Bachelorarbeitsthemen

Institut für elektrische Antriebe und Leistungselektronik

Bachelorarbeit

Hochgeschwindigkeitsaktuator

Themengebiete:

• Modellbildung Thomsonaktuator

• Linearer Asynchronaktuator

• Experimentelle Untersuchung

Beschreibung:

In Schaltanlagen werden v.a. zur Notabschaltung sehr schnelle und starke mechanische Aktuatorenbenötigt. Die Leistungsfähigkeit und das Potential der Geschwindigkeitssteigerung eines am Institutentwickelter Hochgeschwindigkeitsaktuators (zu Zeit 1mm in 500µs bei mehreren kN Schaltkraft) vomTyp eines Thomsonaktuators soll durch Modellierung und im Experiment untersucht werden.

Ziel ist es, die Abhängigkeit des Aktuators von geometrischen und physikalischen Parametern zuuntersuchen und daraus Auslegungsrichtlinien abzuleiten.

Aufgaben/Ziele:

• Einarbeitung in die Theorie von Thomsonaktuatoren

• Modellierung basierend auf den bekannten Modellen in der Literatur

• Messreihen mit unterschiedlichen Spulen und Materialien am vorhandenen Aufbau

• Validierung des Modells und Ableitung von Auslegungsrichtlinien.

• Dokumentation

Ansprechperson: Florian Poltschak, florian.poltschak@jku.at, MT0249, Tel. DW 6436

Bachelorarbeit

SMC in Schaltaktoren - eine Effizenzsache?

Themengebiete:

• Lineare permanentmagneterregte Aktoren (Typ PMSM)

• Modellierung, Verlustberechnung und Regelung

• Mikroprozessoransteuerung über X2C

Beschreibung:

Tubulare lineare Aktuatoren lassen sich aufgrund der axialen Flussrichtung nicht im klassischen Sinn

blechen. Typischerweise wird daher Vollmaterial eingesetzt. Eine neue Alternative bietet SMC (soft

magnetic composite), ein Eisenpulver-Verbundwerkstoff mit hohem spezifischen elektrischem

Widerstand (kleine Wirbelstromverluste) aber hohe Hystereseverluste. Dessen typischer Einsatzgebiet

liegt daher erst im viel höheren Frequenzbereich. Schaltaktoren liegen hier im Zwischenfeld.

Ziel dieser Arbeit ist es in Simulation und an experimentellen Untersuchungen am vorhandenen Aufbau

die Eignung der unterschiedlichen Materialien für Schaltaktoren zu untersuchen.

Aufgaben/Ziele:

• Einarbeitung in die Theorie von Eisenverlusten

• Aufbau eines Simulationsmodells

• Inbetriebnahme und Vermessung an den Prototypen

• Dokumentation

Ansprechperson: Florian Poltschak, florian.poltschak@jku.at, MT0249, Tel. DW 6436

Themengebiete:

• Elektromagnetische Feldtheorie /

Finite-Elemente Berechnungen

• Elektrische Antriebstechnik

• Nichtlineare Modellierung

Beschreibung:

Heutzutage können durch den Einsatz moderner Berechnungsprogramme und ausgeklügelter Techniken sehr

detaillierte Modelle zur Beschreibung des Maschinenverhaltens generiert werden. Aufgrund unvermeidbarer

Toleranzen bei der Fertigung stellt ein durch Simulationen ermitteltes Modell aber immer nur eine Näherung

eines physikalischen Aufbaus dar. Diese Arbeit umfasst die Untersuchung der Sensitivität des Nutrastens von

PMSM bezüglich unterschiedlicher Toleranzen, die bei der Fertigung auftreten (Exzentrizität, Formänderungen,

geänderte Materialeigenschaften). Dabei sollen auch unterschiedliche Topologien / Konfigurationen untersucht

werden. Die zu erzielenden Ergebnisse sind von großer Bedeutung, da heutzutage noch wenig bzw. nicht

ausreichend Wissen über diese Sensitivitäten vorhanden ist.

Aufgaben/Ziele:

• Literaturrecherche zu themenrelevanten Vorarbeiten

• Numerische Berechnung unterschiedlicher Maschinentopologien mithilfe der in der Fachgruppe

vorhandenen Software MagOpt

• Analyse, Modellierung und Vergleich der Sensitivitäten hinsichtlich typischer

Parameterverteilungsfunktionen und Vergleich der Motortopologien

Ansprechperson: Gerd Bramerdorfer, gerd.bramerdorfer@jku.at, Tel.: +43-732-2468 6431, Raum MT 0261

Bachelorarbeit

Untersuchungen zur Sensitivität des Nutrastens von

PMSM bei toleranzbehafteter Fertigung

Themengebiete:

• Elektromagnetische Feldtheorie /

Finite-Elemente Berechnungen

• Messtechnik

• Elektrische Antriebstechnik

Beschreibung:

Aufgrund von Skin- und Proximity-Effekten steigen die ohmschen Verluste in Wicklungen elektrischer

Maschinen bei steigender Frequenz an. Dies ist auf die Reduktion des effektiven Leiterquerschnitts und

dadurch eines erhöhten Wicklungswiderstandes zurückzuführen. Speziell bei Maschinen für hohe

Drehzahlen beziehungsweise hohe Polzahlen wirkt sich das negativ auf das Betriebsverhalten aus. In

dieser Arbeit soll sowohl mithilfe Finiter-Elemente-Software als auch mit praktischen Messaufbauten die

Widerstandserhöhung quantifiziert werden. Dies kann dann zur Bestimmung der Auswirkungen auf das

Betriebsverhalten von elektrischen Maschinen verwendet werden.

Aufgaben/Ziele:

• Einarbeitung in die Skin- und Proximity-Effekt-Theorie

• Konzeption geeigneter Anordnungen für die Quantifizierung der Effekte an praktischen Beispielen

• Numerische Berechnung und Vermessung der Versuchsaufbauten

Ansprechpersonen: Gerd Bramerdorfer, gerd.bramerdorfer@jku.at, Tel.: +43-732-2468 6431, Raum MT 0261

Edmund Marth, edmund.marth@jku.at, Tel.: +43-732-2468 6432, Raum MT 0261

Bachelorarbeit / Masterarbeit

Analyse der Auswirkungen von frequenzabhängigen

Wicklungswiderständen auf das Betriebsverhalten

elektrischer Maschinen

Themengebiete:

• Elektromagnetische Feldtheorie /

Finite-Elemente Berechnungen

• Leistungs- und Signalelektronik

Beschreibung:

Elektrische Maschinen sollen oftmals in einem weiten Drehzahl-

/Drehmomentbereich eingesetzt werden (z.B. im Bereich elektrischer

Fahrantriebe). Um den Gesamtwirkungsgrad dieser Maschinen zu

verbessern, wurde die Idee geboren, die Magnetisierung der Magnete im

Betrieb je nach Lastpunkt dynamisch zu verändern. In dieser Arbeit soll ein

geeigneter Aufbau für die Auf-/Entmagnetisierung von AlNiCo-Magneten

konzipiert und anschließend die Magnetisierungseigenschaften dieser

Magnetart studiert werden.

Aufgaben/Ziele:

• Design, Konstruktion und Aufbau einer Anordnung zur Auf-

/Entmagnetisierung von AlNiCo-Magneten

• Erstellung eines automatisierten Messverfahrens mit geeigneter

Leistungselektronik und Messeinrichtung

• Vermessung und Charakterisierung der Eigenschaften von AlNiCo-

Magneten

Quelle: Vacuumschmelze GmbH & Co. KG

http://www.mechatronic-simulation.org/

Ansprechpersonen: Gerd Bramerdorfer, gerd.bramerdorfer@jku.at, Tel.: +43-732-2468 6431, Raum MT 0261

Edmund Marth, edmund.marth@jku.at, Tel.: +43-732-2468 6432, Raum MT 0261

Bachelorarbeit

Analyse der Magnetisierungseigenschaften von

AlNiCo-Magneten

Themengebiete:

• Elektrische Antriebstechnik

• Finite-Elemente-Berechnungen

• Thermische Prozesse

Beschreibung:

Aufgrund der heutigen Möglichkeiten werden elektrische Maschinen sehr oft mithilfe von Finite-

Elemente-Software und leistungsstarken Rechnern optimiert. Während die Berechnung der

elektromagnetischen Verhältnisse das Kernstück der Analyse bildet, wird der thermischen Modellierung

der Maschine oft wenig Beachtung geschenkt. Dies kann schlussendlich aber fatale Folgen

(Entmagnetisierung der Magnete, thermische Überlastung der Maschine) haben. In dieser Arbeit soll

basierend auf einer detaillierten Literaturrecherche ein möglichst einfaches thermisches Modell gefunden

werden, das eine kurze Rechenzeit bei ansprechender Berechnungsgenauigkeit bietet. Dieses soll

anhand eines einfachen Verifikationsmusters mit Messungen kalibriert beziehungsweise verifiziert

werden.

Aufgaben/Ziele:

• Literaturrecherche zu thermischen Modellen für elektrische Maschinen

• Auswahl geeigneter Konzepte

• Verifikation und Kalibrierung der Modelle mithilfe von (FE-)Berechnungen und Verifkationsmuster

Quelle: MotorCAD

Ansprechpersonen: Gerd Bramerdorfer, gerd.bramerdorfer@jku.at, Tel.: +43-732-2468 6431, Raum MT 0261

Edmund Marth, edmund.marth@jku.at, Tel.: +43-732-2468 6432, Raum MT 0261

Bachelorarbeit

Thermische Modellierung von PMSM mit

Zahnspulenwicklungen

Bachelorarbeit

Vermessung einer Käfigläufer-Asynchronmaschine

Themengebiete:

• Elektrische Maschinen (Asynchronmaschinen)

• Messtechnik (Grundlagen)

• Messdatenauswertung (Modellabgleich ESB)

Beschreibung:

Zur Parametrierung einer feldorientierten Maschinensteuerung oder/und zur Verifikation der

elektromagnetischen Feldsimulation ist eine Vermessung der elektrischen Maschine erforderlich. Die

Maschinenparameter einer Asynchronmaschine mit Läuferkäfig sind sättigungs-, last- und/oder

temperaturabhängig. Auf der anderen Seite existiert nur eine sehr begrenzte Anzahl an Messstellen, was die

isolierte Messung der diskreten Modellparameter erheblich verkompliziert. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit

soll die Vermessung von zumindest einer Maschine entsprechend dem Standard IEEE 112 erfolgen. Aus den

Messungen sind die Maschinenparameter des Einphasen-Ersatzschaltbildes zu ermitteln. Auch die von der

Statorstromfrequenz abhängigen Eisenverluste und die lastabhängigen Zusatzverluste sollen im Rahmen der

Maschinenvermessung quantifiziert werden.

Aufgaben/Ziele:

• Ausrüstung der Prüflinge mit einem Telemetriesystem zur Messung der Rotortemperatur

• Versuchsplanung in Absprache mit dem Betreuer

• Einarbeitung in die Messtechnik am Prüffeld

• Vermessung von ausgewählten Netzspannungsmaschinen (2-3 Motoren)

• Auswertung der Messungen und Diskussion der Ergebnisse (Maschinenparameter)

• Versuchsdokumentation

Ansprechperson: Walter Bauer Raum: MT0265 SCP1, 2. Stock +43 732 2468-6434 walter.bauer@jku.at