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Programmierbare Leistungsquelle zur Untersuchung der Impulsfestigkeit elektrothermischer Aktoren

Schäfer, Niklas :
Programmierbare Leistungsquelle zur Untersuchung der Impulsfestigkeit elektrothermischer Aktoren.
TU Darmstadt, Institut EMK / FG M+EMS
[Bachelorarbeit], (2015)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Leistungsquelle zur impulsförmigen Speisung elektrothermischer Aktoren. Die Ausgangsleistung soll bezüglich der Parameter Spitzenwert, Frequenz und Tastgrad einstellbar sein. Zur Steuerung ist die Anbindung an ein LabView-Programm vorgesehen. Im Rahmen dieser Arbeit werden eine Schaltung zur Realisierung dieser Leistungsquelle entworfen und ein erster Prototyp aufgebaut. Sowohl in der Konzeptphase als auch während dem Entwurf werden verschiedene Simulationen mit der Software PSpice durchgeführt, um Erkenntnisse über das Verhalten betrachteter Schaltungen zu gewinnen. Da eine Stromspeisung zum Betrieb der Aktoren gefordert ist, wird zunächst eine Recherche zu gesteuerten Stromquellen angestellt. Es werden zwei Funktionsprinzipien zur Realisierung der Leistungsquelle erarbeitet und gegeneinander bewertet. Das erarbeitete Gesamtkonzept lässt sich in zwei Teile segmentieren. Der Leistungsteil dient zur Erzeugung des impulsförmigen Stromverlaufs. Dazu wird mittels einer gesteuerten Stromquelle ein Gleichstrom bereitgestellt, der durch das gegenläufige Schalten von zwei Leistungs-MOSFET periodisch für die eingestellte Impulsdauer in den angeschlossenen Aktor gespeist wird. Der Ansteuerungsteil basiert auf einem Mikrocontroller, welcher darüber hinaus als Schnittstelle zwischen LabView und der Leistungsquelle dient. Zur Regelung der Ausgangsleistung wird der Widerstand des elektrothermischen Aktors fortlaufend bestimmt und die Stromquelle entsprechend der eingestellten Leistung angesteuert. Zur Einstellung von Frequenz und Tastgrad wird die PWM-Funktionalität des verwendeten Mikrocontrollers genutzt. Zur Beurteilung der Qualität des Ausgangsleistungsverlaufs werden verschiedene Fehlereinflüsse und deren Zusammensetzung zum Gesamtfehler untersucht. Die aufgebaute Elektronik wird messtechnisch charakterisiert. Es wird eine maximale Ausgangsleistung von > 12 W erreicht. Die Frequenz ist von 0 Hz bis 1 kHz einstellbar. Der Tastgrad lässt sich im Bereich 6,25% bis 100% einstellen.

Typ des Eintrags: Bachelorarbeit
Erschienen: 2015
Autor(en): Schäfer, Niklas
Titel: Programmierbare Leistungsquelle zur Untersuchung der Impulsfestigkeit elektrothermischer Aktoren
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Leistungsquelle zur impulsförmigen Speisung elektrothermischer Aktoren. Die Ausgangsleistung soll bezüglich der Parameter Spitzenwert, Frequenz und Tastgrad einstellbar sein. Zur Steuerung ist die Anbindung an ein LabView-Programm vorgesehen. Im Rahmen dieser Arbeit werden eine Schaltung zur Realisierung dieser Leistungsquelle entworfen und ein erster Prototyp aufgebaut. Sowohl in der Konzeptphase als auch während dem Entwurf werden verschiedene Simulationen mit der Software PSpice durchgeführt, um Erkenntnisse über das Verhalten betrachteter Schaltungen zu gewinnen. Da eine Stromspeisung zum Betrieb der Aktoren gefordert ist, wird zunächst eine Recherche zu gesteuerten Stromquellen angestellt. Es werden zwei Funktionsprinzipien zur Realisierung der Leistungsquelle erarbeitet und gegeneinander bewertet. Das erarbeitete Gesamtkonzept lässt sich in zwei Teile segmentieren. Der Leistungsteil dient zur Erzeugung des impulsförmigen Stromverlaufs. Dazu wird mittels einer gesteuerten Stromquelle ein Gleichstrom bereitgestellt, der durch das gegenläufige Schalten von zwei Leistungs-MOSFET periodisch für die eingestellte Impulsdauer in den angeschlossenen Aktor gespeist wird. Der Ansteuerungsteil basiert auf einem Mikrocontroller, welcher darüber hinaus als Schnittstelle zwischen LabView und der Leistungsquelle dient. Zur Regelung der Ausgangsleistung wird der Widerstand des elektrothermischen Aktors fortlaufend bestimmt und die Stromquelle entsprechend der eingestellten Leistung angesteuert. Zur Einstellung von Frequenz und Tastgrad wird die PWM-Funktionalität des verwendeten Mikrocontrollers genutzt. Zur Beurteilung der Qualität des Ausgangsleistungsverlaufs werden verschiedene Fehlereinflüsse und deren Zusammensetzung zum Gesamtfehler untersucht. Die aufgebaute Elektronik wird messtechnisch charakterisiert. Es wird eine maximale Ausgangsleistung von > 12 W erreicht. Die Frequenz ist von 0 Hz bis 1 kHz einstellbar. Der Tastgrad lässt sich im Bereich 6,25% bis 100% einstellen.

Freie Schlagworte: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen Impulsform Stromquelle spannungsgesteuert Aktor elektrothermisch
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: 30 Nov 2015 15:55
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv Institut EMK. Anfrage über Sekretariate

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKB 1890

Art der Arbeit: Bachelorarbeit

Beginn Datum: 27-11-2014

Ende Datum: 27-04-2015

ID-Nummer: 17/24 EMKB1890
Gutachter / Prüfer: Schlaak, Prof. Helmut F.
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