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Die Entwicklung, Applikation und der Test von Wechselrichtern, insbesondere für Traktionsantriebe, ist mit einem hohen Aufwand für die Bereitstellung einer passenden Testumgebung verbunden. Für gewöhnlich werden diese Tests in der Entwicklung als auch in der Fertigung mit Hilfe von Motor-Generator Prüfständen durchgeführt, die wiederum für unterschiedliche Leistungsklassen vorgehalten werden müssen. In diesem Beitrag wird eine neuartige hochdynamische Umrichtertopologie vorgestellt, die als universelles Entwicklungs-, Applikations- und Prüfsystem für Umrichter eingesetzt werden kann. Derzeit wird dieser Umrichter in Hybridstruktur im Rahmen eines Forschungsprojektes an der FHWS realisiert.
Nichtlineare Berechnung von permanentmagneterregten Gleichstrommotoren mit konzentrierten Wicklungen
(2014)
Steigende Anforderungen an Hilfsantriebe im Automotive-Bereich verlangen im Hinblick auf Energie- und Kosteneffizienz innovative Berechnungsmethoden des magnetischen Kreises. Der magnetische Kreis moderner Permanentmagnet-Gleichstrommotoren kleiner Leistung weist ein signifikantes Sättigungsverhalten auf. Er ist derart ausgelegt, dass die von den Permanentmagneten erzeugten magnetischen Feldstärken nicht wie üblich dominieren, sondern die bestromten Ankerspulen vergleichbare Feldstärken erzeugen. Lineare Berechnungen mit konstanten Permeabilitäten bzw. Induktivitäten führen zu nicht mehr akzeptablen Ungenauigkeiten. Mittels transienter FEM-Simulationen ist es möglich die jeweiligen Flüsse in den Zahnspulen in Abhängigkeit von der Ankerposition und den Spulenströmen zu bestimmen. Für kurze Motorlängen sind grundsätzlich 3D-FEM-Berechnungen nötig. Es wurde ein Modellansatz gefunden, mit dem der Einsatz von 3D-FEM-Rechnungen stark reduziert und die Überlagerung der Flüsse in jedem Zahn zuverlässig und schnell beschrieben werden können. Dadurch kann die Rechen- und Entwicklungszeit erheblich reduziert werden.
Nichtlineare Berechnung von permanentmagneterregten Gleichstrommotoren mit konzentrierten Wicklungen
(2013)
Parallel Hybrid Three-Phase Inverter with Direct Current Control and Current Error Compensation
(2015)
PEDELEC
(2015)
Active damping of common-mode oscillations in electric drive systems using direct current control
(2017)
Performance evaluations of load balancing in industrial power grids using vehicle to grid technology
(2017)
A parallel three-phase converter system for ripple current compensation and passive filter reduction
(2015)
High-resolution Interferometric Measurement of Thickness Change on a Lithium-Ion Pouch Battery
(2019)
Volume change of graphite leads to change in thickness of battery storage layers during discharging and charging. Pouch cell lithium ion batteries are used in the field of electric vehicles and solar home storage. This paper shows a measurement setup for the three-dimensional measurement of thickness change on a flat 6.7mm thick pouch cell using a white light interferometer. With a measuring field of 7.05mm diameter the resulting 3D thickness change record contains 226000 3D readings. The measuring points have a lateral distance of 13.1μm. The repeatability of the measurement is 312.8nm for the individual values and 64.1nm for the average value. In addition, this paper shows how the storage capacity of this pouch cell drops over 30 charge cycles.
In this work, a battery consisting of eight commercial NMC/graphite cells connected in series was cycled to 60% of its initial capacity. During the test, special care was taken to ensure that the results were not influenced by either the module assembly or the module design. For this purpose, the cells were virtually connected in a laboratory environment with the help of the test device as if they were operated together in a battery. Extrinsic influences that affect cell aging were thus reduced to a minimum. Differential Voltage Analysis (DVA), Electrochemical Impedance Spectrum (EIS), and relaxation measurements were performed to analyze the aging behavior of each cell. The results show that despite a theoretically perfect module design, Cell-to-Cell Variations (CtCV) occurred during aging. The shifting Depth of Discharge (DoD) values among the cells further amplify CtCV. Lithium plating was also observed in the faster aging cells after cyclic aging, suggesting that this aging effect contributes significantly to the development of CtCV. After the aging test, the battery was equipped with an active balancing system that maximizes capacity utilization. More important, the balancing charges which are calculated iteratively within the used balancing algorithm show a strong correlation to the pure capacity losses and thus provide a new way to determine the capacity values of each cell individually without disassembling the battery.
The paper deals with the design of DC-side filters for three-phase voltage source converters of drives connected to an industrial or automotive DC-grid. It points out the problem of designing a filter if the DC-grid impedance and structure are unknown. Therefore, it presents a new non-linear hybrid filter whose filter effect is less dependent on the impedance of the downstream DC-grid and with better immunity against external interferences. The analytical and simulation based design process is explained with help of a concrete example. Results are validated by measurements on an experimental set-up.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entstehung und Wirkung von Gleichtaktstörungen in elektrischen Antriebssystemen. Parasitäre Gleichtaktimpedanzen bilden zusammen mit Gegentaktimpedanzen des Antriebssystems parasitäre Resonanzschwingkreise aus, welche von den Schalthandlungen der eingesetzten Umrichter im Antriebssystem zum Schwingen angeregt werden. Einer der beiden Schwerpunkte befasst sich mit der Entwicklung einer analytischen Berechnungsmethode, um die vorhandenen parasitären Gleichtaktpfade sowie deren Resonanzfrequenzen zu ermitteln. Der zweite Schwerpunkt behandelt die Möglichkeit der aktiven Dämpfung von Gleichtaktstörungen. Hierzu analysiert ein Algorithmus jede einzelne Schaltflanke im Umrichter auf deren Wirkung im Gleichtaktsystem. Anschließend kann diese zeitlich derart verschoben werden, dass die Schaltflanke eine bestmögliche Dämpfung im Gleichtaktsystem erzielt. Einleitend werden die notwendigen Grundlagen zur Umrichtertechnik sowie der Ausbildung und Anregung von Resonanzschwingkreisen am Beispiel eines RLC-Reihenschwingkreises erklärt, der stellvertretend für das stark reduzierte Gleichtaktmodell eines modernen Antriebssystems steht. Die Literaturrecherche gibt einen detaillierten Einblick über aktuelle Methoden der Reduktion von Gleichtaktstörungen wieder. Viele wissenschaftliche Veröffentlichungen behandeln modifizierte Ansteuerverfahren für die eingesetzten Umrichter, welche gezielt die Gleichtaktspannungen eines jeden Spannungsraumzeigers ausnutzen. Die Theorie und Funktionsweise des neuen Steuerverfahrens HCad, wird mathematisch hergeleitet und anhand eines idealen Simulationsmodells untersucht. Die Auswertung der Simulationsergebnisse ermöglicht es bereits, die dämpfende Wirkung unter idealen Bedingungen zu quantifizieren. Die Umsetzung eines praxisnahen Laborprüfstands dient der Verifikation und dem Vergleich realer Messungen mit den in der Simulation gewonnen Erkenntnissen. Die durchgeführten Messreihen bestätigen die Möglichkeit, Gleichtaktstörungen mithilfe einer zeitlichen Flankenverschiebung im Umrichter zu bekämpfen. Des Weiteren ist gezeigt, dass die Anwendung der aktiven Gleichtaktdämpfung neben der eigentlichen Aufgabe eines Steuerverfahrens in vollem Umfang und über den kompletten Modulationsbereich eines Umrichters möglich ist.
Vorhabenbezeichnung: Bat-PA-40 : Schlussbericht : Berichtszeitraum: 01.02.2018 bis 31.01.2019
(2019)
An adaptive optimized regulator (AOR) for three-phase voltage source inverters is presented. The zero-voltage vectors are used systematically to reduce the switching frequency and can be reached by switching only one inverter leg. In the steady stage the controller applies to the machine only those three voltage vectors which are directly adjacent to the machine voltage (similar to pulse width modulation). Adaptive identification of position and amplitude of the determining machine voltage vector is realized by multilevel hysteresis comparators and a switching table. The dynamic performance is as excellent as for the three-phase bang-bang controller, and the hardware implementation is very simple
The paper presents design and modulation strategy for a high bandwidth PWM-based amplifier. It consists of multiple H-bridges connected in parallel and switched sequentially. As the effective switching frequency is a multiple of the switching frequency of each single switch, the bandwidth is scaled by the number of H-bridges in parallel. The prototype presented supports a maximum number of eight H-bridges in parallel.