BMT402: Elektrische Antriebe (mit Praktikum)

Lernpfad Robotik

BMT402: Elektrische Antriebe (mit Praktikum)

Kurzporträt BMT402: Elektrische Antriebe (mit Praktikum)
Worum geht es? Dieses Modul behandelt elektrische Antriebe und Maschinen, die elektrische Energie in Bewegung umwandeln. Studierende lernen Gleichstrommotoren, Schrittmotoren, Asynchronmaschinen, Synchronmotoren, Stromrichter und Positionsmessung kennen. Im Praktikum untersuchen Studierende das Betriebsverhalten ausgewählter Antriebskonzepte und vergleichen Messungen mit theoretischen Modellen.
Wofür braucht man es? Diese Kompetenzen werden gebraucht, um elektrische Antriebssysteme passend auszuwählen, zu dimensionieren und hinsichtlich Energieeffizienz, Wirtschaftlichkeit und Bauraum zu bewerten. Die Kompetenzen sind besonders wichtig für Automatisierung, Elektromobilität, Robotik und mechatronische Systeme.
Wieso ist es interessant? Überall dort, wo Technik sich bewegt, spielen elektrische Antriebe eine zentrale Rolle. Das Modul zeigt, wie Motor, Leistungselektronik, Mechanik und Messung zu einem funktionierenden Antriebssystem zusammenwirken.
Modulverantwortung

Prof. Dr. Andreas Waldhorst

Lehrperson(en)

Prof. Dr. Andreas Waldhorst

Verwendbarkeit
  • Bachelor Mechatronik und Robotik
Fächergruppe

Ingenieurwissenschaften

Modultyp
Pflicht
Sprache

Deutsch

Angebot

Wintersemester

Dauer

1 Semester

Credits

5 ECTS

Benotung

Deutsche Notenskala 1-5

SWS

2 V | 1 Ü | 1 P | - S

Workload
Präsenzstudium: 45 Std. Selbststudium: 90 Std.
Engl. Titel

Electric Drives

Empfohlene Voraussetzungen
  • BB004: Grundlagen der Mechanik: mechanische Grundgrößen und statische Zusammenhänge als Grundlage mechanischer Messgrößen.
  • BB005: Grundlagen der Elektrotechnik 1: mathematische Beschreibung einfacher elektrischer Netzwerke und grundlegender Schaltungen.
  • BB006: Grundlagen der Elektrotechnik 2: frequenzabhängige Netzwerke, komplexe Darstellung elektrischer Größen und Filtergrundlagen.
  • BB007: Mathematische Grundlagen für Ingenieurwissenschaften: Gleichungen, Funktionen und grundlegende Rechenverfahren zur Auslegung und Bewertung von Messschaltungen.
Lernergebnisse / Kompetenzen
WAS

Die Studierenden erklären die Wirkungsweise und das statische Betriebsverhalten der gängigen elektrischen Antriebsmaschinen im Zusammenspiel mit ihren Leistungsstellgliedern. Sie wählen den geeigneten Maschinentyp einschließlich zugehörigem Stromrichter aus und beherrschen die grundsätzliche Dimensionierung des mechatronischen Antriebsstranges gemäß den Vorgaben an das Gesamtsystem.

WOMIT

Die Studierenden erreichen dieses Lernergebnis, indem sie

  • die Anforderungen an unterschiedliche elektrische Antriebskonzepte formulieren,
  • die Komponenten eines Antriebssystems beschreiben,
  • physikalische Mechanismen, Verluste und Wirkungsgrade der elektromechanischen Energieumwandlung darstellen,
  • das Prinzip der verschiedenen Varianten des Gleichstromantriebs mit und ohne Leistungssteuerung erörtern und daraus die zugehörige stationäre Beschreibung ableiten,
  • Aufbau und Funktion von Schritt- und elektronisch kommutierten DC-Motoren darlegen,
  • die Wirkungsweise von Drehstromantrieben und deren Varianten erklären,
  • Ersatzschaltbild, Motorkennlinie, Betrieb und Leistungsbilanz des Asynchronmotors berechnen,
  • Aufbau und Arbeitsweise des Synchronmotors einschließlich seiner Kenndaten modellieren sowie das Betriebsverhalten analysieren,
  • verschiedene Verfahren zur Erfassung von Positionsinformationen bei Antrieben vergleichen,
  • das praktische Betriebsverhalten ausgewählter Antriebskonzepte unter variablen Bedingungen messtechnisch validieren und mit der theoretischen Modellierung abgleichen.
WOZU

Die erworbenen Kompetenzen dieses Moduls unterstützen Sie insbesondere dabei, eigenständig Optimierungspotenziale hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit, der Energieeffizienz und des Platz- und Massenbedarfes eines elektrischen Antriebssystems zu identifizieren.

Inhalte
  • Einsatzgebiete, Prinzipien, mechanische Übertragungselemente elektrischer Antriebe
  • Leistungsbilanz, Betriebsarten und thermisches Verhalten
  • Stromrichterkomponenten zur Antriebsspeisung
  • Elektromechanische Energieumformung
  • Fremd-, selbst- und permanenterregte Gleichstrommotoren: Aufbau, Wirkungsweise, statische Beschreibung und leistungselektronische Steuerung
  • Schrittmotoren: Bau- u. Betriebsarten, Verhalten
  • Drehfeldmaschinen: Symmetrisches Dreiphasensystem, Drehfelderzeugung, Aufbau, Anschluss, Varianten, Drehfeldbeschreibung
  • Asynchronmaschine: Aufbau, Ersatzschaltbild, Energiebilanz, statisches Betriebsverhalten, Kenndaten, gesteuerter und drehzahlvariabler Betrieb
  • Synchronmotoren: Aufbau, Wirkungsweise, Ersatzschaltung, Drehmomentverhalten, PMSM und BLDC-Motor
  • Positionsmessung bei Antrieben
Prüfungsvorleistung

aktive Praktikumsteilnahme

Prüfungsleistung

Klausur, 120 Minuten

Literatur
  • Schröder u. Kennel: Elektrische Antriebe - Grundlagen. Springer Vieweg 2021
  • Hagl: Elektrische Antriebstechnik. Hanser 2024
  • Binder: Elektrische Maschinen und Antriebe - Grundlagen, Betriebsverhalten. Springer 2017
  • Müller, Ponick: Grundlagen elektrischer Maschinen. Wiley-VCH 2014