Bachelorarbeiten

Neben den üblicherweise eingesetzten semi-empirischen Modellen, werden inzwischen Modelle des maschinellen Lernens für die Lebensdauervorhersage von Li-Ionen Batterien eingesetzt. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die direkte Feldparameterierung von hohem Interesse. In der Arbeit sollen basierend auf bereits verfügbaren Alterungsdaten aus dem Labor unterschiedliche Ansätze des maschinellen Lernens erprobt und mit semi-empirischen Modellen verglichen werden. Hierfür muss ein pre-processing der Daten erfolgen und anschließend die unterschiedlichen Modelle erstellt werden. Basierend auf einer Literaturstudie sollen 3 vielversprechende Ansätze ausgewählt werden und mit einem einfachen semi-empirischen Modellansatz verglichen werden. Den Abschluss der Arbeit bildet eine strukturierte Bewertung der Ansätze nach Kriterien wie der Robustheit des Ansatzes und der benötigten Trainingsdaten. Die Entwicklung soll nach Möglichkeit in Python durchgeführt werden.

BA 142

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

Die Akustik von elektrischen Maschinen stellt aufgrund der Elektromobilität ein aktuelles Forschungsgebiet dar. Im Betrieb einer elektrischen Maschine werden durch verschiedene physikalische Effekte Geräusche, Vibrationen und Schallanregungen erzeugt. Das Themengebiet wird deshalb in Noise, Vibration und Harshness (NVH) eingeteilt. Jedem Bestandteil sind dabei verschiedene physikalische Größen untergeordnet. In dieser Arbeit soll ein Konzept für die Vermessung dieser Größen entwickelt werden. Grundlage des Konzepts soll die Modellbildung des mechanischen Verhaltens der Maschine durch die Kraftanregungen sein. Die Schwingungen der Maschine sollen modelliert und quantitativ erfasst werden, worauf die Entwicklung eines Messkonzepts folgt. Dabei ist zu erörtern, welche Größen messbar sind und wie diese kausal mit der Wirkungsweise elektrischer Maschinen in Verbindung stehen. Zentral im Konzept ist, mit welchem Sensor welcher Effekt beobachtet werden kann und inwiefern Rückschlüsse auf diese Effekte gezogen werden können. Die Betrachtung soll eine elektrische Maschine auf einem Maschinenbett umfassen, die von einem Umrichter geregelt wird. Eine weitere gekoppelte elektrische Maschine wird ebenso mit in die Betrachtung aufgenommen. Diese dient zur Belastung des Versuchsträgers.

BA 143

Auskunft und Betreuung: Alexander Pfannschmidt, M. Sc.

In speziellen Anwendungsfällen, wie z.B. der Magnetlagertechnik, ist die Kenntnis der Luftspaltlänge von besonderer Bedeutung für die Regelung des Magnetlagers. Dazu werden robuste und kostengünstige Abstandssensoren benötigt, die eine zuverlässige Erfassung der Luftspaltlänge ermöglichen.
Ziel dieser Arbeit ist es, ein Konzept für einen solchen induktiven Abstandssensor zu erstellen und dieses auch in der Praxis umzusetzen und zu erproben. Dazu ist es notwendig, sich zunächst mit der Theorie induktiver Abstandssensoren zu befassen und analytische Entwurfsrechnungen durchzuführen. Eine Überprüfung der gefundenen Ergebnisse mit Hilfe einer einfachen magnetischen 2D-Finite-Elemente Rechnung mit FEMM wäre wünschenswert. Neben der elektromagnetischen Auslegung des Sensors soll auch eine geeignete Auswertungsschaltung aufgebaut und in Betrieb genommen werden. Erste praktische Messungen zur Erprobung der Funktionsfähigkeit des Sensors sind an verschiedenen Materialien zu erbringen.

BA 139

Auskunft und Betreuung: Prof. Dr.-Ing. Ingo Hahn

Die magnetischen Kerne elektrischer Maschinen bestehen üblicherweise aus geschichteten Blechen. Im Rahmen anderer Arbeiten wurde der Einsatz von ferromagnetischen 3D-Druck Materialien für Elektromotoren geprüft. Neben verminderten magnetischen Eigenschaften sind besonders die thermischen Eigenschaften ein Problem. Üblicherweise wird die entstehende Verlustleistung in Form von Wärme über das Stator-Material an das Gehäuse übertragen und dort anschließend abgeführt. Aufgrund der niedrigen Temperaturstabilität des 3D-Druck Filaments ist dies jedoch nicht möglich. Es soll ein Konzept überlegt und berechnet werden, wie die Verlustleistung, die Hauptsächlich in den Windungen anfällt, abgeführt werden kann ohne dabei das Kernmaterial thermisch zu belasten.
Ein erster Ansatz wäre hier beispielsweise gängige Heatpipes zu verwenden und die Leiter so selbst zu kühlen. Die herausgeführte Wärme kann anschließend an anderer Stelle an die Umgebung abgeführt werden, während die Wicklung vom Kunststoff thermisch isoliert werden kann. Für die Rechnung eignen sich thermische Netzwerke sowie gängige Methoden zur Berechnung in der Wärmeübertragung. Diese Methoden sind zur Charakterisierung heranzuziehen. Ferner sind verschiedene Konzepte zu Vergleichen und zu bewerten.

BA 141

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Philipp-Sisterhenn

Motorenprüfstände werden in der Regel konzipiert um elektrische Maschinen unabhängig von ihren definierten Einsatzumfeld untersuchen zu können. Der Aufbau eines solchen Prüfstandes gliedert sich grob in eine Leistungs-, Antriebs- und Motorenkomponente, wobei die Motorenkomponente aus einer Lastmaschine und dem zu untersuchenden Prüfling besteht. Im Rahmen der Bachelorarbeit soll die Lastmaschine mit einem 2D Finite-Elemente-Tool (FEMM 4.2) entworfen werden. Für den Entwurf soll berücksichtigt werden, dass der Maschine eine Zwischenkreisspannung von 48 V zur Verfügung steht und eine maximale Prüflingsleistung von 300 W gefordert ist. Zu Beginn soll eine Literaturrecherche über die Asynchronmaschine durchgeführt werden. Zudem sind Vorüberlegungen bezüglich der Baugröße der Maschine zu treffen.

Anschließend kann die Maschine in FEMM 4.2 entworfen werden. Die Geometrieerzeugung und die Ergebnisauswertung soll mit Hilfe von MATLAB® durchgeführt werden. Die Kommunikation zwischen MATLAB® und FEMM 4.2 ist bereits gewährleistet und der Befehlssatz ausführlich dokumentiert.

BA 140

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Veronika Solovieva

Die aktiven Bauteile und Komponenten elektrischer Maschinen (Spulen, Welle, Lager, usw.) können jederzeit während des Betriebs altern oder auch beschädigt werden, so dass es zu einem Ausfall der elektrischen Maschine kommen kann. Eine frühzeitige Fehlererkennung ist erforderlich, um solche Ausfälle zu vermeiden.

Um diese Fehler zu erkennen, kann man verschiedene Arten der mechanischen und elektrischen Signale auswerten. Für diese Arbeit sind Stromsignale auszuwerten, die über einen schon zur Verfügung stehenden Prüfstand gemessen wurden. Passende Methoden zur Verarbeitung sollen gesucht, funktional in Matlab programmiert und an den vorhandenen Daten erprobt werden.

Voraussetzungen:
Gute Kenntnisse im Bereich der Signalverarbeitung und der funktionalen Programmierung in Matlab.

BA 138

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Shima Tavakoli

Zur Reduzierung der Wirbelstromverluste werden die Kerne elektromagnetischer Energiewandler aus isolierten Blechen geschichtet aufgebaut. Eine weitere Reduktion der elektrischen Eigenschaften ist mit der Verwendung von Ferrit- oder Eisenpulvermaterialien möglich. Diese Materialien weisen jedoch auch verminderte magnetische Eigenschaften auf wodurch sie typischerweise für Hochfrequenzanwendungen und Filter zum Einsatz kommen. Maßgeblich für die Permeabilität eines Eisenpulver-Kerns ist der Anteil an nicht-magnetischem Material, der aufgrund der seriellen Einwirkung in die Gesamtreluktanz des Materials zu einer enormen Permeabilitätsreduktion führt.
Ziel der Arbeit ist es, Magnetkerne mit unterschiedlichen Zusammensetzungen herzustellen und zu charakterisieren. Es soll untersucht werden, wie sich eine Magnetisierung während der Aushärtung des Kunstharzes auf die magnetischen Eigenschaften auswirkt und wie diese ggf. für die Herstellung eines Elektromotors umgesetzt werden kann. Schlussendlich ist eine Bewertung dieser Materialien für den Einsatz in elektrischen Maschinen anzufertigen.

BA137

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Philipp-Sisterhenn

Matrixumrichter sind selbstgeführte Direktumrichter, die bis auf ein Netzfilter ohne reaktive Bauelemente auskommen. Für die klassische Variante des Matrixumrichters bestehend aus 9 bidirektionalen Schaltern existiert ein Modell in der Simulationsumgebung PLECS. Hierfür sollen die Modulationsverfahren mit „virtuellem Zwischenkreis“ in C-Code realisiert werden, damit sie für spätere Vergleiche zur Verfügung stehen. Die Anforderungen im Überblick:

• Ersetzen oder Verändern der Blöcke „Modulation Strategy“ und „Commutation Strategy“
• Erstellen geeigneter Simulationsläufe, welche die richtige Funktionsweise belegen
• Optimieren des Codes (z. B. Vermeiden vieler trigonometrischer Funktionen)
• Demonstration einiger ausgewählter Betriebspunkte
• Kommentation und Dokumentation des Codes

BA 136

Auskunft und Betreuung: Dr.-Ing. Jens Igney

Matrixumrichter sind selbstgeführte Direktumrichter, die bis auf ein Netzfilter ohne reaktive Bauelemente auskommen. Für die klassische Variante des Matrixumrichters bestehend aus 9 bidirektionalen Schaltern existiert ein Modell in der Simulationsumgebung PLECS. Hierfür sollen die historischen Modulationsverfahren von Alesina und Venturini in C-Code realisiert werden, damit sie für spätere Vergleiche zur Verfügung stehen. Die Anforderungen im Überblick:

• Ersetzen oder Verändern der Blöcke „Modulation Strategy“ und „Commutation Strategy“
• Erstellen geeigneter Simulationsläufe, welche die richtige Funktionsweise belegen
• Optimieren des Codes (z. B. Vermeiden vieler trigonometrischer Funktionen)
• Demonstration einiger ausgewählter Betriebspunkte
• Kommentation und Dokumentation des Codes

BA 135

Auskunft und Betreuung: Dr.-Ing. Jens Igney

Bei Gleichstrommaschinen kleiner Leistung mit Graphitbürsten hat das Leitverhalten des Kommutators einen großen Einfluss auf das Betriebsverhalten der Maschine. Besonders deutlich wird dieser Einfluss in Betriebspunkten mit geringer Spannung und geringem Strom. Für diese Betriebspunkte hat es den Anschein, dass Drehmoment- und Drehzahlkonstante nicht mehr konstant sind, was auf eine Änderung des Kontaktwiderstandes zurückzuführen ist.
In dieser Arbeit soll das Ersatzschaltbild der permanenterregten Gleichstrommaschine um weitere zum Teil lastabhängige Widerstände erweitert werden, mit dem Ziel das Betriebsverhalten der Maschine auch für geringe Ströme und Spannungen zuverlässig simulieren zu können.
Für die Parameteridentifikation des entwickelten Ersatzschaltbildes soll mit Hilfe der Software FreeCAD ein Prüfstand entworfen und mit dem 3D-Drucker realisiert werden. Als Prüflinge stehen zwei Maschinen gleicher Baugröße zur Verfügung, von denen die eine über Graphitbürsten, die andere über Metallbürsten verfügt. Durch vergleichende Messungen soll der Unterschied zwischen den beiden Kommutatoren herausgearbeitet und durch Identifikation geeigneter Widerstandsparameter in der Simulation erfasst werden.

BA 134

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Johannes Wagner

Bei mehrdimensionalen Messvorrichtung zur Ermittlung der Drehmagnetisierungsverluste im Elektroblech können die magnetischen Feldstärke und Flussdichte nicht auf die konventionelle Art nach DIN-NORM messtechnisch bestimmt werden. Dies ist auf den Luftspalt zwischen Probe und Magnetisierungseinrichtung und den teilweise inhomogenen Verlauf der Felder zurückzuführen. Deswegen werden spezielle Sensoren (H-Feld: H-Spule gewickelt/PCB-Print/Flexible Leiterplatte; B-Spule: Durchgangswicklung/Nadelsonde) eingesetzt, die direkt auf der Elektroblechprobe platziert werden. Ziel dieser Arbeit ist es zunächst durch eine Literaturrecherche einen Einblick in die Thematik zu gewinnen und anschließend mit EAGLE H-Feld-Sensoren zu entwerfen. Zudem ist eine FEMM-Simulation notwendig um den homogenen Bereich der Elektroblechprobe zu ermitteln. Anschließend sollen die Sensoren hergestellt und in einer Testumgebung in MATLAB (Ansteuerungsskripte sind bereits vorhanden) validiert werden. Die Arbeit soll mit einer Bewertung der Sensoren für die Tauglichkeit zur Erfassung magnetischer Felder abgerundet werden. Eine kritische Auseinandersetzung mit Messfehlern wäre wünschenswert.

BA 133

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Veronika Solovieva

Bei der MTPA-Regelung (Maximum Torque per Ampere) handelt es sich um eine Betriebsstrategie für elektrische Maschinen, bei der im Grunddrehzahlbereich mit dem geringsten Gesamtstrom ein gewünschtes Drehmoment erzeugt werden soll. Ziel dieses Verfahrens ist die Minimierung von Kupferverlusten in der Statorwicklung. Allerdings ist nicht bekannt, ob die MTPA-Kennlinie einer elektrischen Maschine auch die Kennlinie mit der kleinsten Drehmomentwelligkeit für den entsprechenden Betriebspunkt ist.
Dies soll Gegenstand der Arbeit sein, indem durch Simulation mit Hilfe eines FEM-Programmes zum einen die MTPA-Kennlinie der elektrischen Maschine ermittelt und zum anderen die Kennlinie mit der geringsten Drehmomentwelligkeit bestimmt wird. Anhand der Ergebnisse aus der FEM-Simulation soll anschließend eine Aussage über mögliche Betriebsstrategien in Abhängigkeit der Kennlinien getroffen werden.

BA 132

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Karsten Knörzer

In the problem of the trajectory planning for the end-effector of the 3DOF robot arm manipulator the constraints on the velocity, acceleration and jerk are unneglectable. For this aim, the trapezoidal trajectory planning method will be implemented in each joint of the robot at its joint space. To transmit the joint space motion to the work space motion of the end effector the mathematical modelling of the 3DOF anthropomorphic robot arm manipulator will be gained and the forward and inverse kinematics and dynamics of the robot will be obtained.
On the other hand, it is desired that the end-effector of the robot’s arm follows a certain circle shaped trajectory in the 3D work space under the above mentioned constraints. The rigid body model of the manipulator will be designed and set up using a graphically oriented computer-aided platform such as Siemens NX or Solidworks. The generated CAD model format will be imported into the simulation interface which is MATLAB/Simulink and then the gained parameters for the trajectory planning will be implemented to the rigid body. At the end, it is desired to program a MATLAB application which executes the manipulator to plan/track a trajectory by giving the desired values of initial and final position, the maximum velocity, acceleration and jerk manually.

BA 131

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Sara Hosseini

The control problem for robot manipulators is the problem of determining the time history of joint inputs required to cause the end-effector to execute the commanded motion. The inputs of the actuator can be the voltage inputs to the motors or joint torques and forces. The commanded motion is specified either as a sequence of end-effector positions and orientations, or as continuous path. The classical control techniques such as P, PD, PI and PID controllers will be applied in this work to control the manipulator signals. It is desired that the output of the end-effector of the robot, track the input reference signals with a low overshoot, satisfying steady-state error and transient response. Thereupon, at first the linear open loop control for a desired torque and motion parameters namely, position, velocity and acceleration of each joint will be investigated following the closed loop control of the 2DOF robot arm manipulator. The forward and inverse kinematics and dynamics of the manipulator will be examined and inverse dynamics control/joint control will be utilized in order to do the trajectory tracking. The Euler-Lagrange dynamic modelling method will be used for this purpose and the simulations will be done in MATLAB/Simulink programming infrastructure.

BA 130

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Sara Hosseini

Bei elektrischen Maschinen ergeben sich oft sogenannte Lagerströme. Deren Ursache ist in auftretenden Potentialdifferenzen zwischen der Rotorwelle und dem Gehäuse der elektrischen Maschine zu suchen. Diese Potentialdifferenzen können zum einen durch elektromagnetische Asymmetrien im Aufbau des Stators entstehen, zum anderen aber auch durch die bei umrichtergespeisten Maschinen auftretenden Spannungspulsmuster an den Klemmen der Maschine verursacht werden.
Ziel der Arbeit ist es, einen Versuchsaufbau zu konzipieren und aufzubauen, der die Messung der Wellenspannungen bei rotierenden elektrischen Maschinen zur Ermittlung der grundsätzlichen Ursachen ermöglicht. Dazu können Vereinfachungen im Aufbau getroffen werden, die eine separate Betrachtung der unterschiedlichen Einflussgrößen ermöglicht. Wünschenswert wäre die Realisierung einer Spannungsmessung sowohl entlang und auf der Rotorwelle als auch zwischen der Rotorwelle und den nachgebildeten Gehäuseteilen. Der Aufbau des Versuchs und die Ergebnisse der Messungen sollen ausführlich dokumentiert werden.

Auskunft und Betreuung: Prof. Dr.-Ing. Ingo Hahn

Konforme Abbildungen finden in einer Vielzahl technischer Gebiete Anwendung. Es handelt sich dabei um die komplexwertige Transformation eines beliebigen geometrischen Körpers in dessen winkeltreue Abbildung. Das bekannteste Beispiel für die Anwendung konformer Abbildungen ist vermutlich die Berechnung von Flugtragflächen und die zugehörige Darstellung von Stromlinienfeldern.
Im Bereich des Magnetismus kann die konforme Abbildung für die Berechnung und Darstellung von magnetischen Feldern angewendet werden. Speziell für die Auslegung elektrischer Maschinen kann damit die Verzerrung des magnetischen Feldes im Maschinenluftspalt unter Berücksichtigung der Nutung der Eisenpakete betrachtet werden. Ziel dieser Arbeit ist die theoretische Aufbereitung sowie die programmatische Erprobung der Methodik konformer Abbildungen für beliebige geometrische Körper mit dem Programm Matlab. Abschließend soll der Übergang zur Feldberechnung im Luftspalt einer elektrischen Maschine gefunden werden.
Eine Aufbereitung des entstehenden Programmcodes in Form einer Toolbox wäre wünschenswert.

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Matthias Stiller

Das akustische Verhalten einer elektrischen Maschine wird nicht nur durch ihren mechanischen Aufbau, sondern auch durch Form und Frequenz der eingeprägten Strom- und Spannungssignale beeinflusst.
In dieser Arbeit sollen mehrere, von einer PMSM ohne und mit kurzgeschlossenen Rotorwicklungen unter Testsignaleinprägung stammende, Messreihen analysiert und auf Unterschiede sowie signifikante Einflussgrößen untersucht werden. Hierbei soll zwischen dem Betrieb mit und ohne Testsignal sowie zwischen den beiden Varianten mit und ohne Kurzschlusswicklung unterschieden werden.
Die Herausforderung bei der Bewertung der einzelnen Messreihen besteht darin, dass der Maschinensatz insgesamt ein sehr veränderliches Geräuschverhalten aufweist, weshalb für jede Betriebsvariante zunächst Charakteristika ermittelt bzw. festgelegt werden müssen.
Für die Analyse der Signale sollen neben der Betrachtung des Schalldruckpegels und der klassischen Fourier-Analyse noch zwei weitere Verfahren durch Studium der Literatur selbstständig ausgewählt werden.
Die Ansteuerung der entwickelten Auswerteverfahren über eine Matlab-App wäre wünschenswert.

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Johannes Wagner, M.Sc. Christoph Hittinger

Das akustische Verhalten einer elektrischen Maschine wird durch ihren mechanischen Aufbau in Kombina-tion mit den eingeprägten Strom- und Spannungsverläufen charakterisiert.
In dieser Arbeit sollen mehrere Messreihen analysiert und auf Unterschiede sowie signifikante Einflussgrö-ßen hin untersucht werden. Sie stammen von einer Synchronreluktanzmaschine mit und ohne Testsignalein-prägung.
Es soll eine Bewertung der einzelnen Messreihen erfolgen, die markante Unterschiede herausarbeitet und das subjektive Geräuschempfinden des menschlichen Gehörs normgerecht mitberücksichtigt.
Für die Analyse der Signale sollen neben der Betrachtung des Schalldruckpegels und der klassischen Fourier-Analyse auch das Leistungsdichtespektrum herangezogen werden.
Als Ergebnis der Arbeit soll ein parametrierbares Skript zur Auswertung der Messreihen entstehen.

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Johannes Wagner, M.Sc. Martha Bugsch

• Methoden der Linearisierung des klassischen Matrixumrichters
• Kommutierungsstrategien des klassischen Matrixumrichters
• Entwurf und Realisierung eines Aufbaus zur Messung des Übergangswiderstandes von Graphit-Kupfer-Kontakten unter definierten Bedingungen
• Energy Efficient Motion Planning for a Single-axis drive
• Einfluss der geometrischen Parameter von Ringkernproben auf die magnetischen Eigenschaften von Elektroblech
• Entwicklung und Anwendung von optimaler Prüfszenarien zur Bestimmung der Systemeffizienz von Umrichter-Motor Systemen mit schnellschaltenden GaN-Schaltern
• Literaturstudie zu verfügbaren Temperatur-Messmethoden in der Leistungselektronik
• Grundlegende Untersuchungen zur Modellierung des Leitverhaltens von Graphit-Metall-Kontakten
• Vergleich von Hochlaufverfahren für verschiedene Maschinentypen
• Elektromagnetische Auslegung eines Rotors mit integrierten Permanentmagneten für Anwendungen mit lagegeberloser Regelung
• Anwendung von multikriteriellen evolutionärer Optimierungsalgorithmen auf elektrische Maschinen
• Anwendung der Wavelet-Transformation zur Analyse von Vibrations- und Geräuschsignalen elektrischer Maschinen
• Erstellung eines akustischen Fingerabdruckes für elektrische Maschinen
• Vermessen einer Brushless DC Maschine für RC Fahrzeuge
• Signal-based fault detection in IGBTs
• Vergleich der elektromagnetischen Simulation einer zur lagegeberlosen Regelung geeigneten permanenterregten Synchronmaschine mittels Matlab PDE-Solver und FEMM
• Fault diagnosis in electrical machines using Fault Tree Analysis (FTA)
• Grundlegende Untersuchungen zur modellbasierten Fehlererkennung in elektrischen Maschinen
• Aufbau und Inbetriebnahme eines Anisometers zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften anisotroper Elektrobleche
• Mixed-Signal-Steuerungs-Baugruppe für ein Transistorsteller-Experimentier-Feld
• Leistungshalbleiter-Baugruppen für ein Transistorsteller-Experimentier-Feld
• Analyse und optimale Auslegung einer Ladungspumpe
• Vergleich eines analytischen Modells zur Kraftberechnung mit einer Finite-Elemente-Rechnung
• Vergleich verschiedener Algorithmen zur multikriteriellen Optimierung nichtlinearer Probleme
• Entwurf, Aufbau und Inbetriebnahme einer Schrittmotorsteuerung und einer Berührungssensorik für den Versuch „Heißer Draht“