05 Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik
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Item Open Access Quantitative analysis of the sensitivity of UHF sensor positions on a 420 kV power transformer based on electromagnetic simulation(2019) Beura, Chandra Prakash; Beltle, Michael; Tenbohlen, Stefan; Siegel, MartinWith an increasing interest in ultra-high frequency (UHF) partial discharge (PD) measurements for the continuous monitoring of power transformers, it is necessary to know where to place the UHF sensors on the tank wall. Placing a sensor in an area with many obstructions may lead to a decrease in sensitivity to the UHF signals. In this contribution, a previously validated simulation model of a three-phase 300 MVA, 420 kV power transformer is used to perform a sensitivity analysis to determine the most sensitive sensor positions on the tank wall when PD activity occurs inside the windings. A matrix of UHF sensors located on the transformer tank is used to perform the sensitivity analysis. Some of the windings are designed as layer windings, thus preventing the UHF signals from traveling through them and creating a realistic situation with very indirect propagation from source to sensor. Based on these findings, sensor configurations optimized for UHF signal sensitivity, which is also required for PD source localization, are recommended for localization purposes. Additionally, the propagation and attenuation of the UHF signals inside the windings and the tank are discussed in both oil and air.Item Open Access Precise voltage measurement for power electronics with high switching frequencies(2018) Nitzsche, Maximilian; Zehelein, Matthias; Tröster, Nathan; Roth-Stielow, JörgIn this paper different approaches in precise measurement of gate voltages as well as drain-source voltages of modern SiC and GaN transistors are compared. An approach to calculate the necessary bandwidth of a voltage probe to reproduce the voltage slope is presented. Furthermore, state-of-the-art voltage probes are compared in means of bandwidth, common mode reduction and response on EMI.Item Open Access Entwicklung einer höchsteffizienten, weichschaltenden Totem-Pole PFC Stufe basierend auf GaN Transistoren(2020) Lu, SiyuanIn der Arbeit wird eine Totem-Pole Power Factor Correction (PFC1)-Stufe vorgestellt, die als die Eingangsstufe für ein zweistufiges Ladegerät für E-Bike mit Nennleistung 180 W arbeitet. Und die Ausgangsspannung ist zwischen 360 V und 400 V einstellbar. Die PFC ist auf GaN2-HEMT3 von TI4 basiert und so aufgebaut, dass sie in zwei unterschiedlichen Modulationsverfahren betreiben kann:Triangular Current Mode(TCM5) und Continuous Current Mode(CCM6). Bei CCM wird die PFC mit konstanter Schaltfrequenz und Hart Switsching betrieben. Dagegen arbeitet sie bei TCM mit variabler Schaltfrequenz und Zero Voltage Switching(ZVS7), die zu besserem Wirkungsgrad und schlechterem Leistungsfaktor(PF8) im Vergleich zu bei CCM führt. Die Hauptaufgabe der Arbeit ist Entwurf, Aufbau und Inbetriebnahme der PFC-Stufe. Und die Messungen für Verläufe der elektrischen Größen, Wirkungsgrad und Temperatur der Bauteile werden bei unterschiedlicher Systemkonfigurationen durchgeführt, um die Entwurf und Aufbau zu validieren und Systemverhalten zu vergleichen. Der maximale Wirkungsgrad des Systems erreicht über 99 % durch die Anwendung von GaN-HEMT und TCM.Item Open Access Analytic free-energy expression for the 2D-Ising model and perspectives for battery modeling(2023) Markthaler, Daniel; Birke, Kai PeterAlthough originally developed to describe the magnetic behavior of matter, the Ising model represents one of the most widely used physical models, with applications in almost all scientific areas. Even after 100 years, the model still poses challenges and is the subject of active research. In this work, we address the question of whether it is possible to describe the free energy A of a finite-size 2D-Ising model of arbitrary size, based on a couple of analytically solvable 1D-Ising chains. The presented novel approach is based on rigorous statistical-thermodynamic principles and involves modeling the free energy contribution of an added inter-chain bond DAbond(b, N) as function of inverse temperature b and lattice size N. The identified simple analytic expression for DAbond is fitted to exact results of a series of finite-size quadratic N N-systems and enables straightforward and instantaneous calculation of thermodynamic quantities of interest, such as free energy and heat capacity for systems of an arbitrary size. This approach is not only interesting from a fundamental perspective with respect to the possible transfer to a 3D-Ising model, but also from an application-driven viewpoint in the context of (Li-ion) batteries where it could be applied to describe intercalation mechanisms.Item Open Access Auslegung und Inbetriebnahme eines leistungsstarken und kompakten SiC Wechselrichters(2021) Volz, FredericDie vorliegende Arbeit befasst sich mit der Konzipierung, dem Aufbau und der Inbetriebnahme eines dreiphasigen Wechselrichters mit Leistungs-MOSFETs aus Siliziumkarbid, welcher die Lebensdaueruntersuchung unter realen Betriebsbedingungen ermöglichen soll. Der SiC Wechselrichter wird hierfür mit einem speziell für Lebensdaueruntersuchungen abgestimmten Kühlsystem ausgestattet. Im Rahmen der vorliegenden Masterarbeit findet die Integration des SiC Wechselrichters in einen Prüfstand mit einem ein- und ausgangsseitig gekoppelten Wechselrichter statt, welcher künftig als aktiver Power Cycling Prüfstand betrieben wird. Hierdurch wird eine gezielte Bauteilalterung unter realen Betriebsbedingungen ermöglicht.Item Open Access Sharp MIR plasmonic modes in gratings made of heavily doped pulsed laser-melted Ge1-xSnx(2023) Berkmann, Fritz; Steuer, Oliver; Ganss, Fabian; Prucnal, Slawomir; Schwarz, Daniel; Fischer, Inga Anita; Schulze, JörgItem Open Access Modeling and experimental investigation of the interaction between pressure-dependent aging and pressure development due to the aging of lithium-ion cells(2023) Avdyli, Arber; Fill, Alexander; Birke, Kai PeterIn order to meet the increasing demands of the battery in terms of range, safety and performance, it is necessary to ensure optimal operation conditions of a lithium-ion cell. In this thesis, the influence of mechanical boundary conditions on the cell is investigated theoretically and experimentally. First, fundamental equations are derived that lead to coupled models that can be parameterized based on specific cell measurements and predict the pressure evolution due to capacity aging and vice versa. The model is used to derive optimal operating points of the cell, which can be considered in the module design.Item Open Access Effiziente Synthese konsistenter Graphen und ihre Anwendung in der Lokalisierung akustischer Quellen(2015) Kreißig, Martin; Yang, Bin (Prof. Dr.-Ing.)In dieser Arbeit wird das Problem der simultanen, akustischen Mehrquellenlokalisierung in echobehafteten Umgebungen genauer betrachtet und daran beispielhaft die Anwendungsmöglichkeit der Synthese konsistenter Graphen gezeigt und analysiert. Dafür werden die Grundlagen der akustischen Lokalisierung eingeführt und unterschiedliche Ansätze vorgestellt. Im Besonderen werden die laufzeitdifferenzbasierten Lokalisierungsverfahren betrachtet, die das Problem der uneindeutigen Zuweisung der Laufzeitdifferenzen zu den Quellen haben. Anhand dieses konkreten Anwendungsbeispiels der Lokalisierung wird die Problematik auf ein graphentheoretisches Problem abstrahiert. Deshalb werden zunächst die graphentheoretischen Grundlagen und bereits bekannte Algorithmen, wie die Tiefen- und Breitensuche eingeführt, die beide einen aufspannenden Baum suchen. Der aufspannende Baum ist notwendig, um die Menge der fundamentalen Maschen zu bestimmen. Die Synthese konsistenter Graphen erfolgt durch das Zusammenführen der konsistenten fundamentalen Maschen. Dabei unterscheidet man folgende Vorgehensweisen: die Synthese voll konsistenter Graphen, die jeder Kante des Eingangsgraphen ein konsistentes Kantengewicht zuweisen und die Synthese partiell konsistenter Graphen, die nur eine Teilmenge von Kanten beinhalten. Beide Vorgehensweisen basieren auf den konsistenten fundamentalen Maschen, welche die Nullsummenbedingung erfüllen. Die Synthese voll konsistenter Graphen wird über ein Backtracking-Verfahren realisiert. Die Synthese partiell konsistenter Graphen wird aus dem Kompatibilitäts-Konflikt-Graph abgeleitet, der ein neuer Typus von Graph ist und die drei unterschiedlichen Zustände zwischen den konsistenten fundamentalen Maschen beschreibt: 1) zwei konsistente Maschen haben keine gemeinsame Kanten, 2) zwei konsistente Maschen haben gemeinsame Kanten und identische Kantengewichte (kompatibel) und 3) zwei konsistente Maschen haben gemeinsame Kanten und unterschiedliche Kantengewichte (Konflikt). Um alle möglichen, partiell konsistenten Graphen zu synthetisieren, wird der neue Algorithmus CCGsearch eingeführt und auf Vollständigkeit bewiesen. Die Berechnungskomplexitäten der beiden Syntheseverfahren werden sowohl analytisch hergeleitet als auch durch Simulationen verifiziert.Item Open Access Molekularstrahlepitaxie und Charakterisierung unverspannter Silizium-Germanium-Zinn-Legierungen auf virtuellem Germanium-Substrat(2022) Schwarz, Daniel; Schulze, Jörg (Prof. Dr. habil.)Item Open Access Equalization and blind signal combining algorithms for mobile television broadcast reception(2016) Ahmed, Rana; Speidel, Joachim (Prof. Dr.-Ing.)