Veranstaltung: Elektrische Antriebe

Nummer:
141083
Lehrform:
Vorlesung und Übungen
Medienform:
rechnerbasierte Präsentation, Tafelanschrieb
Verantwortlicher:
Prof. Dr.-Ing. Volker Staudt
Dozent:
Prof. Dr.-Ing. Volker Staudt (ETIT)
Sprache:
Deutsch
SWS:
4
LP:
5
Angeboten im:
Wintersemester

Termine im Wintersemester

  • Beginn: Mittwoch den 11.10.2017
  • Vorlesung Mittwochs: ab 10:15 bis 11.45 Uhr im ID 04/445
  • Übung Donnerstags: ab 12:15 bis 13.45 Uhr im ID 04/445

Prüfung

Mündlich

Termin nach Absprache mit dem Dozenten.

Dauer: 30min
Prüfungsanmeldung: FlexNow

Ziele

Die Studierenden erlangen ein vertieftes fachübergreifendes Wissen und erweiterte methodische Fähigkeiten im Hinblick auf die Berechnung elektrischer Maschinen. Wissen aus dem Bereich der elektrischen Maschinen, der mathematischen Modellierung elektrischer Maschinen, der Mechanik, der Mess- und Sensortechnik sowie der Regelungstechnik ist so strukturiert, dass die Studierenden unter Berücksichtigung teilweise konträrer technischer, wirtschaftlicher und praktischer Anforderungen und Grenzen Lösungsansätze für eine bestimmte Aufgabe entwickeln können. Praktische Aspekte, insbesondere bezüglich der Kombination von elektrischen Maschinen und nicht-elektrischen Last- oder Antriebsmaschinen, werden vermittelt. Diese Aspekte werden erfolgreich gegeneinander abgewogen, um das optimale Antriebssystem auszuwählen. In der Forschung und Vorentwicklung stehende Konzepte werden mit Blick auf zukünftige Anwendbarkeit sicher eingeordnet, alternative Maschinenkonzepte auch anhand der mathematischen Beschreibung bewertet. Die Studierenden besitzen alle Voraussetzungen, um sich in weiterführenden Vorlesungen den Entwurf hochwertiger Regelungsverfahren erarbeiten zu können.

Inhalt

Die Vorlesung behandelt die für die Regelung und Projektierung eines elektrischen Antriebs wesentlichen Aspekte. Ein Kernziel ist dabei ist die physikalisch orientierte, für Regelungsentwurf und Systembetrachtungen angemessene, mathematische Beschreibung von elektrischen Maschinen sowie typischen zugehörigen leistungselektronischen Stellgliedern. Ein weiteres Kernziel ist die Erarbeitung von Realisierungsaspekten bei der Integration von elektrischen Maschinen in Antiebssysteme unter Einbeziehung der Anforderungen durch die angekoppelten nicht-elektrischen Arbeitsmaschinen. Zu diesem Zweck wird zunächst die Raumzeigertransformation als mathematisches Hilfsmittel zur Beschreibung von Größen in dreisträngigen elektrischen Systemen eingeführt. Im nächsten Schritt werden Haupt-Bauformen von Stator und Rotor elektrischer Maschinen sowie das Grundprinzip der Drehmomenterzeugung vorgestellt. Daraus leiten sich die wesentlichen elektrischen Maschinen und ihre Charakteristika, vor allem Synchron-, Induktions- und Gleichstrommaschine, ab. Deren mathematische Beschreibung auf Basis von Differentialgleichungssystemen und zugehörigen Ersatzschaltbildern wird hergeleitet. Zur Regelung einer elektrischen Maschine ist auch eine Beschreibung des verwendeten Stellglieds notwendig – leistungselektronische Stellglieder werden daher in angemessener Weise beschrieben. In weiterführenden Vorlesungen kann auf dieser Basis die Regelung verschiedener elektrischer Maschinen hergeleitet werden. Zur Realisierung eines Antriebssystems gehört die genaue Betrachtung Interaktion der elektrischen Maschine mit ihrer Umgebung. Hierzu wird die Prozesseinbindung von Antriebssystemen, die Messung relevanter Größen, Erwärmung, Kühlung, Betriebsarten sowie Fehlerüberwachung und Schutz vorgestellt. Dabei spielt die angemessene Umsetzung, eine Rolle – das Wechselspiel zwischen Aufwand und Nutzen ist ein relevanter praktischer Aspekt. Nicht-elektrische Arbeitsmaschine und elektrische Maschine müssen zueinander passen – ein Vergleich der Kennlinien typischer Lasten mit den Kennlinien von elektrischen Maschinen ermöglicht eine sachgerechte Paarung.

Voraussetzungen

keine

Empfohlene Vorkenntnisse

  • Grundkenntnisse aus dem Bereich der elektrischen Maschinen und der Leistungselektronik, beispielsweise aus Vorlesungen wie 'Grundlagen der Energietechnik' und 'Grundlagen der Leistungselektronik'
  • Beherrschung von Bode-Diagrammen
  • Grundwissen über regelungstechnische Zusammenhänge

Materialien

Skript:

Folien:

Übungen:

Musterlösungen:

Sonstige: