2018_zum_testen

Dissertationen aus dem Jahr 2018

Name	Thema / Titel

C. Bayer	Untersuchung der elektrischen Feldstärke und des Teilentladungsverhaltens an keramischen Schaltungsträgern Datum der Promotion: 17.08.2018
A. Hutzler	Entwicklung fortschrittlicher Flüssigzellenarchitekturen für leistungsfähige in situ Transmissionselektronenmikroskopie in den Materialwissenschaften Datum der Promotion: 26.07.2018
T. Heckel	Charakterisierung dynamischer Eigenschaften und Modellbildung neuartiger Leistungshalbleiterbauelemente auf Basis von SiC und GaN Datum der Promotion: 25.07.2018
A. Rosskopf	Berechnung von frequenzabhängigen Leistungsverlusten in induktiven Systemen mit Litzenkabeln mittels eines gekoppelten numerischen Ansatzes Datum der Promotion: 27.04.2018 OPUS FAU Link Abstract: In leistungselektronischen Systemen ist die Nutzung von Litzenkabeln weit verbreitet und ermöglicht eine Verringerung der Verluste bei höheren Frequenzen. Im Vergleich zu Massivleitern können derartige Kabel, bestehend aus hunderten gegeneinander isolierter Einzeladern und einer geeigneten Verdrillungsstrategie, die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems deutlich steigern. Die gängigen Simulationsansätze scheitern jedoch aktuell daran, die komplexe Überlagerung der elektromagnetischen Effekte in den unterschiedlichen Geometrieebenen aufzulösen. Deswegen wurde im Rahmen dieser Doktorarbeit ein neuer Simulationsansatz entwickelt, der die Berechnung der frequenzabhängigen Verluste von induktiven Komponenten mit Litzenkabeln ermöglicht. Der Ansatz basiert auf der Aufteilung des Simulationsprozesses: Die Simulation der magnetischen Feldverteilung auf Systemebene wird separat von der Widerstands- und Verlustberechnung auf Litzenebene behandelt. Im ersten Schritt wird mit der Finite-Elemente-Methode das Gesamtsystem simuliert und ausgenutzt, dass die externe Feldverteilung im Litzenkabel identisch mit der Verteilung bei einem gleichmäßig bestromten Massivleiter ist. Die magnetische Feldverteilung wird dabei unter Berücksichtigung der genauen Leiterposition und den elektrischen und magnetischen Materialeigenschaften der umgebenden Bauteile berechnet. Basierend auf diesen Ergebnissen werden die externen Felder ausgewertet und auf einer großen Anzahl an 2D-Schnitten entlang des Leiters extrahiert. Im zweiten Schritt werden diese Daten benutzt, um mit Hilfe von analytischen, numerischen und messungsbasierten Methoden die frequenzabhängigen Widerstände auf Litzenebene zu berechnen. Die ausgefeilteste Methode ist dabei der numerische Partial-Element-Equivalent-Circuit-Ansatz, bei dem das elektromagnetische Verhalten von Litzenkabeln rein über deren Verdrillungsstruktur bestimmt wird. Die daraus gewonnen Ergebnisse werden auf alle 2D-Schnitte übertragen und ermöglichen die Vorhersage der frequenzabhängigen Windungsverluste in der kompletten induktiven Komponente. Die Verifikation des Simulationsansatzes erfolgt mit Hilfe von Messungen an unterschiedlichen experimentellen Aufbauten, die gängige Fragestellungen aus dem Entwicklungsprozess von induktiven Komponenten widerspiegeln. Die Ergebnisse bestätigen die hohe Genauigkeit des neuen gekoppelten Simulationsansatzes und zeigen gute Übereinstimmung von Simulation und Messung für Frequenzen bis 1 MHz bei Luftspulen. Bei Aufbauten mit Ferriten zeigt sich jedoch ein deutlicher Abfall bei der Qualität der Simulationsergebnisse auf Grund der zusätzlichen Kernverluste. Die Auflösung der damit verbundenen Effekte in der Simulation und ebenso die Genauigkeit der numerischen Modelle bei eng gepackten Litzenstrukturen sind Themen weiterer Forschungen.