Lehrstuhl: Elektrische Antriebe und Maschinen Prof. Dr.-Ing. Bernhard Piepenbreier Prof. Dr.-Ing. Ingo Hahn

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1 Lehrstuhl: Elektrische Antriebe und Maschinen Prof. Dr.-Ing. Bernhard Piepenbreier Prof. Dr.-Ing. Ingo Hahn Fächerkatalog Stand Pie Titel der Lehrveranstaltung SWS V SWS Ü WS SS Grundlagen der Elektrischen Antriebstechnik 2 1 WS Leistungselektronik (zusammen mit EMF) 2 2 WS Elektrische Antriebstechnik I 2 2 SS Elektrische Antriebstechnik II 3 1 WS Linearantriebe 2 2 SS Pulsumrichter für elektrische Antriebe 3 1 SS Digitale Feldbusse 2 SS Elektrische Maschinen I 2 2 WS Elektrische Maschinen II 2 2 SS Berechnung und Auslegung elektrischer Maschinen 2 2 SS Elektrische Kleinmaschinen 2 2 WS Aufbau- und Verbindungstechnik in der Leistungselektronik (Lehrauftrag) 2 WS Elektrische Bahnen (Lehrauftrag) 2 SS Praktikum Elektrische Antriebstechnik 3 SWS SS Praktikum Leistungselektronik 3 SWS WS mit EMF Grundpraktikum Automatisierungstechnik 3 SWS SS mit LRT und LSE Hauptseminar Elektrische Antriebstechnik 2 SWS SS und WS 1

2 Inhalte der Lehrveranstaltungen Grundlagen der Elektrischen Antriebstechnik (2V+1Ü, WS) Einleitung Grundlagen Leistung und Wirkungsgrad Physikalische Grundgesetze Induktivitäten Gleichstromantriebe Gleichstrommotor konventionelle Drehzahlstellung elektronische Drehzahlstellung Drehstromantriebe Grundlagen und Drehfeld Synchronmaschine Asynchronmaschine, konventionelle und elektronische Drehzahlstellung Leistungselektronik (2V+2Ü, WS) Teil 1: Prof. Albach EMF Einleitung DC-DC-Schaltungen AC-DC-Schaltungen MOSFET-Schalter Leistungsdioden Induktive Komponenten Teil 2: Prof. Piepenbreier EAM Netzgeführte Stromrichter Pulsumrichter AC/AC (einphasig, dreiphasig) IGBT-Schalter und Elektrolytkondensatoren Unterbrechungsfreie Stromversorgung Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) Elektrische Antriebstechnik I (2V+2Ü, SS) Einleitung Grundlagen Stromrichter für Gleichstromantriebe an Gleichstromquellen Übersicht Drehstromantriebe Stromrichter mit Gleichspannungs-Zwischenkreis (Drehstrom) Netzgeführte Stromrichter Digitale Regelung und Steuerung (Hardware) Drehzahl und Positionsgeber 2

3 Elektrische Antriebstechnik II (3V+1Ü, WS) Regelung der Gleichstrommaschine U/f-Steuerung von Drehstromantrieben Regelung von Drehstromantrieben (Feldorientierte Regelung) Digitale Feldbusse (Einführung) Linearantriebe (2V+2Ü, SS) Einleitung Bauformen Arten Elektrischer Linearmotoren (Gleichstrom, Asynchron, Synchron) Regelung elektrischer Linearantriebe Randeffekte in elektrischen Linearmotoren Positions- und Lagegeber Pulsumrichter für elektrische Antriebe (3V+1Ü, SS) Bauelemente und Entwärmung IGBT und Diode Elektrolytkondensator Gleichstromsteller Tiefsetzsteller, Hochsetzsteller, Zwei-Quadranten Steller, Vier-Quadranten Steller Belastung von IGBT, Diode und Elektrolytkondensator Dreiphasige Pulsumrichter Aufbau und Wirkungsweise eines dreiphasigen Pulsumrichters Belastung von IGBT, Diode und Elektrolytkondensator bei Blockstrom Belastung von IGBT, Diode und Elektrolytkondensator bei Sinusstrom Unerwünschte Effekte Niederfrequente Harmonische, Ableitströme, erhöhte Motorspannung, Lagerströme Digitale Feldbusse (2V, SS) Einleitung / Motivation Grundlegende Eigenschaften der Feldbusse Feldbusse - Aktor-Sensor-Interface (ASi) - European Installation Bus (EIB) - Local Operating Network (LON) - Controller-Area-Network (CAN) - - PROFIBUS DP - INTERBUS - Ethernet 3

4 Elektrische Maschinen I (2V+2Ü, WS) Gleichstrommotoren Aufbau und Wirkungsweise Spannung, Drehmoment und Leistung Kommutierung, Wendepole, Ankerrückwirkung, Permanenterregte Gleichstrommaschine Drehstrommotore Allgemeines zu Drehfeldmaschinen, Drehfeldtheorie Asynchronmaschine mit Schleifringläufer und Käfigläufer Permanent und elektrisch erregte Synchronmaschine Elektrische Maschinen II (2V+2Ü, SS) Physikalische Grundlagen elektromechanische Energieumformung Kraft- und Drehmomenterzeugung Energieeffizienz Wirkungsgrad Elektromagnetisch gekoppelte Spulen als Elementarmaschine Aufbau allgemeiner Maschinenmodelle aus Elementarmaschinen Netzwerktheorie für Maschinenmodelle Matrizendarstellung Grundwellenbetrachtung Berücksichtigung höherer Harmonischer Stationäres Betriebsverhalten Dynamisches Betriebsverhalten Umrichterspeisung Dynamische Simulation Numerische Methoden zur dynamischen Simulation Industrieller Entwicklungs- und Fertigungsprozess 4

5 Berechnung und Auslegung elektrischer Maschinen (2V+2Ü, SS) Berechnungsmethoden Physikalische Vorgänge in elektrischen Maschinen Maxwellsche Gleichungen in integraler und differentieller Form Mechanismen der Krafterzeugung Einfaches Spulenmodell als elektrische Elementarmaschine Wicklungsanalyse Wicklungsentwurf Nutenspannungsstern Magnetkreisanalyse magnetisches Netzwerk magnetische Widerstände und Leitwerte Streuleitwerte Finite-Differenzen-Methode Finite-Elemente-Methode Thermisches Verhalten Entwurf und Auslegung: Strombelag Luftspaltflussdichte Kraftdichte Entwurfsmodell für elektrische Maschinen Wachstumsgesetze; Auslegung elektrischer Maschinen Analytisch-numerische Methoden Optimierungsmethoden Elektrische Kleinmaschinen (2V+2Ü, WS) Grundlagen: Definitionen, Kraft-/Drehmomenterzeugung, elektromechanische Energiewandlung Aufbau, Wirkungsweise und Betriebsverhalten von: Universalmotor, Glockenankermotor, PM-Synchronmaschine, Spaltpolmotor, Kondensatormotor, geschaltete Reluktanzmaschine, Schrittmotoren, Klauenpolmotor 5

6 Elektrische Bahnen (2V, SS) (Dr. Weigel, Lehrauftrag) Einführung Historischer Überblick Fahrmotoren Steuerung der Fahrmotoren Antriebe Zugförderung Geräte der Bahntechnik Entwicklungstrends bei den Fahrzeugen Aufbau- u. Verbindungstechnik i. d. Leistungselektronik (Dr. Scheuermann, Semikron, Lehrauftrag) (2V,WS) Einführung Thermische Grundlagen, Thermische Messverfahren Materialien in der Aufbau- und Verbindungstechnik Verbindungstechnologien Parasitäre Effekte Zuverlässigkeit Aufbau und Datenblätter von Leistungsmodulen Systemaufbau, Fehler- und Ausfallanalyse Entwicklungstendenzen und Herausforderungen 6

7 Aus Studienrichtung Automatisierungstechnik Fach SWS Semester WS SS Kernmodule B3 Leistungselektronik 2+2 X B4 Linearantriebe 2+2 X Vertiefungsmodule V7 Elektrische Antriebstechnik I 2+2 X V8 Elektrische Antriebstechnik II 2+2 X V9 Pulsumrichter für elektrische Antriebe 2+2 X V10 Digitale Feldbusse 2 X V11 Elektrische Maschinen I 2+2 X V12 Elektrische Maschinen II 2+2 X V13 Elektrische Kleinmaschinen 2+2 X 7

8 Aus Studienrichtung Elektrische Energie- und Antriebstechnik Fach SWS Semester WS SS Kernmodule B1 Leistungselektronik 2+2 X B2 Elektrische Antriebstechnik I 2+2 X B4 Elektrische Antriebstechnik II 3+1 X B6 Elektrische Maschinen I 2+2 X Vertiefungsmodule V10 Linearantriebe 2+2 X V11 Pulsumrichter für elektrische Antriebe 3+1 X V12 Digitale Feldbusse 2 X V13 Berechnung und Auslegung Elektrischer 2+2 X Maschinen V14 Elektrische Maschinen II 2+2 X V15 Elektrische Kleinmaschinen 2+2 X 8

9 Aus Studienrichtung Leistungselektronik Fach SWS Semester WS SS Kernmodule B1 Leistungselektronik 2+2 X B5 Pulsumrichter für elektrische Antriebe 3+1 X Vertiefungsmodule V6 Elektrische Antriebstechnik I 2+2 X V7 Elektrische Antriebstechnik II 2+2 X V8 Elektrische Maschinen I 2+2 X V9 Elektrische Kleinmaschinen 2+2 X V10 Linearantriebe 2+2 X 9

10 Praktika P1 Grundpraktikum Automatisierungstechnik 3 X P2 Praktikum Elektrische Antriebstechnik 3 X P4 Praktikum Leistungselektronik 3 X Hauptseminare S3 Seminar Elektrische Antriebstechnik 2 X X 10