Hardware-Entwurf eines modularen digitalen Reglers für Kleinantriebe. - Ilmenau. - 69 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Thema dieser Arbeit ist der Hardwareentwurf eines digitalen Motorcontrollers für Antriebe kleiner Leistung. Ziel ist die Entwicklung einer voll funktionsfähigen Elektronik, sowie die Inbetriebnahme eines Prototyps. Dafür benötigte Grundlagen werden erläutert und die Recherche der verwendeten Bauteile exemplarisch gezeigt. Außerdem wird der schaltungstechnische Entwurf anhand ausgewählter Schaltungsteile beschrieben und deren Funktion mithilfe von Gleichungen belegt. Der Leiterplattenentwurf wird mithilfe des EDA-Programms "Altium Designer" vorgestellt. Letztlich wird die Funktionalität messtechnisch nachgewiesen und mit theoretischen Annahmen verglichen, sowie auf mögliche Verbesserungen hingewiesen.
Programmierung eines modularen Multilevelumrichters mit integrierten Batteriespeichern. - Ilmenau. - 60 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Modulare Multilevelumrichter (MMC) sind eine vergleichsweise neue Technologie mit großem Einsatzspektrum. In dieser Arbeit wurde ein MMC mit einem integrierten Batteriespeicher programmiert und in Betrieb genommen. Der Batteriespeicher wird über DC/DC Steller an die Stufen des MMC angebunden. Die Schwerpunkte der Arbeit beziehen sich auf die digitale Regelung des Batteriestellers, die Implementierung der Stromregelungsstrukturen und die programmtechnische Realisierung sowie die Fehlerbehandlung des MMC. Die Arbeit bildet die Grundlage auf denen zukünftige, experimentelle Forschungen und die Realisierung neuartiger Regelungsstrukturen aufbauen.
Simulative Untersuchungen zur Stabilität von Stromrichtern im Netzparallelbetrieb. - Ilmenau. - 44 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
In diesem Papier war es notwendig, ein Perlenkettesystem für die Stabilität zu untersuchen. Dazu wurde ein mathematisches Modell geschaffen und auch ein Regelungssystem entwickelt. Das bedeutet, dass der Stromregelkreis im Filter auf ein Betragsoptimum abgestimmt ist. Und auch die Zwischenkreisspannung ist auch auf ein symmetrisches Optimum abgestimmt. Um die Stabilität des Systems zu überprüfen, wurden PN-Diagramme verwendet. Aber wie sich herausstellte, gibt es in einigen Fällen Wiederspruch zwischen den Ergebnissen, die die lineare Analyse ergibt, und die eine zeitliche Simulation liefert. In dieser Arbeit wird eine solche Wiederspruch beobachtet, wenn die Totzeit variiert wird. Abschließend wurden die Ergebnisse für die verschiedenen eingestellten Parameter erhalten. Dies gilt sowohl für Zeitkonstanten als auch für Stromnetzparameter sowie für die Anzahl der Stromrichter. Es wurde eine Instabilität bei Aufteilung der einzuspeisenden Gesamtleistung auf mehrere Stromrichter kleinere Leistung, deren Netzverknüpfungspunkte auf die gegebenen Netzabschnitte gleichmäßig aufgeteilt wurde, beobachtet.
Erstellung und Inbetriebnahme einer Steuersoftware zur Demonstration verschiedener Regelungsverfahren für Drehstromasynchronmotoren als Praktikumsversuch in der Ausbildung. - Ilmenau. - 65 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Die vorliegende Arbeit lässt in drei Themenkomplexe unterteilt. Dabei werden die Steuer- und Regelverfahren der Asynchronmaschine, die Modifikation der Leistungshardware zur Erhöhung der Zwischenkreisspannung für den Umrichter, die messtechnische Bestimmung der Motorparameter und der einzelnen Funktionen der Steuersoftware dargestellt. Für die studentische Ausbildung wird die erarbeitete Steuersoftware eingesetzt, damit die verschiedenen Steuerungs- und Regelungsverfahren für Asynchronmaschinen in einem Praktikumsversuch untersucht werden können, um deren Eigenschaften sowie deren Vor- und Nachteile zu erkennen. Dieser Praktikumsversuch untermauert die in der Vorlesung vorgestellte Theorie zur Regelung von Asynchronmaschinen. Hauptaugenmerk wurde auf die Umsetzung der feldorientierten Regelung gelegt, da dieses Verfahren die Standardanwendung in der Praxis mit den besten dynamischen Eigenschaften darstellt.
Calculation of semiconductor and capacitor losses in DC-to-DC converter topologies for solid-state transformers. - Ilmenau. - circa 110 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Ein Solid State Transformator (SST) findet im kHz Bereich Anwendung. Auf diese Weise kann er bei geringerem Gewicht eine höhere Leistungsdichte erzielen. SSTs können kaskadiert verschalten werden um auf Mittelspannungsebene angewendet zu werden. Diese Arbeit unternahm einen Wirkungsgradvergleich zwischen Dual-Active-Bridge sowie Resonanzwandler (SRC) als mögliche DC-DC-Wandlertechnologien. Dazu wurden die theoretischen Grundlagen der Modellbildung dargelegt. Verluste der Kondensatoren sowie Halbleiter fanden dabei Berücksichtigung. Bei den Halbleiterverlusten wurden sowohl Durchlass- als auch Schaltverluste betrachtet. Beide Topologien wurden in einem ein- und dreiphasigen Aufbau unter verschiedenen Lastsituationen mittels Simulation untersucht. Der SRC bildete hier über die Frequenz einen weiteren Freiheitsgrad. Die Auswertung der gewonnenen Stromverläufe bzw. Messwerte über die jeweiligen Verluste bis hin zum Gesamtwirkungsgrad wurden beschrieben. Mittels grafischer Oberfläche werden die Parameter der Simulation festgelegt und die Ergebnisse übersichtlich dargestellt. Zu den Parametern gehören die Auswahl des verwendeten Transformators, des Schalters und des Zwischenkreis- sowie Resonanzkondensators. Die Schalterkennlinien wurden dazu aus dem Datenblatt in geeignete Approximations- bzw. Interpolationsfunktionen überführt. Sowohl bei den Kondensatoren als auch Schaltern ist eine unterschiedliche Auswahl für die Primär- und Sekundärseite möglich. Weiterhin können mehrere Elemente Parallel- bzw. in Serienschaltung gebracht werden. Eine dreiphasige Resonanztopologie erzielte den höchsten Wirkungsgrad. Weiterhin wurde die Zusammensetzung der Verluste im Bezug auf eine weitere Optimierung ausgewertet. Die Kaskadierungsmöglichkeiten mehrerer DC-DC Wandlerstufen über verschiedene Übersetzungsverhältnisse wurden aufgezeigt. Letztlich wurde über eine Gesamtbilanz abgeschätzt, welchen Wirkungsgrad eine SST-Topologie erreichen kann.
Einfluss der Schalterstrombegrenzungen auf den Betrieb und Regelung eines modularen Multilevel-Umrichters. - Ilmenau. - 127 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Im Zuge der fortschreitenden Nutzung erneuerbarer Energien werden vermehrt Umrichter benötigt, die eine Gleichspannung in eine Wechselspannung und umgekehrt umrichten. Die Modularen Multilevel-Umrichter (MMC) stellt dabei eine passende Technologie dar. Die Halbleiterschalter in den Zellen eines Modularen Multilevel-Umrichters (MMC) haben jeweils eine maximale Stromtragfähigkeit, die im stationären Zustand nicht überschritten werden darf. In dieser Arbeit wurden verschiedene Konzepte einer Schalterstrombegrenzung im Modularen Multilevel-Umrichteruntersucht, simulativ in MATLAB/Simulink realisiert und umgesetzt. Im ersten Verfahren erfolgt die Schalterstrombegrenzung in kartesischen Koordinaten. Dazu wurde ein Optimierungsproblem mit Ungleichungsnebenbedingungen aufgestellt, dass mit Hilfe der Karush-Kuhn-Tucker-Bedingungen analytisch gelöst wurde. Dieses Verfahren wird erweitert auf eine Schalterstrombegrenzung in Alpha-Beta-Null-Koordinaten. Das Optimierungsproblem mit den Ungleichungsnebenbedingungen wird ebenfalls mit Hilfe der Karush-Kuhn-Tucker-Bedingungen analytisch gelöst. Die Besonderheit des zweiten Verfahrens besteht in der Einführung von Gewichtungsfaktoren im Zielfunktional. Dadurch können die Abweichungen der einzelnen Komponenten separat beeinflusst werden. So konnte ein gleichmäßiger Verlauf des DC-Stromes realisiert werden. Ebenfalls erfolgte eine dynamische Betrachtung der Auswirkung einer Schalterstrombegrenzung auf die Zweigenergiesymmetrierung sowie der Kondensatorspannungen.
Untersuchung der nicht linearen Eigenschaften an einer permanentmagneterregten Synchronmaschine. - Ilmenau. - 89 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Die Arbeit befasst sich mit der Modellbildung einer permanentmagneterregten Synchronmaschine. Dazu wird zunächst die bekannte, lineare Ausführung im rotorfesten Koordinatensystem vorgestellt. Schwerpunkt dieser Untersuchung ist die Erweiterung des Modells durch die Effekte der Sättigung und Kreuzsättigung. Diese Erscheinungen werden vorgestellt, im Modell implementiert und ihre Auswirkung aufgezeigt. Mit Berücksichtigung dieser Phänomene werden alle verwendeten Induktivitäten vom Strom abhängig. Die neuen Eigenschaften besitzen einen nicht linearen Charakter. Einige Aspekte dieser weitreichenden Veränderungen werden vorgestellt. Mithilfe eines Modells der Maschine und der Messung elektrischer Größen kann der Lagewinkel des Rotors sensorlos erfasst werden. Dazu wird das erweiterte Modell transformiert. Nicht immer steht eine höchstmögliche Genauigkeit der Winkelerfassung im Vordergrund,meist reicht ein optimales Verhältnis zwischen Aufwand und Präzision. Dafür werden Vereinfachungen des komplexen nicht linearen Modells angeboten. Diese Modifkationen werden in einem MATLAB/Simulink-Modell simuliert und ihre Güte vorgestellt.
Untersuchung von Methoden zur Identifikation mechanischer Parameter elektromechanischer Aktuatorsysteme auf Basis des Zweimassenschwingermodells. - Ilmenau. - 110 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Für die Einstellung eines Geschwindigkeitsreglers für ein Zweimassenschwinger-System sollen das motor- und lastseitige Massenträgheitsmoment und die spezifische Steifigkeit zur Laufzeit identifiziert werden. Dafür werden in dieser Arbeit die rekursive Form der Methode der kleinsten Fehlerquadrate (RLS) und der erweiterte Kalmanfilter Algorithmus (EKF) in MATLAB implementiert und auf simulativer Basis untersucht. Das dabei zu Grunde liegende Modell wurde bereits durch eine vorherige Arbeit validiert und ermöglicht außerdem die Abbildung des Sensorverhaltens zur Messwerterfassung. Um Fehler aufgrund nichtlinearer Einflüsse zu vermeiden werden die Schätzalgorithmen durch geeignete Maßnahmen erweitert. Anschließend wird der EKF zur Parameterschätzung an einem realen Zahnriemenantrieb getestet und das Verhalten bezüglich variierender Rausch-Kovarianzmatritzen, welche gemeinhin die Tuningparameter für diese Methode bekannt sind, mit selbstdefinierten Gütefunktionen untersucht. Im letzten Kapitel wird überprüft, wie sehr sich die Reglerverstärkung nach einem spezifischen Einstellkriterum in Abhängigkeit vom Schätzfehler verhält.
Entwicklung eines LED-Treibers, der die Vorteile eines SEPIC-Treibers mit denen eines Linearreglers vereint. - Ilmenau. - 46 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist die Entwicklung eines LED-Treiberkonzeptes, bei dem der LED-Strom durch kombinierte Strom- und Spannungsregelung präzise und mit geringer Restwelligkeit eingestellt werden kann. Weiterhin wird durch Kombination der Regelungen der Wirkungsgrad des Treibers erhöht und damit die Verlustleistung gesenkt. Dabei werden verschiedene Varianten der Regelung untersucht, getestet und in Bezug auf den Schaltungsaufwand, die Bauelementekosten sowie den universellen Einsatz bewertet. Abschließend werden Empfehlungen für die weitere Verbesserung des Treiberkonzeptes gegeben.
Electric distribution grid impedance measurement and control strategies for increased reliability and diagnosability of electric vehicle AC charging. - Ilmenau. - 68 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Mit dem Trend hin zur Elektromobilität kommen neue Herausforderungen, insbesondere in der Ladeinfrastruktur für elektrische Fahrzeuge. Das Ziel dieser Arbeit ist die Zuverlässigkeit und Diagnostizierbarkeit von EVs während des Laden der Traktionsbatterie an einer Wechselstromquelle zu erhöhen. Mit Hilfe von Messungen und Steuerungen herkömmlicher EV Ladegeräte, wird eine Möglichkeit die Netzinnenimpedanz zu messen, vorgestellt. Diese ist in der Lage, die Summe aller Impedanzen entlang der Stromschleife des Ladegerätes zu messen. Das Verhalten des gemessenen Netzinnenwiderstandes wird mit Hilfe von Netzereignissen, wie hochohmige Verbindungen und Wärmeentwicklungen bei Kabeln, in Simulation und Experiment analysiert. Von den gewonnen Daten wird eine Strategie abgeleitet, welchen den Messzeitpunkt bestimmt und entsprechende Reaktionen auf das Messergebnis vorschlägt.