2017 ELSYS...der interessante Beiträge aus dem Institut ELSYS erwarten. Wir hoffen Ihnen mit der...

ELSYSInstitut für leistungselektronische Systeme

Jahresbericht 2017, Stand: 05.2018

www.th-nuernberg.de/elsys

JAHRESBERICHT2017

2017ELSYS

Institut für leistungselektronische S

ysteme

AU

SG

AB

E #1

UNSERE ERSTE JAHRESÜBERSICHT LIEGT VOR IHNEN.

Liebe Leserinnen, liebe Leser,

mit dieser Jahresübersicht wollen wir die vielfälti-gen Aktivitäten unseres Instituts im Jahre 2017 in kurzer und übersichtlicher Weise zusammenfüh-ren. Erfahren Sie aus dieser Broschüre, in wel-chen Bereichen und Forschungsprojekten ELSYS tätig ist, wer bei uns arbeitet und was neben der Forschung noch bei ELSYS passiert ist. Mit dieser Niederschrift wollen wir uns auch bei allen ganz herzlich bedanken, die über das Jahr engagiert und erfolgreich für das Institut gearbeitet haben. Unser Dank gilt auch unseren Forschungs- und Projektpartnern, die durch Ihr Vertrauen in unsere Arbeit diese interessanten und vielfältigen Aufga-benstellungen erst ermöglichten.

Zur Jahreswende 2017/18 konnten wir neue For-schungsprojekte gewinnen, die uns zuversichtlich in die Zukunft blicken lassen. Neue Fragestellun-gen zu Smart Grid und zukünftigen Verteilnetzen, Mehrphasenmaschinen und energieeffizienten Re-gelalgorithmen für elektrische Antriebe lassen wie-der interessante Beiträge aus dem Institut ELSYS erwarten. Wir hoffen Ihnen mit der vorliegenden Zusammenstellung eine Vorstellung von dem geben zu können, was ELSYS ist und was wir in naher Zukunft anpacken möchten.

Ihr Prof. Dr.-Ing. Armin DietzNürnberg im Februar 2018

PROF. DR.-ING. ARMIN DIETZ

TRANSFER

INSTITUT

FORSCHUNG

STUDIUM586062646668

74

424344

485054 Impressum

Der StudiengangInhalt & AblaufStudentische Arbeiten

IndustriekooperationenForschungskooperationenNeue Kooperation mit USACH

Vorstellung ELSYSOrganisationStandort und Ausstattung Seminare und VeranstaltungenAusflügePublikationen

verzeichnis

Forschungsbereiche

Elektrische Maschinen

Mechatronische Systeme

Modellbasierte Systemoptimierung

Leistungselektronik

Embedded Systems

Forschungsprojekte

EnCN²FAeIAFIKAT 4.0ImpACt BKOSYNETKaskaEEMeViSysMIKAVerInAData-e-PumpInnoProSys

04

0608101216

18

2022242628303234363839

Innovative energieeffiziente Antriebe mit Mehrphasenmaschinen

Fertigungsorientierte Auslegung innovativer elektrischer Antriebe für hocheffiziente Industrieapplikationen

Flexible und intelligente Kleinantriebstechnik für Industrie 4.0

Influence of manufacturing process on AC – motors technical behavior

Vernetztes Kompensationssystem zur Netzstabilisierung

Die Kaskadenmaschine als Generator für Erneuerbare Energien

FHInvest 2016: Messungen von Schwingungen in mechatronischen Systemen

Modellbasierte und intelligente Kleinantriebstechnik

Ummagnetisierungsverluste in hartmagnetischen Werkstoffen hochdynamischer Industrieantriebe

Ein Projekt der Forschungsgruppe Automatisierungstechnik am NCT in Koop. mit dem Institut ELSYS

Technologietransfer innovativer Produkte und Systeme in der Energie- und Gebäudetechnik

FORSCHUNG

4

5

forschung

SCHUNGUnter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Norbert Graß und Prof. Dr.-Ing. Armin Dietz wird in unterschiedlichen Forschungsschwerpunkten gearbeitet.

ELEKTRISCHE MASCHINEN

Zentralen Bestandteil der Arbeiten bilden analy-tische Rechenmodelle zur Durchführung eines Grobentwurfs. Mit Hilfe numerischer Simulationen werden simultan zum Grobentwurf Feinheiten des Maschinendesigns untersucht. Mündet eine Ent-wicklungsstufe des Maschinendesigns in einen Prototyp, werden dessen elektrische, mechanische und thermische Eigenschaften am eigenen Ma-schinenprüfstand erfasst und die Berechnungen validiert. Die magnetischen Eigenschaften der eingesetzten Materialien werden für die Auswahl und Berechnung der elektrischen Maschinen an einem eigenen Prüfplatz bestimmt.

Neben der Forschung an herkömmlichen Maschi-nendesigns, wie der Asynchronmaschine oder permanenterregten Synchronmaschine, werden wieder in den Fokus gerückte Maschinenkonzepte, wie die Reluktanzmaschine, Kaskadenmaschi-ne, Mehrphasenmaschine oder „Flux-switching“ Maschine, näher untersucht.

Fokus des Forschungsgebietes ist die Auslegung und Optimierung rotierender elektrischer Maschinen

Leistungsbereiche bis 400 kW,Drehmomente bis 2500 Nm,Drehzahlen 3.000 min-1 bis 10.000 min-1

6

7

Die Berechnung und Auslegung elektrischer Maschinen beruhte in der Vergangenheit auf analytischen Rechnungen sowie häufig auf Er-fahrungswerten. Im heutigen Entwicklungsumfeld wird dagegen verstärkt auf computergestützte Rechenmodelle und numerische Feldberechnun-gen zurückgegriffen.

Die stetige Verbesserung der Rechenmodelle sowie der Feldberechnungen ist Fokus der For-schungsgruppe „Elektrische Maschinen“.

Forschungsergebnisse im Bereich von

• Eisenverluste,• Zusatzverluste,• Verluste in Permanentmagneten sowie• umrichterbedingte Verluste

tragen so zur Optimierung der Rechenmodelle bei.

forschung

BERECHNUNG UND AUSLEGUNG ELEKTRISCHER MASCHINEN

BERECHNUNGS-PLATTFORM

MESSUNGEN

Parametereingabe

• Allgemein Parameter und Maschineninformationen

• Statorparameter• Rotoparameter• FEM

Simulationsparameter• Wickelschema• …

Berechnung der geometrischen

Daten

Berechnung des analytischen

Modells

Automatisierte Erstellung des FEM Modells

Modellerstellung und Simulation

Ergebnisse exportieren

Postprocessing

Die Forschungsgruppe entwickelt zudem eine eigene Plattform zur Berechnung elektrischer

Um die entwickelten Berechnungsmethoden verifi-zieren zu können, sind Messungen unabdingbar. Zu diesem Zweck verfügt das Institut ELSYS über Mo-torprüfstände verschiedener Leistungsklassen. Die Prüfplätze sind dabei mit modernsten Messmitteln ausgestattet. Neben den konventionellen Messmit-teln zur Erfassung der elektrischen- bzw. mechani-schen Leistung, können unter anderem auch me-chanische Schwingungen aufgezeichnet werden.

Maschinen. Die Plattform verknüpft die traditionel-le Berechnung durch analytische Ansätze mit mo-dernen Rechenmodellen und Feldberechnungen. So verknüpft es die Vorteile beider Seiten, wo-durch qualitativ hochwertige Ergebnisse schnell gewonnen werden können.

MECHATRONISCHESYSTEME

Mittels einer übergreifenden und ganzheitlichen Optimierung wird eine höhere Systemeffizienz erreicht, die durch die klassische Betrachtung von Wirkungsgrad-Bestpunkten der einzelnen Komponenten nicht realisierbar ist. Dabei werden neue Verfahren zur Modellbildung und Simulation sowohl des elektrischen Antriebsstranges, als auch der Einspeisung und Arbeitsmaschine bzw. mechatronischen Anlage eingesetzt. Daraus lei-ten sich durch analytische und numerische Opti-mierung neue Kriterien bzw. Algorithmen für die Auslegung, den Betrieb und die Regelung der Gesamtsysteme ab. Ebenso können auf Basis dieser Modelle die relevanten Kenngrößen des realen Systems durch eine Parameteridentifikation ermittelt und für die Anpassung des optimalen Betriebs genutzt werden.

Modellierung sowie energetische Bilan-zierung und Optimierung des gesamten Antriebssystems von der Energieeinspei-sung bis zum Arbeitsprozess

Energie-Effizienz Optimierung,Leistungselektronik,Systemsimulationen regenerativer Energien

8

9

EFFIZIENZ-STEIGERUNG EINESKLEINWASSER-KW

Am Beispiel eines Kleinwasser-Kraftwerks lässt sich exemplarisch die Energieausbeute durch einen optimierten direktangetriebenen und dreh-zahlvariablen Wasserkraftgenerator um 20 – 25 % steigern.

5 kW Prototyp eines neuen Generators für den direkten Antrieb:

STEIGERUNG DER ENERGIEAUSBEUTE DURCH

DREHZAHLVARIABILITÄT DES GENERATORS

UND

WIRKUNGSGRADERHÖHUNGAlter Antrieb über Getriebe und Riemen

Wasserrad

WasserschraubeGenerator

forschung

MODELLBASIERTESYSTEMOPTIMIERUNG

Erklärtes Ziel der Forschung ist es, einerseits Energieeinsparungspotentiale und Dynamikver-besserungen durch optimale Ansteuerung mit-tels der modellbasierten prädiktiven Regelung (MPC) bei elektrischen Antrieben aufzuzeigen und andererseits nachgelagerte Systeme (z.B. Pumpen) ohne zusätzliche Sensorik im idealen Betriebspunkt zu betreiben. Des Weiteren sol-len vorteilhafte Eigenschaften herausgearbeitet werden, die sich aus der Kombination von Mo-dellbildung und der Gesamtsystembetrachtung ergeben. Die modellbasierte prädiktive Regelung wird in der chemischen Prozessindustrie schon seit mehreren Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt. Die Anwendung auf Systeme der Leistungselekt-ronik und Antriebstechnik ist aufgrund der hohen Abtastraten und des daraus resultierenden hohen Rechenleistungsbedarfs dagegen neu und Ge-genstand aktueller Forschung. Es ist vor allem wichtig, weitere Verbesserungen in der Modell-bildung unter der Berücksichtigung realistischer Annahmen zu erzielen.

Modellbildung und Simulation des elektri-schen Antriebsstrangs, Entwicklung von robusten Ansteuerkonzepten, modellba-sierte Gesamtsystemoptimierung

Berechnungs- und Auslegungsmodelle,Modellbasiertes Condition Monitoring,Modellbasierte prädiktive Regelung

10

11

Die anwendungsnahe Forschung nutzt die in der Theorie erarbeiteten intelligenten Re-gelungs- und Beobachtermodelle, führt den Übergang in die Anwendung durch und zeigt die Potentiale und Grenzen auf.

Die detaillierte Modellierung des zu regelnden Systems stellt einen zentralen Bestandteil der modellbasierten prädiktiven Regelung und Sys-temoptimierung dar, hier kann auf Forschungs-ergebnisse des Instituts zurückgegriffen werden. Insbesondere die bereits verifizierten Verlustmo-delle verschiedener Maschinentypen aus vorheri-gen Forschungsprojekten finden hier Anwendung. So wird es möglich, die Betriebsverluste in das Gütekriterium der modellprädiktiven Regelung mit

analytisch abgebildetes Systemmodell(„real time“ Berechnung)

Leistungs-elektronik

Antriebs-regelung

MotorangetriebeneApplikation

Modell der angetriebenenApplikation

Modell des Motors und derLeistungselektronik

SystemMonitoring

Leistungsfluss

Informationsfluss

aufzunehmen und gezielt zu minimieren. Neben den Maschinenmodellen sind auch Modelle des Umrichters in verschiedenen Detaillierungsstufen vorhanden, mit deren Einsatz die Reduzierung der Umrichterverluste in den Leistungshalbleitern anwendungsnah erprobt wird. Die Modellierung der vollständigen Regelstrecke berücksichtigt hierbei auch mechanisch gekoppelte Systeme wie z.B. Pumpensysteme. Hierdurch kann ohne zusätzliche Sensorik eine Druck- oder Durchfluss-regelung erfolgen.

Die zunehmende Leistungsfähigkeit der Antriebs-regelungs-Hardware erlaubt die Anwendung von berechnungsintensiven Regelungs- und Steue-rungsverfahren auf Basis von Modellen.

forschung

ANWENDUNGSNAHEFORSCHUNG

LEISTUNGS-ELEKTRONIK

Die elektrische Leistung erstreckt sich über einen sehr weiten Bereich von typischerweise weniger als einem Watt bei Spannungsreglern in der Kom-munikationselektronik bis hin zu mehreren Giga-watt bei Anlagen zur Hochspannungsgleichstrom-übertragung (HGÜ). Als Bindeglied zwischen der Energietechnik und der Informationstechnik stellt sie deshalb eine Basis- oder Querschnittstechno-logie dar. Aufgrund der hohen erreichbaren Wir-kungsgrade und der großen Flexibilität wird sich die Bedeutung der Leistungselektronik vor allem in elektrischen Energienetzen in den kommenden Jahren noch deutlich verstärken.

Aufgabe der Leistungselektronik ist es, elektrische Energie mit hoher Effizienz in die von unterschiedlichsten Anwendun-gen und Verbrauchern jeweils benötigte Form umzuwandeln und den Leistungs-fluss zu steuern

12

13

VERTEILNETZ 2020

Verbesserung der Aufnahmefähigkeit und Siche-rung der Netzqualität von Verteilnetzen

Mit dem zunehmenden Ausbau der erneuerbaren Energien sind die Mittel- und Niederspannungs- verteilnetze vor allem in den ländlichen Bereichen inzwischen an ihre Aufnahmegrenzen gestoßen. Probleme mit der Spannungshaltung und Be-triebsmittelüberlastungen sind die Folge.

Der zentrale Bestandteil des Projektes ist die Integration dieser sehr verschiedenartigen Be-triebsmittel mit einem Kommunikationssystem in ein übergreifendes, automatisiertes Regelungs-system (Leittechnik) welches das optimale Zu-sammenwirken sicherstellen soll. Dazu soll das Zusammenwirken zunächst simuliert und dann in einem Labortest untersucht werden. Auf diesen Erfahrungen aufbauend, soll das gesamte Sys-tem in einem Feldversuch im Verteilnetz des be-teiligten Netzbetreibers erprobt werden.

PROJEKTPARTNER UND FÖRDERUNG:

Das Projektkonsortium umfasst Hersteller von Wechselrichtern, Ortsnetzstationen, Batteriespei-chern, Messtechnik, Netzautomatisierung und Kommunikationstechnik als auch Netzbetreiber und Hochschulen auf dem Gebiet der Leistungs-elektronik und der elektrischen Netze.Das Projekt Verteilnetz2020 wird vom Bundes-ministerium für Wirtschaft unterstützt. Diese und weitere Initiativen werden auf Forschung-Strom-netze.info dargestellt.

ZIELSETZUNG:

Ziel des Projektes ist daher die Entwicklung und Integration verschiedenartiger neuartiger, bislang nicht verfügbarer Betriebsmittel um die Aufnah-mefähigkeit der Verteilnetze für den problemlosen Ausbau der dezentralen, regenerativen Energie-erzeugung zu erhöhen und dabei das hohe Ni-veau der Netzqualität zu erhalten:

• Ansteuerbare und regelbare Einspeiser / Wechselrichter mit erweiterten Funktionali-täten zur Spannungshaltung, Wirkleistungs- und Blindleistungsregelung, Kompensation von Oberschwingungen.

• Optimal dimensionierte und lokalisierte, an-steuerbare, dezentrale Stromspeicher, die unter Prognose von Verbrauch und Erzeu-gung sowie optimaler Zyklierung betrieben werden, um eine lange Lebensdauer und damit wirtschaftliche Betriebsweise der Spei-cher zu erreichen.

• Intelligente, ansteuerbare, multifunktionale Längsregler, die in Ortsnetzstationen und als Strangregler neue Funktionalitäten zur Kom-pensation von Netzstörungen, Spannungs-haltung, Dämpfung von Oberschwingungen und Symmetrierung der Belastung der Leiter ermöglichen.

• Eine in der Umgebung leistungselektroni-scher Systeme einsetzbare, echtzeitfähige, zuverlässige, wirtschaftliche Kommunikati-onstechnik (Breitband-Powerline).

forschung

Neben der Energiewende benötigen wir auch eine Verkehrswende, die den Übergang von inef-fizienten, mit Erdöl betriebenen Fahrzeugen und deren vielfältigen Schadstoffemissionen auf sau-bere, elektrische Mobilität ermöglichen. Wir sind uns sicher, dass die Herstellung von Diesel- und Benzinfahrzeugen keine Zukunft hat und stellen uns den Herausforderungen der neuen Techno-logien und sichern damit unsere Zukunft. Die Energiewende kann nur gelingen, wenn der In-dividualverkehr zu einem Teil unserer vernetzten Energiesysteme wird und auch schwankende Ein-speiseleistungen durch elektrische Energiespei-cher ausgeglichen werden können. Während die elektrische Energieversorgung durch regenerative Kraftwerke zu einer deutlichen Reduzierung der CO² und Schadstoffemissionen geführt hat, sind die klima- und gesundheitsschädlichen Emissi-onen (CO², Stickoxide, Feinstaub) aufgrund der Verwendung von veralteten Technologien, wie z.B. Dieselmotoren permanent angestiegen. Nur mit elektrischer Antriebstechnik können diese Probleme schnell und nachhaltig gelöst werden.

Mit der Fahrt an den Gardasee sollte die Fra-ge beantwortet werden, ob Elektrofahrzeuge, deren Ladetechnik und die Ladeinfrastruktur heute bereits soweit ausgereift sind, dass man problemlos Urlaubsfahrten elektrisch und damit ohne CO² Emissionen durchführen kann. Über-aschenderweise stellte sich heraus, dass diese Voraussetzungen erfüllt wurden und das leise elektrische Fahren auch als ein sehr angeneh-mes Reiseerlebnis empfunden wurde. Heraus-gefordert hat uns einerseits die weitverbreitete negative Einstellung zur Elektromobilität, die

größtenteils aus fehlender eigener Erfahrung, Unkenntnis und Vorurteilen genährt wird und an-dererseits gegenteilige Berichte in den Medien. Norbert Graß beschäftigt sich auch beruflich mit der Integration von regenerativen Kraftwerken und batterieelektrischen Fahrzeugen in unse-re Stromnetze im Rahmen von mehreren For-schungsprojekten an der Technischen Hochschu-le Nürnberg. Claudia und Nobert Graß betreiben zur industriellen Umsetzung ihrer Ideen die Fir-ma Grass Power Electronics GmbH und besitzen seit knapp 2 Jahren ein voll-elektrisches Fahr-zeug, einen Renault ZOE, der im Rahmen von Forschungsprojekten eingesetzt und erprobt wird.Vor der Reise haben wir geklärt, welche Lade-stationen genutzt werden sollten und auf welche Weise diese Stationen aktiviert werden können. Unser Fahrzeug kann glücklicherweise an einfa-chen AC Stationen mit bis zu 43 kW sehr schnell in ca. 30 Minuten wieder aufgeladen werden.

ZUM FAHRTVERLAUF

Zunächst fuhren wir von Nürnberg nach Augs-burg und steuerten dort eine Schnelladestation mit 43 kW Ladeleistung an. Den Strom gab es dort sogar kostenlos. Während der Ladezeit von 30 Minuten konnten wir ein kleines Frühstück einnehmen. Danach ging es auch schon weiter nach Garmisch-Partenkirchen, wo wir eine Stun-de an einer 22 kW Station ebenfalls kostenlos la-den konnten. Die Ladezeit konnten wir für eine kurze Stadtbesichtigung und eine weitere Tasse Kaffee nutzen. Anschließend ging es über Mitten-wald bergauf und wieder bergab nach Innsbruck. Dort fanden wir eine Vielzahl von neu errichteten

EXKURSProblemlos Elektromobil zum Gardasee (Ein überraschend positiver Reisebericht von Claudia und Norbert Graß)

Norbert Graß arbeitet innerhalb seiner Firma „Grass Power Electronics“ an der Entwicklung von elektronischen Produkten und Systemen, die für die Nutzung regenerativer Stromerzeugung in unseren Stromnetzen benötigt werden.

14

15

Ladeanschlüssen, die allerdings noch nicht für unsere Ladekarte freigegeben waren. Per Handy App wurden wir in eine Tiefgarage navigiert, wo eine 22 kW Station per Handy App freigeschaltet werden konnte.Da die Auffahrt über die Brennerautobahn bevor-stand, wollten wir auf jeden Fall unsere Batterie komplett aufladen und ließen uns in Innsbruck eine Stunde Zeit, um die Innenstadt zu besichti-gen und fuhren dann gut gestärkt auf die Bren-nerautobahn. Kontinuierlich ging es bergauf und unser Ladezustand nahm deutlich ab. Nachdem wir die Passhöhe erreicht hatten und es bergab ging, konnten wir durch die dabei gewonnene Energie unsere Batterie wieder kräftig laden. Hier unterscheiden sich E-Autos stark von ihren fos-silen Vorgängern, die sogar bergab noch Energie verbrauchen. Nun wollten wir nach Meran, das über die Autobahn über Bozen oder über den Jau-fenpass erreichbar ist. Unser Navigationssystem, das mit der Berechnung der Reichweite gekoppelt ist, schlug uns vor, über den 2094 m hohen Jau-fenpass zu fahren. Nach anfänglichen Zweifeln, dass man 2 Pässe hintereinander ohne Zwischen-ladung fahren könne, fassten wir Vertrauen zu un-serem Navigationssystem, dass erfahrungsgemäß die Reichweiten immer sehr gut einschätzen kann und setzen zur erneuten Bergfahrt an. Die Pass-höhe erreichten wir tatsächlich mit ausreichender Reserve.

Als wir nun bergab fahren konnten freuten wir uns sehr, da der Ladestand der Batterie schnell wieder anstieg. Gebremst haben wir nur mit dem Motor, der bei derartig starkem Gefälle mit ho-her Leistung von 10 bis 20 kW die Batterie auf-

geladen hat. In Meran kamen wir deshalb mit einer mehr als halb geladenen Batterie und 100 km Restreichweite an. Wir hätten damit auch bis zum Gardasee durchfahren können, aber es war beabsichtigt, in Meran eine Besichtigung zu machen und dort zu übernachten. In einem sehr schönen kleinen Hotel stellte uns die Besitzerin eine normale 230 V Steckdose zur Verfügung und wir konnten damit über Nacht langsam aber ste-tig unser Auto voll aufladen. Dies ist ein anderer Extremfall der Ladetechnik, da bei einer Über-nachtung ausreichend Zeit zur Verfügung steht kann man hier sehr langsam laden. Benötigt wird dazu nur eine normale Steckdose, die es in jedem Hotel geben sollte. Am nächsten Morgen besich-tigten wir die Gärten am Schloss Trautmannsdorf und fuhren dann die letzte Etappe zum Gardasee nach Arco.

UNSER FAZIT

Elektromobilität ist technisch ausgereift und funktionsfähig. Die Alltagstauglichkeit ergibt sich im Wesentlichen aus der Kombination der Reichweite, Ladezeit und Verfügbarkeit der Lad-einfrastruktur. Unser Fahrzeug gleicht die Reich-weite durch eine bis jetzt einzigartige Ladetech-nik aus, die es leider bei anderen Fahrzeugen bis heute nicht gibt. Unser ZOE lädt 6-mal schnel-ler an einfachen Wechselstromstationen als ver-gleichbare Fahrzeuge. Deshalb hatten wir im Ge-gensatz zu anderen veröffentlichten Testfahrten mit Fahrzeugen, die diesen Vorteil nicht haben, auch keine Probleme, sondern eine entspannte, angenehme und begeisternde elektrische Fahrt.

Von Claudia und Norbert Graß

exkurs

EMBEDDEDSYSTEMS

Moderne Regelungsalgorithmen für elektrische Antriebssysteme, wie z.B. die modellprädiktive Regelung, benötigen eine hohe Rechenleistung. Die Schnittstelle zwischen der Leistungselektronik und den entwickelten Regelungsverfahren bilden Berechnungsplattformen, typischerweise Mik-rocontroller. Diese messen Istwerte, berechnen die Regelung in Echtzeit und generieren Schalt-signale für die Leistungselektronik. Zusätzlich zu Mikrocontrollern gewinnen moderne System-on-a-Chip Plattformen („SoC“) immer stärker an Be-deutung. Diese kombinieren Mikrocontroller und FPGA (Field Programmable Gate Array) in einem Chip. Durch die Kombination von FPGA und Mi-krocontroller kann die Berechnung komplexer Algorithmen deutlich beschleunigt werden. Somit ist es möglich, Echtzeitanforderungen zu erfüllen, die vor wenigen Jahren nicht realisiert werden konnten.

Entwickelte Regelungs- und Ansteuer-konzepte für Leistungselektronik und An-triebssysteme werden von Berechnungs-plattformen in Echtzeit ausgeführt.

Moderne Berechnungsplattformen ermöglichen den Einsatz perfomanter, rechenintensiver Regelungsverfahren.

16

17

forschung

OHMRICHTERMODULARE UMRICHTERPLATTFORM

Eigenentwicklung eines modularen Umrich-tersystems mit skalierbarer Leistung und variabler Berechnungsplattform.

Um den vielfältigen Rahmenbedingungen ver-schiedener Applikationen gerecht zu werden, wurde am Institut ELSYS ein modulares Umrich-tersystem entwickelt. Dieses ist in drei Funktions-bereiche unterteilt, für die jeweils verschiedene Module zur Verfügung stehen. Die Module kön-nen je nach Anforderungen kombiniert werden.

Das Leistungsteil besteht aus Halbleiterelemen-ten und ist das Stellglied des Systems. Aktuell ist eine Variante mit Kleinspannung (< 60 V) und MOSFETs auf Siliziumbasis vorhanden. Weitere Leistungsteile, z.B. ein Leistungsteil für Kleinan-triebe mit Halbleitern auf Galliumnitrid (GaN) Ba-sis sind aktuell in der Entwicklung.

Die Berechnungsplattform steht in zwei Vari-anten zur Verfügung. Für einfache Regelverfah-ren wird ein kosteneffizienter Mikrocontroller (TI C2000) eingesetzt. Für komplexe Berechnungen steht eine Variante mit einem Zynq-SoC zur Ver-fügung. Die Umrichtersoftware wird sowohl für die klassische feldorientierte Regelung als auch für moderne Regelungsalgorithmen, wie die mo-dellprädiktive Regelung, am Institut ELSYS selbst entwickelt. Hierbei wird Rapid Control Prototyping (RCP) für den Mikrocontroller (C-Code) und den FPGA (VHDL) eingesetzt. Dies erlaubt eine einfa-che Implementierung von komplexen Algorithmen aus der Simulationsumgebung (z.B. aus MATLAB/Simulink). Zudem besitzt die Berechnungsplatt-form eine Ethernet Schnittstelle zum Datenaus-tausch für Messwerte oder Sollvorgaben.

Das Kommunikationsmodul bindet den Umrich-ter an gängige Feldbus-Protokolle wie z.B. Profi-net oder EtherCAT an. Somit kann der Umrichter vielfältig eingesetzt werden und von übergeordne-ten Steuerungen kontrolliert werden.

LEISTUNGSFÄHIGE UMRICHTERPLATTFORM• Modularer Aufbau• Flexible Anpassung an Anforderungen• Berechnungsplattform mit SoC oder

Mikrocontroller• Skalierbare Leistung durch variables

Leistungsteil• Anbindung an übergeordnete Steuerung

Modulare Umrichterplattform - OHMrichter

18

19

FORSCHUNGSPROJEKTE

Als Einheit in der Technischen Hochschule Nürn-berg bieten wir fachlich hochstehendes Spezial-wissen in unseren Forschungsgebieten, verknüpft mit einer „barrierefreien“ Zusammenarbeit mit wissenschaftlichen Kompetenzen aus praktisch allen relevanten Fachgebieten.

Unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Norbert Graß und Prof. Dr.-Ing. Armin Dietz wird in unterschied-lichen Forschungsschwerpunkten gearbeitet.

FORSCHUNGSSCHWERPUNKTE

• Intelligente Stromnetze, „Smart Grids“, Spannungsqualität• Elektromobilität, Netzintegration von Elektrofahrzeugen• Leistungselektronische Quellen und Lasten• Energieeffiziente Stromrichter und Antriebe• Energiemanagement• Datentechnische Vernetzung leistungselektronischer Systeme• Steuerung und Regelung in Hard- und Software• Modellierung und Simulation leistungselektronischer Systeme und Antriebe

PROJEKTÜBERSICHT

EnCN²FAeIAFIKAT 4.0ImpACt BKOSYNETKaskaEEMeViSysMIKAVerInAData-e-pumpInnoProSys



Flexible und intelligente Kleinantriebstechnik für Industrie 4.0


Vernetztes Kompensationssystem zur Netzstabilisierung

Die Kaskadenmaschine als Generator für Erneuerbare Energien




Ein Projekt der Forschungsgruppe Automatisierungstechnik am NCT in Koop. mit dem Institut ELSYS


forschung

EnCN²


PROJEKTLEITERProf. Dr.-Ing. Andreas Kremser

ANSPRECHPARTNERM.Sc. Richard Steckel

KONTAKTTel.: [email protected]

Um die Ziele der Energiewende zu erreichen, sind Alternativen in der Energieerzeugung notwendig, wie auch eine erhöhte Energieeffizienz der elek-tronischen Geräte und Maschinen. Besonders im Industriesektor, welcher 44 % des gesamten Energieverbrauches in Deutschland ausmacht, ist eine Effizienzsteigerung zur erfolgreichen Um-setzung der Energiewende essentiell. Im Jahr 2016 wurde in der deutschen Industrie insgesamt 225 TWh elektrische Energie umgesetzt.

Hierbei beansprucht die Prozesswärme knapp 20 % und die Umwandlung in mechanische Ener-gie zwei Drittel. Zusätzlich sind rund ein Drittel der verbauten elektrischen Antriebe in der Industrie modernisierungsbedürftig. Eine Verbesserung der Energieeffizienz der Maschinen ist demnach die wirkungsvollste Maßnahme zur Steigerung der Effizienz der industriellen Energienutzung. Ne-ben Maschinen für Netzbetrieb werden bei etwa 30 % der neu installierten Antriebe Maschinen für Umrichterbetrieb eingesetzt. Als Industrieantrie-be werden überwiegend Asynchronmaschinen verwendet, wobei sich der Leistungsbereich der

Niederspannungsmotoren, die am Spannungs-zwischenkreisumrichter betrieben werden, in den letzten Jahren deutlich ausgeweitet hat (bis in den MW- Bereich). Selbst im Leistungsbe-reich bei 1 MW sind Niederspannungsmotoren mit Runddrahtwicklung deutlich günstiger in der Herstellung, als Hochspannungsmotoren gleicher Leistung mit Flachdrahtwicklung. Dies gilt in viel stärkerem Ausmaß für die Kosten von Nieder-spannungs- und Mittelspannungsumrichtern.

Antriebe mit Niederspannungsmaschinen im hö-heren Leistungsbereich werden zum Teil aufgrund der hohen Leistungen und Ströme mit mehreren parallelgeschalteten Frequenzumrichtern reali-siert; nach dem derzeitigen „Stand der Technik“ jedoch ohne Phasenversatz. Durch Anpassen der Ansteuerung der Umrichter und Modifikation der Wicklung kann eine dreisträngige Maschine auch mehrsträngig ausgeführt werden. Eine einfachere

2πa

U1

V1W1

m = 3

2πa

πm

U1

V1W1

U2

V2

W2

m = 2 · 3

m = k · a

R2/s

Lσ,2i2

u1

i1R1 Lσ,1

iµ

Lh

Zeiger der induzierten Spannung für die Strangzahl

2πa

U1

V1W1

m = 3

2πa

πm

U1

V1W1

U2

V2

W2

m = 2 · 3

m = k · a

R2/s

Lσ,2i2

u1

i1R1 Lσ,1

iµ

Lh

20

21

Wicklungsauslegung, besseres Betriebsverhal-ten, geringere Verluste und somit eine deutliche Steigerung der Energieeffizienz können erreicht werden. Als Ergebnis dieses EnCN-Forschungs-projektes stehen allgemeingültige Berechnungs-ansätze für mehrsträngige Induktionsmaschinen sowie geeignete Ansteuerkonzepte und -verfah-ren von Standardindustrieumrichtern zur Verfü-gung, mit denen mehrphasige Induktionsantriebe methodisch ausgelegt und optimiert werden kön-nen. Die Auslegung großer Niederspannungsma-schinen für Umrichterspeisung ist technologisch sehr anspruchsvoll.

Die erforderlichen kleinen Windungszahlen stel-len hohe Anforderungen an die Wicklungstech-nologie und führen zu hohen Leiterquerschnit-te, was wiederum ein Ansteigen der Verluste durch Stromverdrängung zur Folge hat. Eine einfachere Wicklungsauslegung, besseres Be-triebsverhalten und geringere Verluste können mit mehrsträngigen Maschinen erreicht werden.

forschung

(l.)Strombelag und Felderregerkurve im Luftspalt (statorseitig) eines vierpoligen Wicklungssystem mit einer Strangzahl von m=2‧3;(r.)Wicklungsharmonische der Felderregerkurve im Luftspalt (rechts)

GEFÖRDERT VON

VORTEILE

• Reduktion der Ständerstromwärmeverluste um bis zu 10 %

• bei gleicher Strombelagsamplitude eine hö-here Luftspaltinduktion

• verringerte Stromwärmeverluste im Läufer• geringere Pendelmomente• geringere Geräusche• Betrieb auch bei Phasenausfall möglich

Insbesondere für Niederspannungsmaschinen existiert ein hohes Potential zur Wirkungsgradstei-gerung. Die Steigerung des Wirkungsgrades von wenigen Prozentpunkten bedeutet gleichzeitig auch eine Reduzierung der Verluste um 10 - 20 %. Ziel ist ein modulares System aus mehrsträngigen Induk-tionsmaschinen verschiedener Baugrößen (160 bis 450) mit herkömmlichen Industriestromrichtern zu speisen, um den Einsatz dieses Antriebssystems mit seinen Vorteilen insbesondere der Energieeffizi-enz in der industriellen Praxis zu ermöglichen.

FAeIA



ANSPRECHPARTNERM.Sc. Tobias Gerlach


ZIELSETZUNG

Die Anforderungen an elektrische Antriebe hin-sichtlich Effizienz nehmen aufgrund der Ein-führung internationaler Normen und Richtlinien fortlaufend zu. Hinzu kommt ein stetig größer werdender Anspruch an die Drehmoment- und Leistungsdichte für Industrieantriebe, aber auch im Bereich der E-Mobilität und Luftfahrt. Infolge-dessen wird zunehmend auf Permanentmagnet-maschinen zurückgegriffen. Hierbei hat sich vor allem die permanenterregte Synchronmaschine (PMSM) auf dem Markt etabliert. Ein weiteres Bestreben hin zu höheren Drehmoment- und Leistungsdichten im Vergleich zur PMSM, bei möglichst geringem Bedarf an Seltenen Erden im Magnetmaterial und hoher Effizienz, ist ange-sichts aktueller Entwicklungen zur Erreichung der Ziele innerhalb der Energiewende höchst präsent. Ziel des Forschungsvorhabens ist deshalb die Entwicklung innovativer und hocheffizienter elekt-rischer Antriebe, die diese Anforderungen erfüllen können. Abb. 1: Schematische Darstellung einer PS-FRPM

Äußerer Stator Stator-Wicklung

Rotor

Permanentmagnete Innerer Stator

22

23

GEFÖRDERT VON

LÖSUNGSANSÄTZE

Innerhalb einer Literaturrecherche wird in Zusam-menarbeit mit den Industriepartnern ein Maschi-nenkonzept ausgewählt, welches den Anforde-rungen einer hohen Drehmomentdichte und einer hohen Effizienz, bei möglichst geringem Bedarf an Seltenen Erden, Folge leisten kann. Für das aus-gewählte Maschinenkonzept wird das Entwurfs- und Optimierungsverfahren durch die Entwicklung von Berechnungsmethoden unterstützt. Auf Basis dieser Methoden wird eine elektrische Maschine entwickelt. Die Auslegung erfolgt dabei speziell auch unter Berücksichtigung fertigungstechni-sche Aspekte. Ein entsprechender Prototyp wird anschließend von den Projektpartnern gefertigt, mit Hilfe dessen die entwickelten Berechnungs-modelle durch reale physikalische Messungen am Prüfstand verifiziert werden sollen. Aufgrund des hohen Innovationsgrades ist es zudem zwin-gend notwendig, das betrachtete Maschinenkon-zept hinsichtlich verschiedener Parameter mit konventionellen PMSM zu vergleichen. Wichtige Vergleichsparameter hierbei sind die Effizienz, die Drehmomentdichte, das Drehmoment pro Mag-netvolumen und Drehmomentschwankungen. Nur so kann das Potential einer angestrebten Etablie-rung auf dem Markt bewertet werden.

forschung

ERGEBNISSE

In Zusammenarbeit mit den Industriepartnern wur-de das Konzept der Partitioned-Stator Flux Rever-sal Machine (PS-FRPM) ausgewählt. Ein sche-matischer Schnitt der elektrischen Maschine ist in Abb. 1 illustriert. Der elektrische Antrieb besteht aus zwei Statoren, einem konventionellen Stator mit eingelegter Wicklung (Äußerer Stator) und einem zweiten Stator mit oberflächenmontierten Magneten (Innerer Stator). Zwischen den beiden Statoren ist der Rotor platziert, der, vergleichbar mit dem Modulator eines Magnetgetriebes, aus genutetem ferromagnetischen Material besteht. Diese höchstinnovative Maschinentopologie ver-eint die Konzepte der Flux-Reversal Machine und der Magnetic-Geared Machine. Die Drehmoment-fähigkeit und die Effizienz der PS-FRPM wird in der Literatur als äußerst gut bewertet und erfüllt somit die definierten Anforderungen. Weiterhin ist die Kühlung der Permanentmagnete gut umsetz-bar, weshalb das schwere Seltene-Erden-Metall „Dysprosium“ eingespart werden kann.

FIKAT4.0

Flexible und intelligente Kleinantriebstechnik für Industrie 4.0 (Modellbasierte prädiktive Regelung)

Unter Berücksichtigung der Anforderungen von Industrie 4.0 im Bereich Kommunikation, Minia-turisierung und Energieeffizienz wurde im For-schungsvorhaben ein Konzept für ein modulari-siertes Kleinantriebssystem entwickelt. Dieses System enthält neben einem einheitlichen Kom-munikationsmodul, das mehrere etablierte Feld-busprotokolle unterstützt, auch Leistungsmodule verschiedener Größe. Neben der Miniaturisierung der Leistungsmodule lag ein weiteres Augenmerk auf der flexiblen Gestaltung. So sollten neben Gleichstrom- auch Drehstrommotoren an dem-selben Leistungsmodul betrieben werden. Mit der anwendungsnahen Erprobung von intelligenten prädiktiven modellbasierten Regelungsmetho-den sollte im Forschungsvorhaben das Potential dieser neuartigen Regelungsmethode aufgezeigt werden. Dabei diente die entstandene Hardware als Evaluierungsplattform, um die vielverspre-

chenden Algorithmen schnell in die Anwendung zu überführen. Der stark wachsende Markt der Klein-antriebstechnik kann aus Effizienzbetrachtungen nicht weiterhin ausgeschlossen bleiben. Im For-schungsvorhaben wurden durch die ganzheitliche Betrachtung des Antriebssystems Steigerungen der Energieeffizienz und Dynamik durch intelli-gente prädiktive modellbasierte Regelungsme-thoden aufgezeigt. Die modellbasierte prädiktive Regelung wird in der chemischen Prozessindus-trie schon seit mehreren Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt. Die Anwendung auf Systeme der Leis-tungselektronik und Antriebstechnik ist aufgrund der hohen Abtastraten und des daraus resultie-renden hohen Rechenleistungsbedarfs dagegen neu und Gegenstand aktueller Forschung. Für größere Antriebe existieren bereits Forschungsar-beiten in diesem Feld, die Übertragung auf Klein-antriebe ist hingegen neu.

PROJEKTLEITERProf. Dr.-Ing. Armin Dietz

ANSPRECHPARTNERM.Sc. Sebastian Wendel

KONTAKTTel.: +49.911.5880.3126 [email protected]

Einfache Anbindung in der SCADA-Ebene

24

25

Erklärtes Ziel des Forschungsprojekts war es, einerseits Energieeinsparungspotentiale und Dy-namikverbesserungen durch optimale Ansteue-rung mittels MPC bei elektrischen Kleinantrieben aufzuzeigen, aber andererseits auch vorteilhafte Eigenschaften herauszuarbeiten, die sich aus der Kombination von MPC und einer flexiblen, offenen Hardwareplattform für den Betrieb und die Indivi-dualisierbarkeit einer modernen Fabrik ergeben. Es war vor allem wichtig, weitere Verbesserungen der MPC-Algorithmen unter der Berücksichtigung realistischer Annahmen zu erzielen. Dies impli-ziert anwendungsnahe Forschung, welche die in der Theorie erarbeiteten intelligenten Regelungs-methoden nutzt, den Übergang in die Anwendung durchführt und die Potentiale und Grenzen auf-zeigt. Die detaillierte Modellierung des zu regeln-den Systems stellte einen zentralen Bestandteil der modellprädiktiven Regelung dar, hier wurde auf Forschungsergebnisse des Instituts zurück-gegriffen. Insbesondere die bereits verifizierten Verlustmodelle verschiedener Maschinentypen aus vorherigen Forschungsprojekten fanden hier Anwendung. So war es möglich, die Betriebsver-luste in das Gütekriterium der modellprädiktiven Regelung mit aufzunehmen und gezielt zu mi-nimieren. Neben den Maschinenmodellen sind auch Modelle des Umrichters in verschiedenen Detaillierungsstufen entstanden, mit deren Ein-satz die Reduzierung der Umrichterverluste in den Leistungshalbleitern anwendungsnah erprobt werden konnte.

ERGEBNISSE

Im Forschungsvorhaben wurden modellprädik-tive Regelungsalgorithmen für Kleinantriebe im industriellen Umfeld entwickelt und erprobt. Das geplante Vorhaben hat Aussagen zur Anwendbar-keit von modellbasierten prädiktiven Regelungs-methoden in der Kleinantriebstechnik geliefert und Energieeinsparpotenziale in diesem Bereich durch die verlustoptimale Regelung mittels MPC aufzeigt. Ebenso wurden mögliche Dynamikstei-gerungen durch MPC bewertet.Darüber hinaus wurde ein Konzept für eine mo-dular aufgebaute Hardware zur Ansteuerung der Kleinmotoren entwickelt, die den hohen Anforde-rungen der Industrie 4.0 genügt. Neben der Mini-aturisierung des Leistungsmoduls wurde bei der Konzeptionierung ein weiteres Augenmerk auf die flexible Gestaltung gelegt. So wurden neben Gleichstrommotoren auch bürstenlose Gleich-strommotoren und sinuskommutierte PM-Ma-schinen an ein und demselben Leistungsmodul betrieben. Das Hardwarekonzept enthielt neben dem flexibel gestalteten Leistungsmodul auch ein Kommunikationsmodul, das mehrere Feldbuspro-tokolle beherrscht. Das Projekt wurde im Februar 2017 abgeschlos-sen. Hieraus resultierte das bereits angesproche-ne Konzept des „OHMrichters“, welches weiterhin am Institut Verwendung für die flexible Ansteu-erung von Kleinantrieben findet. Des Weiteren wurde das Anschlussprojekt „MIKA“ generiert, in welchem die Forschungsarbeiten zum Thema MPC intensiviert werden.

GEFÖRDERT VON

forschung

Etwa die Hälfte der in Deutschland erzeugten elektrischen Energie wird durch elektrische An-triebe in mechanische Energie umgewandelt. Der Anteil in der Industrie liegt sogar bei 70 % innerhalb Deutschlands und der EU. An der Technischen Hochschule Nürnberg wird deshalb im Projekt „impACt B“ an der Fakultät Elektro-technik Feinwerktechnik Informationstechnik die Wirkungsgradsteigerung von Elektromotoren ins Visier genommen.

Zentraler Bestandteil eines Elektromotors ist das Blechpaket. Dieses erfährt während seiner Produktion zahlreiche Fertigungseinflüsse, wel-che sich negativ auf das Betriebsverhalten der Maschine auswirken. In Folge dessen sinkt der

ImpACt B


Wirkungsgrad, und die Verluste steigen an. Das Projekt „impACt B – Influence of manufacturing process on AC-motors technical behavior“ unter-sucht den Einfluss der Fertigung auf das techni-sche Betriebsverhalten wechselstromgespeister Elektromotoren. Ziel der Forscher ist es, die Pro-duktion und das Maschinendesign so zu gestal-ten, dass die negativen Bearbeitungseinflüsse minimiert werden.

Dafür ist es allerdings notwendig, den Einfluss der einzelnen Fertigungsschritte genau zu kennen. „Bis der fertige Elektromotor die Produktion ver-lässt, hat er unzählige Fertigungsschritte durch-laufen. Dort versteckt sich enormes Entwicklungs-potential“, erläutert Doktorand Michael Reinlein.

PROJEKTLEITERProf. Dr.-Ing. Andreas KremserProf. Dr.-Ing. Ulrich Werner

ANSPRECHPARTNERM.Sc. Martin Regnet


GESAMTZIEL

26

27

GEFÖRDERT VON

Ausgangspunkt ist der Werkstoff Elektroband, wel-ches aus Eisenlegierungen besteht. Dieses wird meist durch Stanzen zu Elektroblechen verarbeitet. Der Motorenhersteller verbindet die Elektroble-che zu Paketen und fertigt den endgültigen Motor. „Wir haben in unserem Projekt drei große Partner: Den Elektroblechhersteller, den Stanzbetrieb und den Elektromaschinenbauer mit der Endmontage. Wir sind der Überzeugung, dass die Konstellation unserer Projektpartner die gesamte Wertschöp-fungskette abbildet und mit uns als wissenschaft-lichem Partner eine Bündelung der Kernkompe-tenzen erreicht werden kann, um ein optimales Ergebnis zu erzielen“, so Prof. Dr. Kremser, Leiter des Forschungsteams an der TH Nürnberg. Die Forscher erhoffen sich durch ihr dazugewonne-

nes Wissen über die Verlustmechanismen im Elektroblech die Verluste um bis zu 15 % sen-ken zu können. Schwerpunkt werden analytische Vorausberechnungen der Verluste aufgrund der einzelnen Fertigungsschritte sein. Die Ergebnisse sollen anhand von Finite-Element Simulationen bestätigt werden. Messungen am bearbeiteten Elektroblech und am fertigen Motor liefern die Grundlage aller Berechnungen.

Dafür wurden zum einem durch das Einrichten eines Messplatzes zur Bestimmung der magne-tischen Eigenschaften von weichmagnetischen Werkstoffen und zum anderem durch den Aufbau eines 400 kW Leistungsprüfstandes die entspre-chenden Rahmenbedingungen geschaffen.

forschung

Messplatz zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von weichmagnetischen Materialien.

KOORDINATORKBR Kompensationsanlagenbau GmbH

PROJEKTLEITERHerr Dipl.-Ing. Achim Tempelmeier

PROJEKTPARTNERKBR Kompensationsanlagenbau GmbH (KMU)VWEW Vereinigte Wertach-Elektrizitätswerke GmbHTechnische Hochschule NürnbergHochschule Esslingen / Göppingen

ANSPRECHPARTNERProf. Dr.-Ing. Norbert Graß

[email protected]

GESAMTZIEL

Die innovative Zielsetzung des Vorhabens ist es, ein vernetztes Kompensations-System zur Verbesserung des Übertragungsverhaltens und der Spannungsqualität von Stromnetzen als De-monstrator zu entwickeln und Erkenntnisse für einen flächendeckenden Einsatz zu gewinnen. Das System soll mit geringstmöglichem Aufwand zu realisieren sein und mögliche Investitionen in neue Leitungen und Anlagen gering halten. Dazu beabsichtigen die VWEW Vereinigte Wertach-Elektrizitätswerke GmbH, die KBR Kompensa-tionsanlagenbau GmbH in Kooperation mit der Technische Hochschule Nürnberg und der Hoch-

Vernetztes Kompensations-system zur Netzstabilisierung

KOSYNET

schule Esslingen dieses Projekt gemeinsam durchzuführen. Beispielhaft sollen zunächst in ei-nem Ortsnetz und im übergeordneten Mittelspan-nungsnetz der VWEW mit kritischer (schlechter) Spannungsqualität dezentral die Betriebszustän-de an Messstellen erfasst werden. Die dezentra-len Messstellen und ein zentraler Steuerrechner werden miteinander vernetzt.

Darüber hinaus werden bestehende Kompensa-tionsanlagen mit Schnittstellen ausgestattet und eine schnelle, noch zu entwickelnde Kompen-sationsanlage ebenfalls mit dem Steuerrechner

28

29

vernetzt. Die Gerätschaften dazu sind neu zu entwickeln. Ein adaptives kybernetisches Modell, sowie die Regel- und Steuer-Algorithmen sind zu entwickeln. Ziel ist es die eingebundenen Kom-pensationsanlagen in der Art zu steuern, dass eine optimale Kompensation (Blindleistung und Oberwellen) für das gesamte Ortsnetz erreicht und gleichzeitig das zulässige Spannungsband insbesondere auch bei hoher dezentraler Einspei-seleistung eingehalten wird. Dies weicht von der heute üblichen Praxis ab, da derzeit z. B. jeder Industriebetrieb nur für sich eine optimale Kom-pensation als Zielsetzung hat.

FÜR „ZUKUNFTSFÄHIGE STROMNETZE“

Eine Initiative der Bundesministerien für Wirt-schaft und Technologie (BMWi), Umwelt, Na-turschutz und Reaktorsicherheit (BMU) sowie Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms der Bun-desregierung

Projektträger:Jülich (PtJ) Forschungszentrum Jülich GmbH

Das Projekt kann dazu beitragen, die Investitio-nen für den notwendigen Ausbau der Netze mög-lichst gering zu halten und Belastungen für die Volkswirtschaft zu verringern. Es wird erwartet, dass sich bis zu 20% des Investitionsbedarfes für den Ausbau eines Ortsnetzes einsparen las-sen. Im Demonstrator-Betrieb sollen zusätzliche Erkenntnisse über die Gestaltung zukünftiger Strom-Tarifmodelle gewonnen werden. Die Er-gebnisse des Projektes dienen als Grundlage für die Entwicklung von Pilotanlagen für weitere Ver-sorgungsnetze.

forschung

Zukunftsfähige Stromnetze

GEFÖRDERT VON


ANSPRECHPARTNERM.Sc. Philipp Löhdefink


KaskaEE

Die Kaskadenmaschine als Generator für die Dezentrale Regenerative Energieerzeugung

Der Ausbau der erneuerbaren Energien im Zuge der Energiewende erfordert neuartige und verbes-serte Generatorkonzepte sowie eine hohe Quali-tät der Einspeisung. Rotierende elektrische Ge-neratoren erzeugen heute 99 % der elektrischen Energie, unabhängig davon welcher Erzeuger vorgeschaltet ist. Das Versorgungsnetz entwickelt sich weg von großen zentralen Energieerzeugern (Turbogeneratoren) hin zu vielen kleinen dezent-ralen Systemen. Diese neuen Versorgungsstruk-turen bedeuten eine große technische und wirt-schaftliche Herausforderung. Dazu gehört eine aktive Netzstabilisierung, Kostenreduktion, hohe Verfügbarkeit, hoher Wirkungsgrad, geringe War-tungskosten sowie die Umweltverträglichkeit der Anlagen. Ein Schlüssel liegt in einer effizienten und kostenoptimierten Antriebstopologie, die zur Erzeugung eingesetzt wird. Es ist daher erfor-derlich, Generatorkonzepte speziell für kleinere dezentrale Kraftwerke zu entwickeln, welche den genannten Anforderungen der dezentralen elektri-schen Energieversorgung angepasst sind.Aufgrund der Anforderungen nach drehzahlvaria-blem Betrieb, Leistungsregelung, geringen Netz-

rückwirkungen, hoher Verfügbarkeit, niedrigen Kosten sowie langen Wartungsintervallen und hohem Wirkungsgrad kommen zunächst prinzi-piell nur permanenterregte Synchronmaschinen und Asynchronmaschinen in Frage. Bei den per-manenterregten Synchronmaschinen bestehen allerdings durch die Verwendung von Seltenen-Erden-Magneten Abhängigkeits- und Kostenpro-bleme. Weiterhin müssen diese Generatoren an einem Frequenzumrichter betrieben werden, der auf Nennleistung des Systems ausgelegt werden muss, was die Systemkosten deutlich erhöht. Bei den herkömmlichen Asynchronmaschinen kommt auf den ersten Blick die doppeltgespeiste Asyn-chronmaschine mit Schleifringläufer in Betracht, da in diesem Konzept der Umrichter in den Ro-torkreis geschaltet wird, und dadurch nur auf ei-nen Bruchteil der Nennleistung ausgelegt werden muss. Weiterhin entsteht dadurch auf der Stator-seite ein nahezu sinusförmiger Strom, welcher ohne große, teure passive Bauteile ins Netz ein-gespeist werden kann. Der große Nachteil an die-sem Konzept sind jedoch die Schleifringe, welche gewartet werden müssen und den Wirkungsgrad verringern.

Deshalb wird im Projekt KaskaEE das Konzept der Kaskadenmaschine (bürstenlose doppeltge-speiste Induktionsmaschine) favorisiert. Diese hat keine Schleifringe und erfüllt die Anforderungen, die für eine dezentrale Energieerzeugungsanlage benötigt werden. Das Prinzip der bürstenlosen doppeltgespeisten Asynchronmaschine wurde bereits anfang des 20. Jahrhunderts entworfen. Die Maschine wurde motorisch in Spezialanwen-dungen wie der Landwirtschaft oder explosions-gefährdeten Umgebungsbedingungen betrieben,

30

31

bei denen eine variable Drehzahlstellung notwen-dig war. Durch die heute übliche Kombination von Umrichter und Asynchronmaschine für drehzahl-variable Anwendungen ist eine solche Maschine obsolet geworden. Allerdings war die generato-rische Nutzung der Maschine bislang eher unty-pisch. Durch die moderne Umrichtertechnik wird die Kaskadenmaschine jedoch für den Generator-betrieb wieder interessant und kann zusätzlich für Netzdienstleistungen in Form von Blindleistungs-bereitstellung verwendet werden.

Die Kaskadenmaschine ist der doppeltgespeis-ten Asynchronmaschine mit Schleifringen ähn-lich, wobei eine Sekundärstatorwicklung die Rolle der Rotorwicklung übernimmt und dadurch auf Schleifringe verzichtet werden kann. Die Dreh-zahlvariabilität erfolgt über eine Veränderung der Läuferstromfrequenz (durch die Sekundärsta-torwicklung) und kann somit den Anforderungen von regenerativen Energieanlagen bestens ge-recht werden. Bei der Kaskadenmaschine wird ein Großteil der Leistung über die Primärstator-wicklung mit annähernd sinusförmigen Strömen

ins Netz gespeist. Der restliche Teil der Leistung wird über die Sekundärstatorwicklung und einen Umrichter ins Netz eingespeist. Somit kann der Umrichter auf einen Bruchteil der Generatornenn-leistung ausgelegt werden (ca. 33 %). Außerdem ist die Maschine über die Regelung in der Lage, Blindleistung zur Netzstabilisierung zu liefern. Im Laufe des Projekts wurde anhand der vorhan-denen Kaskadenmaschine ein zu entwickelndes Maschinenmodell verifiziert. Aufbauend auf die-sen Untersuchungen erfolgte ein Maschinenent-wurf einer neuen optimierten Maschine im Klein-leistungsbereich von 10 – 100 kW. Mit mehreren Industriepartnern wurde ein Prototyp aufgebaut, der die Basis für eine mögliche Industrialisierung bildet.

Ein weiteres Ziel des Projekts war die Entwick-lung eines auf die Maschine abgestimmten Re-gelungs-konzepts. Dieses sollte schon früh im Maschinenentwicklungszyklus berücksichtigt wer-den, um bereits in der Auslegung dafür zu sorgen, dass Vorteile für die spätere Regelung entstehen. Der Regelungsentwurf an sich ist modellbasiert erfolgt, was bedeutet, dass sowohl die Regelstre-cke als auch der Regler selbst in ausführlichen Simulationen untersucht wurden. Da in dieser Projektphase bereits genaue Maschinenmodelle vorlagen, konnte durch eine Kopplung verschie-dener Simulationsprogramme das gesamte Sys-tem mit hoher Qualität nachgebildet werden. Durch eine automatische Quellcodegenerierung aus der Simulationssoftware heraus konnte der simulierte Regler ohne weiteren Aufwand auf der institutseigenen Rapid-Prototyping Plattform am realen Maschinenprototypen verifiziert und das Gesamtsystem vermessen werden.

forschung

Nested-Loop Rotor der ausgeführten Prototyp-Kaskadenmaschine

GEFÖRDERT VON

PROJEKTLEITERProf. Dr.-Ing. Armin DietzProf. Dr.-Ing. Ulrich Werner

ANSPRECHPARTNERM.Sc. Tobias Schindler


MeViSys


ENERGIEEFFIZIENTE, GERÄUSCHARME ANTRIEBE

Die Industrie stellt mit 46 % den größten elektri-schen Verbraucher in Deutschland dar. Das Ein-sparpotential dieses Energieverbrauchs entfällt zu 30 % auf den Einsatz Drehzahlgeregelter Mo-toren und zu 10 % auf die Verbesserung der Effizi-enz der Antriebe. Durch die Drehzahlregelung der Motoren sind diese zusätzlichen mechanischen und elektrischen Belastungen ausgesetzt. Diese verursachen eine verstärke Schwingungsbelas-tung der Maschine, welche wiederum zu erhöh-ten Geräuschemissionen führen. Im Rahmen des Projekts MeViSys wird innovative Messtechnik in Form eines 3D-Scanning Laservibrometers mit Rotationsvibrometer an der TH Nürnberg aufge-baut. Laser-Doppler-Vibrometer ermöglichen die berührungslose Messung mechanischer Schwin-gungen ohne das Aufbringen von zusätzlichen Massen auf dem Prüfling.

Mit der 3D-Scanning Technologie ist es möglich, Betriebsschwingformen in allen drei Raumrich-tungen mit gegenseitigem Phasenbezug aufzu-nehmen. Diese Eigenschaften der Messmethode ermöglichen einen präzisen Abgleich des realen Schwingungsverhaltens (z.B. Modalanalyse, Be-triebsschwingformen) mit Modellrechnungen. Die genaue Kenntnis des realen Schwingungsverhal-tens erlaubt in einem nächsten Schritt die Opti-mierung der Modelle.

MODELLBASIERTE SYSTEMOPTIMIERUNG

Ausgehend von der Modellbildung für das Ge-räusch- und Schwingungsverhalten einer elek-trischen Maschine kann durch den Einsatz von innovativen Regelungsalgorithmen die Energie-effizienz gesteigert und auftretende mechanische Schwingungen reduziert werden. Hierzu können die entwickelten und verifizierten Modelle durch die steigende Rechenleistung moderner Mikro-prozessoren direkt in der Regelung berücksichtigt werden. Einen vielversprechenden Ansatz stellt hierbei die modellprädiktive Regelung dar. Bei diesem Regelungsalgorithmus werden zukünftige Systemzustände vorausberechnet und mögliche Schwingungen aktiv mit Hilfe entsprechender Mo-delle und Gewichtungsfunktionen unterdrückt.

32

33

GEFÖRDERT VON

Förderung strategischer Investitionen an Fachhochschulen (FHInvest)

Im Rahmen der Fördermaßnahme FHInvest un-terstützt das BMBF Fachhochschulen, die ihren Forschungsschwerpunkt mit Hilfe von Investiti-onsprojekten zur Bereitstellung und Anwendung von Forschungsgeräten, Forschungsanlagen oder Demonstratoren ausbauen wollen. Dies stärkt die Attraktivität der Ausbildung forschungs-starker, hochqualifizierter Fachkräfte, dient der Verbesserung der Forschungskooperationen, insbesondere mit kleinen und mittleren Unterneh-men und steigert somit die Wettbewerbsfähigkeit der Fachhochschulen.

FHInvest 2016: Messungen von Schwingungen in mechatronischen Systemen (MeViSys)

Das Projekt MeViSys erweitert die Schwin-gungsmesstechnik der TH Nürnberg um ein 3D-Scanning Laservibrometer inklusive Rotations-vibrometer. Diese Messgeräte sind elementarer Bestandteil der Verifizierung von Simulationsmo-dellen, die zur Untersuchung des Schwingungs- und Geräuschverhaltens elektrischer Maschinen entwickelt werden. Mithilfe dieser Modelle kann die Energieeffizienz von elektrischen Maschinen gesteigert und ihre Schwingungsbelastung verrin-gert werden. Zudem ist es möglich, das Geräusch-verhalten zu verbessern. Das Projekt MeViSys trägt zum Wissenstransfer bei und ermöglicht ins-besondere kleinen- und mittleren Unternehmen den Zugang zu hochpräziser Messtechnik.

forschung

Scanning-Vibrometer (1D)


ANSPRECHPARTNERM.Sc. Sebastian Wendel


MIKA


Die kontinuierlich zunehmenden Anforderun-gen an die Kleinantriebstechnik sowie der stark wachsende Markt in diesem Bereich erfordert eine zunehmende Steigerung der Performance, der Effizienz und der Flexibilität. Im Forschungs-vorhaben MIKA soll durch die ganzheitliche Be-trachtung des Antriebssystems die Steigerungen der Energieeffizienz und Dynamik sowie die Be-rücksichtigung neuer Optimierungskriterien durch intelligente und modellbasierte prädiktive Rege-lungsmethoden (MPC) im industriellen Umfeld entwickelt und erprobt werden.

Das Vorhaben soll Aussagen zur Anwendbarkeit von modellbasierten prädiktiven Regelungsme-thoden in der Kleinantriebstechnik liefern. Neben der Energieeffizienz und Flexibilität werden auch Dynamiksteigerungen sowie ein verbessertes Störverhalten (z.B. bei mechanischen Schwin-gungen) angestrebt. Das Vorhaben baut auf dem Forschungsprojekt FIKAT4.0 auf und ist die inhalt-liche Fortsetzung dessen. Im Projekt MIKA wird auf neuartige Echtzeit-Berechnungsplattformen wie System-on-a-Chip (SoC) Lösungen mit Mik-

rocontroller und Field Programmable Gate Array (FPGA) gesetzt. Neben der Verbesserung der Modellgenauigkeit und der Erhöhung der Prädik-tionsschrittweite wird im Vorhaben die industrielle Evaluierung sowie der Transfer zu den Partnerun-ternehmen fokussiert.

Die durch MPC erzielte Optimierung der Regel-güte, die Minimierung der Baugröße durch neu-artige Halbleiter, die verschiedenen Geberschnitt-stellen und die erhöhte Wandlungsfähigkeit durch eine gewichtete Optimierungsfunktion bei MPC ermöglichen eine zu erwartende Flexibilität und vermeidet teure Einzellösungen im Bereich der Kleinantriebstechnik. Durch eine implementier-te online Parameteridentifikation, für den jeweils angeschlossenen Antrieb, kann zu Beginn des Betriebes die modellbasierte Regelung auf die re-ale Regelstrecke angepasst werden. Dies ist der Schlüssel für den flexiblen Einsatz des Kleinum-richters. Gegenüber den bestehenden Lösungen wird hierdurch eine erleichterte und kostengünsti-gere Nutzung von Kleinantriebstechnik im produ-zierenden Gewerbe erwartet.

Ein wesentlicher Bestandteil des Vorhabens ist die Entwicklung von geeigneten Verlustmodel-len der Antriebskomponenten. Insbesondere die Modellbildung der Eisen- und Zusatzverluste in den elektrischen Maschinen stellt hier eine neue Herausforderung dar. Ein weiteres Potential liegt in der modelltechnischen Berücksichtigung der mechanischen Regelstrecke, durch welche z.B. mechanische Schwingungen im Antriebssystem gedämpft werden können. Weiterhin muss im

34

35

Forschungsvorhaben die Umsetzung in echtzeit-fähige Algorithmen untersucht werden, um MPC erfolgreich in der industriellen Praxis zu erproben. Hierzu sind vielfältige Untersuchungen sowohl in hardwaretechnischer und vor allem in algorith-mischer Weise durchzuführen. Die Erkenntnisse aus dem vorgelagerten Projekt FIKAT4.0 haben gezeigt, dass die Implementierung der Algorith-men vorerst auf einer FPGA-Basis durchgeführt werden muss. Eine anschließende Optimierung kann den Einsatz mit gängigen DSP-Systemen oder low-cost FPGA-Systemen ermöglichen. Des Weiteren sollen die MPC-Algorithmen optimiert werden, da in der Algorithmen-Optimierung eines der größten ungenutzten Potentiale liegt. Die Leis-tungselektronik, Berechnungs- und Kommunika-tionsplattform werden zu einem System integriert und an verschiedenen motorischen Probanden im Labormaßstab und industriellen Umfeld bei den Partnerunternehmen erprobt. Es ist vor allem wichtig, weitere Verbesserungen der MPC-Algo-rithmen unter der Berücksichtigung realistischer Annahmen zu erzielen.

PROJEKTINHALTE

Es werden Modelle zur Vorhersage des Maschi-nenverhaltens mit verschiedener Detailtiefe von den zu betrachtenden Maschinen (v.a. Synchron-

GEFÖRDERT VON

maschine, Asynchronmaschine) erstellt bzw. vor-handene Modelle erweitert und im diskreten Zeit-bereich dargestellt. Die Herausforderungen liegen hier zum einen in der vorteilhaften Formulierung der Modellgleichungen, so dass möglichst weni-ge Rechenschritte auf dem SoC benötigt werden. Zum anderen gilt es, die komplexen Verlustme-chanismen elektrischer Maschinen (z.B. Eisen- und Zusatzverluste) auf möglichst einfache und dennoch präzise Art abzubilden und in die Prä-diktionsmodelle zu integrieren. Die Modellbil-dung soll in der Simulationsumgebung MATLAB/Simulink von MathWorks umgesetzt werden. Die in der Simulationsumgebung entstandenen Rege-lungsalgorithmen werden anschließend mit Hilfe von Rapid Control Prototyping (RCP) genutzt, um implementierbaren VHDL-Code oder C-Code zu erzeugen. Der Code wird auf der SoC-Berech-nungsplattform implementiert und für den Ver-gleich mit dem Stand der Technik genutzt. Dies erfolgt zum einen am Prüfstand im Labormaß-stab. Für die Implementierung wird aufbauend auf dem Projekt FIKAT4.0 ein modularer Kleinumrich-ter mit der neuartigen SoC-Berechnungsplattform kombiniert.

Ein Drehgeber und der Prüfling werden mit Hilfe einer Messwelle und Belastungsmaschine exem-plarisch evaluiert. Durch Vereinfachungen und Optimierungen an den Modellen wird hierbei ver-sucht, im Labormaßstab die Rechenzeit zu mini-mieren und dabei möglichst wenig Funktionalität einzubüßen. Zum anderen werden die MPC-Al-gorithmen an realen Demonstrationsanlagen der Industriepartner angewandt. In einem weiteren Schritt sind Umsetzungen im direkten Industrie-umfeld geplant. Dabei wird zwischen stationären Prozessen wie Pumpe/Lüfter, und dynamischen Prozessen unterschieden.

forschung

Echtzeit-Berechnungsplattform am Institut ELSYS


ANSPRECHPARTNERM.Sc. Tobias Gerlach


VerInA


Im Zuge der Energiewende sowie den zuneh-menden Verschärfungen und Einführungen neuer Richtlinien und Normen zur Energieeffizienz elek-trischer und elektronischer Systeme, ist eine ste-tige Steigerung der Wirkungsgrade elektrischer Antriebe allseits von großem Interesse. Allein in Deutschland nehmen elektrische Antriebe mit 50 % aller vorkommenden elektrischen Ener-giewandlungssysteme einen hohen Stellenwert ein. In der Industrie sind sie für etwa 70 % des vorhandenen Stromverbrauchs verantwortlich.

Die Einsatzgebiete der permanenterregten Syn-chronmaschinen (PMSM) nehmen sowohl im Bereich größerer Leistungen, als auch bei Klein-antrieben stetig zu. Die Gründe hierfür liegen im Maschinentyp selbst. Der Einsatz von Perma-nentmagneten für die Bereitstellung des Rotor-feldes in Synchronmaschinen resultiert in deutli-chen Steigerungen der Effizienz, Leistungsdichte und des Drehmoments. Dies führt dazu, dass die PMSM die Induktionsmaschine aufgrund der bes-

seren Eigenschaften in vielen Anwendungen er-setzt. Als Magnetwerkstoff wird zunehmend auf Seltene Erden zurückgegriffen, da diese sehr gute magnetische Eigenschaften aufweisen. Nachteilig kann deren Einsatz aufgrund der elekt-rischen Eigenschaften insbesondere bei hochdre-henden Maschinen zu hohen Verlusten führen. Um die Energiebilanz dieser Maschinen zu op-timieren, ist es unabdingbar, die einzelnen Ver-lustarten mit ausreichender Genauigkeit vorab berechnen zu können. Es hat sich jedoch gezeigt, dass trotz der großen Relevanz für die Berech-nung der Verluste einer PMSM, außer einer zeit- und damit kostenintensiven 3D-FEM-Rechnung keine anwendbaren Berechnungsmodelle vor-handen sind. Innerhalb eines Forschungsprojektes der TH Nürnberg werden anwendungsbezogene Fra-gestellungen zur Effizienzsteigerung und Ferti-gung von permanenterregten Synchronmaschi-nen untersucht, die bis zum heutigen Tag noch nicht bzw. nicht befriedigend beantwortet sind.

36

37

PROJEKTZIELE

Im Rahmen des Forschungsprojekts wird ein Be-rechnungsmodell entwickelt, mit dessen Hilfe die einzelnen Verlustanteile und insbesondere die Magnetverluste einer PMSM bereits bei der Ma-schinenauslegung hinreichend genau bestimmt werden können. Weiterführend kann mit diesem Berechnungsmodell die optimale Geometrie und Segmentierung der Permanentmagnete bestimmt werden, um somit die bestmögliche Energieeffizi-enz der Maschine auszuschöpfen. Zudem werden auch die Fertigungs- und Materialkosten der Per-manentmagnete berücksichtigt, sodass auch ein ökonomisches Optimum erzielt wird.

Weiterführend soll eine Methodik entwickelt wer-den, mit der die Verluste in den Magneten mess-technisch nachgewiesen werden können. Mit Hilfe der Messmethodik ist es möglich, die entwickelten Berechnungsmodelle durch reale Messungen an der elektrischen Maschine zu verifizieren.

GEFÖRDERT VON

forschung

Vereinfachte Messanordung zur Bestimmung der Magnetverluste

Motivation:

• Pumpenantriebe machen ca. ein Drittel der über elektrischen Antriebe verbrauchten Energie aus,

• aber Antrieb und Pumpe arbeiten häufig nicht im optimalen Betriebspunkt,

• zudem sind insbesondere bei vorhandenen Anlagen die Parameter für eine Antriebsop-timierung nicht bekannt.

Ziele:

• Identifikation des Betriebszustandes über die Antriebssteuerung bzw. die statischen und dynamischen elektrischen Betriebsdaten

• Einfache Auswahl des passenden Antriebs-systems

• (Teil-) Autonome Selbstoptimierung des Ein-zelantriebs

Lösungsansatz:

• Kombination von modellbasieren Algorith-men für Antrieb und Pumpenanlage

• mit robusten Parameterschätzungen auf Ba-sis der einfach vor Ort erfassbaren Daten (Leistungsschilddaten etc. ) und

• Auswertung der messtechnisch erfassbaren Betriebsdaten der Antriebskomponenten.

DATA∙e∙PUMP

Das Projekt DATA▪e▪Pump ist ein Projekt der Forschungsgruppe Automatisierungs-technik am Nuremberg Campus of Technology in Kooperation mit dem Institut ELSYS. DATA▪e▪Pump wird von der EU im Rahmen des Programms EFRE gefördert.

Für diese Aufgabe entwickeln wir die DATAeBOX zur Analyse der aktuellen Anlagensituation und einer Empfehlung für den sinnvollen Einsatz von drehzahlveränderbaren Antrieben. Darauf aufbauend bzw. darin integrierbar ermittelt das Softwaretool PumpFIT die Anlagenkonfigura-tion, die nach dem aktuellen Stand der Technik zu einer optimalen Energieeffizienz führt.

Für die Überprüfung der entwickelten Geräte und Programme nutzen wir ein skalierbares Versuchs-konzept:

• ein digitaler „Pumpen-Zwilling“ PumpTWIN als rein elektrischer Prüfstand, an dem ein Pumpenantrieb möglichst realitätsnah simu-liert wird (ELSYS)

• ein mobiler Versuchsstand mit realen Pum-pen und Anlagenkomponenten im Labormaß-stab, der für Messungen und Schulungen ge-nutzt werden kann (NCT)

• zwei Versuchsanlagen im Betriebsmaßstab im Turbinenlabor (MB) und Wasserbaulabor (IWWN) der TH Nürnberg

Im Rahmen von DATA▪e▪Pump findet ein Tech-nologietransfer in vorwiegend mittelständische Unternehmen der Metropolregion Nürnberg statt. Die Zielgruppen sind Betreiber, Automatisierungs-techniker, Systemintegratoren, Pumpen- und Sys-temhersteller, aber auch Dienstleister wie z. B. kommunale Wasserversorger, die mit verbesser-ten Pumpensystemen ihre Preise trotz steigender Kosten stabil halten können.

Dieses Projekt wird von der EU im Rahmen des Programms EFRE gefördert

38

39

Dieses Projekt wird von der EU im Rahmen des Programms EFRE gefördert

Der Markt für Produkte und Systeme in der Ge-bäude-, Energie und Versorgungstechnik befindet sich in Bewegung. Die aktuellen Änderungen der gesetzlichen Rahmenbedingungen, wie das Ver-bot von vielen Kältemitteln, die aktuell noch in Käl-teanlagen und Wärmepumpen eingesetzt werden oder die Neuauflage des Erneuerbaren-Energie-Gesetzes, das für einen weiter steigenden Anteil volatiler Energien im Stromnetz sorgen wird, set-zen Impulse für neue Technologien und eröffnen so Marktchancen für Planer und Hersteller von Produkten und Systemen für die Energie- und Gebäudetechnik. Das Ziel von InnoProSys ist es, durch eine enge Kooperation von praxisnaher, an-gewandter Forschung mit Herstellern und Planern eine Intensivierung von Entwicklungsprozessen für neue innovative Produkte und Systeme in den Unternehmen zu erreichen.

„INNOPROSYS“


Das Vorhaben soll einen Beitrag dazu leis-ten, dass neue Methoden z.B. aus dem Gebiet der Simulation und Ergebnisse von aktuellen Forschungsvorhaben an der TH Nürnberg aus den Bereichen hocheffiziente Wärmeübertrager, Energiespeicher, Kältetechnik, Systeme zur Ab-wärmenutzung sowie Last- und Energiemanage-mentsysteme in innovative Produkte und Syste-me überführt werden können.

forschung

DIUM

40

41

DIUMSTU

Das Masterprogramm MAPR wird in Kooperation mit den Hochschulen Amberg/Weiden, Augsburg, Deggen-dorf, Ingolstadt, München, Nürnberg und Regensburg angeboten.

studium

Das Studium ist eng an konkrete aFuE-Projekte angebunden und wird von einem vertiefenden, auf das jeweils ausgewählte Projekt abgestimm-ten Lehrmodul begleitet.

Die fachspezifische Ausrichtung hängt vom ge-wählten Projektthema bzw. den gewählten Lehr-veranstaltungen ab. Diese können aus Gebieten der Elektro- und Informationstechnik, der Mecha-tronik / Feinwerktechnik sowie aus verwandten Fachrichtungen individuell zusammengestellt werden. Somit ist ein vielfältiges Angebot an For-schungsthemen und Lehrveranstaltungen über die Hochschulgrenzen hinweg gesichert und die Studierenden können bereits während des Studi-ums wertvolle Kontakte mit Forschungsinstituten und Firmen für die spätere berufliche Tätigkeit knüpfen.

Das Studium Applied Research in Engineering Sciences soll Absolventen vor allem befähigen, in der späteren beruflichen Laufbahn Projekte selbstständig zu planen, durchzuführen und zu dokumentieren. Der MAPR ist ausdrücklich dazu konzipiert worden, die Voraussetzungen für eine spätere Promotion an einer Universität zu ver-bessern. Speziell die Forschungsarbeit über 3 Semester und die Auswahl eines Themas mit ho-hem wissenschaftlichen Anspruch soll dieses Ziel unterstützen. In den 3 Seminarveranstaltungen erlernen die Studentinnen und Studenten das wissenschaftliche Präsentieren ihrer Ergebnis-se, selbstverständlich in englischer Sprache. In einer Studiengangevaluation wurde 2015 ermit-telt, dass 27 % der MAPR-Absolventen bereits in einem Promotionsvorhaben waren.

3 SEMESTERREGELSTUDIENZEIT

Zielgruppe

Absolventen von Studiengängen der Elektro- und Informationstechnik, Mechatronik, Feinwerktech-nik sowie verwandter Fachrichtungen. Gemein-samer Studiengang der Technischen Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm, der Technischen Hochschule Deggendorf, der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg, der Tech-nischen Hochschule Ingolstadt, der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Augsburg so-wie der Ostbayerischen Technische Hochschule Amberg-Weiden.

Spezialisierungsrichtungen

Das breite Angebot an Wahlmöglichkeiten in den fachspezifischen Wahlpflichtmodulen ermöglicht eine vielfältige Spezialisierung. Die verschiede-nen Themen der Masterprojekte decken weite Bereiche der Ingenieurwissenschaften ab. In Nürnberg beteiligen sich aktuell 7 technische Fa-kultäten am MAPR-Programm. Insgesamt haben bis zum SS 2016 an den beteiligten Hochschulen 199 Professorinnen und Professoren MAPR- Themen betreut.

Masterarbeit

Die Masterarbeit findet im dritten Semester an der Hochschule statt. Sie befassen sich unter intensi-ver Betreuung in einem Institut oder einem Kom-petenzzentrum mit einem aktuellen, anspruchs-vollen Forschungs- oder Entwicklungsthema. Die Beteiligung von externen Forschungseinrichtun-gen oder Firmen ist im Rahmen gemeinsamer Projekte möglich. Teile der Arbeit können dann auch dort durchgeführt werden.

42

43

MASTERARBEIT3. Semester

2. Semester

1. Semester

Fach-spezifischesWahlpflicht-modul 3

5 ECTS


5 ECTS

Inter-disziplinäresWahlpflicht-modul 1

5 ECTS

Forschungs-methodenundStrategien

6 ECTS HÜ

Projekt II

12 ECTS


5 ECTS


6 ECTS HÜ

Projekt I

12 ECTS

28 ECTS

spezifisches, hochschulinternes Eignungsfeststellungsverfahren

Forschungsmasterkonferenzen und Sem

inare6 EC

TS

Forschungs-Netzw

erk aus führenden U

nternehmen, H

ochschulen und Institutionen

Diplom,Bachelor(≥ 210 ECTS)

Promotion Forschung Industrie höherer Dienst

LERNZIELE

Durchführung eines Forschungsprojektes und Anfertigung einer wissenschaftlichen Publikation

Erwerb vertiefter Kennt-nisse auf mathema-tisch-naturwissenschaft-lichem Gebiet sowie einer oder mehrerer ingenieurwissenschaftli-cher Disziplinen

Erwerb bzw. Vertiefung von Methodenkennt-nissen zur Durchfüh-rung von Forschungs-vorhaben

studium

STUDENTISCHE ARBEITEN

SoSe 2017, MA SoSe 2017, MAElektro- und InformationstechnikFreiberger, ThomasAufbau eines Demonstrators zur aktiven Schwingungs-dämpfung beschleunigter Massen durch Regelung einer modellbasierten Berechnung in Echtzeit SoSe 2017, MAElektro- und InformationstechnikHehrlein, PeterEntwicklung von Beobachterkonzepten zur sensorlo-sen Regelung SoSe 2017, MAElektronische und mechatronische SystemeBeck, MarcoEntwicklung einer sensorlosen feldorientierten Re-gelung von permanenterregten Synchronmotoren im Automotive-Bereich SoSe 2017, MAElektronische und mechatronische SystemeRengers, NilsStabilitätsuntersuchung eines AC-Verteilungsnetzes in einem Flugzeug SoSe 2017, MAElektro- und InformationstechnikRieger, MaximilianEntwicklung eines RLC-Filters zum Dämpfen von Gleichtaktschwingungen am Zwischenkreis einer Ein- und Rückspeiseeinheit

SoSe 2017, MAElektro- und InformationstechnikSchnieders, MatthiasOptimierte Leistungsflusssteuerung in Hochspan-nungs-Übertragungsnetzen

SoSe 2017, MAElektro- und Informationstechnik Wolf, TobiasIdentifikation dynamischer Systeme über modelbasierte Zustandsschätzung mittels Frequenzumrichter

SoSe 2017, MA Elektronische und mechatronische SystemeBrinkhaus, MartinUntersuchung und Modellierung der Istwerterfassungdes Stroms für einen Drehmomentbeobachter

SoSe 2017, BA SoSe 2017, BAMechatronikFoss, LukasSchwingungsanalyse eines permanentmagneterregten Synchronmotors SoSe 2017, BAMechatronikKäsbohrer, ChristianPraxisrelevante Bewertung thermischer Simulations-werkzeuge für die Leistungselektronik

SoSe 2017, BAElektrotechnik und InformationstechnikHaucke-Korber, BarnabasAktive Schwingungsdämpfung von elektrischen An-triebssystemen mit modellprädiktiver Regelung SoSe 2017, BAElektro- und InformationstechnikMartens, MaximilianOptimierung eines PM-Synchronmotors mit V-Magnet-anordnung

44

45

WS 2016/17, MA WS 2016/17, MAElektronische und mechatronische SystemeFelgenhauer, MichaelKonzeption und prototypische Realisierung eines mo-dular aufgebauten DSP-Frameworks, für den Einsatz in leistungselektronischen Applikationen, sowie einer dazugehörigen webbasierten Konfiguration WS 2016/17, MAElektro- und InformationstechnikGruber, AdrianIdentifikation und Analye kritischer Fahrsituationen für das Bordnetz pilotierter Kraftfahrzeuge WS 2016/17, MAElektro- und InformationstechnikPreller, BastianRegelung und Zustand sowie Schätzung eines Modula-ren Multilevel Umrichters WS 2016/17, MAApplied ResearchWölfel, AnjaOptimierungsverfahren zur Stabilisierung von Verteil-netzen mit datentechnisch vernetzten Stromrichtern mit Blindleistungssteuerung

studium

WS 2016/17, BA

WS 2016/17, BAElektro- und InformationstechnikDaum, SebastianEntwicklung und Automatisierung eines Antriebsprüf-standes zur Rast- und Schleppmomentmessung für einen permanentmagneterregten Synchronmotor

WS 2016/17, BAElektro- und InformationstechnikEhrlicher, StefanDesign und Entwicklung einer dreiphasigen paralle-lisierbaren Hochstromendstufe mit aktiver Schutzbe-schaltung WS 2016/17, BAElektro- und InformationstechnikHaßferter, StefanModellbildung und Ansteuerung einer „Variophasen-maschine“ in Verbindung mit einem zwölfphasigen Wechselrichter

WS 2016/17, BAElektro- und InformationstechnikKlemmer, EduardKonzept- und Hardwareentwicklung eines 12-phasigen Wechselrichters für eine Variophasen-Maschine WS 2016/17, BAElektro- und InformationstechnikWeinkamm, DavidSensorlose Drehzahlerkennung eines bürstenbehafte-ten Gleichstrommotors kleiner Leistung

TRANWir widmen uns fortlaufend der Forschung und kooperieren mit Firmen und Fördergebern.

SFER

46

47

TRANtransfer

SFER

48

49

Das Institut für leistungelektronische Systeme (ELSYS) widmet sich fort-laufend der Forschung:

Aus diesem Grund ist die intensive Zu-sammenarbeit mit regionalen sowie über- regionalen Unternehmen unabdingbar. Diese Kooperationen sind von großem beidseitigen Nutzen und wir als Institut sind stolz auf un-sere innovativen Partner. Die wissenschaftli-che Qualität des Projekts steht dabei stets im Vordergrund, daher entscheiden die Institute und Lehrstühle innerhalb der gesetzlichen und institutionellen Rahmenbedingungen, welche Kooperation in Frage kommt.

WIR FORSCHEN AUS LEIDENSCHAFT

transfer

Kooperative Promotionen mitden Universitäten/Hochschulen

- FAU Erlangen- TU Ilmenau- TU Kaiserslautern- TU München- UBw München

WiKE3

Promovierenden-Seminar der Hochschulen Aschaffenburg, Würzburg-Schweinfurt, Coburgund Nürnberg.

Hochschulverbund zum Master-Studiengang Applied Researchin Engineering Sciences derHochschulen Nürnberg, Amberg-Weiden, Ansbach, Augsburg,Deggendorf, Ingolstadt, Münchenund Regensburg angeboten.

2013 haben die vier Hochschulen das Wissenschaftliche Kolloquium Elektrische Energietechnik und Elektromobilität (WiKE³) gegrün-det. Darin werden alle relevanten Forschungsthemen im Bereich Elektromobilität, deren technolo-gische Umsetzung sowie deren nachhaltige Energieversorgung bearbeitet. Das Graduiertenkol-leg besteht aus 10 Professoren, 30 Promovierenden und findet in einem Turnus von allen sechs Monaten statt. Die Veranstaltung ist abwechselnd an einer der beteiligten Hochschulstandorte und umfasst zwei Tage.

50

51

Wissenschaftliches Kolloquium Elektrische Energietechnik und Elektromobilität

WiKE3

Prof. Ackva (TTZ-EMO) - Leistungselektronik, BatterieProf. Kempkes - Motoren, elektrische AntriebeProf. Küchler, Prof. Zink - Energietechnik, HochspannungProf. Paulus - Wärmeleittechnik

FHWS

• AC u. DC Ladesysteme für Elektrofahrzeuge• Vehicle to Grid Technologie, bidirektional• Energieübertragung, HVDC, Wärmeleitung• Batteriemonitoring und -balancing• Batteriealterung und -managementsysteme• Elektrische Antriebe und deren Auslegung

Siemens, Schneider Electric, Fa. Brose, Preh, Jopp, BMZ, Überlandwerk Rhön, Winora

TU Ilmenau, TU Berlin, TU Barcelona, Fraunhofer ISC Würzburg, Uni Würzburg

HAW CoburgProf. Rossner - Elektrische EnergietechnikProf. Forati Kashami - Elektrische Antriebs- und Stromrichtertechnik

TrenchGermany GmbH, IBC Solar, Fa. Brose, Fa. Valeo, Fa. Kasper Schulz

Universität Bayreuth, TU Ilmenau, Technologie Alli-anz Oberfranken (TAO)

• Netzstabilisierung durch Batteriespeicher• Batteriemanagement und Materialien• HV-durchführungen (DC), Gasisolationen• Elektrische Antriebs- und Stromrichtertechnik• Regelung elektrischer Antriebe• Stromrichtertopologien und Steuerungen

HAW AschaffenburgProf. Teigelkötter - Elektrische Antriebstechnik für Fahrzeuge, Leistungselektronik, Energiespeicher, Batteriemodelle und Prüfverfahren, Messtechnik

Linde, HBM, TEC-Institut, Oswald Motoren, BMZ

TU Dresden, Uni BW, MUC

• Prüfstand für Traktionsbatterien• Testen von Batterieeigenschaften• Entwicklung von Batterie-Prüfverfahren• Entwicklung von Batteriemodellen

TH NürnbergProf. Dietz - Elektrische AntriebeProf. Kremser - Elektrische Maschinen

Siemens, Baumüller, Bosch Rexroth, Schaeffler, Peter Electronic, Andritz, Klinkhammer

FAU Erlangen, TU München, TU Kaiserslautern, TU Ilmenau, ZAE Erlangen, Fraunhofer IISB Erlangen

• Generatorkonzepte für regenerative Erzeuger• neue leistungselektronische Netzstrukturen• Kopplung Energieerzeuger mit Speichern• Simulation, Berechnung, Auslegung• Prüfstände für die hochgenaue Messung von

Wirkungsgraden und Effizienzen bis 400 kW

transfer

KOOPERATIVE PROMOTION:

Markus Schäfer wird die Doktorwürde im Fachbereich Elektrotechnik verliehen

Der erste Doktor-Ingenieur aus dem TTZ der FHWS in Bad Neustadt mit Bestnote „excel-lent cum laude“.

Dr. Markus Schäfer (3 v.r.) mit den Gutachtern und Betreuern seiner Dissertation (v.li. n. re.): Professor. Dr. Bernhard Müller (FHWS), Professor Dr. Johannes Teigelkötter (Hochschule Aschaffenburg), Professor Dr. Daniel Montesinos (UPC), Professor Dr. Ansgar Ackva (FHWS), Professor Dr. Armin Dietz (Techni-sche Hochschule Nürnberg. Mit Markus Schäfer aus Schonungen hat der erste wis-senschaftliche Mitarbeiter des Technologie-Transfer-Zentrums für Elektromobilität in Bad Neustadt, kurz TTZ-EMO, im Rahmen einer kooperativen Koopera-tion mit der Polytechnischen Universität Barcelona (UPC) seine Promotion abgeschlossen. Seine For-schungsarbeit mit dem Titel „Direct Current Control for Grid Connected Multilevel Inverters“ wurde mit der Bestnote „excellent cum laude“ ausgezeichnet. Mit seinen Forschungsarbeiten wurden die Grundlagen für neue Steuersätze entwickelt. Sie bilden den Kern und damit quasi das Betriebssystem moderner Umrichter, wie sie in Ladegeräten, Elektrofahrzeugen, elektrischen Antrieben oder in der Energiewende besonders wichtig sind. Seine Ergebnisse sind bereits in Folgeprojekte des TTZ mit der Industrie in Unterfranken eingeflos-sen. Markus Schäfer konnte seine mehrjährigen Unter-suchungen in der wissenschaftlichen Arbeitsgruppe der Leistungselektronik am TTZ-EMO durchführen. Wäh-rend die Professoren Professor Dr.-Ing. Ansgar Ackva (FHWS) und Professor Dr. Daniel Montesinos-Mircale (UPC) seine Arbeit direkt betreut haben, konnte er die Ergebnisse regelmäßig im nordbayerischen wissen-schaftlichen Kolloquium für elektrische Energietechnik und Elektromobilität, kurz WikE³, zur Diskussion stel-

len. Neben der Promotion sind in dieser Zeit relevante nationale und internationale Publikationen entstanden. Am TTZ-EMO arbeiten zurzeit mehr als dreißig wis-senschaftliche Mitarbeiter an diversen Forschungs- und Entwicklungsprojekten, wobei die Doktoranden den wissenschaftlichen Mittelbau darstellen. Die ko-operative Promotion bietet hierbei die besondere Mög-lichkeit, dass Studierende der (Fach-) Hochschulen und Hochschule für angewandte Wissenschaften an der ko-operierenden Universität promoviert werden. Voraus-setzung ist hierfür eine jeweils fachliche Passung, ein passendes wissenschaftliches Niveau und das persönli-ches Engagement aller Beteiligten. Besonders erfreulich ist in diesem Zusammenhang die kooperative Offenheit der UPC in Barcelona, Hochschulprofessoren aus dem WiKE³ in die Prü-fungskommission zu berufen. Das TTZ kooperiert bei Promotionen darüber hinaus mit den Universitäten Ilmenau, Brüssel, Clausthal und mit der TU Berlin. Dr. Markus Schäfer mit den Betreuern seiner Disser-tation (Professor Dr. Daniel Montesinos sowie Profes-sor Dr. Ansgar Ackva (Foto TTZ-EMO / Martin Hof-mann). Vor einigen Jahren begann in Bad Neustadt die Kooperation zwischen dem TTZ –EMO der Hochschu-le Würzburg-Schweinfurt und der Polytechnischen Universität Barcelona.

(v. li.): Prof. Müller, Prof. Teigelkötter, Dr. Daniel Montesinos, Prof. Dr. Ansgar Ackva, Dr. Markus Schäfer und Prof. Armin Dietz

(Foto FHWS-Archiv)

52

53

GEMEINSAMESFORSCHUNGSPROJEKT:

FHWS und TH Nürnberg werden für gemeinsames industrielles Forschungs-projekt nominiert

Untersucht werden unbekannte dynamische Vorgänge in den Gleichstrom-Zwischenkrei-sen batterieelektrischer Antriebsstränge.

Das Technologietransferzentrum Elektromobilität (TTZ-EMO) der Hochschule Würzburg-Schweinfurt in Bad Neustadt a.d. Saale und das Institut für leis-tungselektronische Systeme (ELSYS) der technischen Hochschule Nürnberg haben gemeinsam die Projekt-ausschreibung „Dynamische Abhängigkeiten im DC Zwischenkreis“ im Wettbewerb gegen andere Univer-sitäten gewonnen.

Das Projekt wurde von der Forschungsvereinigung Antriebstechnik (FVA) e.V. innerhalb des Verbands Deutscher Maschinen- und Anlagenbau, kurz VDMA, einer der größten Industrieverbände Europas, zur ge-meinschaftlichen, vorwettbewerblichen Forschung, ausgeschrieben. Es dient der Untersuchung noch un-bekannter dynamischer Vorgänge in den Gleichstrom-Zwischenkreisen batterieelektrischer Antriebsstränge sowohl in Automobil-, als auch in Bahnanwendungen. Die Projektleitung übernimmt hierbei die Firma hofer eds GmbH, Würzburg. Weitere direkt beteiligte Firmen sind u.a. Valeo-Siemens, MTU Friedrichshafen, BMW, Schaeffler sowie ZF-Friedrichshafen. Es steht weiteren Industriepartnern offen. Das Projekt startete am 1. Oktober 2017 und hat eine Gesamtlaufzeit von eineinhalb Jahren. Die beiden Hochschulen arbeiten gemeinsam mit den Hochschu-len in Aschaffenburg und Coburg seit mehr als fünf Jahren bereits im „Wissenschaftlichen Kolloquium Elektrische Energietechnik und Elektromobilität“, kurz WiKE³, eng zusammen. Hier treffen sich etwa zehn Professoren und zwanzig Doktoranden regelmäßig

Pressekontakt: Hochschule Würzburg-SchweinfurtIgnaz-Schön-Str. 1197421 Schweinfurt

Katja [email protected]

zum wissenschaftlichen Austausch. Es hat sich mit der Nominierung gezeigt, dass eine fachlich basierte Zu-sammenarbeit zwischen den Hochschulen deren indus-trielle Kooperationsfähigkeit deutlich verbessern kann.

transfer

Erfassung dynamischer Stromänderungen im TTZ-Prüflabor

(Foto FHWS)

TH NÜRNBERG - USACH CHILE - TU MÜNCHEN

Mitglieder der Kooperation / Teilnehmende Universitäten: TH Nürnberg Prof. Dr. Armin Dietz (Mitarbeiter: Sebastian Wendel), Prof. Dr. Bernhard Wagner (Mitarbeiter: Andreas Geiger), Prof. Flaviu Popp-Nowak TU München Prof. Dr. Ralph Kennel (Mitarbeiter: Eyke Liegmann) Universidad de Santiago de Chile (USACH) Prof. Dr. Felix Rojas, Prof. Dr. Matias Diaz

FORSCHUNGSKOOPERATION

Sebastian Wendel (l.) und Prof. Matias Diaz (r.) bei einer gemeinsamen Probefahrt mit dem Elektro-Buggy des Instituts. Workshop zur Forschungskooperation in Nürnberg im Dezember 2017.

• Entwicklung, Entwurf und Nutzung einer gemeinsamen Berechnungsplattform für leistungselektronische Systeme.

• Teilen von Ideen, Hardware und Soft-ware IP-Blöcken in Bezug auf eine ge-meinsame Nutzung für leistungselektro-nische Systeme.

• Die Entwicklung basiert auf einer Zynq UltraScale System-on-a-Chip (SoC)-Lö-sung von Xilinx.

• Verschiedene dieser Zynq-Module kön-nen auf eine selbstentwickelte Träger-platine gesteckt werden.

• Die genannte Trägerplatine hat verschie-dene Adapterplatinen für z.B. die Analog-Digital-Wandlung oder die Gate-Signale für die Ansteuerung von Halbleitern.

• Nutzung des HDL-Coders und Embed-ded Coders für die automatisierte Code-generierung (Rapid Control Prototyping) aus MATLAB/Simulink.

• Eine Algorithmen-Verteilung zwischen Mikrocontroller und Field Programmable Gate Array (FPGA).

• Schneller und deterministischer Daten-austausch zwischen FPGA und Mikro-controller.

• Datenübertragung zu einem externen Computer über Ethernet.

IDEE / ZIEL DER KOOPERATION

transfer

Ziel ist es, einen Wissensaustausch zum Thema neuartiger Berechnungsplattformen wie dem Zynq SoC in Kombination mit der automatisierten HDL-Generierung aus der MATLAB / Simulink-Simulationsumgebung

zu ermöglichen. Die internationale Forschungskooperation ermöglicht die Aufteilung der hierbei anste-henden Aufgaben über mehrere Institute und stärkt des Weiteren den interkulturellen Aus-tausch zu den aktuellen Forschungsthemen am Institut ELSYS. Die Forschungskoopera-tion erfolgt mit der Technischen Universität München und der Universidad de Santia-go de Chile (USACH). Prof. Dr. Felix Rojas Lobos von der USACH hat an der Techni-schen Universität München auf dem Ge-biet der Regelung von leistungselektroni-schen Systemen promoviert. Durch den Forschungsaustausch zwischen Sebastian Wendel vom Institut ELSYS und Felix Rojas wurde in Zusammenarbeit mit Eyke Lieg-mann, Andreas Geiger, Matias Diaz und Prof. Flaviu Popp-Nowak die Idee für die gemein-same Berechnungsplattform geboren. Es ist eine langfristige, wissenschaftliche und inter-kulturelle Zusammenarbeit geplant, wodurch alle beteiligten Hochschuleinrichtungen profitieren sollen. Diese erste Forschungs-kooperation soll langfristig den Grundstein für weitere Forschungsarbeiten legen.

Die gemeinsame Entwicklung einer performanten Echtzeit-Berechnungs-plattform zur Regelung von leistungs-elektronischen Systemen.

INSTITUT

56

57

Das Institut ELSYS ist eine Foschungseinrichtung für energieeffizente Antriebstechnik und Leistungselektronik.

institut

INSTI

DAS INSTITUTELSYSINSTITUT FÜR LEISTUNGS-ELEKTRONISCHE SYSTEME

Das Institut ELSYS wurde im Jahr 2000 gegrün-det. Im August 2006 übernahm Prof. Norbert Graß (Fakultät Elektrotechnik) die Leitung des Instituts. Dadurch erhielt das Institut eine neue Ausrichtung mit den Schwerpunkten Leistungselektronik und elektrische Energietechnik. Derzeit beschäftigt ELSYS 25 wissenschaftliche Mitarbeiter, 14 Masterstipendiaten, 9 Promovierende und eine Teamassistentin. Zahlreiche Studierende werden entsprechend ihrem Studienfortschritt und ihren Fähigkeiten in die Aktivitäten eingebunden.

Im Netzwerk ECPE European Centre of Power Electronics wurde ELSYS im Jahr 2007 zum „Centre of Competence“ ernannt. ELSYS beteiligt sich aktiv an der Vision von ECPE, Europas In-novationskraft zu stärken und die führende Rolle Europas in zukünftigen Schlüsselbereichen wie Energieerzeugung, Energieverteilung, Energie-verwendung sowie Energieeinsparung zu halten und weiter auszubauen, um die Wettbewerbs-fähigkeit der europäischen Leistungselektronik-Industrie zu stärken.

2008 konnte Prof. Armin Dietz (Fakultät Elek-trotechnik) mit dem Themenschwerpunkten Antriebssysteme und Energieeffizienz für die In-stitutsleitung von ELSYS gewonnen werden und leitet zusammen mit Prof. Andreas Kremser die Antriebsgruppe am Energie Campus Nürnberg.

58

59

UNSERE DIENSTLEISTUNGEN• Berechnung von Motoren und Antrieben• Engineering Dienstleistung• Messungen an Motoren und Umrichtern• Energieeffizienz Analysen• Strategien zur Effizienzsteigerung• Entwicklungsunterstützung• Unterstützung beim Aufbau von Prüfständen & Komponenten• Umrichterentwicklung• Softwareentwicklung

SIE SIND AN EINER ZUSAMMENARBEIT INTERESSIERT?KONTAKTIEREN SIE UNS:

Telefon: 0911 5880-1814Fax: 0911 5880-5368

Keßlerplatz 12, 90489 NürnbergGebäude KA, Raum KA. 134

www.th-nuernberg.de/elsys

ElektrischeMaschinen

R. Steckel

M. Regnet

T. Gerlach

L. Rabenstein

M. Reinlein

T. Hubert

ModellbasierteSystemoptimierung

Dr.-Ing. G. Möller

C. Ochs

MechatronischeSysteme

S. Mathes

S. Hörlin

Leistungs- elektronik

M. Gerstner

S. Hörlin

A. Wölfel

M. Grund

EmbeddedSystems

S. Wendel

P. Löhdefink

T. Schindler

M. Hoerner

B. Gogolka

M. Felgenhauer

INSTITUTSLEITUNG

TEAMASSISTENZ

PROFESSOREN

FACHBEREICHE UND WISSENSCHAFTLICHE MITARBEITER

LABORMANAGEMENT

PROF. DR.-ING. NORBERT [email protected]

PROF. DR.-ING. ARMIN [email protected]

SILVIA LÜ[email protected]. 0911 5880-1814Fax 0911 5880-5368

Keßlerplatz 12, 90489 NürnbergGebäude KA, Raum KA. 134

H. Mauermann

Prof. Dr.-Ing. Norbert Graß

Prof. Dr.-Ing. Armin Dietz

Prof. Dr.-Ing. Andreas Kremser

ORGANISATION

60

61

25Mitarbeiter

14Forschungs-masterstudenten

9Kooperativ Promovierende im Bereich Antriebs- und Regelungstechnik/Leis-tungselektronik

1Teamassistentin

2Institutsleiter

5Leistungs-bereiche

LEISTUNGEN

MITARBEITERENTWICKLUNG

institut

3 Professoren

Institut ELSYS Technische Hochschule NürnbergEnergie Campus Nürnberg „Auf AEG“Fürther Straße 250, 90429 NürnbergGebäude F16 (2. Stock und 3. Stock)

Der Energie Campus Nürnberg (EnCN) ist ein Strukturförderprojekt des Freistaates Bayern zur Stärkung des Wirtschafts- und Energiestandortes Nürnberg und ist in zehn Einzelprojekte aufgeteilt. Die durch Prof. Dr.-Ing. Armin Dietz geleitete Antriebsgruppe im Teilprojekt „PROCESS“ des Energie Campus Nürnberg forscht im Bereich der energieeffizienten Antriebs- und Maschinen-konzepte. Im Rahmen dieses Teilprojektes wur-den drei Antriebsprüfstände unterschiedlicher

STANDORT FÜRTHER STRASSE„Auf AEG“, Energie Campus Nürnberg

Leistungsklassen aufgebaut. Die Ausstattung an Messgeräten umfasst insbesondere hochpräzise Leistungs-, Strom- und Spannungsmesssysteme zur Verlust- und Wirkungsgradbestimmung. Die Forschungsarbeiten beinhalten überwiegend die Verlustminimierung von elektrischen Maschinen und die Wirkungsgradverbesserung von mecha-tronischen Antriebssträngen. Am Institut ELSYS wurde ein Messplatz zur Bestimmung der ma-gnetischen Eigenschaften von Werkstoffen im Elektromaschinenbau geschaffen. Die Beson-derheit dabei ist, dass Stromstärken bis zu 300 Ampere zur Erzeugung des magnetischen Feldes genutzt werden können, um magnetischer Fluss-dichten heutiger Maschinen gerecht zu werden. Zur Verfügung stehen zwei Epsteinrahmen und ein Einzelstreifentester mit optionaler Anlegung von mechanischen Druck- und Zugspannungen. Ringmagnetisierungen sowohl unter AC- als auch DC-Magnetisierung sind möglich.

Institut ELSYS Technische Hochschule NürnbergKeßlerplatz 12, 90489 NürnbergRaum KA.134/136

STANDORT KESSLERPLATZInstitut ELSYS

Das Labor für Leistungselektronik ist mit La-bortischen und Schutzkabinen ausgestattet. Es stehen Leistungsanschlüsse bis 250 A zur Verfügung. Hier erfolgt die Entwicklung und Erprobung von leistungselektronischen Sys-temen und Komponenten inkl. Steuerung und Regelung. Im Erdgeschoss befindet sich ein weiteres Labor mit mehreren Prüfkabinen, wo Inbetriebnahme, Test und Optimierung der entwickelten Systeme erfolgen.

Die Ausstattung ist besonders auf die Messung und Auswertung verschiedenster Parameter und Betriebsgrößen ausgelegt. Ebenso befindet sich dort die Werkstatt zur Fertigung mechanischer Komponenten. In zwei weiteren Laboren beschäf-tigen wir uns hauptsächlich mit der Steuerung und Regelung von leistungselektronischen Systemen und dem Entflechten von Platinen.

STANDORT1

STANDORT2

STANDORT UND AUSSTATTUNG

62

63

Prof. Graß wird Institutsleiter

2007

2017

2010

2006

Ernennung zum „Centre of Competence“

Zweiter Standort „auf AEG“

ForschungskooperationTH Nürnberg mit derUSACH Chile

2Standorte in Nürnberg

STANDORTE

Gründung

2008

2000

Prof. Dietz wird als weiterer Institutsleiter

gewonnen

2013Gründung WikE³

Kooperation mit dem Energie

Campus Nürnberg

Gründungsmitglied des Clusters Mechatronik und

Automation

INSTITUTENTWICKLUNG

institut

14.03.2017, Aschaffenburg

In einem interessanten Vortrag stellte Prof. Kremser die messtechnische Ermittlung der Verluste von Filtern für Frequenzumrichter vor. Die Filterverluste sind nach EN 50598-2 bei der Angabe der Verluste des Umrich-ters/des Antriebssystems zu berücksichtigen.

Cluster-Seminar und Workshop:„Echtzeitanalyse u. Leistungsmessung von elektrischen Maschinen und Stromrichtern“

Die Konferenz INTELEC® ist seit langem als das in-ternationale Forum bekannt, in dem sich neue Trends und wichtige Themen rund um die Stromversorgung von Kommunikationsressourcen zwischen Hochschu-len, Industrie und Infrastrukturbetreibern abzeichnen. ICT-Netzwerke werden nicht länger unter traditionel-len Telekommunikationsbetreibern oder Datenzentren unter Quarantäne gestellt. Größere kritische digitale Netzwerke werden zunehmend von einer Reihe von Branchen wie Öl und Gas, Bergbau, Eisenbahn und Luftfahrt entworfen und betrieben. Unser Thema, In-novation in der IKT-Energieinfrastruktur antreiben, spiegelt die internationale Realität wider, dass Innova-tion und Forschung, da Forschung und technologische Entwicklungen immer neue Konvergenzmöglichkeiten bieten, das entscheidende Element für die Bereitstel-lung zuverlässiger und widerstandsfähiger Kommuni-kationsenergiesysteme sind.

Die INTELEC® 2017 bot ein spannendes Konferenz-programm mit Wissenstutorien, Präsentationen von Forschung und Entwicklung, Workshops und Grund-satzreden, um Engagement, Dialog, Networking um den Austausch von Ideen zu fördern. Das technische Programm wird durch eine Industrieausstellung unter-strichen und verstärkt, die die neuesten Entwicklungen in den Bereichen Energieumwandlung, Energiespei-cherung und Infrastrukturintegration zeigt. Branchen, die sich der Herausforderung stellen, eine hochwertige IKT-Infrastruktur zu betreiben, haben die INTELEC® 2017 als reichhaltige und wertvolle Quelle für techni-sches Know-how und Produktinformationen gesehen.

26.02.2017, Queensland, Australia

INTELEC® - Gold Coast Convention & Exhibition Centre Broadbeach

Die International Conference on Ecological Vehic-les and Renewable Energies (EVER) ist eine jährli-che Veranstaltung mit Konferenz- und Ausstellungs-programm, welche im Grimaldi Forum in Monaco stattfindet. Die Konferenz hat sich zum Ziel gesetzt, Forschungsergebnisse aus den Bereichen neuer, umweltfreundlicher Antriebssysteme für die Mo-bilität sowie der „sauberen“ Energieerzeugung aus erneuerbaren Energien vorzustellen und wird ak-tiv von Fürst Albert II. von Monaco unterstützt. Gemeinsam mit dem Mitarbeiter Philipp Löhdefink des Instituts ELSYS der Technischen Hochschule Nürnberg hat Prof. Dr.-Ing. Armin Dietz im Themen-feld „Design, Optimization and Modeling of Electric Machines Dedicated to Sustainable Applications“ des Konferenzprogramms einen Betrag mit dem Titel „The Brushless Doubly Fed Induction Machine as Generator

11. – 13.04.2017, Monaco

12. International Conference Ecological Vehicles and Renewable Energies in Monaco

SEMINARE UND VERANSTALTUNGEN

64

65

GRIMALDI FORUM

MONACOApril 12, 2017

H.E. Mr Bernard FAUTRIEREVER Chairman

Exposition & ConférEnCEs intErnationalEs sur lEs énErgiEs rEnouvElablEs & lEs véhiCulEs éCologiquEs

2017

Best Paper Award

This is to certify that:Philipp Löhdefink and Armin Dietz, from the Technische Hochschule, GermanyAndreas Möckel, from the Technische Universität Ilmenau, Germany

have received the award of the best paper on renewable energies, for their paper entitled:The Brushless Doubly Fed Induction Machine as Generator for Small Hydro Power - Machine Design and Experimental Verification (EVER17-084)

This award has been remitted to them as recognition of their contribution to the success of EVER 2017.

for Small Hydro Power – Machine Design and Expe-rimental Verification“ eingereicht und vorgestellt. In dem Beitrag geht es hauptsächlich um die Vorstellung der Kaskadenmaschine als Generator für Kleinwasser-kraftwerke und um die Auslegung und Berechnung ei-ner solchen Maschine. Mithilfe eines mathematischen Modells der Maschine und experimentellen Messungen konnte der Berechnungsprozess verifiziert werden. Der vorgestellte Beitrag wurde vom Konferenz-Komitee mit einem Best-Paper-Award ausgezeichnet.

27. - 28.09.2018, Saarbrücken

11. GMM/ETG Fachtagung „Innovative Klein- und Mikroantriebstechnik“ (IKMT)

Am 27. und 28.09.2018 fand die 11. GMM/ETG Fach-tagung „Innovative Klein- und Mikroantriebstechnik“ (IKMT) in Saarbrücken statt. Auf der im zweijährigen Turnus stattfindenden Konferenz stehen elektrische Antriebe kleiner Leistung und kleiner Bauform im Fo-kus. Das Institut ELSYS der Technischen Hochschule Nürnberg war durch den Institutsleiter Prof. Dr.-Ing. Armin Dietz sowie zwei Mitarbeiter, Sebastian Wendel und Michael Hoerner, mit drei Beiträgen verschiedens-ter Themen vertreten:

Automated parameter identification of fractional horse power permanent magnet synchronous motors (M. Ho-erner, S. Wendel, A. Dietz), Model Predictive Position Control for Permanent Magnet Synchronous Linear Mo-tors (S. Wendel, A. Dietz, R. Kennel), Universal Coup-led-Circuit Modelling Approach Applied to the Brush-less Doubly-Fed Induction Machine (P. Löhdefink, A. Dietz). Im Rahmen der IKMT wurde vom Veranstalter auch ein Besuch der Eisenhütte „Völklinger Hütte“ organisiert, die zugleich UNESCO Weltkulturerbe ist.

Im Rahmen der Kooperationsbeziehung der TH Nürn-berg, der TU München sowie der USACH, absolvierte Sebastian Wendel im Rahmen seines Promotionsvor-habens im Bereich Leistungselektronik und elektrische Antriebe einen zweimonatigen Aufenthalt in Chile.Die Hauptmotivation, von Sebastian, nach Chile zu reisen, war sein Interesse eine andere Kultur kennen zu lernen sowie die Möglichkeit, sich mehr Wissen in seinem Fachgebiet anzueignen. „Ich betrachte meine Forschungsthemen kritischer und erreiche somit auch einen Fortschritt. Neben dem Austausch möchte ich jedoch auch die chilenische Kultur kennenlernen“, be-tonte Sebastian Wendel. Mit diesen Aktivitäten begrüßt die Power Electronics Research Group der Universidad de Santiago de Chile (USACH) die Zusammenarbeit die Zusammenarbeit, die Sebastián Wendel zur Konso-lidierung der Forschungstätigkeit der Wissenschaftler Matías Díaz und Félix Rojas leisten kann.

29.09. - 15.12.2017, ChileIntegration und Forschung: Die Erfahrung von Sebastian Wendel und der Universität von Santiago de Chile

institut

03.2017, Skifahren im Zillertal

03.08.2017, Wandern in der Fränkischen Schweiz

Professor Dr.- Ing. Armin Dietz startete Anfang März für drei Tage mit einer Gruppe, bestehend aus Studen-ten, Mitarbeitern, Promovenden und ehemaligen Mitar-beitern in das Zillertal. Dort wurde das Tagesgeschehen hinter sich gelassen und ausgiebig der körperlichen Ertüchtigung des Ski- bzw. Snowboardfahrens gefront. Schneebedeckte Berge, tiefblauer Himmel und strahlen-der Sonnenschein. Kurz gesagt: Ein Traum aus Schnee und Eis durfte die Gruppe genießen.

Der Fünf-Seidla-Steig ist der Brauereiwanderweg in der südlichen Fränkischen Schweiz. Er führt auf land-schaftlich reizvollen Wegen und Pfaden zu den fünf Privatbrauereien in den Gemeinden Gräfenberg und Weißenohe. Markiert nach den Qualitätsrichtlinien des Deutschen Wanderverbandes erfreut der Fünf-Seidla-Steig mit allem, was Franken für Biergenießer und Wan-derer zu bieten hat: Wunderbare Wald- und Wiesenland-schaft im Jura, herzhaften Biergenuss und fränkische Gaumenfreuden.

Effiziente elektrische Antriebstechnik „Auf AEG“. Das Institut ELSYS zeigte einen selbstgebauten Elektro-buggy, der zum Mitfahren einlud. Ebenfalls konnten im Labor Prüfstände für elektrische Maschinen von bis zu 400 kW besichtigt werden. Die Mitarbeiter und Stu-denten des Instituts erklärten den Aufbau und die Funk-tionsweise von Elektromotoren anhand spannender Ex-perimente. Highlight war zudem der „Bierfassläufer“, der die Funktion einer Induktionsmaschine darstellt.

Nach dem zweimonatigen Auftenhalt in Chile und der gemeinsamen Kooperation der TH Nürnberg, TU Mün-chen sowie der USACH, trafen sich alle beteiligten Mit-glieder kurzerhand zur gemeinsamen Weihnachtsfeier in Nürnberg. Teil des Aufenthalts in Deutschland war ein Workshop zum Thema „Ultra-Zohm“ - Development of a collective calculation platform based on the Zynq-Ult-raScale - eine Forschungskooperation zur Entwicklung einer gemeinsamen Echtzeit-Berechnungsplattform für die Regelung von leistungselektronischen Systemen.

21.10.2017, Lange Nacht der Wissenschaften

21.12.2017, Weihnachtsfeier mit Besuch aus Chile

AUSFLÜGE

66

67

PUBLIKATIONEN

2017Elektrische Maschinen und Antriebe A. Kremser5. Auflage, Springer Vieweg VerlagWiesbaden, Germany

Area-Efficient FPGA Implementation of Finite Con-trol Set Model Predictive Current ControlS. Wendel, A. Dietz, R. KennelIn: 3rd IEEE Southern Power Electronics Conference, SPEC 2017Puerto Varas, Chile

FPGA Based Finite-Set Model Predictive Current Control for Small PMSM Drives With Efficient Re-source StreamingS. Wendel, A. Dietz, R. Kennel In: 4th Symposium on Predictive Control of Electrical Drives and Power Electronics (PRECEDE)Pilsen, Czech Republic

Model Predictive Position Control for Permanent Magnet Synchronous Linear MotorsS. Wendel, A. Dietz, R. KennelIn: 11th ETG/GMM-Symposium Innovative small Drives and Micro-Motor Systems (IKMT)Saarbücken, Germany

Automated parameter identification of fractional hor-se power permanent magnet synchronous motorsM. Hoerner, S. Wendel, A. DietzIn: 11th ETG/GMM-Symposium Innovative small Drives and Micro-Motor Systems (IKMT)Saarbrücken, Germany

The brushless doubly fed induction machine as ge-nerator for small hydro power - machine design and experimental verificationP. Löhdefink; A. Dietz, A. MöckelIn: Ecological Vehicles and Renewable Energies (EVER)Monaco

2016Drehzahlvariable Kaskadenmaschine als Generator-system für Kleinwasserkraftwerke

P. Löhdefink, A. DietzIn: 19. Internationales Anwenderforum Kleinwasser-kraftwerkeInnsbruck, Austria

Eddy current loss analysis in permanent magnets of synchronous machinesT. Gerlach, R. Steckel, T. Hubert, A. KremserIn: 2016 6th International Electric Drives Production Conference (EDPC)Nuremberg, Germany, S. 246–252

Influence of Villari Effect on the magnetizing current of Induction Machines by shrink fitting of rotor coresM. Reinlein, M. Regnet, T. Hubert, A. Kremser, U. Wer-ner, J. BonigIn: 2016 International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM).Capri, Italy, S. 1316–1323

Modular and intelligent battery control system for electric vehicles and stationary storage systemsN. Graß, F. Ferner, F. NicklIn: 2016 IEEE International Telecommunications Energy Conference (INTELEC)Austin, TX, USA, S. 1–7

Influence of yoke and tooth saturation on the air gap field in Induction Machines: A new analytical approachM. Reinlein, M. Swarte, T. Hubert, A. KremserIn: 2016 XXII International Conference on Electrical Machines (ICEM).Lausanne, Switzerland, S. 412–418

High voltage battery storage system for multiuseA. Dietz, S. Hörlin, N. GrassIn: 2016 Eleventh International Conference on Ecologi-cal Vehicles and Renewable Energies (EVER)Monaco, S. 1–6

2015Predictive Control for fractional horse power drives (FHP)S. Wendel, A. Dietz, et al. (2015)In: Internationale Kleinmaschinen-Tagung (IKMT)Cologne, Germany

68

69

Modeling and power flow analysis of cascaded dou-bly-fed induction machinesP. Löhdefink, A. Dietz, A. MöckelIn: 2015 5th International Electric Drives Production Conference (EDPC)Nuremberg, Germany, S. 1–6

Nonlinear reluctance network method for synchro-nous reluctance machine analysisT. Hubert, R. Steckel, M. Reinlein, A. Kremser, H.-G. HerzogIn: 2015 18th International Conference on Electrical Ma-chines and Systems (ICEMS)Pattaya, Thailand, S. 904–910

Torque ripple minimization of reluctance synchro-nous machines by continuous and discrete rotor skewingHubert, T.; Reinlein, M.; Kremser, A.; Herzog, H.-G.In: 2015 5th International Electric Drives roduction Con-ference (EDPC)Nuremberg, Germany, S. 1–7

Preliminary design of reluctance synchronous ma-chines using simplified magnetic circuit analysisT. Hubert, M. Reinlein, A. Kremser, H.-G. HerzogIn: 2015 IEEE 5th International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives (POWERENG)Riga, Latvia, S. 79–86

Energetic Simulation of Complex Mechatronic Drive Systems over Complete Drive CyclesS. Hörlin, A. Dietz, et al. (2015)In: Green Factory KolloquiumNuremberg, Germany

Magnetic flux distribution between rotor and shaft in two-pole induction machines with axial cooling ventsM. Reinlein, T. Hubert, A. Kremser, T. BauerIn: 2015 IEEE 5th International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives (POWER-ENG)Riga, Latvia, S. 485–490

Evaluation of model based predictive control algo-rithms for fractional horse power drivesM. Blank, A. Dietz, et al. (2015)In: Green Factory KolloquiumNuremberg, Germany

Flexible design of reluctance synchronous machines using constrained genetic algorithm optimizationT. Hubert, M. Reinlein, A. Kremser, H.-G. HerzogIn: 2015 18th International Conference on Electrical Ma-chines and Systems (ICEMS)Pattaya, Thailand, S. 882–887

2014Evaluation einer neuen Controller-basierten sen-sorlosen Motorsteuerung für DrehfeldmaschinenB. Reinhardt, M. Blank, P. Löhdefink, A. DietzIn: Elektromobilitätsausstellung EMANuremberg, Germany

A study of regenerative energy systems and PUMP applications in distributed DC-microgridsS. Oberlander-Horath, P. Löhdefink, M. Grillenberger, J. Furst, A. Dietz, S. Hörlin, A. GrogerIn: 2014 6th European Embedded Design in Education and Research Conference (EDERC)Milano, Italy, S. 137–141

Energy-efficient electric drives and powertrains in variable speed drive applicationsA. KremserIn: Green Factory KolloquiumNuremberg, Germany

Aktuelle MotorenentwicklungA. KremserIn: IE3/ IE4Amberg, Germany

Eisen- und Zusatzverluste von AsynchronmaschinenA. KremserIn: ANSYS AnwendertagNuremberg, Germany

Abschätzung und Bewertung der Leistungsfähig-keit von Synchron-Reluktanzmaschinen als Trakti-onsantriebT. Hubert, M. Reinlein, R. Steckel, A. KremserIn: Elektromobilitätsaustellung EMANuremberg, Germany

institut

Stationäre Speicher als Schnellladestation für Elek-trofahrzeugeS. Hörlin, A. Dietz, N. Graß, R. Gross, B. Schultes, S. Rehmet, C. RaumIn: Elektromobilitätsausstellung EMANuremberg, Germany

Modulares Batteriespeichersystem zum dual useS. Hörlin, A. Dietz, N. Graß, R. Gross, B. SchultesIn: NEIS KonferenzHamburg, Germany

High voltage battery storage system for dual useS. Hörlin, N. Grass, A. Dietz, S. Rehmet, C. RaumIn: 2014 IEEE 36th International Telecommunications Energy Conference (INTELEC)Vancouver, BC, S. 1–5.

Modular and scalable interleaved operating AC/DC or DC/DC power converter array for HVDC systemsN. Grass, C. Raum, S. RehmetIn: 2014 IEEE 36th International Telecommunications Energy Conference (INTELEC)Vancouver, BC, S. 1–5.

Full scale power quality emulation system for tes-ting of low voltage grid componentsN. Grass, S. RehmetIn: 2014 IEEE International Energy Conference (ENER-GYCON)Cavtat, Croatia, S. 65–69

High voltage power supply and control technologies for electrostatic precipitators in biomass applica-tionsN. Grass, T. FischerIn: 2014 IEEE Industry Applications Society Annual MeetingVancouver, BC, Canada, S. 1–4

Smart Home Precipitator for Biomass Furnaces. De-sign Considerations on a Small-Scale Electrostatic PrecipitatorT. Fischer, N. Grass, N. Zouzou, L. Dascalescu, R. Greil, N. HopfIn: IEEE Trans. on Ind. Applicat. 50 (3) S. 2219–2224, DOI: 10.1109/TIA.2013.2288430

Auslegung einer kontaktlosen induktiven Übertra-gung der Erregerleistung in den Rotor einer frem-

derregten SynchronmaschineA. Dietz, A. Littau, B. Wagner, S. Köhler, S. WeberIn: CoFAT KonferenzMunich, Germany

Betrachtung der Systemkomplexität bei elektri-schen AntriebssträngenA. DietzIn: Workshop Leichtbau in der Antriebstechnik, Cluster Mechatronik und Automation Augsburg, Germany

Evaluation of a new microcontroller based solution for sensorless control of electrical drivesM. Blank, P. Löhdefink, B. Reinhardt, A. DietzIn: 2014 6th European Embedded Design in Education and Research Conference (EDERC)Milano, Italy, S. 132–136

2013Systematic error of analytical iron loss approaches in electrical machinesM. Reinlein, A. Hoffmann, T. Hubert, A. KremserIn: GMM/ETG Fachtagung Innovative Klein- und Mikro-antriebstechnikNuremberg, Germany

Optimization of analytical iron loss approaches for electrical machinesM. Reinlein, T. Hubert, A. Hoffmann, A. KremserIn: 2013 3rd International Electric Drives Production Conference (EDPC)Nuremberg, Germany, S. 1–7

Innovative Klein- und MikroantriebstechnikA. DietzIn: Fachtagung Innovative Klein- und MikroantriebstechnikBeiträge der 9. GMM-ETG-Fachtagung, 19. - 20. Sep-tember 2013 in NürnbergBerlin, Offenbach: VDE-Verl. (GMM-Fachbericht, 76, CD-ROM)

Elektrische Maschinen und AntriebeA. KremserAuflage 4, korr. und verb. Aufl.: Springer Vieweg

PUBLIKATIONEN

70

71

2012Sensorless vector control of a permanent magnet synchronous generator for micro hydro powerP. Löhdefink, M. Grillenberger, A. Dietz, A. Groger, A. Hoffmann, T. HubertIn: 2012 5th European DSP Education and Research Conference (EDERC)Amsterdam, S. 252–256

Harmonic compensation in a load emulation system using different control techniquesM. Hausmann, N. Graß, B. PiepenbreierIn: INTELEC 2012 - 2012 IEEE International Telecom-munications Energy ConferenceScottsdale, AZ, USA, S. 1–7

Smart Home Precipitator for biomass-furnaces: De-sign considerations on a small scale electrostatic precipitatorT. Fischer, N. Graß, N. Zouzou, L. Dascalescu, R. Greil, N. HopfIn: 2012 IEEE Industry Applications Society Annual MeetingLas Vegas, NV, USA, S. 1–5

High average power high voltage modulator using a dual pulse transformer circuitW. Hartmann, K.-D. Rohde, N. Graß, M. SchwendnerIn: 2012 IEEE International Power Modulator and High Voltage Conference (IPMHVC)San Diego, CA, USA, S. 31–34

2011Efficiency improvement of small hydroelectric power sta-tions with a permanent-magnet synchronous generatorA. Dietz, A. Groeger, C. KlinglerIn: 2011 1st International Electric Drives Production Conference (EDPC)Nuremberg, Germany, S. 93–100

Electrostatic Precipitator Control SystemsN. Graß, A. Zintl, E. Hoffmann (2010)In: IEEE Ind. Appl. Mag. 16 (4), S. 28–33. DOI: 10.1109/MIAS.2010.936967

2010A New Mobile IGBT Inverter HV Test System for ESPs N. Graß, M. Steingraeber, R. MetzIn: 2010 IEEE Industry Applications Society Annual MeetingHouston, TX, USA, S. 1–4

2009Energiesparpotenziale bei elektrischen Antrieben A. KremserMECHATRONIK, Heft 03, 2009

2008Enhanced Performance for Electrostatic Precipitators by Means of Conventional and Fuzzy Logic ControlN. Graß, A. Zintl, E. HoffmannIn: 2008 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting (IAS)Edmonton, Alberta, Canada, S. 1–4

2007150kV/ 300kW High Voltage Supply with IGBT Inver-ter for Large Industrial Electrostatic PrecipitatorsN. GraßIn: 2007 IEEE Industry Applications Annual MeetingNew Orleans, LA, USA, S. 808–811

2005Electrostatic precipitator diagnostics based on flas-hover characteristicsN. GraßIn: Fourtieth IAS Annual Meeting. Conference Record of the 2005 Industry Applications Conference, 2005Hong Kong, China, 2-6 Oct., 2005, S. 2573–2577

institut

2004Application of Different Types of High-Voltage Sup-plies on Industrial Electrostatic PrecipitatorsN. Graß, W. Hartmann, M. KlocknerIn: IEEE Trans. on Ind. Applicat. 40 (6), S. 1513–1520. DOI: 10.1109/TIA.2004.836298

2002Lifetime considerations of high voltage semicon-ductor diodes for pulsed power applicationsW. Hartmann, W. Haas, M. Romheld, N. GrassIn: Conference Record of the Twenty-Fifth International Power Modulator Symposium and 2002 High-Voltage Workshop, International Power Modulator ConferenceHollywood, CA, USA, 30 June-3 July 2002, S. 297–300

Application of different types of high voltage sup-plies on industrial electrostatic precipitatorsN. Graß, W. Hartmann, M. KlocknerIn: 2002 IEEE Industry Applications Society Annual MeetingPittsburgh, PA, USA, 13-18 Oct. 2002, S. 270–276

Fuzzy-logic-based power control system for multi-field electrostatic precipitatorsN. GraßIn: IEEE Trans. on Ind. Applicat. 38 (5), S. 1190–1195. DOI: 10.1109/TIA.2002.802998

2001Microsecond pulsed power supply for electrostatic precipitatorsN. Graß, W. Hartmann, M. RomheldIn: 2001 IEEE Industry Applications Society 36th Annual Meeting - IAS‘01Chicago, IL, USA, 30 Sept.-4 Oct. 2001, S. 2520–2524

1999Fuzzy logic-optimising IGBT inverter for electrosta-tic precipitatorsN. GraßIn: 34th Annual Meeting of the IEEE Industry ApplicationsPhoenix, AZ, USA, 3-7 Oct. 1999, S. 2457–2462

PUBLIKATIONEN

72

73

institutende

Herausgeber

Institut für Leistungselektronische Systeme ELSYSTechnische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm

Prof. Dr.-Ing. Norbert GraßProf. Dr.-Ing. Armin Dietz

Keßlerplatz 1290489 NürnbergTelefon: 0911 5880 1814Internet: www.th-nuernberg.de/elsys

Konzeption und [email protected]

IMPRESSUM

2017 ELSYS...der interessante Beiträge aus dem Institut ELSYS erwarten. Wir hoffen Ihnen mit der...

Documents

Transcript of 2017 ELSYS...der interessante Beiträge aus dem Institut ELSYS erwarten. Wir hoffen Ihnen mit der...