Lehrveranstaltungen

Einführung in die Elektrische Energietechnik

Prof. Dr.-Ing. F. W. Fuchs und Mitarbeiter

Studierende der Elektrotechnik im 4. Semester Bachelor; als Wahlpflichtfach auch für andere Fachrichtungen

Grundstudium der Elektrotechnik bis einschließlich 3. Semester

V3 Ü2, 5 SWS, 7 ECTS

In dieser Einführung in die elektrische Energietechnik wird von den drei klassischen Feldern, Erzeugung, Verteilung und Anwendung, im Wesentlichen die Anwendung behandelt. Deren Kenntnisse sind für die meisten Elektroingenieure heute von Bedeutung. Wesentliche Basis ist die elektromagnetische Induktion.
Die Themen:

• Einführung in die Elektrische Energietechnik
• Mehrphasensysteme
• Symmetrische Komponenten / Raumzeiger
• Transformatoren
• Drehfelderzeugung
• Asynchronmaschinen
• Synchronmaschinen
• Gleichstrommaschinen

Möller, Klaus: Grundgebiete der Elektrotechnik III; Verlag der Augustinus-Buchhandlung, Aachen, 1995. Fischer, Rolf: Elektrische Maschinen; Hanser-Verlag, München, 2011.

Leistungselektronik Grundlagen

Prof. Dr.-Ing. F. W. Fuchs und Mitarbeiter

Studierende der Elektrotechnik des 5. Semester Bachelor;

Grundstudium Elektrotechnik bis 4. Semester, Elektrische Energietechnik

V2 Ü1, 3 SWS, 4 ECTS

Leistungselektronik wird bei dem überwiegenden Anteil der Anwendungen elektrischer Energie eingesetzt, wie zum Beispiel bei Stromversorgungen. Aufgrund des fächerübergreifenden Charakters ist sie ein Beispiel für systemorientiertes Arbeiten. Die Vorlesung vermittelt Kenntnisse und Fähigkeiten zu den grundlegenden Verfahren, Schaltungen und Komponenten:

• Einführung
• Stromrichtergrundfunktionen
• Selbstgeführte Stromrichter
• Netzgeführte Stromrichter
• Netzrückwirkungen
• Leistungshalbleiter (Grundlagen)

Michel, M.: Leistungselektronik – Eine Einführung, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1996. Mohan, N.; u.a.: Power Electronics; Wiley, New York, 2003

Leistungselektronik Vertiefung

Prof. Dr.-Ing. F. W. Fuchs und Mitarbeiter

Studierende der Elektrotechnik/Wirtschaftsingenieur im Masterstudiengang

Leistungselektronik Grundlagen

V3 Ü1, 4 SWS, 6 ECTS

Kenntnisse und Fähigkeiten der Leistungselektronik werden vertieft und erweitert. Es werden weitere Schaltungen und ihr Verhalten behandelt. Darüber hinaus werden weitere Verfahren und Komponenten, z.B. Steuerungen, behandelt, die zum Betrieb von Basis-Stromrichterschaltungen erforderlich sind. Die Einzelthemen:

• Lastgeführte Stromrichter
• Stromrichter mit weicher Kommutierung
• Dreistufenstromrichter
• Diodenstromrichter mit kapazitiver Glättung
• Steuerverfahren und -einrichtungen für Stromrichter
• Ansteuerung, Beschaltung, Schutz, Kühlung
• Passive Bauelemente in Stromrichtern
• Elektromagnetische Verträglichkeit in der Leistungselektronik
• Ausführung von Stromrichtern
• Anwendung von Leistungshalbleitern

Mohan, N.; u.a.: Power Electronics, Wiley, New York, 2009.
Michel, M.: Leistungselektronik – Eine Einführung,
Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1996.
Reimann, Tobias; Tursky, Werner; Nicolai, Ulrich; Wintrich, Arendt: Applikationshandbuch Leistungshalbleiter, ISLE, Ilmenau, 2010.

Elektrische Antriebe

Prof. Dr.-Ing. F. W. Fuchs und Mitarbeiter

Studierende der Elektrotechnik/Wirtschaftsingenieur im Masterstudiengang

Elektrische Energietechnik, Leistungselektronik Grundlagen

V2 Ü1, 3 SWS, 4 ECTS

Regelbare elektrische Antriebe und Stromversorgungen werden in dieser Vorlesung behandelt. Sie stellen typische Anwendungen der Leistungselektronik dar. Das Gebiet der elektrischen Antriebe ist umfassend und multidisziplinär als Kombination von elektrischen Maschinen, Leistungselektronik sowie Steuerung und Regelung einschließlich ihres mechanischen und thermischen Verhaltens. Dabei wird vorwiegend quasistationärer Betrieb betrachtet:

• Einführung
• Antriebsmechanik
• Thermisches Verhalten von Antriebskomponenten
• Stromrichtergespeiste Antriebe mit Gleichstrommaschinen, einschließlich Regelung
• Stromrichtergespeiste Antriebe mit Asynchronmaschinen
• Stromrichtergespeiste Antriebe mit Synchronmaschinen
• Stromversorgungen, Netzkupplungen, Power Conditioner

Leonhard, Werner: Control of Electrical Drives. Springer-Verlag, Berlin, 1996.
Vogel, Johannes: Elektrische Antriebstechnik. Hüthig-Verlag, Heidelberg,1991.
Schröder, Dierk: Elektrische Antriebe 1: Grundlagen. Elektrische Antriebe 2: Regelung von Antrieben. Springer-Verlag, Berlin, 2011.

Regenerative Energiesysteme I (Windenergie)

Prof. Dr.-Ing. F. W. Fuchs und Mitarbeiter

Studierende der Elektrotechnik/Wirtschaftsingenieur im Masterstudiengang;
für Hörer/innen anderer Fakultäten mit physikalischer oder technischer Vorbildung

Leistungselektronik Grundlagen, Elektrische Energietechnik

V2 Ü1, 3 SWS, 4 ECTS

Aufgrund der begrenzten fossilen Energievorräte der Welt ist ein verstärkter Einsatz regenerativer Energien gefordert. In dieser Lehrveranstaltung werden die regenerativen Energien, die Verfahren ihrer Umformung in elektrische Energie, in der sie derzeit am variabelsten einsetzbar sind, sowie ihr Transport und ihre Speicherung vorgestellt. Als Bezug dient die Gewinnung elektrischer Energie aus fossilen Brennstoffen.

• Einführung
• Energiehaushalt der Welt, Potential regenerativer Energie
• Energiewandlung in konventionellen Kraftwerken
• Entstehung der Windenergie, Wandlung der Windenergie in mechanische Energie
• Generatorsysteme
• Leistungselektronik-Systeme
• Regelung und Betriebsführung
• Netzeinbindung
• Weitere Komponenten von Windenergieanlagen
• Aktuelle Aufgaben und zukünftige Entwicklung

Kleemann, Manfred; Meliß, Michael: Regenerative Energiequellen. Springer, Berlin, 1993.
Gasch, R.: Windkraftanalagen, Teubner, Stuttgart, 2007.
Hau, Erich: Windkraftanlagen, Springer, Berlin, 2008.
Heier, S.: Windkraftanlagen im Netzbetrieb, Springer, Berlin, 2009.TÜV-Verlag
Kaltschmitt, M., Streicher, W., Wise,A.; Renewable Energy, Springer, Berlin, 2007.
Lubosny, Z.: Wind Turbine Operation in Electrical Power Systems, Springer, Berlin, 2003
Muntuneanu, J., Bratcu, A., Cutululis, N., Ceanga, E.: Optimal Control of Windenergy Systems, Springer, Berlin, 2008.
Quaschning, V., Regenerative Energiesysteme, Carl Hanser Verlag, München, 2011.
Kugeler, Kurt; Phlippen, Peter-W.: Energietechnik - Technische, ökonomische, ökologische Grundlagen. Springer, Berlin, 1993.

Regenerative Energiesysteme II (Solarenergie)

Prof. Dr.-Ing. F. W. Fuchs und Mitarbeiter

Studierende der Elektrotechnik/Wirtschaftsingenieur im Masterstudiengang;
für Hörer/innen anderer Fakultäten mit physikalischer oder technischer Vorbildung

Leistungselektronik Grundlagen, Elektrische Energietechnik

V2 Ü1, 3 SWS, 4 ECTS

Aufgrund der begrenzten fossilen Energievorräte der Welt ist ein verstärkter Einsatz regenerativer Energien gefordert. In dieser Lehrveranstaltung werden die regenerativen Energien, die Verfahren ihrer Umformung in elektrische Energie, in der sie derzeit am variabelsten einsetzbar sind, sowie ihr Transport und ihre Speicherung vorgestellt. Als Bezug dient die Gewinnung elektrischer Energie aus fossilen Brennstoffen.

• Entstehung der Solarenergie
• Wandlung der Solarenergie in elektrische Energie (Fotov.)
• Wandlung der elektrischen Energie und Netzeinspeisung
• Leistungselektronik-Systeme
• Regelung und Betriebsführung
• Netzeinbindung
• Weitere Komponenten von Solarenergieanlagen
• Aktuelle Aufgaben und zukünftige Entwicklung
• Solarthermische Energieerzeugung
• Energieerzeugung aus Biomasse
• Weitere Formen regenerativer Energieerzeugung
• Transport und Speicherung von Energie

Kleemann, Manfred; Meliß, Michael: Regenerative Energiequellen. Springer, Berlin, 1993.
Goetzberger, Voß, Kobloch: Sonnenenergie: Photovoltaik, Teubner, 1997.
Wagner, A.: Photovoltaik Engineering, Springer, Berlin, 2009.
Wesselak, V., Schabbach, T.: Regenerative Energietechnik, Springer, Berlin, 2009.
Kaltschmitt, M., Streicher, W., Wise,A.; Renewable Energy, Springer, Berlin, 2007.
Quaschning, V., Regenerative Energiesysteme, Carl Hanser Verlag, München, 2011.
Kugeler, Kurt; Phlippen, Peter-W.: Energietechnik - Technische, ökonomische, ökologische Grundlagen. Springer, Berlin, 1993.

Regelung elektrischer Antriebe

Prof. Dr.-Ing. F. W. Fuchs und Mitarbeiter

Studierende der Elektrotechnik/Wirtschaftsingenieur im Masterstudiengang;

Leistungselektronik Grundlagen, Regelungstechnik I

V2 Ü1, 3 SWS, 4 ECTS

Die Regelung elektrischer Antriebe mit Drehstrommaschinen und Stromrichtern ist Inhalt dieser Lehrveranstaltung. Als fachübergreifendes Gebiet repräsentiert es die moderne Antriebstechnik mit hochdynamischen Antrieben z.B. in Industrierobotern. In dieser einführenden Vorlesung wird die Modellbildung elektrischer Maschinen behandelt. Auf der Basis dieser Modelle werden Regelungsverfahren, insbesondere die feldorientierte Regelung, entwickelt. Die Übungen werden blockweise mit CAE-Werkzeugen (Matlab/Simulink) durchgeführt:

• Einführung
• Raumzeigerdarstellung elektrischer Maschinen
• Dynamisches Modell der Asynchronmaschine
• Meßwertermittlung, Beobachter
• Vektorregelung der Asynchronmaschine
• Direkte Selbstregelung der Asynchronmaschine
• Vektorregelung der permanent erregten Synchronmaschine
• Vektorregelung des Netzpulsstromrichters
• Ausführung und Anwendungen (Industrieantriebe, Servoantriebe, Industrieroboter)

Schröder, Dierk: Elektrische Antriebe 2; Regelung von Antrieben, Springer-Verlag, Berlin, 2009.
Kazmierkowski, M.P.; Krishnan, R., Blaabjerg, F.: Control in Power Electronics; Academic Press, Elsevier, Amsterdam, 2002.

Mikroprozessortechnik für Echtzeitsteuerungen

Dr.-Ing. Torsten Leifert

Studierende der Elektrotechnik/Wirtschaftsingenieur im Masterstudiengang; für Hörer/innen anderer Fakultäten mit physikalischer oder technischer Vorbildung

Leistungselektronik Grundlagen, Regelungstechnik I

V1 Ü1, 2 SWS, 3 ECTS

Mikroprozessorsteuerungen sind heute für alle Bereiche der Technik notwendige Grundlage. Diese Vorlesung führt in die Technik der Mikroprozessorsteuerungen mit dem Schwerpunkt Echtzeitanwendungen ein. Die Anwendungen beziehen sich vorwiegend auf Beispiele aus der Leistungselektronik, Antriebstechnik und Regelungstechnik. In Übungen an Mikrocontrollersystemen wird der Lehrstoff angewandt.

Brinkschulte, Uwe; Ungerer, Theo: Mikrocontroller und Mikroprozessoren; Springer, 2007.

Projektarbeit Leistungselektronik und elektrische Antriebe

Dr.-Ing. Torsten Leifert

Studierende im 6. Semester des Bachelors;

Leistungselektronik Grundlagen, Elektrische Energietechnik

P3, 3 SWS, 4 ECTS

Das Projekt bereitet sowohl auf die Bachelorarbeit als auch auf die berufliche Praxis vor, indem das selbständige ingenieurwissenschaftliche Arbeiten im Team geübt wird. Der Schwerpunkt der Projektarbeit kann sowohl experimentell (z.B. Konzeption und Aufbau eines Versuchsstands, Durchführung der Experimente und deren Auswertung und Bewertung der Ergebnisse) als auch theoretisch (z.B. Literaturrecherche und vergleichende Bewertung bekannter Lösungsansätze für eine neue Aufgabenstellung oder Erarbeitung neuer Lösungsansätze und Prüfung ihrer Eignung durch Rechnersimulationen) sein.

Laborarbeit oder Simulationsarbeit, schriftliche Ausarbeitung und wissenschaftlicher Vortrag.

Themenabsprache am Lehrstuhl. Eigene Themen können eingebracht werden.

Brinkschulte, Uwe; Ungerer, Theo: Mikrocontroller und Mikroprozessoren; Springer, 2007.

Praktikum Leistungselektronik sowie Leistungselektronik/Regelungstechnik

Prof. Dr.-Ing. F. W. Fuchs und Mitarbeiter

Studierende der Elektrotechnik/Wirtschaftsingenieur im Bachelorstudiengang;

Leistungselektronik Grundlagen

Prakt. 4, 4 SWS, 4 ECTS

Die Versuche des Praktikums (Laborübung) Leistungselektronik geben den Teilnehmern die Möglichkeit, Verfahren und Komponenten der Leistungselektronik einschließlich Messtechnik, Steuerungstechnik und Mikroprozessortechnik in der Realität kennenzulernen, zu betreiben, zu erproben und über Messungen zu analysieren. Dabei wird der Lehrstoff der Leistungselektronik vertieft. Die Versuche (Laborübungen) beinhalten:

• Meßgeräte und Meßverfahren der Leistungselektronik
• Bauelemente der Leistungselektronik
• Gleichstromsteller
• Schaltnetzteile
• Pulswechselrichter
• Pulswechselrichter und Asynchronmaschine
• Netzgeführte Stromrichter
• Mikroprozessorsteuerungen in der Leistungselektronik
• Simulation und Modellbildung in der Leistungselektronik

Das Praktikum kann auch als gemischtes Praktikum, je zur Hälfte Leistungselektronik und Regelungstechnik, absolviert werden.

Lappe, R.; Fischer, F.: Leistungselektronik-Messtechnik; Verlag Technik, Berlin, München,1993.
Schröder, D.: Elektrische Antriebe I-IV, Springer, BerlinLappe, Rudolf: Handbuch Leistungselektronik; Verlag Technik, Berlin, München, 1994.
Reimann, Tobias; Tursky, Werner; Nicolai, Ulrich; Wintrich, Arendt: Applikationshandbuch Leistungshalbleiter, ISLE, Ilmenau, 2010.
Hirschmann, W.; Hauenstein, A.: Schaltnetzteile; Siemens, München, 1990.
Lappe, Rudolf: Leistungselektronik. Verlag Technik, Berlin, München, 1991.
Tietze, U.; Schenk, Ch.: Halbleiter-Schaltungstechnik; Springer-Verlag, Berlin, 2010.

Praktikum Leistungselektronik/ Regenerative Energie/ Antriebstechnik Master

Prof. Dr.-Ing. F. W. Fuchs und Mitarbeiter

Studierende der Elektrotechnik/Wirtschaftsingenieur im Masterstudiengang;

Leistungselektronik Grundlagen, Elektrische Energietechnik

Prakt. 4, 4 SWS, 4 ECTS

Die Versuche des Praktikums (Laborübung) Leistungselektronik, Regenerative Energie/ Antriebstechnik geben den Teilnehmern die Möglichkeit, selbst in der Entwicklung von Verfahren und Komponenten der Leistungselektronik, hier insbesondere der Messtechnik, Steuerungstechnik, Regelungstechnik, Antriebstechnik und Mikroprozessortechnik in der Realität kennenzulernen, diese zu entwickeln, zu simulieren und im Labor zu implementieren sowie über Messungen zu analysieren. Dabei wird der Lehrstoff der Leistungselektronik vertieft. Die Versuche (Laborübungen) beinhalten:

• Entwurf und Erstellen einer Messdatenerfassungsbaugruppe für einen Umrichter
• Entwurf, Erstellung und Betrieb eines Programms zur Simulation der Regelung einer Asynchronmaschine
• Implementierung einer Regelung für eine Asynchronmaschine auf einem Laborteststand

Schröder, D.: Elektrische Antriebe I-IV, Springer, Berlin, 2009 ff.
Lappe, Rudolf: Handbuch Leistungselektronik; Verlag Technik, Berlin, München, 1994.
Reimann, Tobias; Tursky, Werner; Nicolai, Ulrich; Wintrich, Arendt: Applikationshandbuch Leistungshalbleiter, ISLE, Ilmenau, 2010.
Hirschmann, W.; Hauenstein, A.: Schaltnetzteile; Siemens, München, 1990.
Tietze, U.; Schenk, Ch.: Halbleiter-Schaltungstechnik; Springer-Verlag, Berlin, 2010.
Lappe, R.; Fischer, F.: Leistungselektronik-Messtechnik; Verlag Technik, Berlin, München,1993.

Leistungselektronik-Fachseminar

Prof. Dr.-Ing. F. W. Fuchs und Mitarbeiter

Studierende der Elektrotechnik/Wirtschaftsingenieur im Masterstudiengang;

Leistungselektronik Grundlagen

Seminar 2, 2 SWS

In diesem Seminar wird von Lehrstuhlmitarbeitern über Forschungsthemen berichtet und es werden von Studenten Berichte zu Studien- oder Diplomarbeiten gegeben. Zum anderen werden kleinere Fragestellungen anhand von Literatur und/oder kurzen Rechnungen analysiert und Lösungen vorgestellt, wodurch ein erstes Einfinden in die selbstständige, wissenschaftliche Bearbeitung von Themen der Leistungselektronik und der elektrischen Antriebstechnik, einschließlich Steuerung und Regelung sowie Anwendungen, ermöglicht wird. ermöglicht. Die Themen ergeben sich aus der aktuellen Lehrstuhlarbeit, z.B. für Studenten derzeit

• Pulsweitenmodulation
• Mikroprozessor- und FPGA-Steuerungstechnik
• Regelung von Umrichtern und elektrischen Antrieben
• Aktuelle Entwicklungen bei Leistungshalbleitern
• Elektrische Umwandlung regenerativer Energie
• Schaltungstechnik
• Elektrische Antriebstechnik
• Moderne Stromrichterschaltungen

Bachelorarbeit und Masterarbeit

Prof. Dr.-Ing. F. W. Fuchs und Mitarbeiter

Studierende der Elektrotechnik/Wirtschaftsingenieur im Masterstudiengang;

Unterschiedlich je nach Ausrichtung, abzusprechen

Bachelorarbeit 12 LP, Masterarbeit 24 LP

Bachelorarbeit:
Die Bachelorarbeit soll zeigen, dass die Kandidatin oder der Kandidat in der Lage ist, innerhalb einer vorgegebenen Frist ein Problem aus ihrem oder seinem Fachgebiet sowohl in den fachlichen Einzelheiten als auch in den fachübergreifenden Zusammenhängen nach wissenschaftlichen Methoden zu bearbeiten.

Die Bachelorarbeit ist in der Regel eine eigenständige Untersuchung mit einer planerischen, experimentellen, konstruktiven oder einer anderen ingenieurmäßigen Aufgabenstellung und einer ausführlichen Beschreibung und Erläuterung ihrer Lösung.

Masterarbeit:
Die Studierenden sind in der Lage eine gegebene Aufgabenstellung mit wissenschaftlichen Methoden unter Anleitung zu bearbeiten. Sie können eine Aufgabenstellung analysieren und ihr Vorgehen strukturieren. Sie sind fähig, eine Literaturrecherche durchzuführen, die Literatur auszuwerten, relevante Informationen zu extrahieren und Schlussfolgerungen für ihre eigene Arbeit zu ziehen. Die Studierenden können ihr Wissen und die im Masterstudiengang erlernten ingenieurwissenschaftlichen Methoden anwenden, um eine Aufgabe innerhalb einer gegebenen Frist zu lösen. Sie haben gelernt, ihre Ergebnisse in einer schriftlichen Ausarbeitung und einem Vortrag vorzustellen.

Es werden aktuelle Aufgaben mit praktischer Relevanz im Bereich Elektrotechnik und Informationstechnik analysiert und mit wissenschaftlichen Methoden gelöst.

Vergabe und Abstimmung von Themen am Lehrstuhl.

Exkursion Leistungselektronik

Prof. Dr.-Ing. F. W. Fuchs und Mitarbeiter

Studenten der Elektrotechnik ab 6. Semester

Leistungselektronik Grundlagen, Einführung in die elektrische Energietechnik

Ex1, 1 SWS, jeweils Wintersemester

Es wird eine Lehr-Besichtigung eines Industrie- oder Forschungsbetriebs durchgeführt. Die Teilnehmer lernen die Verfahren und Komponenten der Leistungselektronik und elektrischen Antriebe, zu denen sie Kenntnisse und Fähigkeiten in den Lehrveranstaltungen erworben haben, in der Realität kennen.

Besuchte Firmen:

• Danfoss, Grasten, Dänemark (Umrichterfertigung)
• Hauni, Hamburg (Fertigung Zigarettenmaschinen)
• Danfoss Silicon Power, Nortorf (Entwurf und Fertigung von Leistungshalbleitermodulen)
• Lenze, Hameln (Umrichterfertigung)

Exkursion elektrische Energietechnik

Prof. Dr.-Ing. F. W. Fuchs und Mitarbeiter

Studenten der Elektrotechnik ab 4. Semester

Leistungselektronik Grundlagen, Einführung in die elektrische Energietechnik, z.T. Regenerative Energiesysteme

Ex1, 1 SWS, jeweils Sommersemester

Es wird eine Lehr-Besichtigung eines Industrie- oder Forschungsbetriebs durchgeführt. Die Teilnehmer lernen die Verfahren und Komponenten der elektrischen Energietechnik einschließlich der regenerativen Energie, zu denen sie Kenntnisse und Fähigkeiten in den Lehrveranstaltungen erworben haben, in der Realität kennen.

Besuchte Firmen:

• Stadtwerke Kiel, Heizkraftwerk
• Windpark Westküste, Kraftwerk Brunsbüttel
• Solarkraftwerk Pellworm

Erstsemesterbetreuung für Ingenieure

Prof. Dr.-Ing. F. W. Fuchs, studentische Tutoren

Studierende technischer Fächer im 1. Semester

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Übung, 3 SWS
Für die Studierenden im 1. Semester wird Unterstützung bei dem Verständnis des Lehrstoffs und beim Lösen von Übungsaufgaben gegeben. Die Unterstützung erfolgt durch Studierende höherer Semester in Form von Anleitung zur Selbsthilfe. Die Veranstaltung soll dazu dienen, die für Studienanfänger zum Teil hohen Anforderungen der Universität im Vergleich zur Schule zu bewältigen.

Anleitung zum Verständnis des Lehrstoffs und zur Lösung von Übungsaufgaben in den Fächern Mathematik, Elektrotechnik, Physik und Informatik.