Modulgruppe 3: Elektrische Antriebe und Leistungselektronik

Electrical Drives (Part I) [EAM-EAT I-V] Lecturer: Ingo Hahn Details: Vorlesung, 2 cred.h, graded certificate, credit: 4/4, ECTS: 5, nur Fachstudium Dates: Thu, 12:15 - 13:45, H15 Fields of study: WPF ME-MA-MG3 1-4 Prerequisites / Organisational information: Modul Energie- und Antriebstechnik Contents: 1. Einleitung Einleitung: Generelle Aspekte Folgerungen für die Vorlesung Elektrische Antriebstechnik Blockschaltbild eines Drehstromantriebssystems 2. Grundlagen 2.1 Motor und Lastmaschine 2.2 Übersicht der elektrischen Antriebe 3. Stromrichter für Gleichstromantriebe an Gleichstromquellen 4. Übersicht Drehstromantriebe 5. Stromrichter mit Gleichspannungs-Zwischenkreis (Drehstrom) 5.1 Konstante Zwischenkreisspannung und sinusförmiger Motorstrom 5.2 Konstante Zwischenkreisspannung und blockförmiger Motorstrom 6. Netzgeführte Stromrichter 6.1 Netzgeführte Stromrichter für Gleichstromantriebe 6.2 Netzgeführte Stromrichter für Drehstromantriebe 6.2.1 Stromrichter mit Gleichstrom-Zwischenkreis 6.2.2 Direktumrichter 7. Andere Topologien 7.1 Matrixumrichter 7.2 Doppeltgespeiste Asynchronmaschine 8. Digitale Regelung und Steuerung (Hardware) 8.1 Blockschaltbild 8.2 Microcontroller 8.3 PLD, FPGA, ASIC 8.4 Zeitscheiben und Interrupt 8.5 Abtastung 9. Drehzahl- und Positionsgeber 9.1 Analogtacho 9.2 Impulsgeber 9.3 Resolver Lernziele und Kompetenzen Die Hörer sollen den Aufbau und Wirkungsweise Elektrischer Antriebe mit den oben genannten Topologien verstehen. Sie sollen das Zusammenspiel zwischen Leistungselektronik, Steuerungselektronik, Gebern und den Motoren bewerten können. Schließlich sollen mit den Erkenntnissen neue, unbekannte Antriebssysteme entwickelt werden können. Recommended literature: Skript

Tutorial for Electrical Drives I [EAM-EAT I-Ü] Lecturer: Marco Eckstein Details: Übung, 2 cred.h, graded certificate, nur Fachstudium Dates: Wed, 10:15 - 11:45, H5 Fields of study: WPF ME-MA-MG3 1-4

Electric machines II [EAM-EM II-V] Lecturer: Ingo Hahn Details: Vorlesung, 2 cred.h, graded certificate, credit: 4/4, ECTS: 5, nur Fachstudium Dates: Wed, 08:15 - 09:45, 02.224 Cauerstr.9 Fields of study: WPF ME-MA-MG3 1-4 Prerequisites / Organisational information: Vorlesung und Übung Elektrische Maschinen I Contents: Ziel: Die Studierenden sollen... ... das Wissen über das stationäre Betriebsverhalten elektrischer Maschinen erweitern. ... das dynamische Betriebsverhalten elektrischer Maschinen kennen lernen. ... den Entwicklungsprozess und die Fertigungstechnologien elektrischer Maschinen kennen lernen. Inhalt: Physikalische Grundlagen; elektromechanische Energieumformung; Kraft- und Drehmomenterzeugung; Energieeffizienz; Wirkungsgrad; elektromagnetisch gekoppelte Spulen als Elementarmaschine; Aufbau allgemeiner Maschinenmodelle aus Elementarmaschinen; Netzwerktheorie für Maschinenmodelle; Matrizendarstellung; Grundwellenbetrachtung; Berücksichtigung höherer Harmonischer; stationäres Betriebsverhalten; dynamisches Betriebsverhalten; Umrichterspeisung; dynamische Simulation; numerische Methoden zur dynamischen Simulation; industrieller Entwicklungs- und Fertigungsprozess; Recommended literature: Vorlesungsskript

Tutorial for Electric machines II [EAM-EM II-Ü] Lecturer: Karsten Knörzer Details: Übung, 2 cred.h, graded certificate, nur Fachstudium, Die Übung findet jeden Mittwoch von 14:15 Uhr bis 15:45 Uhr als Webinar statt. Alle weiteren Infos werden in StudOn veröffentlicht. Für den Beitritt zum StudOn-Kurs ist kein Passwort nötig. StudOn-ID: 2546995 Pfad zum Kurs: Angebote / 5. Tech / 5.2 EEI / Lehrstuhl für Elektrische Antriebe und Maschinen / Vorlesungen und Übungen / Übungen zu Elektrische Maschinen 2 Dates: Wed, 14:15 - 15:45, 02.224 Cauerstr.9 Fields of study: WPF ME-MA-MG3 1-4 Prerequisites / Organisational information: Vorlesung und Übung Elektrische Maschinen I

Electromagnetic Compatibility [V-EMV] Lecturer: Daniel Kübrich Details: Vorlesung, 2 cred.h, ECTS: 5, nur Fachstudium, +++ ACHTUNG: Aufgrund der aktuellen Corona-Pandemie kann diese Lehrveranstaltung zunächst nicht in Präsenz stattfinden. Alle Teilnehmer müssen sich bis Montag, den 20.4.2020 um 12 Uhr im zugehörigen Kurs auf StudOn anmelden. Anschließend ist eine regelmäßige Überprüfung des Kurses notwendig, da über diese Plattform alle wichtigen Informationen und Zugänge zu den Kursinhalten bekanntgegeben werden.+++ Dates: Tue, 14:15 - 15:45, H5 Fields of study: WPF ME-MA-MG3 1-3 Contents: Diese Vorlesung dient als Einführung in die grundlegende Problematik der Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV). Es werden sowohl die Störemissionen, d.h. die Störaussendung auf Leitungen und als Abstrahlung als auch die Empfindlichkeit von elektronischen Geräten gegenüber den von außen kommenden Störungen betrachtet. Ausgehend von den in den unterschiedlichen Frequenzbereichen maximal zugelassenen Störpegeln werden neben den jeweils anzuwendenden Meßverfahren insbesondere die technischen Möglichkeiten im Vordergrund stehen, die zur Reduzierung der Störemissionen bzw. zur Erhöhung der Störfestigkeit von Schaltungen beitragen. Recommended literature: Skript zur Vorlesung

	Exercises to Electromagnetic Compatibility [Ü-EMV] Lecturer: Daniel Kübrich Details: Übung, 2 cred.h, nur Fachstudium, Die Übungen finden ab der 2. Vorlesungswoche statt. +++ ACHTUNG: Aufgrund der aktuellen Corona-Pandemie kann diese Lehrveranstaltung zunächst nicht in Präsenz stattfinden. Alle Teilnehmer müssen sich bis Montag, den 20.4.2020 um 12 Uhr im zugehörigen Kurs auf StudOn anmelden. Anschließend ist eine regelmäßige Überprüfung des Kurses notwendig, da über diese Plattform alle wichtigen Informationen und Zugänge zu den Kursinhalten bekanntgegeben werden.+++ Fields of study: WPF ME-MA-MG3 1-3 Contents: In der begleitenden Übung werden konkrete Fragestellungen der EMV, wie z.B. Störpegel auf Leitungen, Koppelmechanismen, Störpegel von abgestrahlten Feldern u.s.w. berechnet und aus den Ergebnissen Maßnahmen zur Verbesserung der EMV-Situation abgeleitet. Neben den Rechenübungen werden zu den folgenden Themen praktische Messungen vorgenommen: Symmetrische und asymmetrische Störströme Ersatzschaltbilder von Filterkomponenten Netzfilterdämpfung Koppelmechanismen Reduzierung von Feldern durch Schirmung / Spiegelung Recommended literature: Begleitende Arbeitsblätter
		Thu	12:15 - 13:45	02.019		Kübrich, D.
		Fri	8:15 - 9:45	02.019		Kübrich, D.

Linear Drives [EAM-Linear-V] Lecturer: Ingo Hahn Details: Vorlesung, 2 cred.h, graded certificate, credit: 4/4, ECTS: 5, nur Fachstudium Dates: Mon, 14:15 - 15:45, H6 Fields of study: WPF ME-MA-MG3 1-4 Prerequisites / Organisational information: Modul Energie- und Antriebstechnik Contents: 1. Motivation 2. Bauformen Kurzstator, Langstator Einzelkamm-Stator, Doppelkamm-Stator Solenoidmotor 3. Arten von elektrischen Linearmotoren 3.1 Gleichstrom-Linearmotor 3.2 Drehstrom-Linearmotor 3.2.1 Überleitung vom Motor mit rotierendem Läufer zum Linearmotor 3.2.2 Verteilte Zweischichtwicklung bei Linearmotoren (Primärteil) 3.2.3 Spannungsgleichungen des Stators 3.2.4 Zahnspulenwicklungen 3.2.5 Nutrastkräfte, Nutrastung 3.2.6 Asynchroner Linearmotor 3.2.7 Synchroner Linearmotor Synchroner Linearmotor mit konstantem Luftspalt Synchroner Linearmotor mit nicht konstantem Luftspalt 4. Regelung 4.1 Stromregelung des Gleichstrom-Linearmotors mit konstantem Fluss 4.2 U/f-Steuerung für Drehstrom-Linearmotoren mit konstantem Fluss 4.3 Stromregelung der Drehstrom-Linearmotoren 4.3.1 Prinzip der feldorientierten Regelung 4.3.2 Feldorientierte Regelung des permanenterregten Synchronmotors 5. Vertikale Kräfte, Randeffekte 6. Positionsmessung (Lage) Lernziele und Kompetenzen Die Studierenden sollen zunächst die wesentlichen Unterschiede zwischen Motoren runder Bauform mit rotierendem Läufer und Linearmotoren kennen lernen und verstehen. Darauf aufbauend werden die einzelnen Inhalte vertieft. Zusammen mit der Übung soll erreicht werden, dass die Studierenden ähnliche Aufgabenstellungen selbständig analysieren und entwickeln können. Recommended literature: Skript

Tutorial for Linear Drives [EAM-Linear-Ü] Lecturer: Martha Bugsch Details: Übung, 2 cred.h, graded certificate, nur Fachstudium Dates: Thu, 16:15 - 17:45, H6 Fields of study: WPF ME-MA-MG3 1-4 Recommended literature: Lehrmaterialien verfügbar unter: http://www.studon.uni-erlangen.de/studon/goto.php?target=crs_255765_join

Pulse-controlled Converters for Electrical Drives [EAM-Puls-V] Lecturer: Jens Igney Details: Vorlesung, 2 cred.h, graded certificate, credit: 4/4, ECTS: 5, nur Fachstudium Dates: Tue, 12:15 - 13:45, H15 Ohne Präsenz! Bitte besuchen Sie den folgenden StudOn-Kurs: https://www.studon.fau.de/crs2897361.html Fields of study: WPF ME-MA-MG3 1-4 Contents: 1. Einleitung 2. Bauelemente 2.1 IGBTs und Dioden 2.2 Entwärmung 2.3 Kondensatoren 2.4 Neue Leistungshalbleiter aus Silizium-Carbid (SiC) 3. Theorie selbstgeführter Stromrichter 3.1 Schaltungen von selbstgeführten Stromrichtern 3.2 Grundfrequenzsteuerung 3.3 Trägerverfahren 3.4 Drehzeiger/Raumzeigermodulation 4. Gleichstromsteller 4.1 Tiefsetzsteller 4.2 Hochsetzsteller 4.3 Zweiquadrantensteller 4.4 Vierquadrantensteller 5. Dreiphasige Pulsumrichter 5.1 Eingangsseitige Gleichrichter 5.2 Pulsumrichter für permanenterregte Synchronmaschinen mit Blockstrom 5.3 Motorseitiger Wechselrichter 5.4 Verluste für Pulsumrichter mit sinusförmigem Strom 6. Unerwünschte Effekte 6.1 Niederfrequente Netzharmonische 6.2 Ableitströme und Funkstörspannung 6.3 Kabel, Reflexion, erhöhte Motorspannungen 6.4 Lagerströme Lernziele und Kompetenzen Die Studierenden sollen zunächst die wesentlichen Bauelemente, die in Pulsumrichtern verwendet werden, kennen lernen und verstehen. Darauf aufbauend werden Gleichstromsteller und dreiphasige Pulsumrichter vertieft behandelt. Weiterhin sollen die Studierenden erkennen und verstehen, dass es neben den vorher besprochenen positiven Eigenschaften der Pulsumrichter auch unerwünschte Effekte existieren, die besondere Maßnahmen zur Beherrschung erfordern. Zusammen mit der Übung soll erreicht werden, dass die Studierenden in Verbindung mit Datenblättern der Leistungshalbleiter selbständig Pulsumrichter entwickeln können. Recommended literature: Skript

Tutorial for Pulse-controlled Converters for Electrical Drives [EAM-Puls-Ü] Lecturer: Shima Khoshzaman Details: Übung, 2 cred.h, graded certificate, nur Fachstudium Dates: Wed, 8:15 - 9:45, H6 Ohne Präsenz! Bitte besuchen Sie den folgenden StudOn-Kurs: StudOn-ID: 252597 und Pfad zum Kurs: Angebote / 5. Tech / 5.2 EEI / Lehrstuhl für Elektrische Antriebe und Maschinen / Vorlesungen und Übungen / Übungen zu Pulsumrichter für elektrische Antriebe Fields of study: WPF ME-MA-MG3 1-4

Switched Mode Power Supplies [V-SNT] Lecturer: Thomas Dürbaum Details: Vorlesung, 2 cred.h, ECTS: 5, nur Fachstudium, Vorlesung und Übung finden als BLOCK statt. +++ ACHTUNG: Aufgrund der aktuellen Corona-Pandemie kann diese Lehrveranstaltung zunächst nicht in Präsenz stattfinden. Alle Teilnehmer müssen sich bis Montag, den 20.4.2020 um 12 Uhr im zugehörigen Kurs auf StudOn anmelden. Anschließend ist eine regelmäßige Überprüfung des Kurses notwendig, da über diese Plattform alle wichtigen Informationen und Zugänge zu den Kursinhalten bekanntgegeben werden.+++ Dates: Wed, 14:15 - 17:45, 02.019 Fields of study: WPF ME-MA-MG3 1-4 Prerequisites / Organisational information: EMPFOHLEN: bestandenes Modul Leistungselektronik +++ ACHTUNG: Aufgrund der aktuellen Corona-Pandemie kann diese Lehrveranstaltung zunächst nicht in Präsenz stattfinden. Alle Teilnehmer müssen sich bis Montag, den 20.4.2020 um 12 Uhr im zugehörigen Kurs auf StudOn anmelden. Anschließend ist eine regelmäßige Überprüfung des Kurses notwendig, da über diese Plattform alle wichtigen Informationen und Zugänge zu den Kursinhalten bekanntgegeben werden.+++ Contents: In dieser Vorlesung werden die Grundprinzipien der hochfrequent getakteten leistungselektronischen Schaltungen behandelt. Neben den unterschiedlichen Netzteiltopologien werden insbesondere die verschiedenen durch die hochfrequente Betriebsweise entstehenden Probleme behandelt. Die Übung vermittelt Methoden zur Berechnung der grundlegenden Schaltnetzteilfamilien, zur Ermittlung von Schaltverlusten, zum Design von Entlastungsnetzwerken sowie ein erstes Konzept zur regelungstechnischen Beschreibung von Netzteilen mit PWM- Regelung. Recommended literature: Begleitende Arbeitsblätter Fundamentals of Power Electronics, Erickson W. Robert, Springer Verlag

Calculation and design of electrical machines [EAM-BAEM-V] Lecturer: Ingo Hahn Details: Vorlesung mit Übung, 2 cred.h, graded certificate, credit: 4/4, ECTS: 5, nur Fachstudium Dates: Tue, 14:15 - 15:45, 02.224 Cauerstr.9 Fields of study: WPF ME-MA-MG3 1-4 Prerequisites / Organisational information: Vorlesung und Übung Elektrische Maschinen I Contents: Ziel: Die Studierenden sollen die grundsätzlichen Methoden zur Berechnung und Auslegung elektrischer Maschinen kennen lernen und anwenden können. Inhalt: Berechnungsmethoden: Physikalische Vorgänge in elektrischen Maschinen; Maxwellsche Gleichungen in integraler und differentieller Form; Mechanismen der Krafterzeugung; einfaches Spulenmodell als elektrische Elementarmaschine; Wicklungsanalyse; Wicklungsentwurf; Nutenspannungsstern; Magnetkreisanalyse; magnetisches Netzwerk; magnetische Widerstände und Leitwerte; Streuleitwerte; Finite-Differenzen-Methode; Finite-Elemente-Methode; Thermisches Verhalten; Entwurf und Auslegung: Strombelag; Luftspaltflussdichte; Kraftdichte; Entwurfsmodell für elektrische Maschinen; Wachstumsgesetze; Auslegung elektrischer Maschinen; Analytisch-numerische Methoden; Optimierungsmethoden Recommended literature: Vorlesungsskript

Tutorial for Calculation and design of electrical machines [EAM-BAEM-Ü] Lecturer: Marco Eckstein Details: Übung, 2 cred.h, graded certificate, nur Fachstudium Dates: Tue, 10:15 - 11:45, 0.151-115 Fields of study: WPF ME-MA-MG3 1-4 Prerequisites / Organisational information: Vorlesung und Übung Elektrische Maschinen I

Thermal Management in Power Electronics [LEE-TM] Lecturers: Martin März, Stefanie Büttner Details: Vorlesung mit Übung, 4 cred.h, graded certificate, ECTS: 5 Dates: Mon, 10:15 - 11:45, Hans-Georg-Waeber-Saal Thu, 8:15 - 9:45, Hans-Georg-Waeber-Saal Vorlesung und Übung im Waeber-Saal am Fraunhofer-IISB, Schottkystr. 10. Bitte beachen Sie die Hinweise aufgrund der derzeitigen Corona-Pandemie auf der zugehörigen Studon-Seite Fields of study: WPF ME-MA-MG3 1-3 Prerequisites / Organisational information: Lernziele und Kompetenzen: Für die Leistungselektronik ist das Thema Entwärmung von essentieller Bedeutung, vor allem mit Blick auf Zuverlässigkeit, Lebensdauer oder erzielbare Leistungsdichte. Den Studierenden werden die Grundlagen der Entwärmung leistungselektronischer Systeme vermittelt. Ausgehend von den Gesetzen des Wärmetransports und den Materialeigenschaften werden Entwärmungstechniken auf Bauteil-, Schaltungsträger- und Systemebene behandelt. Die wichtigsten Optimierungsansätze zur Verbesserung der thermischen Verhältnisse werden dargestellt, begleitet durch ausgewählte Anwendungs- und Auslegungsbeispiele. Die Studierenden können die für thermische Berechnungen relevanten Angaben aus Datenblättern interpretieren, lernen thermische Ersatzschaltbilder und Verfahren zu deren Parameterisierung kennen, dazu Verfahren zur Simulation transienter thermischer Vorgänge. Titel: Thermisches Management in der Leistungselektronik Dozent: Prof. Dr.-Ing. Martin März Umfang: 2+2 SWS (V/Ü) – 5 ECTS Turnus: Sommersemester Zielgruppe: Studierende der Studiengänge EEI, Energietechnik, Mechatronik, u.a. Voraussetzungen für die Teilnahme: keine Prüfung: 90-minütige Klausur Unterrichtssprache: Deutsch Einpassung in den Studienplan: ab Studiensemester 5 des Bachelorstudiums ab Studiensemester 1 des Masterstudiums Contents: Grundlagen des thermischen Managements: Wärmetransportmechanismen (Wärmeleitung, Konvektion, Wärmestrahlung) Wärmekapazitäten Wärmespreizung Anisotrop wärmeleitende Strukturen. Komponenten des thermischen Managements: Schaltungsträger und deren thermische Eigenschaften (Leiterplatten, DCB-Substrate, IMS, etc.) Leistungshalbleitergehäuse und deren thermische Eigenschaften Kühlkörper (Luft, Fluid) Thermische Interface-Materialien Heat-Pipes. Anwendungs- und Auslegungsbeispiele: Thermische Parameter in den Datenblättern von elektronischen Bauelementen Kunststoffe als Kühlkörper Entwärmung passiver Bauelemente Strombelastbarkeit von Leitern Grenzlastintegral (I2t) Entwärmungspfadoptimierung. Bauelemente unter Temperaturbelastung: Ausfallmechanismen bei aktiven und passiven Bauelementen Aktive und passive Temperaturwechsel Lebensdauerbetrachtungen. Thermische Meßtechnik: Thermische Meßverfahren Zth-Messung Elektrisch-thermische Modellierung: Grundlagen zur Beschreibung des thermischen Verhaltens eines Systems mittels elektrischer Ersatzschaltbilder Eigenschaften verschiedener Ersatzschaltbilder Parameterisierung der Elemente thermischer Ersatzschaltbilder Kopplung von elektrischer und thermischer Simulation Modellierung dynamischer thermischer Vorgänge mit SPICE. Recommended literature: Begleitendes Vorlesungsskript Keywords: Thermisches Management, Thermal Management, Entwärmung, Leistungselektronik, Energieelektronik, Energietechnik, Power Electronics