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Professur Elektrische Energiewandlungssysteme und Antriebe
Sommersemester

Lehrveranstaltungen im Sommersemester

Allgemeines


Qualifikationsziele
  Vermittlung von Methoden zum Entwurf und von anwendungsbezogenen Kenntnissen zum Betriebsverhalten elektrischer Antriebe.
Umfang
  Vorlesung (V): 3 Lehrveranstaltungsstunden (LVS)
  Übung (Ü): 2
  Praktikum (P): 2
Arbeitsaufwand
  8 Leistungspunkte (LP)
Semesterlage
  Sommersemster (SS)
Zeit und Ort
  Das Fach wird im aktuellen Semester nicht angeboten.
Prüfung
  siehe aktuelle Studienordnung des jeweiligen Studienganges
Prüfungsvorleistung
  Erfolgreich testiertes Praktikum
Ansprechpartner
  Vorlesung: Prof. Dr.-Ing. Ralf Werner
  Übung: Dipl.-Ing. (FH) Johannes Rudolph
  Praktikum: Dipl.-Ing. Andreas Waltsgott

Vorlesungsinhalte


  1. Einführung
    • Traditionelle Antriebstechniken
    • Vorteile elektrischer Antriebssysteme
    • Grundstruktur moderner elektrischer Antriebssysteme
    • Tendenzen in der Antriebstechnik
  2. Elektrische Antriebsmaschinen
    • Grundlagen
    • Gleichstrommaschinen
    • Asynchronmaschinen
    • Synchronmaschinen
    • Universalmotor
    • Allgemeine Konstruktionsmerkmale
  3. Arbeitsmaschinen
    • Grundtypen der Lastkennlinien
    • Praktische Beispiele
    • Mechanische Komponenten in Antriebssystemen
  4. Physikalische Grundlagen der Bewegung
    • Kinematische Grundgrößen
    • Kräfte und Drehmomente im stationären Betrieb
    • Beschleunigungskraft und Beschleunigungsmoment
    • Trägheitsmoment
    • Berechnung von Übergangsvorgängen
  5. Physikalische Grundlagen der Erwärmung
    • Einkörpermodell
    • Zweikomponentenmodell
    • Verlustleistungen in elektrischen Maschinen
    • Übertemperaturen und Wärmebeständigkeitsklassen
    • Betriebsarten
  6. Auswahl und Dimensionierung von Antriebsmotoren
    • Bestimmung der Typenleistung
    • Mechanische Auslegung
    • Einfluss der Betriebsart auf die Motordimensionierung
    • Motordimensionierung für stationären Betrieb
    • Einflussfaktoren auf Lebensdauer und Umwelt
  7. Komponenten moderner Antriebssysteme
    • Mechanische Übertragungsglieder
    • Motorschalter und Motorschutz
    • Stellglieder
    • Messglieder
    • Regler
    • Antriebsvernetzung
  8. Stromrichtergespeiste Gleichstromantriebe
    • Einsatzgebiete und Trends
    • Gleichstromantriebe mit netzgeführten Stromrichtern
    • Gleichstromantriebe mit Pulsstellern
    • Geregelte Gleichstromantriebe
  9. Steuerung von Drehstromantrieben
    • Varianten drehzahlveränderlicher Drehstromantriebe
    • Einsatzgebiete und Trends
    • Drehzahlveränderliche Asynchronantriebe
    • Drehzahlveränderliche Synchronantriebe
  10. Regelung von Drehstromantrieben
    • Modellierung der Antriebskomponenten
    • Typische Regelkreisstrukturen
    • Feldorientierte Regelung der Synchronmaschine
    • Feldorientierte Regelung von Asynchronmaschinen

Allgemeines


Qualifikationsziele
  Kennenlernen und Anwenden der Grundprinzipien zum Entwurf und zur Berechnung elektrischer Maschinen.
Umfang
  Vorlesung (V): 2 Lehrveranstaltungsstunden (LVS)
  Übung (Ü): 1
Arbeitsaufwand
  3 Leistungspunkte (LP)
Semesterlage
  Sommersemster (SS)
Zeit und Ort
  Das Fach wird im aktuellen Semester leider nicht angeboten.
Prüfung
  siehe aktuelle Studienordnung des jeweiligen Studienganges
Prüfungsvorleistung
  Belegaufgabe (Auslegung einer elektrischen Maschine) im Umfang von ca. 15 Seiten
Ansprechpartner
  Vorlesung: Prof. Dr.-Ing. Ralf Werner
  Übung: M.Sc. Nikolaus Trnka

Vorlesungsinhalte


  1. Einführung
  2. Projektierung elektromagnetischer Energiewandler
    • Hauptabmessungen
    • Elektrische und magnetische Beanspruchungen in elektrischen Maschinen
    • Maschinenreihe
    • Wachstumsgesetze
  3. Wicklungen elektrischer Maschinen
    • Kommutatorwicklungen
    • Wechselstromwicklungen
    • Erregerwicklungen
    • Isolation von Wicklungen
  4. Der magnetische Kreis elektrischer Maschinen
    • Berechnungsgrundlagen
    • Ermittlung magnetischer Felder in Luft
    • Charakteristische ferromagnetische Magnetkreisabschnitte
    • Der Leerlauf- bzw. Magnetisierungsstrom
    • Weichmagnetische Elektrobleche
  5. Der Einsatz von Dauermagneten in elektrischen Maschinen
    • Aufgaben von Dauermagneten
    • Kennlinien von Dauermagnetwerkstoffen
    • Eigenschaften dauermagnetischer Werkstoffe
    • Magnetischer Kreis mit Dauermagneten
    • Entmagnetisierung von Dauermagneten
  6. Berechnung von Induktivitäten und Reaktanzen
    • Streuungserscheinungen
    • Charakteristische Hauptinduktivitäten und Reaktanzen
  7. Stromwendung
    • Stromwendevorgang
    • Genäherte Berechnung des Stromwendevorganges
    • Einfluss der Bürstenmaterialien
  8. Verluste elektrischer Maschinen
    • Ummagnetisierungsverluste
    • Verluste in Wicklungen
    • Mechanische Verluste
  9. Erwärmung und Kühlung elektrischer Maschinen
    • Die Wärmeübertragung
    • Erwärmung und Abkühlung des homogenen Körpers
    • Lebensdauer der Wicklung
    • Wärmequellennetze

Allgemeines


Qualifikationsziele
  Vermittlung von Kenntnissen über das Betriebsverhalten spezieller mechatronischer Systeme in der Verkehrstechnik und Befähigung zu Entwurf und Dimensionierung von Komponenten derartiger Systeme. Weiterhin Kennenlernen der Magnetlagertechnologien sowie ihrer ökonomisch und ökologisch sinnvollen Einsatzmöglichkeiten. Befähigung zur interdisziplinären Betrachtung mechatronischer Systeme am Beispiel der regelungstechnischen Beschreibung aktiver Magnetlagerungen.
Umfang
  Vorlesung (V): 2 Lehrveranstaltungsstunden (LVS)
Arbeitsaufwand
  3 Leistungspunkte (LP)
Semesterlage
  Sommersemester (SS)
Zeit und Ort
  Das Fach wird im aktuellen Semester leider nicht angeboten.
Prüfung
  siehe aktuelle Studienordnung des jeweiligen Studienganges
Prüfungsvorleistung
  keine
Ansprechpartner
  Vorlesung: Prof. Dr.-Ing. Ralf Werner

Vorlesungsinhalte


  1. Traktionstechnik
    • Spurführung und Rad-Schiene-Kontakt
    • Fahrwiderstände, Zugkraft und Leistung
    • Drehgestelle
    • Bahnstromversorgung
    • Fahrmotoren und deren Dimensionierung
    • Steuerung der Fahrmotoren und Stromrichtertechnik
  2. Magnetlagertechnik
    • Physikalische Grundlagen, Einteilung magnetischer Lagerungen
    • Technische Anwendungsgebiete, Trends
    • Aufbau und Wirkungsweise aktiver Magnetlagerungen
    • Komponenten aktiver Magnetlagerungen
    • Dynamik magnetgelagerter Rotoren
    • Lagerlose Motoren

Allgemeines


Qualifikationsziele
  Einführung in die Modellierung von Regelstrecken moderner elektrischer Energieanlagen und mechatronischer Systeme sowie Kennenlernen von Regelstrategien in Anlagen der regenerativen Elektroenergieerzeugung zur Erhöhung der Energieeffizienz.
Umfang
  Vorlesung (V): 2 Lehrveranstaltungsstunden (LVS)
  Seminar (S): 2
Arbeitsaufwand
  6 Leistungspunkte (LP)
Semesterlage
  Sommersemester (SS)
Zeit und Ort
  Das Fach wird im aktuellen Semester leider nicht angeboten.
Prüfung
  siehe aktuelle Studienordnung des jeweiligen Studienganges
Prüfungsvorleistung
  erfolgreich testiertes Seminar
Ansprechpartner
  Vorlesung: Prof. Dr.-Ing. Ralf Werner, Dr.-Ing. Bertram Frei
  Seminar: Dr.-Ing. Bertram Frei

Vorlesungsinhalte


  1. Einleitung (Prof. Werner)
  2. Wasserkraftanlagen (Prof. Werner)
    • Physikalische Grundlagen
    • Arten von Wasserkraftanlagen
    • Wesentliche Komponenten von Wasserkraftanlagen
  3. Windkraftanlagen (Dr. Frei)
    • Physikalische Grundlagen
    • Widerstandskonverter
    • Auftriebskonverter
    • Aufbau und Topologie moderner WKA
  4. Turbinen für Wasserkraftanlagen (Prof. Werner)
    • Gleichdruckturbinen
    • Überdruckturbinen
  5. Generatoren (Prof. Werner)
    • Synchrongeneratoren
    • Asynchrongeneratoren
  6. Wichtige Größen in Wechselstromkreisen (Prof. Werner)
    • Mittelwerte von Strom und Spannung
    • Oberschwingungen
    • Leistung und Energie
  7. Modellierung und Optimierung regelungstechnischer Systeme (Prof. Werner)
    • Signalflusspläne und Übertragungsglieder
    • Führungs- und Störgrößenübertragungsverhalten
    • Stabilität
    • Optimierung
  8. Feldorientierte Regelung von Generatoren (Dr. Frei)
    • Prinzip der feldorientierten Regelung bei Drehstrommaschinen
    • Raumzeigermodulation
    • Feldorientierte Regelung von Synchrongeneratoren
    • Feldorientierte Regelung von Asynchrongeneratoren
  9. Regelungsaufgaben in Wasserkraftwerken (Prof. Werner)
    • Wirkleistungsregelung
    • Blindleistungsregelung
    • Drehzahlregelung
  10. Regelungsaufgaben in Windkraftanlagen (Dr. Frei)
    • Rotorregelung
    • Windrichtungsnachführung
    • Betriebsführung - Zustandsmaschine
  11. Batterien (Dr. Frei)
    • Einführung
    • Kenndaten von Batterien
    • Einsatzaspekte
    • Häufig eingesetzte Akkuarten
    • Ladeverfahren

Allgemeines


Qualifikationsziele
  Ausgehend von den Prinzipien der elektromechanischen Energiewandlung sollen Kenntnisse zu den Einsatzbedingungen und Anwendungsfeldern elektrischer Antriebe vermittelt und die Befähigung erlangt werden, die richtige Antriebsauswahl zu treffen.
Umfang
  Vorlesung (V): 2 Lehrveranstaltungsstunden (LVS)
  Übung (Ü): 1
Arbeitsaufwand
  4 Leistungspunkte (LP)
Semesterlage
  Sommersemster (SS)
Zeit und Ort
  Das Fach wird im aktuellen Semester leider nicht angeboten.
Prüfung
  siehe aktuelle Studienordnung des jeweiligen Studienganges
Prüfungsvorleistung
  keine
Ansprechpartner
  Vorlesung: Prof. Dr.-Ing. Ralf Werner
  Übung: Dipl.-Ing. (FH) Johannes Rudolph

Vorlesungsinhalte


  1. Einführung
    • Traditionelle Antriebstechniken
    • Vorteile elektrischer Antriebssysteme
    • Grundstruktur moderner elektrischer Antriebssysteme
    • Tendenzen in der Antriebstechnik
  2. Elektrische Antriebsmaschinen
    • Grundlagen
    • Gleichstrommaschinen
    • Asynchronmaschinen
    • Synchronmaschinen
    • Universalmotor
    • Allgemeine Konstruktionsmerkmale
  3. Arbeitsmaschinen
    • Grundtypen der Lastkennlinien
    • Praktische Beispiele
    • Mechanische Komponenten in Antriebssystemen
  4. Physikalische Grundlagen der Bewegung
    • Kinematische Grundgrößen
    • Kräfte und Drehmomente im stationären Betrieb
    • Beschleunigungskraft und Beschleunigungsmoment
    • Trägheitsmoment
    • Berechnung von Übergangsvorgängen
  5. Physikalische Grundlagen der Erwärmung
    • Übertemperaturen und Wärmebeständigkeitsklassen
    • Verlustleistungen in elektrischen Maschinen
    • Wirkungsgradklassen für Asynchronmotoren
    • Einkörpermodell
    • Zweikomponentenmodell
    • Betriebsarten
  6. Auswahl und Dimensionierung von Antriebsmotoren
    • Bestimmung der Typenleistung
    • Mechanische Auslegung
    • Einfluss der Betriebsart auf die Motordimensionierung
    • Motordimensionierung für stationären Betrieb
  7. Stromrichtergespeiste Gleichstromantriebe
    • Einsatzgebiete und Trends
    • Gleichstromantriebe mit netzgeführten Stromrichtern
    • Gleichstromantriebe mit Pulsstellern
  8. Drehstromantriebe
    • Einsatzgebiete und Trends
    • Netzgespeiste Asynchronantriebe
    • Asynchronantriebe mit Frequenzumrichter
    • Synchronantriebe

Allgemeines


Qualifikationsziele
  Erlangen von Kenntnissen über die physikalischen Gesetzmäßigkeiten der Elektrotechnik, der elektromechanischen Energiewandlung und der Elektronik. Darüber hinaus sollen wissenschaftliche Arbeits-, Berechnungs- und Analysemethoden, die sie befähigen mit Elektroingenieuren fachlich zusammenzuarbeiten, vermittelt werden.
Umfang
  Vorlesung (V): 1 Lehrveranstaltungsstunden (LVS)
  Übung (Ü): 1
  Praktikum (P): 2
Arbeitsaufwand
  7 Leistungspunkte (LP) in Verbindung mit der im Wintersemester stattfindenden Lehrveranstaltung Elektrotechnik/Eletronik I
Semesterlage
  Sommersemster (SS)
Zeit und Ort
  Das Fach wird im aktuellen Semester leider nicht angeboten.
Prüfung
  siehe aktuelle Studienordnung des jeweiligen Studienganges
Prüfungsvorleistung
  Erfolgreich testiertes Praktikum
Ansprechpartner
  Vorlesung/Übung: Dr.-Ing. Bertram Frei
  Praktikum: Dipl.-Ing. Andreas Waltsgott

Vorlesungsinhalte


  1. Umwandlung elektrischer Energie
    • Gleichstrommaschine
    • Drehfeldmaschinen
    • Transformatoren
  2. Elektronik
    • Bauelemente und einfache Schaltungen
    • Analogschaltungen
    • Digitalschaltungen
    • Mikrorechner
    • Datenkommunikation
  3. Batterien/Akkumulatoren
    • Einführung zu Batterie-/Akkusystemen
    • Kenndaten von Akkuulatoren
    • Einsatzaspekte
    • Häufig eingesetzte Akkusysteme

Allgemeines


Qualifikationsziele
  Beherrschung von grundlegenden Methoden der Elektrotechnik, der elektromagnetischen Energiewandlung sowie der Elektronik. Aneignung ausgewählter wissenschaftlicher Grundlagen der Elektrotechnik und einiger Anwendungen; Fähigkeit zur selbständigen Lösung von Aufgaben aus der Elektrotechnik; Befähigung zur Lösung praktischer Aufgaben in den Laborpraktika; Befähigung zur Einarbeitung in vertiefende Gebiete der Elektrotechnik.

Hinweis: Bei dieser Lehrveranstaltung handelt es sich um die Fortsetzung von Grundlagen der Elektrotechnik I der Professur Hochfrequenztechnik und Theoretische Elektrotechnik.

Umfang
  Vorlesung (V): 3 Lehrveranstaltungsstunden (LVS)
  Übung (Ü): 1
  Praktikum (P): 2
Arbeitsaufwand
  6 Leistungspunkte (LP)
Semesterlage
  Sommersemster (SS)
Zeit und Ort
  Das Fach wird im aktuellen Semester leider nicht angeboten.
Prüfung
  siehe aktuelle Studienordnung des jeweiligen Studienganges
Prüfungsvorleistung
  Erfolgreich testiertes Praktikum
Ansprechpartner
  Vorlesung/Übung: Dr.-Ing. Bertram Frei
  Praktikum: Dipl.-Ing. Andreas Waltsgott

Vorlesungsinhalte


  1. Das magnetische Feld
    • Magnetische Erscheinungen und Kenngrößen
    • Durchflutungssatz
    • Berechnung magnetischer Felder und Kreise
    • Induktionsgesetz
    • Selbst- und Gegeninduktivitäten
    • Energien und Kräfte im Magnetfeld
    • Elektrotechnische Bauelemente
  2. Wechselstromkreise
    • Erzeugung von Wechselgrößen
    • Darstellung sinusförmiger Größen
    • Komplexe Darstellung von Zeigern
    • Unverzweigte Wechselstromkreise
    • Verzweigte Wechselstromkreise
    • Wechselstromleistung
    • Dreiphasiger Wechselstrom (Drehstrom)
  3. Elektrische Messtechnik
    • Messfehlerklassifikation
    • Elektromechanische Baugruppen
    • Elektronische Baugruppen
    • Oszilloskop
    • Geräte für mehrere Messgrößen
    • Sensoren
    • Ausgewählte elektrische Messverfahren
  4. Umwandlung elektrischer Energie
    • Gleichstrommaschine
    • Transformator
    • Drehfeld
    • Drehstrom-Asynchronmaschine
    • Drehstrom-Synchronmaschine