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Modulgruppe 3: Elektrische Antriebe und Leistungselektronik
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Elektrische Antriebstechnik I [EAM-EAT I-V] -
- Dozent/in:
- Ingo Hahn
- Angaben:
- Vorlesung, 2 SWS, benoteter Schein, Kredit: 4/4, ECTS: 5, nur Fachstudium
- Termine:
- Do, 12:15 - 13:45, H15
- Studienrichtungen / Studienfächer:
- WPF ME-MA-MG3 1-4
- Voraussetzungen / Organisatorisches:
- Modul Energie- und Antriebstechnik
- Inhalt:
- 1. Einleitung
Einleitung: Generelle Aspekte
Folgerungen für die Vorlesung Elektrische Antriebstechnik
Blockschaltbild eines Drehstromantriebssystems2. 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.
- Empfohlene Literatur:
- Skript
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Elektromagnetische Verträglichkeit [V-EMV] -
- Dozent/in:
- Daniel Kübrich
- Angaben:
- Vorlesung, 2 SWS, 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.+++
- Termine:
- Di, 14:15 - 15:45, H5
- Studienrichtungen / Studienfächer:
- WPF ME-MA-MG3 1-3
- Inhalt:
- 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.
- Empfohlene Literatur:
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Übungen zu Elektromagnetische Verträglichkeit [Ü-EMV] -
- Dozent/in:
- Daniel Kübrich
- Angaben:
- Übung, 2 SWS, 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.+++
- Studienrichtungen / Studienfächer:
- WPF ME-MA-MG3 1-3
- Inhalt:
- 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
- Empfohlene Literatur:
- Begleitende Arbeitsblätter
| | | Do | 12:15 - 13:45 | 02.019 | |
Kübrich, D. | |
| | Fr | 8:15 - 9:45 | 02.019 | |
Kübrich, D. | |
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Linearantriebe [EAM-Linear-V] -
- Dozent/in:
- Ingo Hahn
- Angaben:
- Vorlesung, 2 SWS, benoteter Schein, Kredit: 4/4, ECTS: 5, nur Fachstudium
- Termine:
- Mo, 14:15 - 15:45, H6
- Studienrichtungen / Studienfächer:
- WPF ME-MA-MG3 1-4
- Voraussetzungen / Organisatorisches:
- Modul Energie- und Antriebstechnik
- Inhalt:
- 1. Motivation
2. Bauformen
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
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.
- Empfohlene Literatur:
- Skript
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Pulsumrichter für elektrische Antriebe [EAM-Puls-V] -
- Dozent/in:
- Jens Igney
- Angaben:
- Vorlesung, 2 SWS, benoteter Schein, Kredit: 4/4, ECTS: 5, nur Fachstudium
- Termine:
- Di, 12:15 - 13:45, H15
Ohne Präsenz! Bitte besuchen Sie den folgenden StudOn-Kurs: https://www.studon.fau.de/crs2897361.html
- Studienrichtungen / Studienfächer:
- WPF ME-MA-MG3 1-4
- Inhalt:
- 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.
- Empfohlene Literatur:
- Skript
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Schaltnetzteile [V-SNT] -
- Dozent/in:
- Thomas Dürbaum
- Angaben:
- Vorlesung, 2 SWS, 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.+++
- Termine:
- Mi, 14:15 - 17:45, 02.019
- Studienrichtungen / Studienfächer:
- WPF ME-MA-MG3 1-4
- Voraussetzungen / Organisatorisches:
- 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.+++
- Inhalt:
- 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.
- Empfohlene Literatur:
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Thermisches Management in der Leistungselektronik [LEE-TM] -
- Dozentinnen/Dozenten:
- Martin März, Stefanie Büttner
- Angaben:
- Vorlesung mit Übung, 4 SWS, benoteter Schein, ECTS: 5
- Termine:
- Mo, 10:15 - 11:45, Hans-Georg-Waeber-Saal
Do, 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
- Studienrichtungen / Studienfächer:
- WPF ME-MA-MG3 1-3
- Voraussetzungen / Organisatorisches:
- 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:
- Inhalt:
- 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.
- Empfohlene Literatur:
- Begleitendes Vorlesungsskript
- Schlagwörter:
- Thermisches Management, Thermal Management, Entwärmung, Leistungselektronik, Energieelektronik, Energietechnik, Power Electronics
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