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In dieser Diplomarbeit wurde sich mit Ethernet-basierenden Bussystemen beschäftigt. Dabei wurden zunächst am Markt vertretene Industrial-Ethernet-Varianten untersucht und nach ihren Leistungsmerkmalen verglichen. Aus diesem Vergleich wurde eine Variante ausgewählt. Diese Variante wurde auf Kompatibilität hinsichtlich einer verwendeten Schnittstelle für eine Antriebselektronik untersucht. Neben der Kompatibilität wurde auch die Eignung des Bussystems für eine Bahnsteuerung analysiert und ausgewertet. Das Ergebnis der Untersuchungen und die damit verbundenen Änderungen an der Antriebselektronik bilden den letzten Teil der Arbeit.
Die zunehmende Durchdringung der Energieversorgungsnetze mit dezentralen, regenerativen Energieversorgungssystemen erfordert einen zunehmenden Netzausbau mit einer entsprechenden Erhöhung der Übertragungsleistung auch in der Mittelspannungsebene. Die Verwendung der 30kV-Spannungsebene erschließt dabei neue Potentiale und wird zukünftig wieder an Bedeutung gewinnen.
Die Regelung von Antriebssystemen wird dominiert von der feldorientierten Regelung (FOR). Durch die feldorientierte Regelung wird der Motorstrom in einen feld- und flussbildenden Anteil zerlegt. In unterlagerten Regelkreisen (Kaskadenregelung) mit PI-Regelgliedern erfolgt die Drehzahl-, Drehmoment- und Stromregelung. Durch Pulsweitenmodulation oder Raumzeigermodulation werden aus den Stromanteilen Spannungszeiger und Schaltfolgen für den Pulswechselrichter abgeleitet. Die Verfahren direkte Selbstregelung (DSR) und indirekte Selbstregelung (ISR) verzichten auf eine Feldorientierung. Durch gezielte Einflussnahme des Statorflusszeigers kann auf ein gefordertes Sollmoment geregelt werden. Es wird sich hierbei die Proportionalität zwischen dem Moment und dem Kreuzprodukt der Stator- und Rotorflussverkettung zu nutze gemacht. Durch den diskreten Ansatz der beiden Verfahren lassen sich Schalttabellen (Pulsmuster) für den Pulswechselrichter erarbeiten. Diese Arbeit bildet die Grundlage für weitere studentische Arbeiten. In dieser Arbeit wurde eine Umrichtersteuerung zur Regelung einer Asynchronmaschine im Verfahren DSR und ISR entwickelt.
Im Rahmen dieser Diplomarbeit werden aktuelle Herausforderungen im Zusammenhang mit der Entwicklung von Elektro- und Elektrohybridfahrzeugen betrachtet. Im Mittelpunkt der Betrachtung steht dabei der elektrische Energiespeicher in Form einer Lithium-Ionen Batterie, welche in Verbindung mit weiteren erforderlichen Komponenten für den Einsatz im Kraftfahrzeug als Lithium-Ionen-Energiespeichersystem bezeichnet wird. Neben den grundlegenden theoretischen Inhalten bezüglich der Lithium-Ionen Technologie werden die Anforderungen an fahrzeugseitige Energiespeichersysteme analysiert. In Verbindung mit den Erkenntnissen wird ein entsprechendes Modell unter festgelegten Randbedingungen aufgebaut.
Das Ziel dieser Diplomarbeit ist der Aufbau eines funktionsfähigen Batteriemodells, welches für die Systemauslegung und Reichweitenermittlung genutzt werden kann und diese Abläufe effizient unterstützt. Das Batteriemodell wird als Erweiterung in ein bestehendes Gesamtfahrzeugmodell implementiert und ermöglicht so eine Nachbildung des Gesamtsystems
Die Diplomarbeit befasst sich mit der Dimensionierung von Kabel und Leitungen in Nieder- und Mittelspannungsnetzen unter Berücksichtigung von nichtharmonischen Belastungen. Es werden Möglichkeiten der Kompensation von nichtharmonischen Belastungen aufgezeigt und die gültigen Normen der Kabeldimensionierung beschrieben. Unter nichtharmonischen Belastungen sind Oberschwingungen zu verstehen, welche infolge einer Überlagerung eine Effektivwerterhöhung des Stromes verursachen. Der Einfluss nichtharmonischer Belastungen auf Kabel und Leitungen wurde untersucht, so dass die Dimensionierung für den erhöhten Stromeffektivwert und den oberschwingungsbedingten Effekten auf Basis internationaler Normen angepasst wurde.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, einen bestehenden Versuchsstand einer geschalteten Reluktanzmaschine mit einer Rotorlageregelung zu erweitern. Dazu soll ein strukturell einfaches aber dennoch wirksames Regelkonzept entwickelt werden. Dieses soll in die vorhandene Steuerung (basierend auf ein FPGA) ohne Hardware-Änderungen implementiert werden. Es ist zu beachten, dass bereits Regelungen für Strom, Drehzahl und Drehmoment vorhanden sind, wobei Letztgenannte von der Rotorlageregelung überlagert werden soll. Besonders Wert wird dabei auf die universelle Einsetzbarkeit der Regelung in Bezug auf veränderliche Störgrößen gelegt. Die gewählte Regelstruktur soll in der Lage sein, sich ändernden Belastungs- und Reibungsdrehmomenten in reellen Grenzen anzupassen und entsprechend zu wirken.
Die zunehmenden Anforderungen an die Leistungsfähigkeit von modernen militärischen Fahrzeugen führen zu einer ständig wachsenden Komplexität dieser Systeme. Eine unmit-telbare Auswirkung davon ist der gleichermaßen gestiegene Einsatz von elektronischen As-sistenz-, Überwachungs-, Steuerungs- und Sicherheitssystemen, um die Bedienbarkeit trotz der zugenommenen Komplexität auch unter schwierigen Einsatzbedingungen sicherstellen zu können. Bei der Entwicklung der elektronischen Systeme müssen zwei Aspekte besonders berück-sichtigt werden, die für die technische Auslegung bestimmend sind. Einerseits sind die An-forderungen hinsichtlich der funktionalen Sicherheit zu erfüllen. Basierend auf dem derzeiti-gen Stand der Technik kommt hier beispielsweise die Sicherheitsnorm IEC 61508 zum Tra-gen. Andererseits ist im militärischen Einsatz eine hohe Verfügbarkeit der Systeme gefordert, um auch bei einsatzbedingten Beschädigungen eines Fahrzeuges eine Restfunktionalität so weit wie möglich aufrecht zu erhalten. Beide Aspekte führen bei der technischen Umsetzung häufig zu einer mehrkanaligen bzw. redundanten Auslegung verschiedener Steuerungssysteme. Bei dieser Auslegung ist neben der Betrachtung von Signal- und Ansteuerungspfaden als wesentlicher Punkt auch die Spannungsversorgung der elektronischen Komponenten zu berücksichtigen. Abgeleitet aus diesen Forderungen ist ein Konzept für eine redundante Spannungsversorgung in Fahrzeugen entwurfen wurden, die es erlaubt, auch bei Verlust oder Kurzschluss der primären Spannungsquelle weiterhin wesentliche elektronische Systeme unterbrechungsfrei aufrechtzuerhalten. In diesem Zusammenhang wurde geprüfen, welche alternativen Span-nungsquellen vor dem Hintergrund der Integrierbarkeit in ein Fahrzeug grundsätzlich in Frage kommen und in wie weit diese Quellen auch für die Versorgung des Bordnetzes bei ab-geschaltetem Triebwerk, also fehlender Generatorversorgung, zur Verlängerung der
Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 2 Permanentmagneterregte Synchronmaschinen 2.1 Allgemeiner Aufbau 2.2 Erregersystem 2.3 Betriebszustände 2.4 Mathematische Beschreibung 3 Grundlagen von Permanentmagneten 3.1 Magnetmaterialien 3.2 Magnetische Kenngrößen 3.3 Typische Bauformen und Magnetisierung 3.4 NdFeB-Magnete 3.4.1 Herstellungsprozess 3.4.2 Kennwerte und Toleranzangaben der Hersteller 4 Messeinrichtungen zur Beurteilung von Permanentmagnetläufern 4.1 Messgerät zur Erfassung der magnetischen Eigenschaften von Dauermagneten 4.1.1 Funktionsweise 4.1.2 Bedienung und Messabfolge 4.2 Prüfstände zur Ermittlung der elektrischen Parameter von PM-Maschinen 4.2.1 Aufbau 4.2.2 Zugehörige Messgeräte 4.2.3 Mögliche Messungen 5 Auswahl signifikanter Muster permanenterregter Synchronmaschinen 5.1 Auswahl und Aufbau der Mustermaschinen 5.2 Realisierung unterschiedlicher Magnetisierungen des Erregersystems 6 Auswirkungen von Qualitätsschwankungen der NdFeB-Magnete auf PM-Motoren 6.1 Arten von Qualitätsschwankungen 6.2 Beurteilung gegebener Toleranzgrenzen 6.3 Theorie zur Auswirkung von Schwankungen 6.3.1 Einfluss auf das Trägheitsmoment 6.3.2 Einfluss auf die Polradspannung 6.3.3 Einfluss auf die Umrichterspannungsgrenze 6.3.4 Einfluss auf Maschinenparameter bei Nennbetrieb 7 Praktische Überprüfung der magnetischen Einflüsse an den Versuchsmustern 7.1 Polradspannung 7.2 Umrichterspannungsgrenze 7.3 Betrieb bei Nennlast 8 Festlegung einer Toleranzbreite für die magnetischen Eigenschaften 9 Wareneingangskontrolle der Magnete 9.1 Einzelmessung der Magnetkörper 9.1.1 Abhängigkeit des magnetischen Flusses vom Magnetvolumen 9.1.2 Statistische Aufnahme der magnetischen Eigenschaften 9.2 Systematische Mehrfachmessungen 10 Überwachung der Läuferqualität durch Polradspannungsmessung 10.1 Mögliche Prüfverfahren 10.2 Vergleich generatorische und motorische Polradspannungsmessung 10.3 Abläufe der motorischen Polradspannungsmessung 10.4 Festlegen einer Toleranzgrenze für die ermittelte Polradspannung 10.5 Vorschlag für einen geeigneten Prüfstand 11 Zusammenfassung und Ausblick
Zielstellung Das Ziel dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung einer Messanlage zur dreidimensionalen Erfassung der Abstrahlungseigenschaften von Antennen. Nach einer Recherche über aktuell am Markt verfügbare Messsysteme soll eine Positioniervorrichtung entworfen werden, mit der die räumliche Richtcharakteristik von Funkmodulen bis zu einem Gewicht von 2kg vermessen werden kann. Dazu ist ein geeignetes Antriebssystem auszuwählen. Zusätzlich müssen bei der Konstruktion die Gegebenheiten der Hochfrequenztechnik, vor allem im Bezug auf die verwendeten Materialien, und vorhandene Normen beachtet werden. Weiterer Bestandteil der Diplomarbeit ist die Entwicklung einer PC-Software mit dem grafischen Programmiersystem LabView. Diese Software soll die komplett automatisierte Steuerung der Messanlage übernehmen. Dazu gehört die Ansteuerung der Positioniervorrichtung sowie einiger vorhandener Hochfrequenz-Messgeräte und -Generatoren. Als Ergebnis der Messungen werden die aufgenommenen Daten in verschiedenen Dateiformaten ausgegeben. Neben einer Textdatei mit den Rohdaten soll zur grafischen Darstellung eine in der Software CST MICROWAVE STUDIO auswertbare Datei und eine Microsoft Excel-Mappe erzeugt werden können. In dieser sind die errechneten Werte für Gewinn, elektrische Feldstärke, Leistungsdichte und Richtcharakteristik sowie einigen weiteren charakteristischen Antennenwerten zu finden. Als letzten Schritt gilt es, die Auswertung der Ergebnisse anhand einer als Beispiel aufgenommenen Richtcharakteristik vorzunehmen.
Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Schaltung entwickelt, die dazu dient Spannungen von Signalleitungen linear herabzusetzen um diese mit DAC-Messkarten messen zu können. Hierfür wird zunächst überprüft aus welchen Gründen die vorhandene Schaltung zerstört wird. Anschließend wird anhand von Simulationen und Versuchsaufbauten eine Lösung herausgearbeitet und als Leiterplatte umgesetzt. Zusätzlich zu dieser Komponente werden zwei weitere Leiterplatten für die Belastung der Signalleitungen mit Ohmschen Lasten und für die Ausgabe der Signalzustände als TTL-Pegel entwickelt. Alle Komponenten werden anschließend in Betrieb genommen.
Die vorliegende Arbeit machte anfänglich drei mögliche Ursachen für die Degradation des DVB-T Signals im mobilen Umfeld aus. Dabei handelte es sich um Intercarrier-Interferenz, frequenzselektives sowie zeitselektives Fading. Zu Beginn wurde jeder dieser Effekte hinsichtlich seiner theoretischen Auswirkung auf das Empfangssignal untersucht. Während bei der ICI sowie dem zeitselektiven Fading Berechnungen angestellt wurden, kam für das frequenzselektive Fading eine Simulation des DVB-T Systems zum Einsatz. Mit dieser war es sehr gut möglich, alle Eigenschaften eines jeden Signalpfades zu manipulieren. Es konnte damit sichtbar gemacht werden, wie sich die einzelnen Echoparameter auf das Gesamtsignal auswirken. Während die bisherige Literatur diese Effekte ausschließlich in der Theorie behandelt, wurde in dieser Arbeit besonderen Wert darauf gelegt, genau diese Vorgänge auch in der realen Umgebung aufzuzeigen. Dementsprechend mussten die theoretischen Ergebnisse aller drei in Frage kommenden Ursachen mit Messungen in der Realität abgeglichen werden. Anschließend wurde diskutiert, welche Auswirkung die jeweilige Veränderung des Empfangssignals im Empfänger bewirkt. Als erster Schritt dahin fand eine stationäre Messung anhand eines realen DVB-T Signals und unter idealen Bedingungen statt. Die im Vorfeld der Theorie besprochenen Merkmale eines solchen Signals, wie die Anordnung, Modulation oder Leistung der unterschiedlichen Trägertypen, konnten dort sehr gut aufgezeigt werden. Durch eine