Mechatronische Energiesysteme

Modul

Modulbezeichnung   Mechatronische Energiesysteme
Modulniveau Master
Kreditpunkte/Modul 5
Modulverantwortliche(r) Prof. Dr.-Ing. habil. Christoph M. Hackl

 

Allgemeine Daten der Lehrveranstaltung

Deutscher Titel   Mechatronische Energiesysteme
Englischer Titel Mechatronic Energy Systems
Kürzel EL505 – Wahlpflichtfach
Studiensemester 1 / 2
Angebotshäufigkeit in der Regel nur im Wintersemester
ECTS-
Kreditpunkte/Modul
 5
LV-Verantwortliche(r) Prof. Dr.-Ing. habil. Christoph M. Hackl
Semesterwochenstunden 3
Lehrform inkl. SWS Seminaristischer Unterricht mit integrierter Übung/integriertem Praktikum (2 SU + 1PR)
Studienbelastung 28 SU + 14 PR + 108 Vor-/Nachbereitung = 150 Stunden
Sprache Deutsch
Studiengänge EL
Medieneinsatz Tafel, Flipchart, Overheadprojektor, Beamer, E-Learning

 

Dozent(inn)en
Prof. Dr.-Ing. Christoph Hackl (Modulverantwortlicher)


Empfohlene Voraussetzungen
Grundlegende Kenntnisse zu mechanischen Systemen, elektrischen Maschinen, Leistungselektronik und Regelungstechnik (z.B. Besuch des MA-Moduls „Elektrische Antriebe“).

Modulziele und angestrebte Lernergebnisse/Kompetenzen
Die Studierenden besitzen ein vertieftes Verständnis für das Zusammenwirken mechanischer und elektrischer Teilsysteme in mechatronischen Energiesystemen. Sie konnen mathematische Modelle mechanischer als auch elektrischer Komponenten und deren Systemkopplung erstellen, die Merkmale und das Betriebsverhalten dieser Strukturen analysieren und gezielt durch adäquate Regelalgorithmen beeinflussen. Die Studierenden konnen ihre vorhandenen Kenntnisse aus der Regelungstechnik, der Antriebstechnik und der Leistungselektronik auf Problemstellungen mechatronischer Energiesysteme anwenden und damit diese Systeme analysieren, bewerten und optimieren. Nach der Teilnahme an der Modulveranstaltung "Mechatronische Energiesysteme" ist der Studierende also in der Lage:

  • Funktionsweise von mechatronischen Energiesystemen (z.B. Windkraftanlagen) zu verstehen und deren zustandsraum-basierte Modellierung zu analysieren und zu implementieren;
  • grundlegende Regelungskonzepte für die mechanischen und elektrischen Komponenten zu verstehen, anzuwenden und zu implementieren;
  • die übergeordnete Steuerung des gesamten, mechatronischen Energiesystems zu verstehen und zu implementieren;
  • den Leistungsfluss und die Effizienz des Gesamtsystems und der einzelnen mechanischen und elektrischen Komponenten zu verstehen und zu analysieren.


Inhalt
Das Modul "Mechatronische Energiesysteme" behandelt Funktion, Modellierung und Regelung ausgewählter mechatronischer Energiesysteme (z.B. Gas-/Wasserkraftwerke, Windkraftanlagen, Wellenkraftwerke oder auch Elektrofahrzeuge). Hierzu werden ausgewählte Schwerpunkte der hoheren Mechanik (z.B. Grundlagen der Bewegungsgleichungen, Mehrkorpersysteme mit elastischer Kopplung, Mehrmassenschwinger), elektrischer Maschinen (dynamisches Betriebsverhalten, Drehmoment-, Strom- & Drehzahlregelung) und der Leistungselektronik (z.B. maschinen-, netz- und speicher-seitige Umrichtertopologien mit gemeinsamen Spannungszwischenkreis, Modulationsverfahren, Wirk- und Blindleistungssteuerung) diskutiert, um ein vertiefendes Verständnis des gesamten, mechatronischen Energiesystems und des darin vorherrschenden Energieflusses zu entwickeln. Die Inhalte der Veranstaltungen sind:

  • Funktionsprinzipien ausgewählter mechatronischer Energiesysteme und deren Modellbildung im Zustandsraum;
  • Regelung der mechanischen und elektrischen Komponenten ausgewählter mechatronischer Energiesysteme (z.B. bei Windkraftanlagen: Maximum Power Point Tracking, aktive Schwingungsbedämpfung im Antriebsstrang oder Pitchsystem, Zwischenkreisspannungsregelung, netzseitige Kompensation von Harmonischen, Blindleistungssteuerung); und
  • Übergeordnete leistungsoptimale Steuerung und Betriebsführung ausgewählter mechatronischer Energiesysteme (z.B. optimale Sollwertgenerierung zur Effizienzsteigerung).


Literatur

Neben dem zur Verfügung gestellten Skriptum mit Übungs- und Praktikumsaufgaben (inkl. Musterlösungen) sind folgende Lehrbücher hilfreich.

  • Schröder, Dierk: Elektrische Antriebe - Regelung von Antriebssystemen, Springer-Verlag, 2015.
  • Hackl, Christoph M.: Non-identifier based adaptive control in mechatronics: Theory and Applications, Springer International Publishing, 2017.
  • V. Quaschning, "Regenerative Energiesysteme", 7., aktualisierte Auflage, Hanser-Verlag, München, 2011.

Prüfung
Prüfungsart und -dauer: schriftliche Modulprüfung, 90 min.