Praxis & Forschung

Thermische Modellierung des Antriebsstrangs von Elektrofahrzeugen für die Prüfung der Controller-Hardware im Regelkreis

Mechatronische Systeme erzeugen Wärme und können ausbrennen oder sogar Feuer fangen. Daher ist die Temperaturmodellierung ein wichtiger Bestandteil des Entwurfsprozesses.

Das Ziel dieser Bachelorarbeit von Reily Janson war es, die Temperatur des Antriebsstrangs, vor allem des Motors und des Wechselrichters, eines Elektrofahrzeugs zu modellieren. Eine sehr leistungsfähige Technik für die thermische Modellierung besteht darin, das System als einen thermischen Schaltkreis mit Widerständen und Kondensatoren zu betrachten; in der Tat können die meisten physikalischen Systeme durch diese Analogie verstanden werden. Auf diese Weise lässt sich der Stromkreis vereinfachen und nach denselben Regeln wie elektrische Schaltungen lösen. Am Ende erhält man eine Reihe von Differentialgleichungen. Indem wir diese zu multiphysikalischen Systemen verbinden, können wir die gesamte Welt um uns herum mathematisch beschreiben.

Entwicklung und Test eines DC/DC-Wandlers mit hoher Ausgangsspannung

Das Ziel der Bachelorarbeit von Bence Schmuck war es, ein Hochspannungsnetzteil mit kleinem Formfaktor zu entwickeln, mit dem die RECOM Power GmbH in den Markt der Hochspannungs-DC/DC-Wandler einsteigen kann. Ein solches kleines, auf einer Leiterplatte montierbares Netzteil mit einer Grundfläche von 1„ x 2“ könnte für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen eingesetzt werden, von medizinischen Anwendungen bis hin zur elektrostatischen Forschung. Das entwickelte Netzteil sollte die bestehenden Konkurrenten in Bezug auf die Gesamtausgangsleistung, die Leistungsdichte und die Kontrollierbarkeit übertreffen. Dies wurde durch die Entwicklung einer kleinen, aber leistungsstarken Abwärtswandler-Eingangsstufe erreicht, gefolgt von einem Resonanzwandler und einer Spannungsvervielfacher-Ausgangsstufe. Auf diese Weise wurde eine leicht und präzise einstellbare Hochspannungsleistung erreicht. Dieses Projekt wurde von der RECOM Engineering GmbH in Gmunden finanziert und durchgeführt und von den Studenten Bence Schmuck in enger Zusammenarbeit mit Moritz Hillinger durchgeführt.

Fortschritte in der elektrischen Energietechnik durch Deep Learning

Integration der Scaled Polynomial Constant Unit Aktivierungsfunktion für eine verbesserte Stromnetzanalyse

Für Bogdan Krasylnykovs Masterarbeit soll ein Künstliches Neuronales Netzwerk (ANN) mit einer neu entwickelten SPOCU-Aktivierungsfunktion erstellt werden. ANNs, ein Zweig der künstlichen Intelligenz, der die Operationen des menschlichen Gehirns simuliert, werden als Computerprogramme implementiert. Die ursprüngliche Architektur für dieses Projekt ist ein Perceptron, das aus Eingangsknoten, einem Summationsknoten und einer Aktivierungsfunktion besteht und somit ein mehrschichtiges Perceptron (MLP) bildet. Jeder Eingangsknoten hat eine gewichtete Verbindung, wobei die Gewichte während der Vorwärts- und Rückwärtspropagation für präzise Vorhersagen angepasst werden. Durch die Hinzufügung der SPOCU-Aktivierungsfunktion, einer adaptiven Funktion für effizientes Lernen in dynamischen Netzen, wird das ANN in die Lage versetzt, komplexe Aufgaben und Stromnetze zu bewältigen. Als Programmiersprache wurde Python gewählt, das spezielle Pakete für maschinelles Lernen wie Keras und TensorFlow enthält.

Erforschung der rechnerischen Elektromagnetik

In dieser Masterarbeit von Bogdan Kraslnykov wurde ein Programm implementiert, das die Kapazität für eine beliebige 2D-Geometrie berechnen kann. Dieses Programm wurde in Python entwickelt und basiert auf der Berechnungsmethode der Momentenmethode.

Die Momentenmethode ist eine weit verbreitete Methode, die in vielen proprietären EM-Simulationsprogrammen (z.B. COMSOL) verwendet wird, und Python wurde gewählt, weil es frei verfügbar ist und über viele zusätzliche offene Bibliotheken verfügt. Die Methode der Momente (oder kurz MoM) ist eine numerische Berechnungsmethode, die die in Integralform formulierten Maxwellschen Gleichungen löst.

Die MoM verwendet eine integrale Formulierung der Maxwell-Gleichungen (mit Green'schen Funktionen) und die Unbekannten dieser Gleichungen sind Quellen elektrischer und magnetischer Felder, wie Ströme oder Ladungen auf den Oberflächen von Leitern und Dielektrika.

Diese Methode eignet sich für Probleme mit offenen Bereichen (z. B. Antennen oder Mikrowellenprobleme, die oft offene Bereiche enthalten), bei denen andere Methoden wie Finite-Differenzen-Zeitbereich erhebliche Fehler verursachen können.

Lebensdauervorhersage von Solarzellen

Unter der Leitung von Orynbassarov Abay, einem Masterstudenten des Studiengangs Elektrotechnik am FH-Campus Wels aus Kasachstan, befasst sich dieses Projekt mit der Schätzung der Lebensdauer von Solarzellen anhand zensierter Daten. Mit Hilfe fortschrittlicher statistischer Methoden wird versucht, die Lebensdauer von Solarzellen auf der Grundlage unvollständiger Datensätze zu analysieren und vorherzusagen. Ziel ist es, die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit von Solarenergiesystemen zu verbessern und damit einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung nachhaltiger Energielösungen zu leisten. Derzeit setzt Abay sein Fachwissen bei Coil Innovation ein, einem führenden Hersteller von Luftkern-Trockenreaktoren, wo er seine Forschungsergebnisse auf reale Anwendungen anwendet, was die praktische Relevanz dieser Studie bei der Bewältigung der Herausforderungen der Technologie für erneuerbare Energien unterstreicht.

Studentische Projekte im Bereich Forschung & Entwicklung

Auch Studierende sind eingeladen, sich an den F&E-Aktivitäten der Universität in Form von studentischen Projekten oder als wissenschaftliche Hilfskräfte zu beteiligen. Elektrische Speichersysteme, PV-Anlagen, E-Mobilität, Leistungselektronik, Hochspannungs- und Hochstromtechnik, Schaltgeräte und Blitzschutz sind einige Beispiele für die Bereiche von grundsätzlichem Interesse.

Hochspannungslabor @ Campus Wels

Neues HV-Testfeld an der Fachhochschule Oberösterreich

Im Rahmen eines EU-geförderten Projekts (Interreg-Projekt AB43) forschen Studenten und Wissenschaftler an der Entwicklung einer Hochspannungsbatterie. Ziel ist es, ein zuverlässiges Batteriesystem zu entwickeln, das direkt in ein Mittelspannungs-Gleichstromnetz integriert werden kann.

Das Ziel ist die Entwicklung eines zuverlässigen Batteriesystems, das direkt in ein Mittelspannungs-Gleichstromsystem integriert werden kann, um leistungsstarke Einheiten zur Speicherung von elektrischer Energie mit ausgezeichneter Kapazität bei Spitzenlasten zu schaffen.

Für das Projekt müssen alle dielektrischen Belastungen untersucht werden, insbesondere solche, die durch Spannungsstöße und anhaltende Gleichstromlasten verursacht werden. Einflüsse wie Klima, Verschmutzung und Temperatur werden variiert. Auch die zugehörige Leistungselektronik muss auf das Auftreten von Überspannungen geprüft werden. Die Fachhochschule Oberösterreich hat einen 30-kV-Prototypen erstellt, der erste Tests bestanden hat. Im Rahmen des Projekts wurden zwei Faradaysche Käfige gebaut. Einer ist mit einem HIGHVOLT-Impulsgenerator (1 MV, 50 kJ) ausgestattet. Das andere Testgehäuse enthält einen AC/DC-Bausatz (200 kV AC, 270 kV DC). HIGHVOLT hat alle notwendigen Vorkehrungen getroffen und ein handelsübliches Teilentladungsmesssystem in das AC/DC-System integriert. Besonders hervorzuheben ist, dass der Impulsgenerator auch auf Impulsströme mit den Kurvenformen 4/10, 8/20 und 10/350 eingestellt werden kann.

Die gesamte dafür notwendige Messtechnik wurde ebenfalls von HIGHVOLT entwickelt und installiert. Neben der Forschung werden die Studierenden des internationalen Studiengangs Elektrotechnik (Bachelor und Master) in Laborübungen an den Geräten selbst geschult und lernen so nicht nur die wesentlichen physikalischen Vorgänge bei der Beaufschlagung von Isolierstoffen mit hohen Spannungen, sondern auch den Umgang mit modernster Hochspannungsmesstechnik.

Electrical Engineering-Forscher wollen Blackout verhindern

Thomas Alva Edison – besser bekannt als Erfinder der Glühbirne – und George Westinghouse – Erfinder der Druckluftbremse – haben Ende des 19. Jahrhunderts zu einem Thema gestritten: Wechselstrom oder Gleichstrom. Heute, 190 Jahre später, streiten die Wissenschaftler wieder zum selben Thema – diesmal mit dem Ziel ein Blackout zu verhindern. Mit dabei beim Revival des Stromkriegs – Christoph Diendorfer vom FH OÖ-Studiengang Electrical Engineering. Filmquelle: LT1.at