Realisierung einer feldorientierten Regelung für Asynchronmaschinen auf einem DSP TMS320F2808 und einem [mu]C XC167CI sowie Umsetzung der Ansteuerung des Wechselrichters auf einem FPGA Spartan 3. - 84 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Im Verlauf der Diplomarbeit wurde die Drehzahlregelung mit dem [mu]C XC167CI und dem DSP TMS320F2808 realisiert. Zum Bestimmen der Drehzahl wurde eine Encoderplatine angefertigt, welche die Signale des Encoders so aufbereitet, dass die Drehzahl in den Controllern gemessen werden kann. Für den DSP mussten zusätzliche Platinen zur Anpassung der Messsignale (Zwischenkreisspannung und Ströme) erstellt werden, da dies auf dem Wechselrichterboard nicht zur Verfügung stand. Anschließend wurde die Kommunikation zwischen dem [mu]C und dem FPGA Spartan 3 sichergestellt. Mit der vom [mu]C berechneten Ausgangspannung (Betrag und Phasenwinkel) berechnet der FPGA die Ansteuersignale für den Wechselrichter. Ein nächster Schritt wäre, die zusätzlich angefertigten Platinen in das Layout des Wechselrichterboards zu implementieren.
Inbetriebnahme eines netzgekoppelten Umrichters zur Speisung des Rotors einer Windkraftanlage. - 72 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2009
Enth. außerdem: Thesen
Zur Zeit steht die aktuelle Aufgabe, die erneuerbaren Energieressourcen für die Energieversorgung zu nutzen. Eine wichtige erneuerbare Energieressource ist die Windenergie. In dieser Arbeit ist die Regelung der Windkraftanlage mit der Doppeltgespeister Asynchronmaschine dargestellt. Die Vorteile dieses Systems sind das Sinken der Umrichterkosten und einen um etwa zehn Prozent höhere Energieausbeute als mit drehzahlfesten Anlagen. Der Umrichter besteht aus netzseitigem Wechselrichter und generatorseitigem Wechselrichter. Die Ziele der Regelung des netzseitigen Wechselrichters sind die Regelung der Netzstromkomponenten für die definierte Einstellung der Wirkleistungs- und Blindleistungsabgabe in das Netz und die Regelung der Zwischenkreisspannung. Das Ziel der Regelung des generatorseitigen Wechselrichters ist die Umsetzung der feldorientierten Regelung. Die Feldorientierung ist die Realisierung der Entkopplung von feld- und momentbildenden Stromkomponenten. In dieser Weise sind das Drehmoment und der Magnetisierungsstrom bzw. der Rotorfluss unabhängig voneinander regelbar. Für die Realisierung der Steuerhardware wurde die neue Steuerkarte auf der Basis des digitalen Signalprozessors TMS320F2808 von Texas Instruments verwendet und die Anpasskarte für die Ankopplung der Steuerkarte an das Leistungsteil aufgebaut. Die realisierte Steuersoftware besteht aus einer Ablaufsteuerungsroutine für die Betriebsführung des Systems, der Fehlererkennungsroutine für die Erkennung von dem Überstrom und anderen Fehlern und dem Steuerprogramm des Netzwechselrichters. Für die Inbetriebnahme der feldorientierten Regelung des Generators wurde ein Basisprogramm vorbereitet. Im Ergebnis wurde die Regelung des netzseitigen Wechselrichters getestet. Der Netzwechselrichter wurde mit einer externen Spannungsquelle in beiden Energieflussrichtungen bis zur Nennleistung getestet. Die Regelung der Zwischenkreisspannung und des Netzstroms hat die erforderliche hohe Dynamik. Der statische Fehler der Zwischenkreisspannungsregelung ist Null, aber die Oberschwingungen des Netzstromes sind noch zu groß. In der Regelung des Netzwechselrichters sind keine Regler für Oberschwingungen implementiert. Da die im Netz vorhandenen Spannungsoberschwingungen keine Gegenspannung am Wechselrichterausgang haben, fließt ein relativ großer Oberschwingungstrom. Diese Kompensation ist eine weitere Aufgabe für die Verbesserung der Netzspannungsqualität. Die Funktion der Software zur Steuerung des Generatorwechselrichters wurde mit einem Steuerprogramm zur Vorgabe von Frequenz und Spannungsamplitude der Generatorspannung getestet. Eine weitere Hauptaufgabe ist die Realisierung der feldorientierten Regelung und die Inbetriebnahme des Insel- und des Netzbetriebs mit einer Windquelle. Für ein schnelles Abbauen der Überspannung nach einem Lastabwurf sowie den Schutz der Anlage vor Überspannung ist es notwendig, einen Bremschopper anzusteuern. Eine weitere Aufgabe des Schutzsystems ist Realisierung eines Übertemperaturschutzes. Diese Funktion wird durch die Steuerkarte und die Verarbeitung der Temperatursignale der Wechselrichter realisiert.
Entwurf und Realisierung einer Steuersoftware zur Parallelschaltung von einphasigen Wechselrichtern. - 76 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2009
Die zu lösende Hauptfragen dieser Arbeit war die Bildung eines Inselnetzes durch die Parallelschaltung von zwei Wechselrichtern. Für die Inselnetzbildung war die Entwicklung der Steuerung (Kapitel 3.1) notwendig. Sie entspricht völlig einem echten Netz. Das Inselnetz liefert eine sinusförmige Ausgangspannung mit einem Effektivwert von 220 V und einer Frequenz von 50 Hz. Weil die Kommunikation zwischen den Wechselrichtern fehlt, wird für die Synchronisation der PLL-Block benutzt. Er synchronisiert die Ausgangsfrequenz und die Ausgangsspannung des zuschaltenden Wechselrichters auf die Ausgangfrequenz und Ausgangspannung des Inselnetzes. Bei dieser Parallelschaltung gibt es folgende Probleme: Bei der Zuschaltung deines Wechselrichters auf ein Inselnetz gibt es einen großen Einschaltstrom (Abbildung 38) unter Belastung. Der Einschwingprozess nachdem Einschalten / Ausschalten der Belastung dauert 80 ms. Für der Paralleleinschaltung zwei Wechselrichter muss unbedingt ein Anpassungswiderstand benutzt werden. Der Ausgangstrom hat eine dritte Harmonische. Für Lösung dieser Probleme wurden ein P-Regler und ein Korrektur-Block (dieser wirkt wie ein virtueller Anpassungswiederstand für die Synchronisation) angewendet. Damit gab es folgende Ergebnisse: Genau Synchronisation zweier Wechselrichter. Kein Puls bei statische Arbeit. Übergangsvorgang dauert 4 ms. Ausgangsstrom ist sinusförmig. Die Regelung der Ausgangsspannung erfolgt im Bereich zwischen 207 V und 253 V. Der Ausgangsstrom ist sinusförmig und hat einen maximalen Effektivwert von 14.5 A. Die Kennlinie der Statik-Kennlinie der Ausgangspannung und der Ausgangsfrequenz in Abhängigkeit von den Stromkomponenten (Kapitel 4.2.2 Abbildung 34, 35) entspricht den theoretischen Kennlinien (Kapitel 1.3 Abbildung 10, 11; Kapitel 3.1.2.1, Abbildung 26 und Kapitel 3.1.2.2 Abbildung 27). Es gibt keine Einschaltstromspitze bei der Zuschaltung eines Wechselrichter unter Belastung. Als Nachteil dieser Regelung gibt es: Der Strom durch Wechselrichter ist nicht sinusförmig. Im Leerlauf gibt es einen Kreisstrom zwischen den Wechselrichtern. In der Praxis wurde festgestellt, dass ein Wechselrichter bei Belastung von 1 kW stabil arbeiten kann. Auch bei maximaler Ausgangsleistung von 3 kW kann der Wechselrichter für die zulässige Zeit stabil arbeiten. In dieser Zeit muss der zweite Wechselrichter die parallele Arbeit aufnehmen oder der bereits laufende Wechselrichter schaltet sich nach der eingestellten Zeit automatisch ab. Bei einer größeren Ausgangleistung müssen für einen Dauerbetrieb mehrere Wechselrichter parallel arbeiten und jeder Wechselrichter soll mit einer Leistung unter 1 kW belastet werden. Die Grenze für die Anzahl der parallel geschalten Wechselrichter gibt es nicht. Durch die Statik der Frequenz- und Spannungsregelung synchronisieren sich die Wechselrichter und teilen die Belastung gleichmäßig alle aktiven Wechselrichter auf. Auf dieser Grundlage kann man in der Zukunft jedes Hauses mit einer Solarbatterie ausstatten und ein Inselnutz bilden. Das erlaubt eine effektive Nutzung der Solarenergie.
Mathematische Bestimmung und simulative Validierung eines DASM-Modells unter besonderer Berücksichtung der Gegensystemkomponenten der Zustandsgrößen. - III, 74 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Der Ausgangspunkt dieser Arbeit war die Betrachtung der DASM unter besonderer Berücksichtigung des Gegensystems. Dazu wurden die elektrischen Größen der Maschine getrennt nach Mit- und Gegensystemgrößen untersucht. Das Ziel dieser Arbeit war es, eine Regelung für Läuferströme zu finden, mit der die Gegensystemkomponenten im dq-Koordinatensystem gezielt ausgeregelt werden können, damit die Maschine nicht durch das Gegensystem beschädigt wird. Um das Gegensystem der Dreiphasen-Asynchronmaschine gezielt durch eine Regelungsstrategie zu beeinflussen, wurden die Größen der Maschine zuerst mit Hilfe des Fourierreihenansatz in Mit- und Gegensystemgrößen zerlegt. Da die Regelgröße als Gleichgröße besser geregelt werden kann, wurden die Systemgrößen weiter in dq-Koordinaten transformiert. Anschließend wird das vorliegende mathematische Modell in ein Simulink-Modell umgewandelt. Danach wurde die Regelstrecke bestimmt, wodurch man entscheiden kann, welche Regelungsstrategie sich für die Regelstrecke eignet. Die Erste Regelungsstrategie: Kaskadenregelung - Für diese Strategie wird eine Kaskadenregelung mit vier äußeren Schleifen für die Ständerströme und mit vier inneren Schleifen für die Läuferströme aufgebaut. Diese Regelung wurde nicht umgesetzt. Weil die Hauptinduktivität viel größer als die Streuinduktivität ist, ist der Ständerstrom fast gleich dem Läuferstrom. Die Regelung erscheint daher nicht sinnvoll. Das Modell wurde weiter mit zweiter Regelungsstrategie untersucht. - Die Zweite Regelungsstrategie: PI-Regler - Die Läuferströme im Mit- und Gegensystem wurden mit PI-Reglern geregelt. Der Vorteil der Strategie besteht drin, dass diese Regelungsstrategie mit einem analogen Regler realisiert werden kann. Die Reglerparameter können einfach per Hand eingestellt werden. Ihr Nachteil ist, dass die Verkopplungen zwischen dem Mit- und Gegensystem und dq-Komponenten nicht einfach gelöst werden können. - Die Dritte Regelungsstrategie: Entkopplungsregler - Um die Verkopplungsprobleme zu lösen, braucht man in diesem Fall einen Entkopplungsregler. Mit diesem Regler können die Läuferströme gezielt geregelt werden. Der Entkopplungsregler muss durch einen digitalen Regler implementiert werden. Das ist kompliziert zu realisieren. - Ausblick - Bisher wurden die oben genannten Regelungsstrategien für eine Dreiphasen-Asynchronmaschine im Mit- und Gegensystem vorgestellt. In dieser Arbeit wurde der Wechselrichter vernachlässigt und durch ideale Spannungsquellen ersetzt. Die Integration des Wechselrichters in Modell und Regelungsstrategie ist noch offen. Außerdem wurde die Robustheit des Systems mit Entkopplungsregler gegenüber Parameteränderungen noch nicht betrachtet. Um die Robustheit des Systems beizubehalten, braucht der Entkopplungsregler zusätzlich einen PI-Zustandsregler. Dafür führt man den Vektor der Regelgrößen zurück, vergleicht ihn mit dem Führungsvektor und erhält einen Regeldifferenzvektor, den man auf einen PI-Regler schaltet.
Streuungseinengung über aktorindividuellen Prooftest für Peizo-Aktoren in Common Rail Piezo Injektoren. - 61 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2009
Das Stellglied der Piezo-Injektoren ist der Piezo-Aktor. Die Aktoren werden über ihre wichtigste Kenngröße, den Hub, definiert. Zur Herstellung der Aktoren wird eine Keramik aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) verwendet. Bevor die Aktoren zum Verbau in Injektoren abgeliefert werden, erfolgt eine Endprüfung, die "Automatische Messug Aktor" (AMA). Im Rahmen der AMA werden die Aktoren dem Prooftest unterzogen. Während des Prooftest werden die Eigenschaften der PZT-Aktoren finl eingestellt. In dieser Thesis erfolgt eine Quantifizierung der Einflüsse der Prooftestparamter auf den Hub des Aktors. Mit Hilfe der gewonnenen Erkenntnisse, wird ein Versuchsplan aufgestellt, mit dem die Streuung des Aktorhubes eingegrenzt werden kann. Es gelang die Standardabweichung der Hubverteilungen der PZT-Aktoren um 23% bzw. 30% zu reduzieren.
Quantifizierung von parasitären Elementen zur Analyse von Kommutierungskreisen. - 79 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Durch das Ansteigen der Schaltfrequenzen wächst der Einfluss der Schalterumgebung am Schaltverhalten und den Schaltverlusten. Jedoch ist es kaum möglich detailierte Informationen über die parastären Elemente in einer Schaltung aus den Messungen heraus zu erhalten. Daher wird in dieser Diplomarbeit ein Verfahren beschrieben, um aus der Berechnung der parasitären Elemente eines realen Messaufbaus ein möglichst vollständiges Ersatzschaltbild zu erhalten.
Implementierung von Oberschwingungsreglern für einen vierphasigen Wechselrichter mit oberschwingungsbelastetem Neutralleiter. - 66 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde Implementierung von Oberschwingungsreglern für einen vierphasigen Wechselrichter mit oberschwingungsbelastetem Neutralleiter vorgestellt. Die Ausgangsspannung wurde in der Gleichgroßen zur Steuerung der Umrichter zerlegt. Diese Art des Wechselrichters ist eine gute Wahl für die Anwendungen der Inselnetzen mit der unsymmetrisch harmonischen Lasten. Der vierte Leiter wurde für die Nullsystemregelung verwendet. Simulationsergebnisse wurden mit experimentellen Ergebnissen für eine Prototyp-Wechselrichter verglichen,um die Gültigkeit der vorgeschlagenen Strategie zu überprüfen.
Untersuchungen zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens parallel kaskadierter Umrichter. - 61 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Die Anforderungen an das Regelungssystem einer Gleichspannungsquelle und Last für den Einsatz in einem Testumfeld steigen mit der Weiterentwicklung der Prüflinge. Dabei ist nicht einzig das Einschwingverhalten entscheiden, sondern vielmehr die Reaktion auf pulsförmige Belastung des Ausganges. Im Rahmen dieser Arbeit wird daher zunächst ein vorhandener Spannungswechselrichter analysiert, um anschließend eine hochdynamische Regelungsstruktur zu entwerfen. Ein besonderes Augenmerk wird bei der Analyse auf die Entstehung von Totzeiten im gesamten Regelungssystem gelegt, da diese das erzielbare dynamische Verhalten maßgeblich einschränken. - Die verwendete, parallel kaskadierte, Topologie bietet zwar die Möglichkeit einer sehr hohen erzielbaren Dynamik, bringt jedoch auch die Gefahr einer unsymmetrischen Stromaufteilung mit sich. Es werden deshalb einige mögliche Ursachen der ungleichen Stromaufteilung herausgestellt, um abschließend eine Erweiterung der Ansteuerung zu entwickeln, die diesem entgegenwirkt.
Analyse und Optimierung von passiven EMV-Filtermaßnahmen in einem Wechselrichter für Hybridfahrzeuge. - 114 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Die Verwendung von elektrischen Antrieben in Fahrzeugen bietet ein großes Potential die Energieeffizienz maßgeblich zu verbessern und dabei das Fahrzeug dynamischer zu betreiben. Dieser Schritt ist aufgrund der globalen Herausforderung zur Reduktion der Treibhausgase zwingend erforderlich. Die Grundlage hierfür bildet neben einem ausreichend großen elektrischen Energiespeicher die Leistungselektronik eines Hybrid-Fahrzeugs. - Frequenzumrichter für steuerbare Antriebe sind in dieser Leistungsklasse in Industrieanwendungen Stand der Technik. Um diese Technologie wirtschaftlich in Fahrzeugen anwenden zu können, bedarf es Innovationen um die strengen EMV-Normen, die für Fahrzeuge wegen der räumlichen Nähe zu sicherheitsrelevanten elektronischen Systemen und Rundfunkempfängern bestehen, zu erfüllen. - Diese Diplomarbeit liefert dazu einen Beitrag, indem sie die Wirkung passiver Filterelemente im Wechselrichter SKAI 2 analysiert und optimiert. Dabei werden als theoretische Grundlage die Erscheinungsformen und Ausbreitungswege elektromagnetischer Wellen sowie deren normgerechte Messung betrachtet. Es werden die Leistungshalbleiter als Quelle elektromagnetischer Störungen untersucht. Daraufhin wird die Filterentwicklung mit idealen Bauelementen beschrieben und verdeutlicht, warum die Messung der Frequenzeigenschaften der Systemkomponenten für einen EMV gerechten Entwurf eines leistungselektronischen Systems unerlässlich ist. - Mit Hilfe von Frequenzbereichssimulationen einzelner Filterelemente werden deren Filterwirkungen im Frequenzbereich analysiert und verifiziert. - In normgerechten Abstrahlungsmessungen werden die Systemeigenschaften des SKAI 2 untersucht und die Wirkung der Filterelemente nachgewiesen. Zur Optimierung der Filterwirkung werden die Filterelemente an die Emission der Störquelle angepasst und mögliche Verkopplungen durch veränderte Stromführung analysiert.- Abschließend werden Maßnahmen zur Verringerung der Störemission des Wechselrichters SKAI 2 vorgeschlagen.
Untersuchung der Realisierungsmöglichkeiten zur Einbindung autonomer Messsysteme in das Messwerterfassungssystem des Prüffeldes im Generatorenwerk Erfurt für die Endprüfung von Turbogeneratoren. - 84 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Aufgrund der technischen Komplexität eines Generators ist eine Vielzahl an Prüfungen notwendig, um dessen Eigenschaften hinreichend genau bestimmen zu können. Welche Prüfaufgaben durch das Prüffeld durchgeführt werden ist abhängig von den Wünschen der Endkunden. Während der Laufprüfung, der Stillstandmessung sowie der Typ- und Sonderprüfung wird entsprechend der zu prüfenden Komponente speziell entwickelte Messtechnik verwendet. Zudem ist angepasste Hardware und Software notwendig, um Messwerte aufzunehmen und diese anschließend auszuwerten und weiter zu verarbeiten. - Aufgrund immer stärker variierender Kundenwünsche bezüglich zusätzlicher Sonderprüfungen vergrößert sich somit auch der Umfang der eingesetzten Messtechnik. Als Resultat steigt sowohl der zeitliche als auch der ökonomische Aufwand für die Messung am Generator. Um weiterhin wettbewerbsfähig zu bleiben und die Wirtschaftlichkeit des Unternehmens zukünftig sichern zu können, ist es notwendig den gesamten Fertigungsprozess zu optimieren. Ein Ansatz des Optimierungsprozesses innerhalb des Prüffeldes besteht darin, das vorhandene Messwerterfassungssystem um die zusätzliche Messtechnik so zu erweitern, dass der zeitliche und ökonomische Aufwand gemäß dem Rationalprinzip minimiert wird. - In dieser Arbeit wurde die Möglichkeit einer Einbindung einer Speicherprogrammierbaren Steuerung und die Einbindung einer Thermovisionskamera untersucht.