PhD presentations in August 2020: Lefei Ge, Markus Neubert, Philipp Schülting

Thursday August 20, 2020 to Friday, August 28, 2020

Via video stream. Dial-in data are available by e-mail. Please register at veranstaltungen@isea.rwth-aachen.de

 

Thursday August 20, 2020 09:00 a.m. Lefei Ge, M. Eng.
„Performance Enhancement of Switched Reluctance Machines for High-speed Backup Generators“

Due to its low material cost and robust structure, the switched reluctance machine (SRM) is a potential candidate for highspeed applications, in particular for high-speed, multi-megawatt backup generator power plants. However, the SRMs still exhibit the inherent drawbacks, such as low efficiency, high torque, ripple and high vibration and acoustic noise, which makes it less popular in the industry application compared to other machine types.

The goal of this thesis is to find solutions to deal with these drawbacks from both the design and control aspects. From the design aspect, the machine configuration and main diameters are quickly determined to achieve high efficiency and power density by a proposed pre-design method. Then, a multi-physics design process is presented to find the optimized parameters for further improving machine efficiency, reducing torque ripple and vibration, and avoiding the resonance. A fast fluxlinkage measurement method is developed to ensure the accuracy of machine modeling and comprehensive performance strategy are discussed to optimize machine performance from the control aspect. In addition, an optimization based position estimation method is proposed to detect the initial position of the SRMs.

 

Friday August 21, 2020 02:00 p.m.

Dipl.-Ing. Markus Neubert
„Modeling, Synthesis and Operation of Multiport-Active Bridge Converters“

Multiport-Active-Bridge (MAB) Wandler sind Gleichspannungswandler mit mehreren Anschlüssen. Jeder Anschluss ist galvanisch isoliert, ermöglicht einen bidirektionalen Leistungsfluss und kann im Buck- und Boost-Modus arbeiten. Aufgrund der hohen Komplexität von MAB-Wandlern wurden bisher Näherungen und Kleinsignalmodelle verwendet, um die Modellierung und den Betrieb der Wandler zu vereinfachen.

Im Rahmen der Dissertation wird eine Methodik zur präzisen Berechnung der Lastwinkel und damit des Leistungsflusses zwischen den Anschlüssen eines MAB-Wandlers vorgestellt. Die Methodik wird allgemeingültig hergeleitet und am Beispiel eines dreiphasigen MAB-Wandlers mit drei Anschlüssen, einem sogenannten dreiphasigen Triple-Active-Bridge (3ph-TAB) Wandler, demonstriert. Ausgehend von einer detaillierten Synthese des charakteristischen Betriebsverhaltens des 3ph-TAB-Wandlers wird eine weichschaltende Betriebsstrategie hergeleitet, die den Teillastwirkungsgrad von MAB-Wandlern signifikant erhöht. Darüber hinaus wird die präzise Kenntnis der Lastwinkel genutzt, um eine schnelle Stromregelung zu realisieren, die einen vollständigen Lastsprung innerhalb von nur einer Schaltperiode ermöglicht. Damit wird erstmals das volle Potential von MABWandlern erschlossen.

Die vorgestellten Ansätze werden anhand eines 3ph-TAB-Wandlers aufgezeigt, der ein 5 kV Mittelspannungs-DC-Netz mit einem 380 V und einem 760 V Niederspannungs-DC-Netz verbindet.

 

Friday August 28, 2020 09:00 a.m.

Philipp Schülting M. Sc.
„Optimierte Auslegung von hochintegrierten und bidirektionalen Onboard GaN-Ladegeräten“

Hochintegrierte und bidirektionale Onboard-Ladegeräte ermöglichen verschiedene Anwendungsfälle in der Zukunft. Neben flexiblen Lademöglichkeiten durch die bereits ins Fahrzeug integrierte Ladeelektronik können Elektrofahrzeuge zukünftig als verteilter Energiespeicher netzunterstützend wirken. Um dies zu erreichen, sind kompakte und hochdynamische Ladegeräte notwendig.

Diese Arbeit befasst sich mit Möglichkeiten und Herausforderungen zur Integration für die zentralen Komponenten eines solchen Ladesystems. Dies umfasst das Netzfilter, welches den Anforderungen hoher Schaltfrequenzen und Schaltflanken unter Einhaltung gesetzlicher Normen gerecht werden muss als auch die kompakte Realisierung einer galvanisch getrennten Dual-Active-Bridge und einer hochdynamischen Regelung des Netzstroms. Die theoretischen Untersuchungen werden an einem Prototypen untersucht und evaluiert.