TU Darmstadt / ULB / TUbiblio

Aufbau einer FPGA-Schaltung für einen Piezo-Ultraschallmotor

Wick, Konja :
Aufbau einer FPGA-Schaltung für einen Piezo-Ultraschallmotor.
TU Darmstadt, Institut EMK, FG M+EMS
[Bachelorarbeit], (2013)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Elektronik zur Messung der Energieeffizienz eines Piezo-Ultraschallmotors entwickelt und (teilweise) realisiert. Das Ziel ist es, die Messung der Energieeffizienz ohne den Einsatz von Laborgeräten durchführen zu können. Die Signalerzeugung und Messauswertung sollen dabei mit Hilfe eines FPGA durchgeführt werden. Der knapp bemessene Zeitrahmen der Arbeit ließ eine Realisierung dieser Komponenten jedoch nicht zu. Für den Entwurf der Elektronik werden zunächst die Randbedingungen erläutert, die sich durch bereits vorhandene Systemkomponeten ergeben. Dazu gehören unter anderem der Piezomotor an dem die Messungen durchgeführt werden sollen, sowie ein Piezoverstärker, der für die Leistungsverstärkung verantwortlich ist. Der Betrieb des Motors ist dabei nur bei Resonanz möglich. Die erforderliche Frequenz liegt laut Hersteller bei 155 kHz 2 kHz. Anhand der Randbedingungen und Forderungen an die Funktion der Elektronik werden die wesentlichen Teilprobleme für die zu entwickelnde Schaltung abgeleitet. Die möglichen Lösungen für das Hauptproblem, der elektrischen Leistungsmessung, werden vorgestellt und deren Vor- und Nachteile ausgeführt. Anschließend erfolgt die Auswahl der besten Lösung anhand geeigneter Kriterien. Der Gesamtentwurf für die Elektronik wird vorgestellt und in Eagle realisiert. Die geätzte Platine wird iterativ aufgebaut und gleichzeitig auf seine Funktion geprüft. Dabei werden zunächst nur die wichtigsten Funktionen, die zur Messung der Energieeffizienz notwendig sind, realisiert. Mit der entwickelten und aufgebauten Platine werden Messungen zur Energieeffizienz bei Sinus-, Rechteck-, und Dreiecksignalen durchgeführt. Dazu wird die aufgenommene elektrische Leistung mit Hilfe der Platine gemessen und die mechanische Leistung über den bereits vorhandenen Aufbau ebenfalls aufgenommen. Für jede Signalform wird die Messung der Energieeffzienz bei verschiedenen Amplituden durchgeführt. Dabei entstehen Kennlinien, die den Wirkungsgrad in abhängigkeit des angelegten Drehmoments bei verschiedenen Amplituden und Signalformen darstellen. Die aufgenommenen Kennlinien werden untersucht, wobei der Fokus auf dem Einfluss der Signalform auf die Energieeffizienz liegt. Es wird ein Fazit der Arbeit gezogen, in dem gestellten Ziele der Arbeit reflektiert werden. Abschließend wird ein Ausblick auf angrenzende Arbeiten gegeben, die im Anschluss an diese Arbeit durchgeführt werden können.

Typ des Eintrags: Bachelorarbeit
Erschienen: 2013
Autor(en): Wick, Konja
Titel: Aufbau einer FPGA-Schaltung für einen Piezo-Ultraschallmotor
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Elektronik zur Messung der Energieeffizienz eines Piezo-Ultraschallmotors entwickelt und (teilweise) realisiert. Das Ziel ist es, die Messung der Energieeffizienz ohne den Einsatz von Laborgeräten durchführen zu können. Die Signalerzeugung und Messauswertung sollen dabei mit Hilfe eines FPGA durchgeführt werden. Der knapp bemessene Zeitrahmen der Arbeit ließ eine Realisierung dieser Komponenten jedoch nicht zu. Für den Entwurf der Elektronik werden zunächst die Randbedingungen erläutert, die sich durch bereits vorhandene Systemkomponeten ergeben. Dazu gehören unter anderem der Piezomotor an dem die Messungen durchgeführt werden sollen, sowie ein Piezoverstärker, der für die Leistungsverstärkung verantwortlich ist. Der Betrieb des Motors ist dabei nur bei Resonanz möglich. Die erforderliche Frequenz liegt laut Hersteller bei 155 kHz 2 kHz. Anhand der Randbedingungen und Forderungen an die Funktion der Elektronik werden die wesentlichen Teilprobleme für die zu entwickelnde Schaltung abgeleitet. Die möglichen Lösungen für das Hauptproblem, der elektrischen Leistungsmessung, werden vorgestellt und deren Vor- und Nachteile ausgeführt. Anschließend erfolgt die Auswahl der besten Lösung anhand geeigneter Kriterien. Der Gesamtentwurf für die Elektronik wird vorgestellt und in Eagle realisiert. Die geätzte Platine wird iterativ aufgebaut und gleichzeitig auf seine Funktion geprüft. Dabei werden zunächst nur die wichtigsten Funktionen, die zur Messung der Energieeffizienz notwendig sind, realisiert. Mit der entwickelten und aufgebauten Platine werden Messungen zur Energieeffizienz bei Sinus-, Rechteck-, und Dreiecksignalen durchgeführt. Dazu wird die aufgenommene elektrische Leistung mit Hilfe der Platine gemessen und die mechanische Leistung über den bereits vorhandenen Aufbau ebenfalls aufgenommen. Für jede Signalform wird die Messung der Energieeffzienz bei verschiedenen Amplituden durchgeführt. Dabei entstehen Kennlinien, die den Wirkungsgrad in abhängigkeit des angelegten Drehmoments bei verschiedenen Amplituden und Signalformen darstellen. Die aufgenommenen Kennlinien werden untersucht, wobei der Fokus auf dem Einfluss der Signalform auf die Energieeffizienz liegt. Es wird ein Fazit der Arbeit gezogen, in dem gestellten Ziele der Arbeit reflektiert werden. Abschließend wird ein Ausblick auf angrenzende Arbeiten gegeben, die im Anschluss an diese Arbeit durchgeführt werden können.

Freie Schlagworte: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme
Hinterlegungsdatum: 11 Sep 2013 11:20
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten: Lagerort Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate.

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKB 1812

Art der Arbeit: Bachelorarbeit

Beginn Datum: 29-10-2012

Ende Datum: 28-03-2013

ID-Nummer: 17/24 EMK B1812
Export:

Optionen (nur für Redakteure)

Eintrag anzeigen Eintrag anzeigen