Forschungspraktikum

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

Das Drehmoment anisotroper permanentmagneterregter Synchronmaschinen setzt sich aus zwei Teilen zusammen: dem Vollpol- und dem Reluktanzmoment. Ein gefordertes Drehmoment kann deshalb durch eine Vielzahl an Kombinationen dieser beider Anteile eingestellt werden. Diese unterschiedlichen Drehmomentkombinationen ergeben sich wiederum aus unterschiedlichen Maschinenströmen. Die Aufgabe der optimalen Sollstromberechnung ist die Bestimmung derjenigen Ströme, die das gewünschte Drehmoment liefern und dabei ein bestimmtes physikalisches Optimierungskriterium (z.B. minimale Stromamplitude) erfüllen.

Die optimalen Sollströme können analytisch in Abhängigkeit der Maschinenparameter berechnet werden. Die Ziele dieser Arbeit sind der Entwurf und die Erprobung einer alternativen Sollstromberechnung, die mit den Methoden der künstlichen Intelligenz arbeitet und möglichst ohne Kenntnis der Maschinenparameter auskommt. Als zielführend könnte sich das sogenannte Reinforcement Learning erweisen, da hier, ähnlich zur klassischen Optimierung, direkt eine Zielfunktion vorgegeben wird. Die gefundene Methode soll in Matlab/Simulink implementiert und anhand eines einfachen Maschinenmodells getestet werden. Die Ergebnisse werden mit denen aus analytischen Ansätzen verglichen und bewertet.

FP 088

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Marco Eckstein

Elektrische Wellenspannungen aufgrund magnetischer Asymmetrien und Speisung elektrischer Maschinen mit Wechselrichtern, hohe impulsförmige Ströme wegen Gleichtaktspannungen und chemische bzw. physikalische Korrosion sind einige der wichtigsten Ursachen von Lagerschäden und damit auch folglich der Fehler in elektrischen Maschinen. Diese Schäden sollten schnellstmöglich erkannt und behoben werden, bevor es zu einen das gesamten Systemausfall kommt. Für die durchzuführenden Messungen wurde ein Laboraufbau entwickelt, in dem ein bestimmtes Lager über eine Welle mit einem Servomotor verbunden ist, um das Lager in Rotation zu versetzen. Zur Untersuchung des Lagers und seiner Eigenschaften, wurden einfache mechanische Störungen in die Laufflächen der Lagerringe eingebracht, um in einfacher Weise Lagerschäden physikalisch zu simulieren.

In dieser Projektarbeit sollen Signale von Beschleunigungssensoren und Stromsignale des Servomotors gemessen und in MATLAB analysiert werden, um die in das Lager künstlich eingebrachten Fehler und deren Eigenschaften zu erkennen.

Voraussetzungen: Gute Kenntnis elektrischer Maschinen und funktionaler Programmierung in MATLAB

FP 086

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Shima Tavakoli

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

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. Dazu ist eine passende Verarbeitung der zur Verfügung stehenden Signale der elektrischen Maschine durchzuführen.
In dem letzten Forschungspraktikum wurde eine bestimmte Wavelet Transformation Familie (Daubechies10) für die Fehler der Lager geprüft; In diesem Forschungspraktikum sollten noch zwei weitere Familien (funktional) programmiert und die Daten zweier Versuche damit verarbeitet werden, um zu sehen, ob mit diesen Methoden noch die Fehler erkennbar sind. Die Familien sollten durch Rezension der aktuellen Papers von IEEE ausgewählt werden.

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

FP 079

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Shima Tavakoli

Umrichterbasierte Antriebssysteme arbeiten mit Pulsweitenmodulationsverfahren. Am verbreitetsten ist die symmetrische Raumzeigermodulation („regular sampled symmetrical Space Vector Modulation“). Im Zuge dieses Forschungspraktikums soll ein Matlab-Programm zur Visualisierung der Raumzeigermodulation inkl. Darstellung der Spannungsspektren erstellt werden. Das Programm soll leicht auf andere Modulationsfahren erweiterbar und für die jeweilige Modulation parametrierbar (Zwischenkreisspannung, Aussteuergrad, Frequenz etc.) sein. Das Programm soll die Spannungsspektren numerisch bestimmen. Es soll aber im selben Zuge eine Literatur-Recherche und Erarbeitung der analytischen Beschreibung der Spannungsspektren der Raumzeigermodulation erfolgen. Die Ergebnisse dieses Forschungspraktikums sollen als Basis für die Bestimmung von Stromspektren in der Maschine bis hin zu Schallspektren durch die Magnetostriktion dienen.

FP 078

Auskunft und Betreuung: M.Eng. Christoph Fritsch

Aus vorhandenen Messdaten der radialen magnetischen Flussdichteverteilung eines Ringmagneten soll die lokale Magnetisierung im Magneten möglichst genau mit Hilfe eine Finite-Elemente-Modells rekonstruiert werden. Dazu sollen die Pole des Magneten zunächst als ein Halbach-Array für die mögliche Verteilung der Magnetisierung angenommen und in Bezug auf die Messdaten geprüft werden. Die Amplitude der Magnetisierung soll in jede Raumrichtung als konstant angesetzt werden.
Um eine noch bessere Anpassung des Modells für den Ringmagneten zu erhalten, soll der Magnet in Umfangsrichtung mit einer noch zu wählenden Anzahl von Zellen gleicher Größe diskretisiert und die Magnetisierung in den jeweiligen Zellen in vorzugebenden diskreten Raumrichtungen veränderbar sein. Damit ergibt sich letztlich ein Optimierungsproblem, welches das Auffinden einer optimalen Verteilung der einzelnen Raumrichtungen der Magnetisierung als Ziel hat, die die gemessene radiale magnetische Flussdichteverteilung möglichst genau approximiert.
Zur Lösung der Aufgabe sollen die Programme MATLAB und COMSOL Multiphysics verwendet werden.

FP 077

Auskunft und Betreuung: Prof. Dr.-Ing. Ingo Hahn, M.Sc. Ruzbehi Shabnam

Umrichter können aus der Gleichspannung des Zwischenkreises eine Wechselspannung variabler Frequenz erzeugen. Dabei existieren verschiedene Umrichter-Topologien und Ansteuerungsverfahren mit entsprechenden Vor- und Nachteilen. In dieser Arbeit sollen ausgehend von einer Literaturrecherche eine Klassifizierung von PWM-Ansteuerungsverfahren für Umrichter (bis zur 3-Level-Topologie) mit Gleichspannungszwischenkreis erstellt und ausführlich dokumentiert werden. Anschließend sollen die verschiedenen Modulationsverfahren mit Hilfe von MATLAB Simulink/PLECs implementiert werden. Darüber hinaus soll eine benutzerfreundliche graphische Oberfläche in MATLAB AppDesigner entworfen werden, die es ermöglicht verschiedene Modulationsverfahren u. Ansteuerungsparameter auszuwählen und graphisch auszuwerten. Abschließend soll eine kritische Gegenüberstellung der Verfahren mit dem Hauptaugenmerk auf den THD-Gehalt des Stromes bei verschiedenen Parametereinstellungen durchgeführt werden.
Um die Arbeit abzurunden wäre es wünschenswert, wenn die Verfahren durch einphasige Untersuchungen am Prüfstand hinsichtlich ihres Einflusses auf die Eisenverluste bewertet werden könnten.

FP 075

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Veronika Solovieva

Üblicherweise werden in elektrischen Maschinen lamellierte weichmagnetische Blechpakete als Kerne eingesetzt. Die Magnetisierbarkeit des Kernmaterials bestimmt dabei maßgeblich die mögliche Endleistung der Maschine.
Allgemein existieren für elektromagnetische Energiewandler auch andere Kernmaterialien, wie ferrimagnetische keramische Werkstoffe (Ferrite), die sich aufgrund ihrer hohen Porosität jedoch nur bedingt für den Einsatz in Elektromotoren eignen. Ferromagnetische Materialien gibt es auch als Filament für den FDM 3D-Druck. Dies sind Kunststoffe (meist PLA) mit einem geringen Eisenanteil, wodurch leichte ferromagnetische Eigenschaften gegeben sind.
Es soll Anhand von Messungen und dem Aufbau eines Motors untersucht werden, wie sich solche Materialien in der Anwendung verhalten, sowohl magnetisch, mechanisch als auch thermisch. Für die Herstellung steht ein handelsüblicher FDM 3D-Drucker zur Verfügung.

FP 074

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Philipp Sisterhenn

In der Antriebsregelung werden heutzutage immer noch die klassischen Proportional- und Proportional-Integral-Regler für die Strom-, die Geschwindigkeits- und Lageregelung eingesetzt. Insbesondere für die Stromregelung werden die nichtlinearen Eigenschaften der elektrischen Maschine in Form von Tabellen für die stromabhängigen Induktivitäten abgelegt, so dass eine einfache Nachführung der Reglerparameter möglich ist. Dazu muss die elektrische Maschine in vielen Betriebspunkten gemessen werden, um die notwendigen Tabellen zu erstellen, was sehr zeitaufwändig sein kann.
Im Rahmen dieses Forschungspraktikums soll der Einsatz neuronaler Netze als Ersatz für die zuvor genannten klassischen Regler zunächst bei Verwendung der üblichen Kaskadenstruktur der einzelnen Regelkreise untersucht werden. Das neuronale Netz soll direkt als Komponente im Regelkreis aktiv sein und anhand des Einschwingverhaltens des geschlossenen Regelkreises trainiert werden. Als Beispiel soll hier zunächst die Regelung der Gleichstrommaschine mit linearem Materialverhalten betrachtet werden. Eine spätere Erweiterung auf die feldorientierte Regelung einer PM-Synchronmaschine ist denkbar.

FP 073

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

Sliding-Mode-Regelung ist eine nichtlineare Regelungsvariante, die als Stellgröße nur zwei diskrete Werte (zum Beispiel minimale und maximale Spannung) nutzt. Durch schnelles Schalten zwischen diesen beiden Größen können die Systemzustände auf einer zuvor definierten Trajektorie gehalten werden. Das System befindet sich dann im Sliding-Mode. Dieser Ansatz kann nicht nur zur Regelung, sondern auch beim Entwurf von Beobachtern genutzt werden.
Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung solcher Sliding-Mode-Beobachter auf ihre Eignung zum Einsatz in einer geberlosen Drehzahlregelung. Zunächst sollen dafür verschiedene Beobachterstrukturen aus der Literatur herausgearbeitet werden. Darauf folgt ein simulativer Vergleich in Matlab Simulink. Die Ansätze sollen dort implementiert und hinsichtlich ihrer Performance verglichen werden. Wichtige Kriterien sind beispielsweise die Robustheit gegen Parameterungenauigkeiten oder der abgedeckte Drehzahlbereich. Ein Vergleich mit konventionellen Drehzahlbeobachtern wäre wünschenswert.

FP 072

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Marco Eckstein

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. Dazu ist eine passende Verarbeitung der zur Verfügung stehenden Signale der elektrischen Maschine durchzuführen.
In dem letzten Forschungspraktikum wurde eine bestimmte Wavelet Transformation Familie (Daubechies10) für die Fehler der Lager geprüft; In diesem Forschungspraktikum sollten noch zwei weitere Familien (functional) programmiert und die Daten zweier Versuche damit verarbeitet werden, um zu sehen, ob mit diesen Methoden noch die Fehler erkennbar sind. Die Familien sollten durch Rezension der aktuellen Papers von IEEE ausgewählt werden.

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

FP 071

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Shima Tavakoli

Zur messtechnischen Untersuchung von Elektroblechen bei beliebiger Form der elektrischen Spannung und Stroms existieren Messkonzepte, die die Variation der Magnetisierungsrichtung in einer Materialprobe ermöglichen. Bei der feldmetrischen Messmethode wird zur definierten Flussführung und Magnetisierung der Elektroblechprobe ein Magnetisierungsjoch, das vorzugsweise einen weiten homogenen Magnetisierungsbereich erzeugt, damit die Fläche des H-und B-Sensors möglichst groß gewählt werden kann, eingesetzt. In zwei- und dreiphasigen Messsystemen hat sich aufgrund vieler Vorteile die kreisförmige Probe innerhalb eines statorähnlichen Magnetisierungsjochs durchgesetzt. Ziel des Forschungspraktikums ist es eine 3D FEM Simulation in COMSOL Multiphysics und eine Optimierung des statorähnlichen Magnetisierungsjochs durchzuführen, sodass sich ein möglichst großer und homogener Magnetisierungsbereich in einer kreisrunden Elektroblechprobe ergibt. Bei der Wicklungsauslegung der Magnetisierungsanordnung sollen zwei- und dreiphasige Konzepte und physikalische Systemgrenzen berücksichtigt werden. Die Ansteuerung von COMSOL Multiphysics soll mit Hilfe von Matlab durchgeführt werden.
Eine anschließende Masterarbeit ist möglich.

FP 070

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Veronika Solovieva

Der Strom einer elektrischen Maschine kann durch eine Hystereseregelung auf einfache, aber dennoch robuste Weise eingestellt werden. Durch den Einsatz einer dreistufigen Hysteresefunktion ist diese Art der Regelung auch auf einen 3-Level-Umrichter anwendbar. Die größte Herausforderung bei der Hysteresestromregelung ist die, bei konstanter Hysteresebreite, variable Schaltfrequenz.
Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss der Hysteresebreite auf die Schaltfrequenz eines 3-Level-Umrichters zu untersuchen. Hierzu steht ein Simulink-Modell zur Verfügung. Der erste Schritt ist die Bestimmung der Schaltfrequenz aus den rechteckigen Steuersignalen. In einer Worst-Case-Abschätzung soll dann diejenige Hysteresebreite gefunden werden, die die Schaltfrequenz für alle Betriebspunkte auf einen bestimmten Wert begrenzt. Um konstante Schaltfrequenz zu erreichen, soll die Hysteresebreite abhängig von geeigneten Betriebsgrößen variiert werden. Für höhere Genauigkeit sorgt abschließend der Einsatz eines Schaltfrequenz-Reglers.

FP 069

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Marco Eckstein

The goal of this Forschungspraktikum is to build toolboxes of iterative solvers to solve large linear systems for the 3D finite difference method (FDM). The FDM approximates the Laplacian operator by applying a stencil and expands it into a coefficient matrix: solving x from Ax=b, A and b denote the coefficient matrix by a stencil and a vector, is a significant process to obtain accurate results.
In order to solve the linear system Ax=b, there are two fundamentally well-known methods called direct solver, iterative solver. However, 3D FDM, which requires large matrices system takes many wastes of computing resources and high computational effort. Accordingly, the Hybrid Explicit Group iterative solver (HEG) is proposed for solving the large linear systems with many variables.
This method utilizes the finite difference schemes by depending on the discretization in the forward direction of time and in the center of spaces, and partitions the large matrix A into each group of a certain number of points. The predefined matrix A is inverted to the other side, and the iteration is proceeded until convergence is attained.
As the process for HEG, first, a literature research should be carried out, and the toolbox of the HEG should be built-up for a 2-dimensional system. The stability and exactness, speed of the toolbox will be compared with other solvers built-in Matlab. After obtaining the reliability, the toolbox for a 3-dimensional system should be built up and applied into a 3D finite-difference model that will be provided for performance evaluation. Therefore, the HEG for 3D system will be confirmed and proven.

FP 068

Auskunft und Betreuung: M. Sc. Jaeho Ryu

Ein Matrixumrichter hat keinen Zwischenkreis und benötigt keinen Zwischenkreis-Energiespeicher in Gestalt eines Kondensators oder einer Drossel. Daraus erschließt sich die Möglichkeit einer kompakten Bauweise. Dieser Vorteil muss mit erhöhtem Halbleiter-Aufwand erkauft werden. Im Falle des klassischen Matrixumrichters müssen 18 Halbleiterschalter gesteuert werden. Im Vergleich zu einem Spannungszwischenkreis-umrichter scheint eine zusätzliche Logikeinheit erforderlich zu sein.
In dieser Arbeit soll demonstriert werden, dass ein einfacher Mikrocontroller ausreicht, um die komplette Signalverarbeitung des Matrixumrichters abzudecken. Es handelt sich um eine Machbarkeits-Studie, die zeigen soll, dass die Pulsmuster für Matrixumrichter mit leicht verfügbaren Mikrocontrollern erzeugt werden können.

Es sind Vorkenntnisse im Umgang und der Programmierung von Mikrocontrollern notwendig!

Auskunft und Betreuung: Dr.-Ing. Jens Igney

Ein Matrixumrichter hat keinen Zwischenkreis und benötigt keinen Zwischenkreis-Energiespeicher in Gestalt eines Kondensators oder einer Drossel. Daraus erschließt sich die Möglichkeit einer kompakten Bauweise. Dieser Vorteil muss mit erhöhtem Halbleiter-Aufwand erkauft werden. Dennoch kann in den meisten Betriebspunkten davon ausgegangen werden, dass die kumulierte Halbleiterfläche nicht größer ist, als bei einem Zwischenkreisumrichter. Wie beim Zwischenkreisumrichter gibt es jedoch kritische Betriebspunkte, in denen die Halbleiter ungleichmäßig belastet sind.
Zur Überprüfung theoretischer Aussagen über neue Möglichkeiten der Modulation und zur Visualisierung der Ergebnisse soll eine bereits lauffähige Simulationsumgebung in PLECS derart erweitert werden, dass die Gesamtverluste und die Verlustaufteilung auf die Halbleiter verglichen und visualisiert werden können.

Auskunft und Betreuung: Dr.-Ing. Jens Igney

Vorangegangene Arbeiten an einem Stift-Scheibe-Prüfstand haben gezeigt, dass das Leitverhalten eines Graphit-Kupfer-Gleitkontaktes von Stromdichte, Anpressdruck und Drehzahl der Kupferscheibe abhängig ist. Zudem weißt der Kontakt ein Durchbruchverhalten auf, welches hier unter anderem modelliert werden soll. Die dafür zu verwendende Modellvorstellung ist in der

nebenstehenden Abbildung skizziert. Die Bürste wird durch eine Vielzahl sphärischer Elemente modelliert die durch ein Widerstandsnetzwerk miteinander vernetzt sind. Die Widerstände selbst weisen ein Durchbruchverhalten auf und wechseln beim Überschreiten einer bestimmten Spannung von einem hochohmigen in einen niederohmigen Zustand, womit das Durchbruchverhalten der Kontaktschicht nachgebildet werden soll.
In dieser Arbeit soll zunächst das Diskrete-Elemente-Modell zur Modellierung der Bürste erstellt werden. Anschließend müssen die einzelnen Elemente miteinander vernetzt und die Widerstände in das Netzwerk eingefügt werden. Als Nächstes muss ein geeignetes Kontaktmodell erarbeitet werden, wobei die Kupferscheibe als solider Körper angenommen werden kann. Abschließend soll das Verhalten des Modells durch Parameteroptimierung auf das gemessene Verhalten angepasst werden. Die Einbindung einer Erwärmung der Widerstände wäre wünschenswert.
Voraussetzungen: Sicherer Umgang mit Matrizen und Vektoren in Matlab; Grundlegendes Verständnis für einfache elektrische Netzwerke und mechanische Bewegungsgleichungen.

Auskunft und Betreuung: M. Sc. Johannes Wagner

In this research internship a 1-DOF machine will be mechanically and electrically modelled, designed, built and run. The robot arm manipulator is a type of machine with high degrees of freedom. Here at the very first step, it is desired to model the mechanical and electrical part of the 1-DOF machine in a CAD-based software namely, Siemens-NX or FreeCAD. The arm will then be printed with the 3D printer, which is available at our institute. A suitable motor, which can tolerate the specific load and a controller to run it, will then be investigated, bought, and attached to this arm. The CAD model of the machine will be exported to MATLAB for simulation of the trapezoidal trajectory planning method. The gained command values will be given later as motor inputs and, correspondingly, the driver controller will be programmed. At last, it is desired that the arm starts rotating from an initial point in workspace and stops at the desired final point.
A master thesis can be followed by extending this test bench up to 3DOF robot arm manipulator.

FP 064

Auskunft und Betreuung: M. Sc. Sara Hosseini

The lab experiment „PLC Programming with a 4DOF robot arm“ has been presented at our institute each SoSe. It is recently bought and will replace the previous old version of the experiment. In order to that students can run this experiment, beside the tasks provided from manufacturer side, which is the company Lucas-Nülle, it is desired that extra tasks should be designed, programmed and documented as an accompanying document for the experiment. In this experiment, creativity will be involved to run and control the 4DOF robot arm manipulator in combination with a moving conveyer belt to fulfill specific tasks. The control programming language is PLC, which will be implemented in the programming platform provided by the company Lucas-Nülle itself. At the end, a documentation guiding the students through the experiment should be written, starting from basics of robotics, PLC programming and giving a step-by-step description of the experiment, so that the students are able to perform the experiment. The documentation should be written in clear German language and comprehensively.

Auskunft und Betreuung: M. Sc. Sara Hosseini

In this research thermal model of a Magnetic Geared SPM (MGSPM) motor is derived using lumped parameter thermal modelling technique and effect of different dimensional parameters on the temperature of different parts of the motor are studied. The purpose of this research is that the student learns about different thermal resistances and their applications in the model.
In the first step, the axial and radial cross sections of a given MGSPM are drawn, based on which the dimensions are measured. Next, the equations of thermal conduction and convection, which are suitable for the lumped parameter model are calculated. The calculations must be parametric so that changes in the dimensions can be easily implemented. Finally, the thermal circuit is constructed and simulated in MATLAB, and effect of different parameter changes on the calculated temperatures is studied.
Following this research a master thesis on the similar subject can be defined, which deals with simulation of the motor in more specialized softwares like Finite Elements and Computational Fluid Dynamics, so that the lumped parameter thermal model is adjusted and validated.

Auskunft und Betreuung: M. Sc. Babak Dianati

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein dreiphasiger Pulswechselrichter mit GaN-FETs mit einem integrierten Bremschopper aufgebaut werden. Der Aufbau soll später die Untersuchung der Eigenschaften einzelner GaN-Bauteile in einer Halbbrückenschaltung ermöglichen. Um dieses Ziel zu erreichen, soll ein geeigneter Schaltungsentwurf zusammen mit den notwendigen Schutzschaltungen mit der Software EAGLE durchgeführt werden. Die Leiterplatine soll anschließend angefertigt und bestückt werden. Die einwandfreie Funktionalität der Schutzschaltung, sowie des Leistungsteils ist durch eine Reihe von Testmessungen zu überprüfen. Die Ergebnisse sind abschließend gut zu dokumentieren.

Auskunft und Betreuung: M. Sc. Shima Khoshzaman

In einer vorangegangenen Arbeit wurde bereits ein grundlegende Tool-Chain zur Identifikation einzelner elektrischer Maschinen entworfen und implementiert. Der entstandene Algorithmus ist in der Lage anhand von Betriebszyklen nach kurzer Rechenzeit einen bestimmten Motor zu erkennen.
Dieser Algorithmus soll nun erweitert werden, dass auch der jeweilige Betriebszustand (Drehzahl und Drehmoment) anhand einer kurzen Zeitaufnahme identifiziert werden kann. Die Herausforderung hierbei ist, dass bei elektrischen Maschinen im stationären Betrieb erheblich weniger Änderungen im Spektrum ergeben, als dies bei einem Musikstück der Fall ist. Aus diesem Grund wird es voraussichtlich notwendig sein, den ursprünglichen Shazam-Hash um weitere Informationen zu ergänzen, sowie die Wahl der Target-Zones anzupassen.
Ziel dieser Arbeit ist es, durch Modifikation des ursprünglichen Algorithmus die Erkennung eines bestimmten Betriebspunktes der getaggten Maschine zu ermöglichen, dabei sollen auch die Auswirkungen auf die Rechenzeiten dokumentiert werden.

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Johannes Wagner

Eine unerwünschte Eigenschaft in den GaN- Bauteilen ist, dass sich der Durchlasswiderstand eines GaN-FET vorübergehend ändert, wenn das Bauelement von sperrend auf leitend umschaltet. Dieses Verhalten wird als „dynamischer Durchlasswiderstand“ bezeichnet.
Um dieses Phänomen für einen vorhandenen GaN-FET zu untersuchen, soll zuerst im Rahmen dieses Forschungspraktikums die physikalischen Grundlagen von diesem Phänomen theoretisch untersucht werden. Eine passende Kappschaltung zur Aufnahme der Durchlasskennlinien in schnellschaltenden Bauteilen soll zunächst entwickelt, mit der Software EAGLE entworfen und anschließend angefertigt werden. Das Phänomen soll dann in einem hart schaltenden Betrieb durch Doppelpulstest unter verschiedenen Betriebspunkten untersucht werden. Die Ergebnisse sind gut zu dokumentieren.

Anforderungen:
Gute Kenntnisse in den Leistungsbauelementen
Kenntnisse im PCB-Entwurf mittels EAGLE Software

Auskunft und Betreuung: M. Sc. Shima Khoshzaman

Zur analytischen Beschreibung einer Maschine wird wie in EMI häufig das Spulenmodell verwendet. Dies führt zu einer ersten guten Beschreibung der vom Stator erzeugten Luftspaltflussdichte. Wenn die Maschine jedoch einen wicklungsfreien Reluktanzrotor hat, muss die Änderung der effektiven Luftspaltlänge durch die Flussbarrieren zusätzlich berücksichtigt werden. Zudem kommt es verstärkt zu Sättigungseinflüssen bei höherer Bestromung und einer Änderung des Lastwinkels.
Ziel ist es einen analytischen Ansatz zu recherchieren und zu erarbeiten, der sowohl die Rotorgeometrie als auch das Sättigungsverhalten mitmodelliert. Optimal wäre es hier eine analytische Beschreibung nach Möglichkeit als Fourierreihenentwicklung zu finden.
Dies soll im Rahmen dieses Forschungspraktikums für eine Synchronreluktanzmaschine untersucht werden. Dabei steht zur Analyse auch ein FEMM Modell zur Verfügung.

Voraussetzungen: EM1, EKM, BAEM

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

Im Rahmen vergangener Forschungsarbeiten wurden am Lehrstuhl diverse Aufbauten zum Vermessen von ferromagnetischen Materialien entwickelt. Dazu zählen beispielsweise ein Epsteinrahmen, diverse Ringkernproben, ein Hochtemperaturmessaufbau sowie ein Anisometer usw. Für alle Messaufbauten existiert bereits eine graphische Oberfläche, die in der GUIDE-Umgebung von MATLAB entwickelt wurde. Die automatisierte Messumgebung ermöglicht bisher eine benutzerfreundliche Auswahl des Messaufbaus und der Arbeitspunkte und beinhaltet zudem eine Material- und Gerätedatenbank, sowie eine Visualisierung der Messergebnisse. Da die GUIDE-Umgebung in zukünftigen MATLAB-Versionen entfällt, soll die graphische Benutzeroberfläche mit dem MATLAB App Designer neu konzipiert und sinnvoll erweitert werden. Der Messplatz soll zudem an die neuen Elektronikgerätesysteme elneos® five von erfi (Ansteuerung teilweise vorhanden) gekoppelt werden. Eine vom Messplatz unabhängige Labortischansteuerung des elneos® five Systems soll zudem ermöglicht werden. Im Rahmen der Migration auf die neue Oberfläche, soll die Funktionalität der Messskripte um die Aufnahme einer Neukurve und dem damit notwendigen Entmagnetisierungsalgorithmus erweitert werden.

FP 019

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Veronika Solovieva

Vergleichende Betrachtung von Beobachterstrukturen

Modellierung des Leitverhaltens von Graphit-Kupfer-Kontakten – Und Optimierung des Prüfstandes sowie der Prüfstand-Ansteuerung

Weiterentwicklung eines Miniaturprüfstandes für den Einsatz als Praktikumsversuch

Entwurf und Aufbau eines Doppelpulsverfahrens zur Ermittlung der charakteristischen Eigenschaften eines Gallium-Nitrid (GaN)-basierten Leistungshalbleiters

Simulation des dynamischen Verhaltens einer Multimotoranordnung mit variablen Lasten

Aufbau eines Demonstrators für die Impulshammermethode

Kapazitive elektrische Maschinen nutzen das elektrostatische Feld um ein Drehmoment zu erzeugen

Entwurf und Implementierung eines kompakten Zweikanal Gate-Treibers für ein vorhandenes Halbbrücken-Leistungsmodul

Thermische Modellierung von Stromrichtern

Vergleich von digitalen Filtern zur Demodulation sowie Beobachterstrukturen zur Lage- und Drehzahlschätzung für den lagegeberlosen Betrieb

Aufbau eines Simulationsmodells einer Synchronreluktanzmaschine

Online Parameteridentifikation zur verbesserten Regelung von Synchronmaschinen

Bewertung von Beobachterstrukturen zur Lage- und Drehzahlschätzung für den lagegeberlosen Betrieb

Automatisierter Messstand zur Charakterisierung von Leistungshalbleiter-Bauelementen

Numerische Berechnung von Verlusteffekten in Elektroblechen mittels FEM

Übersicht zu verschiedenen Beobachterstrukturen für die geberlose Regelung im oberen Drehzahlbereich für Synchronmaschinen

Mindesteinschaltzeiten bei MOSFET und IGBT

Aufbau einer Simulationsumgebung für das Schaltverhalten von SiC-MOSFET Modulen für Traktionsanwendungen

Übersicht zu verschiedenen Verfahren der geberlosen Regelung mit Testsignaleinprägung im unteren Drehzahlbereich bei Synchromaschinen

Konzeption eines Prüfstands für den Einsatz in einer Übung

Filterdesign für analogen Tiefpassfilter zur Strommessung in der Antriebstechnik

Entwicklung eines Wicklungsauslegewerkzeugs für elektrische Maschinen

Magnettemperaturschätzung bei permanenterregten Synchronmaschinen in Automotive Anwendungen

Inbetriebnahme eines Motion Control Praktikumsaufbaues: „Der heiße Draht“

Bestimmung der Induktivitäten von einfachen Geometrien, die aus diskreten Elementen aufgebaut werden

Beurteilung einer permanentmagnetgestützten Synchronreluktanzmaschine für Traktionsantriebe in Hinblick auf Temperatur- und Kurzschlussverhalten

Praktische Untersuchung des thermischen Übergang im Luftspalt anhand eines Messaufbaus

Kriterien für die Eisenformoptimierung auf Basis lokaler Feldgrößen aus Finite Elemente Berechnungen

Untersuchung der Auswirkungen von Eisenformveränderungen auf die Kenngrößen von elektrischen Maschinen

Kühlkörpermodellierung mittels thermischem Impedanznetzwerk

Evaluierung der E/A-Hardware von PHS-Bus basierten, SCALEXIO und MicroLabBox Hardware-in-the-Loop Simulatoren

Neuronale Netze zur Maschinenparameterschätzung in der Antriebstechnik

Softwareentwicklung und Projektgestaltung für wissenschaftliche Forschungsprojekte im Bereich der elektrischen Maschinen

Planung und initiale Implementationsschritte eines Finite Elemente Berechnungsprogramms für elektrische Maschinen

Multicore Programmierung eines DSpace 1006 Processor Boards

Stabilitätskriterien linearer und nichtlinearer Regelkreise

Sliding Mode Control und Sliding Mode Observer in der Antriebsregelung