien vorgestellt, welche für einen Arbeitspunkt der IPMSM die optimalen Betriebsparamter ermitteln. Das Ziel ist dabei, die auftretenden elektrischen Verluste als auch die Eisenverluste in der Maschine zu minimieren um einen entsprechend hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Um die geeignetste Strategie zu bestimmen, wurde eine genauere Untersuchung der Optimierungsstratgien in Bezug auf deren Verlustunterschiede untereinander durchgeführt. Das Ergebnis zeigt, dass bei einer verlustarmen Blechung der Maschine, die Eisenverluste bei der Berechnung der wirkungsgradoptimalen Paramter vernachlässigbar sind. Auf Basis dieser Optimierungstrategien wird ein Regelstratgie entwickelt, welche in der Lage ist, die zuvor berechneten, optimalen Paramter in die Maschine ein zu prägen. Die Grundlage bildet dabei ein unterlagerte feldorientierte Stromregelung. Insbesondere wird die Struktur eines Feldschwächregler vorgestellt, welcher in Lage ist, über einen weiten Drehzahlbereich das geforderte Solldrehmoment konstant zu halten und damit den maximalen Drehmomentstellbereich der Maschine nahezu vollständig ausnutzt. Die Funktionsfähigkeit der entwickelten Regelstrategie wird anhand einer Simulation in MATLABR-Simulink und anschließender Implementierung auf einem Prüfstand validiert. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass die entwickelte Regelstrategie sowohl in der Simulation als auch am Prüfstand die gestellten Anforderungen erfüllt.