Leistungsmechatronik / Antriebe

Die Arbeitsgruppe Leistungsmechatronik behandelt das Zusammenwirken der klassischen Ingenieurwissenschaften Maschinenbau, Elektrotechnik und Informationstechnik. Die Forschungsschwerpunkte reichen von der klassischen elektrischen Antriebstechnik, über die Leistungselektronik in Kombination mit moderner Regelungstechnik bis zur "Energiekonditionierung" in elektrischen Energieverteilungsnetzen.

Eine besondere Innovation der letzten Jahre ist die Virtuelle Synchronmaschine (VISMA). Die VISMA wurde am IEE entwickelt [Dissertation Ralf Hesse 2007: Die virtuelle Synchronmaschine], zum Patent angemeldet (Patent: Netzqualität und Versorgungssicherheitsverbesserungsverfahren (VISMA); Aktenzeichen: DE 2006 047 792.8; Anmeldetag: 06.10.2006; Europäische Patentanmeldung: 07875183.1-2207; EU-Patent-Nr.: 2070174; US-Patentanmeldung: PCT/IB2007/004721; US-Patent-Nr.: US 8,510,090 B2; Anmeldetag: 09.10.2007; US-Patent erteilt am: 13.08.2013; Japan-Patent-Nr.: JP 544 2440 B2; Japan-Patent erteilt am: 12.03.2014) und stellt einen speziell gesteuerten Wechselrichter dar, der als Netzanbindungsglied für unterschiedliche elektrische Gleichstromquellen dienen kann. Sie ermöglicht es dabei, dass sich der Wechselrichter aus Netzsicht ähnlich verhält wie eine elektromechanische Synchronmaschine. Dadurch können die bewährten Eigenschaften der Synchronmaschine bezüglich der Netzstabilität und Netzregelung auch im Zuge der Substitution konventioneller Kraftwerke durch erneuerbare Energiequellen für das Netz nutzbar gemacht werden. Ziel ist es, die elektrischen Energieversorgungsnetze in ihrer heutigen Stabilität und Qualität trotz der zunehmenden Anzahl dezentraler Energieerzeuger zu erhalten. Die Eigenschaften einer VISMA sind wesentlich von dem in ihr implementierten Maschinenmodell abhängig, welches bei gegebener Spannung das Betriebsverhalten einer Synchronmaschine in Echtzeit simuliert und schließlich die Referenzgröße des eingeprägten mehrphasigen Wechselstroms für die Wechselrichtersteuerung vorgibt. Die VISMA wird in aktuellen Projekten stetig weiterentwickelt.

Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeitsgruppe ist die Schwingungsdämpfung in schwingungsfähigen mechatronischen Antriebssystemen. Hierbei kommt ein neuartiger elektronisch angesteuerter Tilgerring zum Einsatz, der Frequenzen zwischen 30 und 70Hz wirksam bedämpft (Patent: Schneller Breitband-Kompensator für Stördrehschwingungen; Aktenzeichen: 10 2012 100 187.1; Anmeldetag: 09.12.2010). Darüber hinaus wurden in der Vergangenheit für die Industrie Motorenprüfstände im Modellmaßstab zur Nachbildung eines Getriebeprüfstandes im Megawatt-Bereich oder zur Nachbildung von Netzfehlern auf den mechanischen Antriebsstrang von netzgekoppelten Windkraftanlagen im Labor aufgebaut.

• ALene: Analyse und Entwicklung von Konzepten für die Steuerung von 4-Zweige-Wechselrichtern, zunächst durch Simulation und anschließend durch praktische Umsetzung. Ziel ist eine robuste Soft- und Hardwarelösung, die in Zusammenarbeit mit Industriepartnern getestet und optimiert wird.
• DäToNa: Aktive Dämpfung von Torsionsschwingungen bei langen sowie schwer zugänglichen Antriebswellen mit prozessbegleitender, adaptiver Nachführung dynamischer Lasteingangsfunktionen am Beispiel der Stribeck-Kurve

• CoNDyNet II - Vergleich unterschiedlicher Stromrichterkonzepte im Parallelbetrieb
• Aktive Schwingungsdämpfung - Analyse und Bedämpfung von Schwingungen in der Antriebstechnik
• Windgetriebeprüfstand zur Nachbildung von Netzfehlern - Auswirkungen von Netzfehlern auf den mechanischen Antriebstrang von netzgekoppelten Windkraftanlagen
• Motorenprüfstände im Modellmaßstab - Nachbildung eines Getriebeprüfstandes zur Optimierung des Antriebs- und Dämpfungsreglers