Forschungspraktikum

Zur Regelung elektrischer Antriebe kommen Umrichter zum Einsatz, die durch Modulation einer blockförmigen Ausgangsspannung einen Sinusverlauf der Spannung annähern. Dabei werden bei einen dreiphasigem 2-Level Umrichter Schaltsignale an die drei Halbbrücken gesendet, die wiederum mit den drei Phasen der elektrischen Maschine verschaltet sind. Echtzeitsysteme wie die dSPACE RTI Plattform werden verwendet, um eine möglichst präzise Regelung der Maschine mit geringer Latenz zu ermöglichen. Dazu sendet die RTI Plattform Ein- und Ausschaltsignale an eine Koppelplatine, die wiederum die Halbbrücken des Umrichters steuert. Die Frequenz und zeitlicher Verschiebung der Schaltsignale ist vom Modulationsverfahren und von der verwendeten Regelungstechnik abhängig. Um die Charakteristik der elektrischen Maschine bei verschiedenen Modulationsverfahren vergleichen zu können, sind diese zunächst in der Software zu erstellen. Ziel dieser Arbeit ist, die Implementierung auf der Seite der Software durchzuführen. Dazu werden grundlegende Kenntnisse in der Programmierung vorausgesetzt. Danach kann die Validierung mit der RTI Plattform stattfinden, wozu die ausgehenden Schaltsignale z. B. mit einer zu entwickelnden PCB untersucht und auf Richtigkeit geprüft werden. Zentral ist, das Verständnis der realen Bedingungen zur Regelung elektrischer Maschinen mit Umrichtern aufzubauen und Erkenntnisse zum Zusammenspiel von Software und Hardware zu gewinnen. Eine ausführliche und erläuternde Dokumentation der durchgeführten Software-Entwicklung ist gewünscht.

FP 091

Auskunft und Betreuung: M. Sc. Alexander Pfannschmidt

Matrixumrichter sind selbstgeführte Direktumrichter die z. B. zur Steuerung von Drehfeldmaschinen bei Speisung aus einem mehrphasigen Versorgungsnetz eingesetzt werden können. Zurzeit gibt es keine breite kommerzielle Nutzung dieser Art Umrichter, weswegen sich noch keine „best practices“ herausgebildet haben. In diesem Forschungspraktikum ein Vorschlag zum Aufbau einer Leistungsbaugruppe bis hin zu einem PCB-Layout mit Bauteilplatzierung und Routing erarbeitet werden. Erfahrungen im Umgang mit einem Programm zum Leiterplattenentwurf (z. B. KiCad) werden vorausgesetzt.

FP 090

Auskunft und Betreuung: Dr.-Ing. Jens Igney

Die Dekarbonisierung des Energienetzes und zunehmende CO2-Preise sowie regulatorische Rahmenbedingungen bedingen einen zunehmenden Hybridisierungs- und Flexibilisierungsbedarf von industriellen Abnehmern. Im Rahmen der Forschungspraxis soll hierzu ein generisches Modell in Matlab/Simulink entwickelt werden. Anhand dessen soll es ermöglicht werden, Optimierungen für die Lastverteilung durchzuführen. Ziele hierbei umfassen unter anderem die Eigenverbrauchsoptimierung die zeitabhängige Steuerung großer Lasten wie beispielsweise Gießereiöfen sowie die Nutzung des Flexibilisierungspotentials von z.B. Ladeinfrastruktur. Hierzu müssen die Komponenten entsprechend adaptierbar in Simulink entwickelt und Schnittstellen geschaffen werden. Als Beispiel soll das Werksnetz eines großen Industriestandorts exemplarisch abgebildet und verschiedene Versorgungsszenarien betrachtet werden.

FP 089

Auskunft und Betreuung: Prof. Dr.-Ing. Susanne Lehner

In this research internship it is expected to control the UR3e robot from the company Universal Robots with Python programming language. This work is the extension of the previously accomplished programming interface connection between Virtual-URsim robot and Windows/Python and its measured parameters. So, a basic IT-Knowledge in Python and Visual Studio is mandatory. At the first step it is desired that at least 5 trajectory planning methods of the Robot arms’ will be analyzed and programmed with Python programming Language. The results will be implemented on the virtual robot Linux-based interface. The results of all 5 methods should be implemented in Task space of the manipulator as well as the joint space. The resulted acceleration and velocity profiles of all methods should be analyzed and compared to each other.

FP 083

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Sara Hosseini

Bei 3-Level-Stromrichtern mit geklemmtem Neutralpunkt (neutral point clamped, NPC) wird die Zwischenkreisspannung über zwei Kondensatoren aufgeteilt. Der so entstehende Neutralpunkt kann als dritte Möglichkeit, neben dem positiven und dem negativen Zwischenkreispotential, mit der Ausgangsklemme verbunden werden. Das Potential dieses Neutralpunkts wird meist symmetrisch gewählt, sodass beide Kondensatoren genau die halbe Zwischenkreisspannung tragen. Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Auswirkungen einer asymmetrischen Kondensator-spannungsverteilung auf das Modulationsverfahren und die daraus entstehenden Spannungsverläufe. Im Raumzeigerdiagramm sollen zunächst allgemeine Vorschriften für die Bestimmung der zu verwendeten Schaltzustände und für die Berechnung ihrer Schaltzeiten gefunden werden. Anschließend soll das Modulationsverfahren in Matlab/Simulink umgesetzt und erprobt werden. Die resultierenden Spannungssignale werden anhand geeigneter Kriterien mit denen eines 3-Level-Umrichters mit symmetrischem Neutralpunktpotential verglichen. Abschließend soll untersucht werden, ob durch geschickte Wahl der Kondensatorspannungen in Abhängigkeit der Länge oder der Position des Sollspannungsraum-zeigers Vorteile erzielt werden können.

FP 082

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Marco Eckstein

In elektrischen Fahrzeugantrieben werden oft permanentmagneterregte Synchronmaschinen verwendet. Bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten wird die Synchronmaschine im Feldschwächbereich betrieben, um die erforderlichen hohen Drehzahlen zu erreichen. Dazu ist eine feldschwächende Komponente des Statorstroms notwendig, welche zu höheren Verlusten in der Statorwicklung führt. Um diese Verluste zu vermeiden, kann eine fremderregte Synchronmaschine verwendet werden. Die Übertragung des Erregerstroms auf den Rotor soll durch eine drahtlosen Energieübertragung erfolgen. Ziel dieser Arbeit ist es, ein induktives Energieübertragungssystems für eine fremderregte Synchronmaschine zu konzipieren und im Detail auszulegen. Neben analytischen Betrachtungen ist ein 2- bzw. 3-dimensionales Finite-Elemente-Modell für die elektromagnetische Berechnung zu erstellen. Dieses Modell soll für Parameterstudien verwendet werden, um die Einflüsse der geometrischen Abmessungen des drahtlosen Energieübertragers auf die gewünschten Betriebs- und Übertragungseigenschaften aufzuzeigen.

FP 084

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Babak Dianati

Die Grundlagen der Magnetisierbarkeit von Stoffen ist auf Kreisströme und Elektronenspins in der atomaren Ebene zurückzuführen. Letzteres sorgt im Kollektiv bei ferromagnetischen Materialien für enorme Magneti­sierbarkeit. Die Ausrichtung der Elektronenspins in Richtung eines angelegten äußeren Feldes geschieht nicht linear, sondern in einer Präzessionsbewegung. Die Frequenz mit der die Spins präzedieren wird Lamorfrequenz genannt und ist Abhängig vom Material und der äußeren Feldstärke. Durch Anlegen eines Mikrowellenfeldes ist es bei eben dieser Frequenz möglich, trotz sehr niedriger Felder aufgrund der getroffenen Resonanz die Magnetisierungsrichtung aus der Gleichgewichtslage umzuklappen. Ziel dieser Arbeit soll es sein, auf Basis vorheriger theoretischer Arbeiten ein Spektrometer zu konzeptionieren. Dabei sollen bereits entworfene Hochfrequenz-Komponenten einzeln gefertigt, getestet und wenn nötig verbes­sert werden. Ferner soll außerdem eine sinnvolle Erweiterung für die FMR-Funktion für einen bereits beste­henden Aufbau eines Anisometers überlegt und geplant werden. Schlussendlich ist eine kombinierte  Signal- und Messplatine zu entwerfen, die alle nötigen Funktionen von der Signalerstellung bis zur Signalerfassung beinhaltet und mit einem Rechner angesteuert und ausgewertet werden kann.

FP 081

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Philipp Sisterhenn