Masterarbeiten

Elektrische Drehstrommaschinen weisen im Stator Wicklungen auf, die sich in den Nuten des Blechpakets befinden. Die Zähne bilden den Abschluss des Blechpakets in Richtung des Luftspalts. Der Maxwell’sche Spannungstensor beschreibt die an den Grenzflächen im Luftspalt wirkenden elektromagnetischen Kräfte, welche abhängig von der Amplitude der magnetischen Flussdichte sind. Die magnetisch leitfähigen Zähne des Stators führen den magnetischen Fluss in höherem Maße als die umliegende Luft. Deren Geometrie beeinflusst somit die Radial- und Tangentialkomponente der Flussdichte sowie der Kraftdichten des Luftspaltfeldes. In dieser Arbeit sind einige elementare Zahn-Geometrien für den Leerlauf und den Lastfall einer permanent erregten Synchronmaschine zu untersuchen und zu bewerten. Ziel ist es, Aussagen über das Spektrum der Kraftdichten in radialer und tangentialer Richtung zu erarbeiten, und ausgewählte durch die Fourier Darstellung erläutern zu können. Mit Hilfe einer parametrischen Definition der Zahngeometrie in MATLAB soll in Kombination mit der FEM Software FEMM zunächst eine simulative Studie durchgeführt werden, auf die eine mathematische Beschreibung folgt. Die Geometrie und Auslegung der untersuchten PMSM ist vorgegeben und das Modell an diese anzupassen. Zusätzlich kann die Variation der Luftspaltlänge untersucht werden, sowie eine Analyse der Güte der numerischen Berechnung durchgeführt werden.

MA 176

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Alexander Pfannschmidt

Die Kombination aus Nut- und Polzahl sowie die Wicklungsanordnung haben einen erheblichen Einfluss auf die Motorleistung, insbesondere hinsichtlich der Harmonischen, des Rastmoments und der Radialkräfte.
Im Vergleich zu herkömmlichen verteilten Wicklungen bieten PMSMs mit Bruchloch-Wicklungen (FSCW) Vorteile wie kürzere Endwicklungen, einen höheren Füllfaktor der Nuten und geringere Herstellungskosten. Allerdings führt die nicht-sinusförmige Flussverteilung im Luftspalt zu Harmonischen, die zu erhöhten Eisenverlusten, Vibrationen und Geräuschen führen.
Im Rahmen dieser Masterarbeit werden die harmonischen Eigenschaften der Stator-MMF bei verschiedenen Nut-Pol-Kombinationen analysiert. Auf Basis dieser Analyse werden Strategien zur Optimierung der Wicklungsanordnung vorgeschlagen, um die Stator-MMF-Harmonischen zu unterdrücken und damit Vibrationen, Geräusche und Verluste im Rotor zu reduzieren. Der optimierte PMSM wird mithilfe von Simulationssoftware modelliert und validiert. Darüber hinaus wird die praktische Anwendung von Harmonischen-Unterdrückungstechniken in industriellen Motordesigns untersucht, mit dem Ziel, Optimieungsrichtlinien für PMSM-Designs in der Industrie zu bieten.

Anforderungen: Grundkenntnisse in elektrischen Maschinen und mathematische Fähigkeiten werden vorausgesetzt. Erfolgreicher Abschluss der Vorlesungen Elektrische Maschinen I und Berechnung und Auslegung elektrischer Maschinen ist erforderlich.

Software: MATLAB, FEMM

MA 175

Auskunft und Betreuung:  M.Sc. Zidan Zhao

Im Rahmen der Masterarbeit soll die Entwicklung der Alterung von Li-Ionen Batterien mittels Data-Mining Verfahren für eine breite Datenbasis analysiert werden. Hierfür bildet eine umfassende Literaturrecherche zu veröffentlichten Alterungsexperimenten die Grundlage. Basierend darauf werden Analysekriterien ermittelt, geclustert und schließlich für die Betrachtungen ausgewählt. Dies kann u.a. Themenfelder wie die Zellform, Hersteller und Anwendung, Testzeitraum und Alterungsregime umfassen. Mittels statistischer Verfahren sollen Trends identifiziert und mögliche Korrelationen analysiert werden. Schließlich wird basierend auf den ermittelten Zusammenhängen ein Modell implementiert und Prädiktionen für unterschiedliche Felder getroffen, wobei die Signifikanz der Ergebnisse kritisch zu beleuchten ist.

MA 169

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

Das akustische Verhalten elektrischer Maschinen wird durch die im Betrieb auf die Maschine wirkenden elektromagnetischen Kräfte beeinflusst. Ein im Luftspalt der Maschine vorliegender Kraftvektor kann, in zylindrischen Koordinaten betrachtet, in radiale, tangentiale und axiale Bestandteile zerlegt werden. Die axialen Kraftanteile sind Fokus der Arbeit und sollen in ihrer Amplitude und Frequenz sowohl lokal über die axiale Länge als auch global für die gesamte Maschine analytisch bestimmt werden. Ziel ist es, die Kraftverläufe einer PMSM mit unterschiedlichen Schrägungen von Rotor und Stator zu bestimmen und in ihrem Spektrum zu analysieren. Die Auswirkungen der Konfigurationen sind analytisch zu erfassen und über numerische Methoden zu überprüfen. Die Kräfte sollen im Leerlauf und unter Last charakterisiert werden. Zur Erleichterung der Einarbeitung werden die Vorarbeiten zu radialen und tangentialen Kraftspektren einer abgeschlossenen Masterarbeit bereitgestellt. Die numerische Überprüfung soll mit Hilfe von 3D FEM von COMSOL oder ANSYS erfolgen. Die Modellierung der Maschine ist Teil der Aufgabenstellung. Erfahrungen zur FEM und den Harmonischen in elektrischen Maschinen sind wünschenswert.

MA 168

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Alexander Pfannschmidt

Ein elektrisches Antriebssystem kann grob in drei Teile unterteilt werden: die elektrische Maschine, den leistungselektronischen Teil und die Steuerung. Im Rahmen dieser Arbeit soll die Steuerlogik für einen dreiphasigen 2-Level-Umrichter auf einem STM32 Mikrocontroller implementiert werden.  Dazu gehört das Auslesen von Sensorwerten (z.B. Maschinenströme, Rotorposition), die Berechnung des Steuer- oder Regelungsalgorithmus sowie die Ausgabe der Ansteuersignale an die Leistungshalbleiter. Die am Lehrstuhl vorhandene Hardware umfasst ein STM32 Nucleo Entwicklungsboard und ein dazu passendes Umrichtermodul der Firma STMicroelectronics. Die Programmierung erfolgt in der Entwicklungsumgebung STM32CubeIDE.  Als Testmotor dient eine PM-Synchronmaschine. Um den Prozessor nicht unnötig zu belasten, sollen die einzelnen Programmteile nur so oft wie nötig aufgerufen werden. Dies soll durch eine geeignete Interrupt Routine sichergestellt werden, die nur einmal pro Schaltperiode die Ausgangswerte auf Basis der aktuellen Eingangswerte erneuert. Außerdem soll das Programm gewisse Sicherheitsfunktionen aufweisen, wie etwa das Erkennen zu hoher Ströme oder Drehzahlen. Zur Einstellung verschiedener Parameter und Visualisierung des Betriebszustands ist mit dem Programm STM32CubeMonitor und Node-Red eine grafische Bedienoberfläche zu erstellen.

MA 177

Auskunft und Betreuung: Dr.-Ing. Jens Igney / M.Sc. Marco Eckstein

Elektrische Maschinen werden von Umrichtern angesteuert, um Frequenz und Amplitude der Ausgangsspannung einstellen zu können. Bei der Pulsweitenmodulation (PWM) wird die Ausgangsspannung des Umrichters in Pulsen an die Maschine angelegt, mit dem Ziel einen sinusförmigen Stromverlauf anzunähern. Der Ansatz der Random PWM ist die zufällige Auswahl der Schaltfrequenz bzw. der Pulsweite. Über einen längeren Zeitraum betrachtet, tritt mit der Random PWM ein breites Frequenzspektrum auf. In dieser Arbeit sollen die regelungstechnischen Gütekriterien wie Stabilität oder stationäre Regelabweichung bei Verwendung der Random PWM untersucht und bewertet werden. Dabei sollen gewisse Parameter der Random PWM variiert werden, wie z. B. die Bandbreite der Schaltfrequenz/Pulsposition oder die verwendete Verteilungsfunktion. Dazu ist zunächst der Aufbau des regelungstechnischen Modells notwendig, was in Simulink geschehen soll. Im Modell wird FOC mit Raumzeigermodulation zur Erzeugung der Schaltpulse verwendet werden, die die Eingangsgrößen des Maschinenmodells einer PMSM darstellen. Nach der Analyse der gewöhnlichen Regelkreisstruktur ist diese in Hinblick auf die Random PWM zu adaptieren. Dabei ist zu untersuchen, welche Veränderungen nützlich sind und wie sich diese im Vergleich auswirken.

MA 174

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Alexander Pfannschmidt

PV-Module unterliegen dem direkten Einfluss der Umgebungsparameter Wind, Regen, Schnee, Staub und Pollen, was zu einer sukzessive reduzierten Realleistung der Module führt. Diesem wir in der Regel durch eine turnusmäßige Reinigung der PV-Anlagen entgegengewirkt.

In der ausgeschriebenen Arbeit soll der aktuelle Zustand der PV-Module in die Ladestrategien von Energiespeichern mit einbezogen und ggf. auch Handlungsempfehlungen für eine zustandsbasierte Reinigung gegeben werden. Hierzu ist der tatsächliche Ertrag mit dem theoretisch möglichen Ertrag auf Basis von aktuellen Wetterdaten (u.a. gemessene Sonneneinstrahlung), dem Alterungszustand und jahreszeitbedingten Einstrahlungswerten zu ermitteln und damit eine angepasste Prädiktion des weiteren Tagesverlaufs zu treffen. Darauf aufbauend soll die Nachladestrategie der Energiespeicher für unterschiedliche Szenarien (Eigenverbrauch, Lastglättung) optimiert werden. Ab einem parametrierbaren Grenzwert an Ertragseinbuße soll zudem ein Reinigungsvorschlag gegeben werden. Der parametrierbare Grenzwert soll hierbei einerseits frei vorgebbar sein, andererseits aus der Optimierung der Energiespeichernutzung abgeleitet werden können.

MA 170

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

In vorrangegangenen Arbeiten hat sich herausgestellt, dass statorähnliche Anordnungen gut geeignet sind um Drehmagne­tisierungsverluste im Elektroblech vermessen zu können. Hierfür soll eine optimierte Statorgeometrie mit einem geeigneten Verfahren entworfen werden. Es muss zum einen eine möglichst hohe magnetische Flussdichte erreicht und zum anderen eine homogene Flussdichteverteilung im Sensorbereich der Probe realisiert werden. Dies macht den Einsatz einer Mehrziel-Optimierung notwendig. Die Modellierung und Programmierung soll in der Matlab® Umgebung erfolgen und via Matlab-LiveLink™ in COMSOL Multiphysics® simuliert werden. Die Verknüpfung von Matlab mit Comsol ermöglicht den Auf­bau eines voll parametrierbaren Modells sowie gute Möglichkeiten zum Postprocessing. Die statorähnliche Anordnung ist mit einer zweiphasigen sinusförmigen Wicklung zu versehen. Der optimierte Stator-Querschnitt soll anschließend gefertigt werden. Vor dem Bewickeln ist eine ausreichende Nutgrundisolation sicherzustellen um die Wicklung zu schützen. Für ein erfolgreiches Bewickeln ist eine geeignete Wickelhilfe in einem CAD-Programm zu entwerfen. Die fertige Messvorrich­tung soll im Labor in einem bereits vorhandenen Messaufbau auf die Tauglichkeit zur Bestimmung von Drehmagnetisie­rungsverlusten validiert werden. Hierfür stehen ein Messskript und H- und B-Feld Sensoren bereit. Die Arbeitsschritte sind ordnungsgemäß zu dokumentieren.

MA 160

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Veronika Solovieva

Elektrische Maschinen werden von Umrichtern angesteuert, um Frequenz und Amplitude der Ausgangsspannung einstellen zu können. Bei der Pulsweitenmodulation (PWM) wird die Ausgangsspannung des Umrichters in Pulsen an die Maschine angelegt, mit dem Ziel einen sinusförmigen Stromverlauf anzunähern. Für einen bestimmten Arbeitspunkt lassen sich die Pulsweiten deterministisch ermitteln, wobei die Anzahl der Pulse mit der meist starren Schaltfrequenz festgelegt ist. Im Frequenzspektrum des Spannungssignals zeigen sich diese Pulsmuster durch Spektrallinien, die unerwünschte Effekte wie Geräusche oder Vibrationen hervorrufen. Der Ansatz der Random PWM ist die zufällige Auswahl der Schaltfrequenz bzw. der Pulsweite. Über einen längeren Zeitraum betrachtet, tritt mit der Random PWM ein breites Frequenzspektrum auf. In diesem sind die Amplituden der Harmonischen aus den Spektrallinien verringert wodurch sich z. B. die Akustik der Maschine verbessern könnte. Die zufällige Auswahl von Schaltfrequenz oder Pulsweite kann durch verschiedene Probability Density Functions (PDF) geschehen wie z. B. der Gaußschen Normalverteilung oder einer Gleichverteilung. In dieser Arbeit ist der Einfluss dieser PDF auf das Frequenzspektrum zu analysieren. Die Implementierung der Random PWM sowie der PDFs ist in MATLAB durchzuführen.

MA 165

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Alexander Pfannschmidt

PMASynRM sind Reluktanzmaschinen, deren Drehmomentbildung zum größten Teil aufgrund der Reluktanzkraft erfolgt. In den Flussbarrieren des Rotors sind häufig NdFeB-Permanentmagnete (PM) eingebracht, die die seltene Erde Neodym enthalten. Eine nachhaltige Alternative dazu sind hartmagnetische Ferrite, keramische Werkstoffe aus Eisenoxid, die eine geringere Remanenz als Neodym Magnete aufweisen. Je nach Orientierung und Größe der Flussbarrieren können die PM in ihrem Volumen und der Platzierung variiert werden. Ziel dieser Arbeit ist es, den Rotor der PMASynRM so zu gestalten, dass eine hohe Ausnutzung der PM bei Minimierung des Magnetmaterials entsteht.

Die Modellierung des Stators einer vorhandenen Reluktanzmaschine kann in der FE-Software FEMM erfolgen. Die Flussbarrieren des Rotors können vereinfacht als Polygone angenommen werden. Aufgabe ist es, mit Hilfe von z. B. MATLAB eine parametrische Beschreibung der Maschine zu programmieren. Durch die Auswahl eines geeigneten Optimierungsalgorithmus und passenden Kriterien soll die Geometrie der Flussbarrieren sowie die Platzierung der PM optimiert werden. Es ist anhand der Kriterien einerseits der optimale Einsatz von Ferritmagneten bzw. NdFeB zu vergleichen und andererseits der Einfluss der Rotorgeometrie zu analysieren.

MA 163

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Alexander Pfannschmidt

Zur Auslegung elektrischer Maschinen ist es nötig, auch das magnetische Verhalten im Vorfeld bestimmen zu können. Analytische Verfahren bieten gegenüber numerische (Finite Elemente) den Vorteil kurzer Rechenzeiten. Dabei können die Problemstellung jedoch ohne Vereinfachungen nur schwer gelöst werden. Eine gängige Vereinfachung ist die Vernachlässigung des hochpermeablen Eisenmatrials gegenüber Luft. Dies fährt dazu, dass die magnetische Spannung komplett über den Lufspalt abfällt. Durch die Magnetisierung des Eisens ist die Verteilung des magnetischen Flusses von einer Spule, innerhalb der effektiven Spulenfläche, nahezu konstant und kann als Rechteckfunktion angenommen werden. Bei Verwendung niedrigpermeabler Matrialien nimmt die Flussdichte jedoch mit Entfernung zum Spulenleiter (hyperbolisch) ab.

Es soll zunächst anhand einer vereinfachten Problemstellung ein Weg gefunden werden, um aus der analytischen Durchflutungsverteilung heraus die Luftspaltflussdichte bei Verwendung niedrigpermeabler Materialien zu berechnen. Anschließend sollen die Erkentnisse auf komplettes Maschinenmodell angewendet werden. Vergleiche sind mit Finite-Elemente Simulationen anzufertigen. Aufgrund der zu erwartenden niedrigen Flussdichtewerte kann das Materialverhalten als linear angenommen werden.

MA 162

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Philipp Sisterhenn

Umrichterbasierte Antriebssysteme arbeiten mit Pulsweitenmodulationsverfahren. Am verbreitetsten ist die symmetrische Raumzeigermodulation („regular sampled symmetrical Space Vector Modulation“). Im Zuge dieser Masterarbeit soll ein Matlab-Programm zur Visualisierung der Raumzeigermodulation inkl. Darstellung der Spannungsspektren der Umrichterspannung und Stromspektren der Motorphasenströme erstellt werden.

Die Spannungs- und Stromspektren sollen dabei nicht nur numerisch, sondern ausgehend von einer Literaturrecherche auch analytisch berechnet werden. Zur Herleitung der Stromspektren soll das Spulenmodell zur Beschreibung der Wicklung des Motors von der Grundwelle bis hin zu höheren Harmonischen herangezogen werden.

Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen zur Bestimmung von Schallspektren, verursacht durch die Magnetostriktion, dienen.

MA 161

Auskunft und Betreuung: M.Eng. Christoph Fritsch

Bei der Topologieoptimierung elektrischer Maschinen werden nicht nur geometrische Abmessungen der elektromagnetisch aktiven Bauteile im Rahmen der Optimierung verändert, sondern es werden in einem zuvor festgelegten Designgebiet optimale geometrische Formen für die Wickelfenster, die Magnete und die Elektrobleche unter Berücksichtigung vorgegebener Ziele gesucht. Neben der diskreten Topologieoptimierung, bei der die Zellen eines diskretisierten Designgebiet mit unterschiedlichen Materialien belegt werden, gibt es noch eine Methode, die mit variablen Materialdichten in den Zellen arbeitet.

Diese Methode soll in dieser Masterarbeit näher für die Auslegung des Rotors mit vergrabenen Magneten für eine vorhandene permanentmagneterregte Synchronmaschine (IPMSM) untersucht werden. Aufgabe ist es, die IPMSM in FEMM parametrisch zu modellieren. Die Topologieoptimierung nach der Methode der variablen Materialdichten soll in SciLab programmiert und anhand des zu koppelnden FEMM-Modells der IPMSM auf seine praktische Tauglichkeit erprobt werden. Weiterhin sollen simulativ unterschiedliche Rotorvarianten mit variierender Anzahl von Magneten untersucht werden. Die Ergebnisse sowie die zu erstellenden Programme sollen ausführlich dokumentiert werden.

MA 159

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

Bei der Topologieoptimierung elektrischer Maschinen werden nicht nur geometrische Abmessungen der elektromagnetisch aktiven Bauteile im Rahmen der Optimierung verändert, sondern es werden in einem zuvor festgelegten Designgebiet optimale geometrische Formen für die Wickelfenster, die Magnete und die Elektrobleche unter Berücksichtigung vorgegebener Ziele gesucht. Neben der diskreten Topologieoptimierung, bei der in die Zellen eines diskretisierten Designgebiet mit unterschiedlichen Materialien belegt werden, gibt es noch die sogenannte Level-Set-Methode.

Diese Methode soll in dieser Masterarbeit näher für die Auslegung des Rotors mit vergrabenen Magneten für eine vorhandene permanentmagneterregte Synchronmaschine (IPMSM) untersucht werden. Aufgabe ist es, die IPMSM in FEMM parametrisch zu modellieren. Die Topologieoptimierung nach der Level-Set-Methode soll in SciLab programmiert und anhand des zu koppelnden FEMM-Modells der IPMSM auf seine praktische Tauglichkeit erprobt werden. Weiterhin sollen simulativ unterschiedliche Rotorvarianten mit variierender Anzahl von geschlossenen Level-Sets untersucht werden. Die Ergebnisse sowie die zu erstellenden Programme sollen ausführlich dokumentiert werden.

MA 158

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

Magnetische Radial- und Tangentialkraftschwankungen in rotierenden elektrischen Maschinen können zu Schwingungsanregung des Statorblechpakets führen. Durch die Rotation des Rotors und die Variation der Statorströme der elektrischen Maschinen werden diese Kraftschwankungen periodisch, so dass die gesamte mechanische Struktur zu Schwingungen angeregt werden kann. Dabei kann es auch zu Schwingungen der Gehäuseoberflächen der elektrischen Maschinen kommen, die dann als Luftschall abgestrahlt werden.
Ziel dieser Arbeit ist es, anhand eines Beispiels einer permanentmagneterregten Synchronmaschine zunächst hauptsächlich auf die radialen und tangentialen Luftspaltkräfte zu fokussieren, und diese Kräfte sowohl im Leerlauf als auch bei Belastung der Maschine zu charakterisieren. Da die Kräfte in elektrischen Maschinen auch von der jeweiligen Form der speisenden Ströme und somit auch von den Modulationsverfahren des Umrichters abhängen, soll der Einfluss der Dreieckmodulation auf die Luftspaltkräfte und deren Eigenschaften näher untersucht werden. Wünschenswert wäre eine abschließende Kopplung der simulierten Magnetkräfte mit einer strukturmechanischen Simulation, um zu klären, inwieweit sich die Kräfte in Eigenschwingungen des Statorblechpakets bemerkbar machen. Als Werkzeuge sollen FEMM, SciLab oder MATLAB, und ggfs. COMSOL genutzt werden.

MA 157

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

Bei der Topologieoptimierung elektrischer Maschinen werden nicht nur geometrische Abmessungen der elektromagnetisch aktiven Bauteile im Rahmen der Optimierung verändert, sondern es wird ein zuvor festgelegtes Designgebiet mit einem regulären Gitternetz diskretisiert. Dadurch ergeben sich z.B. rechteckförmige Zellen, in denen die Materialzuordnung verändert werden kann, um eine möglichst gute Anpassung der Maschine an die an sie gestellten Anforderungen für das Betriebsverhalten zu erreichen. Die Materialien werden aus einer vorhandenen Menge von Materialien ausgewählt (Elektroblech, Kupfer, Magnet, Luft). Weist der Optimierungsalgorithmus eine stochastische Komponente auf, wie es z.B. bei den Genetischen Algorithmen oder auch dem Simulated Annealing der Fall ist, dann kann die optimale Lösung unzusammenhängende Materialgebiete aufweisen, so dass eine fertigungstechnische Realisierung nicht machbar ist.
An dieser Stelle sollen die vorhandenen Verfahren zu Topologieoptimierung verbessert werden, so dass sich in den Lösungen eine zusammenhängende Materialverteilung ergibt. Dazu sollen die Berechnungswerkzeuge FEMM und MATLAB verwendet werden. Theoretische Überlegungen, die ggfs. notwendige Erstellung von FEMM und MATLAB Skripten und die Ergebnisse sollen ausführlich dokumentiert werden.

MA 156

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

Die Herstellung der Ringtransformatoren zur Bestimmung der Eisenverluste im Elektroblech erfolgt in langwieriger Handarbeit und sorgt für Schwankungen bei der Herstellungsqualität. Daher soll eine Schnellwechselvorrichtung konzipiert werden, die es ermöglicht das Kernmaterial nach Belieben auszutauschen. Hierfür ist zunächst eine Literaturrecherche durchzuführen, die einen Einblick in das Ringkernverfahren und einen Überblick über bereits bestehende Ansätze für Schnellwechselvorrichtungen liefert. Bevor ein Konzept erarbeitet werden kann, muss eine Geometrieabmessung des Kernmaterials in Übereinstimmung mit DIN EN 60404-4 definiert werden. Anschließend soll ein geeignetes Konzept entworfen werden und in einem CAD-Programm (z.B. FreeCAD) konstruiert werden. Der dabei entstandene Träger soll vorzugsweise am 3D-Printer gedruckt werden, um den Aufbau der Schnellwechselvorrichtung abschließend zu können. Der Aufbau soll mit einer geeigneten Luftflusskompensation komplettiert werden und am bereits bestehenden Messplatz für magnetische Werkstoffe getestet werden. Hierfür ist ein Vergleich der Messergebnisse mit einem konventionell hergestellten Ringkerntransformator durchzuführen. Zudem sollen die Aussteuerungsgrenzen des neu entwickelten Systems herausgearbeitet und dokumentiert werden. Eine kritische Auseinandersetzung mit Messfehlern und parasitären Effekten wird durch die Verbindungsstelle notwendig sein.

MA 152

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Veronika Solovieva

Die zunehmende Notwendigkeit einer saubereren Umwelt und die Verringerung der Abhängigkeit von fossilen Energieträgern hat eine wachsende Nachfrage nach der Produktion und dem Design von Elektrofahrzeugen (EVs) zur Folge. Als wesentlicher Teil eines Elektrofahrzeugs haben die Traktionsmotoren einen erheblichen Einfluss auf die Leistung dieser Fahrzeuge. Einerseits müssen sie bestimmte Anforderungen in Bezug auf Drehmoment, Leistung, Wirkungsgrad und anderes erfüllen, andererseits müssen sie so entworfen sein, dass sie ein möglichst geringes Gewicht und niedrige Kosten aufweisen.
Eines der Ziele ist es, Drehzahlbereich worin der Motor eine konstante Leistung hat, vergrößern. Diese Anforderung ist eine Folge der besonderen Drehzahl- und Drehmomentanforderungen in den Traktionsmotoren und kann zu einer Reduzierung des Volumens und der Kosten diesen Motoren führen. Bei den Surface PM (SPM)-Maschinen, die ein konstantes Erregerfeld erzeugen, ist dieser konstante Leistungsbereich jedoch begrenzt und wird durch die Einspeisung eines zusätzlichen Stroms erreicht, die den Wirkungsgrad der Maschine verschlechtert. Als Verbesserung wurden Variable-Fluss-Maschine (VFM) eingeführt, die von Magneten mit variablem Fluss profitieren, deren Flüsse durch momentane Magnetisierungsströme gesteuert werden.
Um diese Maschinen zu untersuchen, soll in dem vorgeschlagenen Projekt eine VFM für ein bestimmtes Elektrofahrzeug entworfen werden. Zu diesem Zweck wird zuerst ein einfaches Modell des magnetischen Kreises der Maschine erstellt und mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) validiert. Anschließend wird ein bestimmtes Elektrofahrzeug modelliert und seine Anforderungen werden ermittelt. Dann wird ein ursprüngliches Design für den Traktionsmotor unter Berücksichtigung der Anforderungen des EV und des einfachen MEC-Modells erstellt. Schließlich wird der designte Motor mithilfe von FEM-Simulationen optimiert.

MA 151

Auskunft und Betreuung: M.Sc.Babak Dianati

Für die modellbasierte Fehlererkennung gibt es grundsätzlich mehrere Methoden, die zum Einsatz kommen können. Allen modellbasierten Methoden liegt die Idee zu Grunde, dass mit Hilfe eines mathematischen Modells und vorhandenen Messgrößen des realen Systems sogenannte Residuen gebildet werden. Diese Residuen stellen Abweichungen vom normalen Betriebszustand dar, und können somit zur Fehlererkennung verwendet werden.
Ziel dieser Arbeit ist die Ableitung und simulative Untersuchung von Residualgleichungen (parity equations) für eine permanentmagneterregte Sychronmaschine (PMSM). Dazu sollen zunächst mögliche Systemfehler zusammengestellt und deren Auswirkungen modelliert werden. Anschließend erfolgt die Modellierung der PMSM auf Basis der Grundwellenbetrachtung und Ableitung der Residualgleichungen für die Fehlererkennung. Die sinnvolle Anwendung der abgeleiteten Residualgleichungen soll anhand von dynamischen Simulationen geprüft werden. Für die Simulationen soll das frei verfügbare Werkzeug SciLab verwendet werden. Die mathematischen Ableitungen, die Simulationsergebnisse und auch der Programmcode sollen ausführlich dokumentiert werden.

MA 148

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

Description:
Exoskeletons for lower and upper extremities support movements in several contexts (e.g. in rehabilitation or during intensive work). The actuators of the different joints require lightweight electrical machines with high torque densities.

Tasks:
This work aims to do an electromagnetic design for a PMSM for use in a lower extremities exoskeleton. Literature research is used to define the requirements and to compare different concepts for PMSM on possible torque densities.

By deciding on the most suitable design concept and with defined requirements on mounting space and load cycles, electromagnetic and thermal design is to be carried out with natural convection as the cooling concept.

Required knowledge: Electric machines II and Calculation und Design of Electric Machines

The thesis will be performed under co-supervision of chair of autonomous systems and drives

MA 142

Auskunft und Betreuung: Zi

Der Ursprung des Magnetismus liegt in der Kreisbewegung der Elektronen sowie deren Spin. Der Elektronenspin selbst ist eine quantenmechanische Eigenschaft, die dem mechanischen Drehimpuls ähnlich ist und einen magnetischen Dipol darstellen. In einem externen Magnetfeld ausgerichtete Spins weisen nicht einfach die gleiche Richtung auf, sondern sie präzedieren um die Magnetisierungs-Achse herum. Die Frequenz mit der die Elektronen präzedieren wird Larmorfrequenz genannt und ist abhängig von der externen Magnetfeldstärke. Liegt zusätzlich ein hochfrequentes Querfeld vor, kommt es bei ausreichender Energiezufuhr vor, dass die Elektronenspins instantan ihre Ausrichtung ändern. Bei ferromagnetischen Materialien wird dieser Effekt der ferromagnetischen Resonanz (FMR) maximal, wenn die Frequenz des Querfeldes der Larmorfrequenz entspricht.
Für FMR-Messungen wird ein hochfrequentes Signal (typisch 9-10 GHz) benötigt, das über einen Wellenleiter zur Probe geführt wird. Gemessen und ausgewertet wird im Anschluss die Absorption dieser Mikrowellen, die bei Resonanz maximal wird. Ziel der Arbeit ist der (simulative) Entwurf der Komponenten zur Generierung des benötigten HF-Signals, zur Signalauswertung sowie die Auslegung des Wellenleiters.

MA 153

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Philipp Sisterhenn

Der Praktikumsversuch ‚Heißer Draht‘ beschäftigt sich mit der Regelung von Gleichstrommaschinen für ein Ebenenpositioniersystem. Zur Ansteuerung wird ein Echtzeitrechensystem der Firma dSpace verwendet. Die Aufgabe ist dabei, eine Metallgabel möglichst ohne Berührung entlang eines Drahtes zu führen. Die Gabel kann entweder manuell mit einem Controller oder automatisiert bewegt werden. Im automatischen Modus werden zuvor per Hand abgetastete Streckenpunkte zu einer Trajektorie verbunden und abgefahren.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, einen Algorithmus zu entwerfen und zu implementieren, der diese manuelle Abtastung ersetzt. Eine beliebige unbekannte Strecke (Draht) soll automatisiert abgefahren werden können, um so die nötigen Messpunkte für den automatischen Durchlauf zu generieren. Als Messgrößen stehen dazu lediglich die Position und der Drehwinkel der Gabel und das Kontaktsignal zur Verfügung. Zur Ansteuerung der Maschinen kann eine existierende Positionsregelung verwendet werden.
Der Versuchsaufbau beinhaltet aktuell eine feste Drahtkonfiguration. Ein Test auf einer weiteren, noch zu entwerfenden Strecke und ein Vergleich mehrerer funktionsfähiger Algorithmen wäre wünschenswert.

MA 154

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Marco Eckstein

In dieser Arbeit soll das Schaltverhalten eines GaN-basierten FETs bei negativen Ausschaltspannungen im hartschaltenden Betrieb anhand von Messungen untersucht werden. Zur Untersuchung des Schaltverhaltens soll ein bereits vorhandener Doppelpuls-Testaufbau so angepasst werden, dass der neue Aufbau die negativen Ausschaltspannungen im Bereich von 0 V bis -10 V mit guter Auflösung ermöglicht. Die weiterentwickelte Platine soll anschließend gefertigt und bestückt werden. Die Schaltgeschwindigkeiten, Ein- und Ausschaltverluste und Überspannungen/Überströme sollen für verschiedene Betriebspunkte, nämlich verschiedene Lastströme und Zwischenkreisspannungen, gemessen und verglichen werden. Weiterhin sollen die Auswirkungen negativer Ausschaltspannungen auf die Gate-Schwellenspannung in verschiedenen Betriebspunkten analysiert 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

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 dieser Masterarbeit soll der Einsatz neuronaler Netze simulativ für die feldorientierte Regelung einer permanentmagneterregten Synchronmaschine (PMSM) 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. Des Weiteren soll ein neuronales Netz entwickelt und trainiert werden, welches sowohl die Strom- als auch die Drehzahlregelung der feldorientiert geregelten PMSM durchführt. Für die Simulationen ist das Rechenwerkzeug SciLab einzusetzen. Die erstellte Software und die erreichten Ergebnisse sind ausführlich zu dokumentieren.

MA 155

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

Matrixumrichter benötigen keinen Zwischenkreis-Energiespeicher in Gestalt eines Kondensators oder einer Drossel. Daraus erschließt sich die Möglichkeit einer kompakten Bauweise. Dieser Vorteil muss mit erhöhtem Aufwand beim Ansteuern der Leistungshalbleiter erkauft werden.
Es wäre wünschenswert, wenn der Matrixumrichter mit denselben Ressourcen gesteuert werden könnte, wie ein Zwischenkreisumrichter. In dieser Arbeit soll demonstriert werden, dass die Steuerung des eines Matrixumrichters von den Messwerten bis zur Ausgabe des Pulsmusters in einem einfachen Mikrocontroller realisiert werden kann.
Hierfür sollen auf dem Mikrocontroller die Mess- und Sollwerte stationärer Betriebspunkte simuliert werden. Die vom Mikrocontroller erzeugten Pulsmuster werden mit einem Logic-Analyzer abgetastet und anschließend mit Hilfe eines Matrixumrichter-Modells in der Simulationsumgebung PLECS auf Richtigkeit überprüft.

MA 149

Auskunft und Betreuung: Dr.-Ing. Jens Igney

The Finite Difference Method (FEM) is one of the numerical technique to perform an analysis of any given physical phenomenon. As an intuitive and easy method, this method can show relatively short computation time in comparison to the Finite Element method, because it focusses the calculation on the component of interest. However, this method has a drawback of not being able to support complex geometries. In order to improve this drawback, the Magnetic Equivalent Circuit (MEC) is applied as a numeric method with fast calculation and reasonable accuracy. Therefore, by coupling those two methods, the design process of the electrical machine could be improved.
As a first step, the coupling of two methods should be implemented in a 2-D simplified model corresponding to the Cartesian and Polar coordinate system. This step considers both linear as well as non-linear magnetic materials. Based on the first work, the electrical machine named Flux Reversal Machine is used to apply this method implemented in the above step. The core, coils and PMs are calculated by MEC, but for the air gap of the electrical machine fine mesh will be used compared to the other parts of the machine. Therefore, the application of FDM to the air gap will enable accurate and fast overall calculation. Additionally, applying the Hybrid Explicit Group iterative solver (HEG) helps to improve computational calculations despite large-scale linear systems In the end, the verification of results is demonstrated by carrying out the comparative analysis with the FEMM.

MA 147

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Jaeho Ryu

Matrixumrichter sind selbstgeführte gepulste Direktumrichter, die bis auf ein Netzfilter ohne reaktive Bauelemente auskommen. Freiheitsgrade bei der Berechnung der Pulsmuster des Matrixumrichters für übliche antriebstechnische Anwendungen führen dazu, dass dieselben Sollvorgaben des kurzzeitigen Mittelwerts mit unterschiedlichen Pulsmustern bewerkstelligt werden können. Das hat zu einer unüberschaubaren Vielzahl an Steueralgorithmen geführt.

In dieser Arbeit soll eine MATLAB-App erstellt werden, mit der die Modulation für die Dauer einer Modulationsperiode auf verschiedene Arten visualisiert werden kann. Verschiede Möglichkeiten der Soll- und Istwertvorgabe, sowie verschiedene Möglichkeiten der Visualisierung sollen gleichzeitig und miteinander verknüpft dargestellt werden.

MA 145

Auskunft und Betreuung: Dr.-Ing. Jens Igney

Die gegenüber Silizium deutlich besseren physikalischen Eigenschaften von Galliumnitrid sind der Grund dafür, dass die GaN-basierten Leistungsbauelemente in der Leistungselektronik zunehmend an Bedeutung gewinnen. Allerdings leiden GaN-HEMTs im Vergleich zu Si- und SiC-Bauelementen unter einer weitaus geringeren Kurzschlussfestigkeit. Um die Zuverlässigkeit von GaN-Bauelementen in den Anwendungen zu gewährleisten, ist die Entwicklung geeigneter Methoden zur Kurzschlusserkennung und -abschaltung zu einem der wichtigsten Anliegen in praktischen Anwendungen geworden.
Im Rahmen dieser Arbeit soll eine geeignete GaN-basierte Halbbrücken-Kurzschlusserkennung und -abschaltung implementiert und getestet werden. Im ersten Schritt soll die maximal tolerable Kurzschlusszeit und damit verbundene Kurzschlussenergie für den zu prüfenden GaN FET anhand einiger Kurzschlusstests gemessen werden. Die zu entwickelnde Methode sollte eine Reaktionszeit unterhalb dieser Kurzschlusszeit haben, um den Kurzschluss zu erkennen und das System vor dem Ausfall abzuschalten. Es sollten mehrere Ansätze zur Kurzschlussüberwachung analysiert und verglichen werden, um eine geeignete Methode zu finden. Abschließend wird der gewählte Schutzabschaltungsmechanismus an einer realen DC-DC Wandler Topologie getestet, um die Funktionalität im realen Betrieb sicherzustellen.

MA 144

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Shima Khoshzaman

Normalerweise werden elektrische Maschinen mit hoher Drehmomentdichte durch ein Kühlungssystem mit Hilfe eines Wassermantels um den Stator herum gekühlt. Um das Kühlsystem zu entwerfen, ist es nötig, sowohl die elektromagnetischen als auch die thermischen Eigenschaften der Maschine detailliert zu untersuchen. Die elektromagnetischen Eigenschaften der Maschine können mit Hilfe von Finite-Elemente-Simulationen untersucht werden. Die Modellierung des thermischen Verhaltens der Maschine ist jedoch komplizierter und erfordert die Darstellung von Luft- und Wasserströmungen durch Computational Fluid Dynamics Modelle.
In dieser Arbeit soll das Wasserkühlsystem einer MGSPMM (Magnetic Gear Synchron Permanent Magnet Motor) mit Hilfe von COMSOL Multiphysics analysiert werden. Ziel dieser Arbeit ist es, das thermische Verhalten der Maschine nachzubilden und Informationen zu extrahieren, die für die Modellierung eines thermischen Ersatzschaltbilds benötigt sind. Dabei soll besonders der Einfluss der Modulatoren auf den Wärmetransport innerhalb der Maschine untersucht werden.
Um dieses Ziel zu erreichen, wird zuerst in COMSOL ein 2D-Modell erstellt, um das Basiswissen der Software zu verstehen und zu nutzen. Anschließend soll dieses Modell zu einem stationären 3D-Modell erweitert und simuliert werden, um die Ergebnisse mit dem 2D-Modell zu vergleichen. In einem weiteren Schritt wird dem Modell die Wassermantelkühlung hinzugefügt, um deren Einfluss auf die Wärmeableitung zu untersuchen. Abschießend ist es wünschenswert, das stationäre 3D-Modell zu einem transienten 3D-Modell zu erweitern, um die Auswirkungen verschiedener geometrischer Parameteränderungen auf das thermische Verhalten zu untersuchen.

MA 134

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Babak Dianati

Ein essentieller Bestandteil elektrischer Maschinen ist deren Kühlung. Insbesondere bei Einsatz von Permanentmagneten muss darauf geachtet werden, dass diese durch Überhitzung nicht zerstört werden.
Es soll für eine flussschaltende Maschine ein Kühlkonzept erarbeitet werden. Eine Besonderheit des verwendeten Maschinentyps ist der Aufbau des Stators aus kornorientierten Blechen, wie sie üblicherweise in Transformatoren verwendet werden. Bei der Simulation müssen daher nichtlineare anisotrope Materialkennlinien berücksichtigt werden, sowie Effekte durch die notwendige Segmentierung des Stators.
Ziel ist es, eine Möglichkeit zu finden, die im Stator entstehende Wärme ausreichend abzuführen und die Permanentmagnete vor Überhitzung zu schützen. Ferner muss auch eine geeignete Methode gefunden werden, die Materialkennlinien für kornorientierte Bleche in diese Simulationen ohne Konvergenzprobleme einzubinden. Die Berechnung soll mittels 2D- sowie 3D Simulationen in COMSOL erfolgen.

MA 141

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Philipp Sisterhenn

Matrixumrichter sind selbstgeführte Direktumrichter, die bis auf ein Netzfilter ohne reaktive Bauelemente auskommen. Durchlassspannung der Halbleiter, Schaltverzögerung und mehrschrittige Kommutierungsstrategien führen dazu, dass Sollwerte der Spannung nicht fehlerfrei umgesetzt werden. Diese Störung macht sich in der regelungstechnischen Strecke als Nichtlinearität bemerkbar.
In dieser Arbeit soll ausgehend von einer Literaturrecherche ein geeignetes Verfahren zur Linearisierung der Modulation ermittelt und umgesetzt werden. Dem Bearbeiter steht hierfür ein funktionsfähiges Matrixumrichter-Modell in der Simulationsumgebung PLECs zur Verfügung. Die Modulation ist durch Ergänzungen im C-Code und u. U. weiteren Anpassungen zu linearisieren.

MA 140

Auskunft und Betreuung: Dr.-Ing. Jens Igney

The PMs in the rotating machines such as PMSM, FRM, etc. are exposed to the armature magnetic field that contains high order of space and time harmonics so that the magnetic losses in PMs are not negligible. The energy by these magnetic losses (e.g. hysteresis loss, eddy current loss) is converted into thermal energy, and reflected in temperature field distribution because Joule heating arises. In particular, excessive heat generated in PMs causes demagnetization that reduces the efficiency of the PMs application such as the rotating machines. Among these magnetic losses that cause excessive heat, this research will focus on the calculation and analysis of temperature in the PMs according to eddy current losses.
A PMs model to calculate the thermal field will start with a 1-dimensional slab and extend to 2- dimensional models with steady-state heat conduction. These models for calculating heat transfer will be investigated based on the finite difference method (FDM) as a numerical solution by using Matlab. In particular, using energy balance method approach that represents the change in temperature profile in models and taking all directions of heat transfer under boundary conditions on a control volume will be carried out under the steady-state condition. Therefore, this research will provide an understanding of the thermal field generated in PMs. The results are made through mathematical verification, and will be a cornerstone for the PMs optimized design.

MA 139

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Jae Ho Ryu

Aus Kosten- und Wartungsgründen wurden unterschiedlichste Regelverfahren entwickelt, die auf die Verwendung eines Lagegebers verzichten können. Im unteren Drehzahlbereich werden dafür zusätzliche Testsignale zur Herstellung der Beobachtbarkeit der Maschine eingespeist. Ziel dieser Arbeit soll sein, für eine Synchronreluktanzmaschine aktuell bestehende Ansätze in der Literatur und am Lehrstuhl zu vergleichen. Es sollen alternierende und rotierende rechteckförmige Testsignalmethoden mittels Simulation in MATLAB Simulink verglichen werden im Hinblick auf den Implementierungsaufwand, die Dynamik der Schätzung, der Bandbreite der Regelung und Robustheit.
Wünschenswert wäre auch eine Gegenüberstellung mit einem sinusförmig rotierenden Verfahren.

Voraussetzung: EAT2, MZR

MA 136

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Martha Bugsch

Der Einsatz elektrischer Antriebe als Traktionsmotor von Elektrofahrzeugen erfordert eine hohe Überlastfähigkeit. Grundvoraussetzung hierfür ist der thermische Schutz aller Komponenten und die Diagnose von thermisch kritischen Zuständen. Hierdurch rücken thermische Modelle z.B. für den Zwischenkreiskondensator oder das thermische Modell einer Zwischenkreisverschienung in den Fokus.
Zur Parameter-Identifikation dieser Modelle werden typischerweise dedizierte Messungen wie z.B. Sprungantworten durchgeführt. Dies erscheint aufgrund der schnellen Entwicklungsprozesse im Automotive-Bereich jedoch nicht mehr zeitgemäß: Oftmals bleibt keine Zeit für dedizierte Messungen, es existieren aber bereits große Mengen an Messdaten, beispielweise aus Messfahrten von Fahrzeugen oder sogar aus Flottenerprobungen.
Ziel der hier beschriebenen Untersuchung soll es sein, die Parameter-Identifikation auf Basis vorhandener Messdaten durchzuführen. Die Auswahl der Parametersätze soll durch Optimierungsalgorithmen erfolgen. Zunächst sollen aus der Literatur geeignete Optimierungsalgorithmen ausgewählt werden. Deren Anwendbarkeit auf die Parameter-Optimierung verschiedener thermischer Modelle soll den ersten Schwerpunkt dieser Forschungsarbeit darstellen. Dabei sollen zunächst unterschiedliche Optimierungskriterien und die daraus resultierenden Parameter verglichen werden. Anschließend ist ein Vergleich verschiedener Gewichtungen der Optimierungskriterien durchzuführen. Es soll zum einen der Rechenaufwand minimiert, zum anderen aber auch die Tauglichkeit der resultierenden Parametersätze in relevanten Szenarien evaluiert werden (WLTP-Zyklus, thermisch kritische Dauerpunkte, kurzzeitige Überlast,…). Dabei sollen verbleibende Abweichungen zwischen Messung und thermischem Modell auf ihre Ursache untersucht werden. Die Anpassung des Optimierungsalgorithmus als Abhilfemaßnahme verbleibender Abweichungen ist durchzuführen. Abschließend sollen als Ausblick potentielle Anpassungen der thermischen Modelle auf Basis der Optimierungsergebnisse abgeleitet werden.

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Karsten Knörzer, Dr. Christoph Hittinger

Ein bewährtes analytisches Modell zur Berechnung und Auslegung von elektrischen Maschinen anhand der geometrischen Verteilung der Wicklung ist die Oberwellentheorie (auch Spulenmodell). Stator und Rotor einer elektrischen Maschine stehen in gegenseitiger magnetischer Wechselwirkung. Ausgehend von einer sinusförmigen Speisung entstehen dabei im magnetischen Feld sowie in den Maschinenströmen Oberwellen- und -schwingungen abseits der Grundwelle. Es entsteht ein Spannungsgleichungssystem in dem jede Oberwelle von Stator oder Rotor einen eigenen Eintrag besitzt. Berücksichtigt man den Betrieb der Maschine an einem Umrichter wächst dieses Spannungsgleichungssystem in Abhängigkeit des Oberwellengehalts der getakteten Speisung.
Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Kombination aus Oberwellentheorie und getakteter Speisung anhand der Simulation einer möglichst einfachen Maschinentopologie. Dazu soll in Matlab die Oberwellentheorie unter Berücksichtigung getakteter Speisung implementiert werden. Abschließend wäre eine Verifikation der Ergebnisse mittels einer Finite Elemente Simulation wünschenswert.
Voraussetzung: Vorlesung Elektrische Maschinen 1

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Matthias Stiller

Synchronreluktanzmaschinen können ähnlich zu Asynchronmaschinen auch gesteuert betrieben werden. Der Verzicht auf eine Regelung wird vor allem im Industriebereich als kostengünstige Alternative für Pumpen, Lüfter oder Kompressoren angeboten.
Im Rahmen dieser Masterarbeit sollen vorhandene Verfahren recherchiert und auf eine Synchronreluktanzmaschine angewendet werden. Diese sind anhand geeigneter Kriterien untereinander zu vergleichen und in ihren Eigenschaften zu beurteilen.
Abschließend soll der gesteuerte Betrieb mit einem Standardregelverfahren hinsichtlich Wirkungsgrad und Dynamik verglichen werden. Dafür benötigte Messungen sind am Prüfstand durchzuführen.

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Martha Bugsch

Wird ein elektrischer Leiter in ein elektrostatisches Feld gebracht, so ordnen sich die freien Ladungsträger (Elektronen) an den Oberflächen des Leiters an, so dass das Innere des Leiters feldfrei wird. Die Bewegung der freien Ladungsträger endet dann, wenn sich ein Kräftegleichgewicht zwischen den freien Ladungsträgern und dem externen elektrischen Feld eingestellt hat. Für eine beliebige externe Feldverteilung ergibt sich dann auf der Oberfläche des Leiters eine resultierende Ladungsverteilung. Diese Ladungsverteilung soll im Rahmen dieser Arbeit untersucht werden.
Ziel dieser Arbeit ist die Erstellung eines dynamischen, 2-dimensionalen Discrete-Element-Modells zur Darstellung des kollektiven Verhaltens der freien Ladungsträger, welches qualitativ die Ladungsverteilung im elektrischen Leiter und auf den Oberflächen bei Vorhandensein eines vorgegebenen externen elektrostatischen Feldes ermöglicht. Das Modell soll beliebige Leitergeometrien und externe elektrostatische Felder nachbilden können. Die Erstellung des Simulationsmodells soll in SciLab erfolgen.

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

Zur Verringerung von Wirbelstromverlusten bestehen Stator- und Rotorpakete elektrischer Maschinen aus isolierten Einzelblechen. Die mechanische Umformung der Elektrobleche erfolgt durch unterschiedliche Verfahren, wie dem Stanzen, Erodieren oder Laserschneiden. Durch den Schneidprozess kommt es unter anderem zur lokalen Beeinflussung der magnetischen Eigenschaften an den Schnittkanten. Diese Materialveränderung äußert sich merkbar in den Ummagnetisierungsverlusten der Maschine.

Es soll ein analytisches Modell einer elektrischen Maschine erstellt werden, mit dem Schnittkanteneinflüsse aufgrund des Fertigungsprozesses berücksichtigt werden können. Eine Möglichkeit hierfür ist die Verwendung eines Relkutanznetzwerks mit einer verringerten Randschicht-Permeabilität. Die Blechgeometrie und die lokalen magnetischen Eigenschaften sollen dabei möglichst genau abgebildet werden. Aus den resultierenden Flussverläufen sollte die Berechnung der Ummagnetisierungsverluste in segmentierten Bereichen möglich sein. Die Berechnung erfolgt mit Matlab unter Verwendung geeigneter mathematischer Verfahren. Die Verifikation der entwickelten Modelle soll mittels Finite-Elemente-Analysen (femm) durchgeführt werden.

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Philipp Sisterhenn

Aus dem täglichen Leben ist es vielleicht bekannt, dass es mit Smartphone-Diensten wie Shazam oder Sound-Hound innerhalb von kürzester Zeit möglich ist Titel und Interpret eines gerade laufenden Musikstückes zu identifizieren.
Der hierfür verwendete Algorithmus zeichnet sich durch einen äußerst minimalen Datensatz aus, der für die Identifikation und Suche des Musikstückes in einer Datenbank notwendig ist. Außerdem weist das Verfahren eine beachtliche Robustheit gegenüber Störgeräuschen auf.
In dieser Arbeit soll zunächst die genaue Funktionsweise des Identifikations- und Suchverfahrens von Shazam (oder ähnlichen Diensten) recherchiert und dokumentiert werden. Danach soll eine Implementierung des „Shazam-Algorithmus“ in Matlab erfolgen. Das Ziel ist es mit programmierten Verfahren verschiedene elektrische Maschinen bzw. deren Betriebszustand zu identifizieren.
Im Laufe seiner Entwicklung soll das entstehende Verfahren bezüglich Genauigkeit (Trefferquote) sowie Identifikationsgeschwindigkeit kontinuierlich bewertet werden.

Auskunft und Betreuung: M.Sc. Johannes Wagner

In vielen praktischen Anwendungsfällen wird aufgrund der geringeren Komplexität häufig nur das Grundwellenverhalten einer elektrischen Maschine betrachtet. Jedoch kommen u.a. durch die Nutung, die Rotorgeometrie und die Sättigung Einflüsse hinzu, die sowohl in der resultierenden Luftspaltflussdichte als auch in den daraus ableitbaren absoluten und differentiellen Induktivitäten für höhere Harmonische sorgen können.
Diese Masterarbeit soll eine Abschätzung liefern, inwieweit ihre Berücksichtigung im Rahmen der Regelung aus theoretischer Sicht erforderlich sein kann.
Dafür soll zunächst ein FEMM Modell der SynRM dahingehend untersucht werden, welche Harmonischen in den Induktivitäten im feldorientierten Koordinatensystem auftreten. Anschließend sind analytische Ansätze zu evaluieren, die durch eine getrennte Modellierung der einzelnen Effekte die Ursache der jeweiligen Harmonischen herausarbeiten können.

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

• Modellbasierte Entwicklung eines thermischen Modells von Invertern
• Simulation eines klassischen Matrixumrichters mit PLECS
• Evaluation bestehender Verfahren zur geberlosen Regelung einer Synchronreluktanzmaschine mittels MATLAB/Simulink
• Analyse des Vibrations- und Geräuschverhaltens einer Synchronreluktanzmaschine
• Automatisierte Charakterisierung von Leistungshalbleiter-Bauelementen
• Grundlegende Untersuchungen zur Anwendung der Diskrete-Elemente-Methode bei magnetischen Objekten
• Lagegeberlose Regelung einer permanentmagnetgestützten Synchronreluktanzmaschine im gesamten Drehzahlbereich
• Entwurf und Implementierung einer Software zur Ansteuerung eines GaN-Umrichter-Boards zur Vermessung magnetischer Eigenschaften von Elektroblechen
• Aufbau, Implementierung und Inbetriebnahme eines Miniaturprüfstands für den Einsatz als Praktikumsversuch
• Analyse und Realisierung von Mesh-Netzwerken für vernetzte Solarumrichter
• Optimaler Betrieb von elektrisch erregten Synchronmaschinen mit minimalen Kupferverlusten in Automotive Anwendungen
• Modellierung einer einphasigen flussreversierenden Maschine (FRM) mit der Sub-Domain-Methode
• Neutralpunktstabilisierung für Dreipunktstromrichter mit Neutralpunktklemmung bei Ausfall eines IGBTs
• Entwurf eines Praktikumsversuchs für ein Ebenenpositioniersystem
• Berechnungsvarianten für Induktivitäten von selbsttragenden Wicklungen
• Grundlegende Untersuchungen zur Messung und Modellierung von Verlusten in elektrischen Maschinen bei Speisefrequenzen von bis zu 150 kHz
• Testsignalbasierte Magnettemperaturschätzung bei permanenterregten Synchronmaschinen in Automotive Anwendungen
• Modellierung des akustischen Verhaltens einer Synchronreluktanzmaschine
• Erkennung von Rotorfehlern in elektrischen Maschinen
• Neuronale Netze zur Maschinenparameterschätzung in der Antriebstechnik
• Erweiterung einer 48 V-GaN-Umrichterplattform für den Einsatz in einer Übung
• Vergleich und Funktionalitätsnachbildung von 2D finite Elemente Berechnungsprogrammen für elektrische Maschinen
• Aufbau eines 2D finite Elemente Berechnungsprogramms für elektrische Maschinen basierend auf offenen Softwarepaketen
• Simulation und Implementierung von Modulationsverfahren für einen Three Level Active Neutral Point Clamped Inverter
• Verlustoptimaler Betrieb einer Synchronreluktanzmaschine