Forschungsfel­der

Grundlagen

A    Methodik, Modellierung, Simulation, Werkzeuge für Maschinen und Antriebe

Verfahren zur Modellierung, zu Entwurf und Dimensionierung, Regelung sowie zur Optimierung der Einzelkomponenten von Maschinen und Stromrichtern und des Energiewandlersystems im Grundsatz aber auch die Lösung von Einzelfragestellungen zur Konstruktion und Auslegung von Maschinen stehen im Mittelpunkt. Diese stark methodenorientierten Arbeiten werden insbesondere auch Entwicklungsvorhaben von Firmen im regionalen Umfeld der Universität unterstützen bzw. Anregungen von diesen erhalten. Im Einzelnen sind das:

• Magnetkreis- und Wicklungsentwurf elektrischer Maschinen insbesondere von PM-Synchronmaschinen mit Hilfe 2D- und 3D-FEM Simulationen in Verbindung mit klassischen Entwurfsverfahren
• Systemanalyse von stromrichtergespeisten Maschinen und Messkampagnen zu Wicklungsbeanspruchungen, Lagerstromeffekten, Zusatzverlusten usw.
• Regelung von Antrieben und Generatoren insbesondere energieeffiziente Verfahren

B    Industrieelektronik - Stromrichter

Die Forschungen auf dem Gebiet Industrieelektronik sollen sich auf die Stromrichtertechnik für Energiewandler (Motoren, Generatoren) konzentrieren. Die Erforschung energieeffizienter Stromrichtertopologien basierend auf neuen Halbleiter-Leistungsbauelementen, ihr Entwurf und ihre spezielle Anwendung stehen dabei im Mittelpunkt.

• U-Umrichter
• Matrixumrichter
• Z-Source-Stromrichter
• Steuer- und Regelverfahren für Antriebsstromrichter
• Lagerstromminimierende Steuerverfahren

Anwendungen

C    Magnetlagertechnik - Mechatronik

Bei Magnetlagern wird der Fokus zum einen auf verlustarme Lagerung und damit auf die Reduktion der z. T. nennenswerten Reibverluste bei schnell drehenden Antrieben gerichtet sein und zum anderen eine erhebliche Erhöhung der Präzision angestrebt werden. Hierzu wird eine Zusammenarbeit mit Maschinenbauprofessuren gesucht werden. Für Direktantriebe (Linearmotor, Torquemotor) soll an Lösungen zur Erhöhung der derzeit noch unbefriedigenden Wirkungsgrade (Energieeffizienz) gegenüber Motoren mit Getrieben gearbeitet werden. Da sowohl aktive Magnetlager als auch Direktantriebe geregelt betrieben werden, ist die Sensorik zur Erfassung mechanischer Größen von besonderer Wichtigkeit. Im Einzelnen sind das:

• Neuartige Werkstoffe und Konstruktionen für Magnetlager bis 100 000 1/min
• Magnetkreis- und Reglerentwurf für hochtourige Magnetlagerungen
• Lagerlose Reluktanz- und PM-Synchronmotoren

D    Regenerative Energiequellen

Ein weiterer Anwendungsschwerpunkt wird sich auf regenerative elektromechanische Energiewandler insbesondere für Windenergieanlagen konzentrieren. Vorrangig geht es dabei um masse- und verlustreduzierte Generatoren, energieeffiziente Wandlungstechniken durch Einsatz spezieller Stromrichter und Regelverfahren sowie um eine anforderungsgerechte geregelte Netzeinspeisung. Im Einzelnen sind das:

• Doppeltgespeiste Asynchronschleifringläufergeneratoren (Generatoroptimierung, Oberschwingungsanalyse, Verlustoptimierung, netzverträgliche Regelung)
• PM-Synchrongeneratoren (entwurfsbegleitende FEM-Analysen, Generator- und Stromrichterregelung)
• Direkte Leistungsregelung

E    Hybrid- und Elektroauto

Verstärkt vorangetrieben werden sollen dabei die Entwicklung spezieller elektro-mechanischer Energiewandler und trägheitsarmer bzw. drehmomentstarker Fahrmotoren sowie der Entwurf geeigneter Regelmethoden. Die Arbeiten könnten in Kooperation mit anderen Professuren zur Optimierung elektrisch-mechanischer Antriebsstränge geführt werden. Da die Hybridantriebtechnik voraussichtlich nur eine notwendige Zwischenstufe bis zur technischen L#sung rein elektrischer Krafterzeugung über Brennstoffzelle und Fahrmotor darstellt, sollen bereits begonnene Grundlagenprojekte zum Energiemanagement bei Brennstoffzellen-Energieversorgung (DFG) fortgesetzt und für Automotive-Anwendungen weiter ausgebaut werden.

• leistungsverzweigende Antriebsstränge insbesondere Elektromaschinen mit gekoppelten und aufwandsreduzierten Stromrichtern
• Spezialstromrichter für Brennstoffzellenantriebe

F    Kühlung elektrischer Maschinen

Ein neuer Forschungsschwerpunkt soll sich mit der Kühlung elektrischer Maschinen und Antriebe beschäftigen. Auf der Basis qualitativ neuer Simulations- und Entwicklungswerkzeuge (3D-Modellierung, Multiphysics-Modellierung) wird es darum gehen, effiziente Kühlverfahren für Kompaktmotoren zu entwickeln, Wasserkühlung durch Luftkühlung zu ersetzen und neuere konstruktive Möglichkeiten wie Querkühlung oder Wärmerohreinsatz im Elektromaschinenbau zur technischen Reife zu führen. Diesem Ziel soll auch eine enge Kooperation mit den TU-Professuren für Wärme- und Stoffübertragung (Prof. Huhn) dienen und Synergien mit der HTW Dresden genutzt werden.

• Querkühlung elektrischer Maschinen
• Methodik zur Kopplung magnetischer, thermischer und strömungstechnischer Felder
• Detailproblemanalysen