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Effizientes Netzwerkmodell zur breitbandigen Modellierung gleichförmiger Mehrfachleitungen

Andreas Mantzke, Sebastian Südekum & Marco Leone
Ein neuartiges äquivalentes Netzwerkmodell für MTLs wurde vorgestellt und validiert. Es basiert auf der kanonischen Foster-Netzwerkdarstellung in Kombination mit einem gekoppelten Induktivitätsnetzwerk, das die Konvergenz beschleunigt. Die äquivalenten Netzwerkelemente werden durch eine modale und quasi-statische Analyse bestimmt, die nur einmalig auszuführen ist. Die Ordnung des Foster-ESBs kann durch eine einfache Beziehung, basierend auf der erforderlichen Frequenzbandbreite, sicher abgeschätzt werden. Im Gegensatz zu einigen anderen Ansätzen, ist das Modell inhärent stabil und kann mit linearen und...

Anpassung der Teileitermethode auf 3-D-Freileitungsmodelle zur Berechnung der induktiven Beeinflussung

Fabian Wießner, Faouzi Derbel & Christian Rückerl
Bei Montagearbeiten auf Freileitungsmasten in der Nähe von unter Spannung stehenden Leitern stellen die dabei auftretende induktive und kapazitive Beeinflussung durch elektrische und magnetische Felder eine Gefährdung für das Montagepersonal dar. Es wird eine Methode vorgestellt, mit der die Beeinflussung bei beliebig angeordneten Leiterstrukturen berechnet werden kann. Aus dem Berechnungsbeispiel wird deutlich, dass sich das vorgestellte Verfahren für die Berechnung von induzierten Spannungen von Hochspannungsfreileitungen eignet. Mit dem Modell kann der Einfluss von Erdungsmaßnahmen, Seilzugreihenfolge,...

Modellierung der Koppelimpedanzen innerhalb einer Antriebsmaschine mit einer passiven Ersatzlast

Sebastian Jeschke, Jörg Bärenfänger, Holger Hirsch, Marc Maarleveld & Sergii Tsiapenko
In elektrisch angetriebenen Fahrzeugen wird zur Reduktion der Beeinflussung von 12V und Antriebsbordnetz die Strategie des vollständig geschirmten HV-Antriebsstrangs verfolgt. Hierzu wird eine Messung der HV-LV Koppeldämpfung an allen Komponenten des Systems durchgeführt. Bei einer Antriebsmaschine ist die Statorwicklung auf der HV Seite und der Rotor auf der LV Seite, so dass es auch hier zu einer Überkopplung kommen kann. Da die Antriebswelle nicht in das Schirmkonzept integriert ist, kann es hier zu ungewollten Störstrompfaden...

Die Verfahren zur Ermittlung der Transferimpedanz von konfektionierten geschirmten Leitungen

Harm-Friedrich Harms & Alexander Schneider
Generell muss bei der Ermittlung der Transferimpedanz klar sein, was bestimmt werden soll: Die Transferimpedanz einer Leitung, einer Leitung plus Steckverbindern, einer Leitung plus Steckverbindern plus Übergangswiderstand oder einer Leitung plus Steckverbinder plus Übergangswiderstand plus Buchsen. Im Verlauf mehrerer Untersuchungen wurden Erfahrungen im Umgang mit unterschiedlichen Messverfahren zur Transferimpedanz gesammelt. Es sollten Messverfahren untersucht werden, die den Einfluss der Steckverbinder an den Enden der Leitungen berücksichtigen. Die Basis für gute EMV-Eigenschaften der konfektionierten Leitung kann...

Simulation leitungsgeführter Störspannungen von DC-DC-Wandlern

Tim Baumgarten, Peter Scholz, Denis Sievers & Jens Förstner
In diesem Beitrag werden simulatorische und messtechnische EMV-Untersuchungen von Gleichspannungswandlern vorgestellt. Der Fokus liegt auf leitungsgeführten Störspannungen, ihre Abhängigkeit vom Schaltungslayout und ihre Unterdrückung durch Filterung. Der Simulationsprozess besteht aus kombinierten Feld- und Netzwerksimulationen. Zur Bewertung der Simulationsresultate werden zwei Prototypen gezeigt und verglichen, die unterschiedliche EMV-Eigenschaften aufweisen. Bei der Beurteilung der Resultate wird insbesondere Wert auf die Untersuchung gelegt, inwieweit einfache Schaltungssimulationen ausreichen, um leitungsgeführte Störspannungen korrekt vorherzusagen und wann aufwändigere Feldsimulationen notwendig sind.

Breitbandiges Netzwerkmodell für inhomogene Leitungen unter Berücksichtigung der Abstrahlung

Sebastian Südekum & Marco Leone
In unserem Beitrag wurde eine inhärent passive und stabile Foster-Ersatzschaltbilddarstellung für inhomogene und abstrahlende Leitungen präsentiert und erfolgreich validiert. Hierbei wurde im Vorfeld erstmalig ein allgemeiner Ausdruck für die Leitungsparameter inhomogener Leitungen entwickelt. Das zunächst verlustlose modale Ersatzschaltbild geht dabei direkt aus der Eigenvektorentwicklung der Portimpedanz hervor. Es basiert auf ein entsprechendes Eigenwertproblem, welches einmalig für eine gegebene Geometrie gelöst werden muss. Eine Konvergenzbeschleunigung des Modells wird durch ein Netzwerk gekoppelter Induktivitäten erzielt. Die Strahlungsverluste...

Modellierung der Einkopplung statistischer Felder in geschirmte Mehrfachleitungen

Johanna Kasper & Ralf Vick
Es wurde ein Simulationsmodell zur Untersuchung der Einkopplung statistischer Felder in eine geschirmte Ein- und Mehrfachleitung vorgestellt. Der eingekoppelte Strom in die Innenleiter wurde als Funktion der Frequenz ermittelt und über mehrere elektromagnetische Randbedingungen ausgewertet. Zur Validierung des Modells wurden die Simulationsergebnisse für eine geschirmte Einfachleitung mit bereits existierenden Messergebnissen verglichen. Die Simulationsergebnisse zeigen besonders im niederen Frequenzbereich eine recht gute Übereinstimmung mit den Messergebnissen. Das präsentierte Modell erlaubt eine schnelle Untersuchung des eingekoppelten Stromes...

Kompakte Streifenleitung zur Antennenkalibrierung im Frequenzbereich von 150 kHz bis 2 MHz

Robert Geise, Achim Enders, Oliver Kerfin & Martin Harm
Eine Streifenleitung zur Erzeugung niederfrequenter Referenzfeldstärken wurde realisiert und mess- sowie simulationstechnisch validiert. Abhängigkeiten des Feldwellenwiderstandes von dem Abschlusswiderstand der Leitung wurden theoretisch diskutiert und messtechnisch erfasst. Soll ein Prüfling mit TEM-Feldverhältnissen beaufschlagt werden, so ist die Streifenleitung mit ihrer Leitungswellenimpedanz von 110 Ω abzuschließen. Auch in typischen 50-Ω-Umgebungen beträgt die Fehlanpassung am Eingang der Leitung dabei lediglich -8,5 dB.

Stochastic mortality modelling with cointegrated vector autoregressive processes and characterizations of logistic-type hazard rate distributions

Thomas Salfeld
This thesis is devoted to stochastic mortality modelling. The first part considers the popular family of GAPC models and identifies several conceptual difficulties of most well-established models. The GAPC models are embedded in the framework of generalized linear models. However, the vast majority of the literature only considers the canonical link function and by that omits an important modelling factor. In our study, we also incorporate a non-canonical link function and demonstrate its advantages on...

FPGA-basierte aktive Gegenkopplung der Schaltharmonischen von leistungselektronischen Systemen

Andreas Bendicks, Tobias Dörlemann, Stephan Frei, Norbert Hee & Marc Wiegand
In diesem Beitrag wurde eine neuartige Gegenkoppelstrategie vorgestellt, durch welche die Schaltharmonischen eines leistungselektronischen Systems unterdrückt werden können. Zu Beginn wurde eine allgemeine Theorie zur adaptiven Gegenkopplung von Harmonischen eingeführt. Zu dieser Theorie wurden zwei wesentliche Implementierungsvarianten vorgestellt und diskutiert: Die Gegenkopplung von Harmonischen mit kontinuierlicher Adaption und die Gegenkopplung von Harmonischen mit einmaliger Adaption. Im Folgenden wurde eine konkrete Implementierung zur Gegenkopplung von Harmonischen mit kontinuierlicher Adaption auf einem FPGA-System vorgestellt. Dieses System wurde...

Störfestigkeitsanalyse der Power Line Communication für das konduktive Laden von Elektrofahrzeugen

Thomas Opp, Bernd Körber, Norman Müller, Matthias Richter & Matthias Trebeck
Breitbandige Störer nah am Grenzwert für DC-Ladestationen größer 75 kVA nach IEC 61851-21-2 sind kritisch für die Power Line Communication. Aktuell sind die Grenzwerte der genannten Norm noch nicht verbindlich, weshalb die Störaussendung bereits verfügbarer Ladestationen meist höher ist und damit ein echtes Gefährdungspotential für die PLC vorhanden ist. Oftmals ist derzeit trotzdem eine fehlerfreie Funktion möglich, da auch die PSD der PLC höher ist als die vorgeschriebenen -75dBm/Hz. Die höhere PSD kann allerdings zu...

Einfluss eines elektrisch nicht-leitenden Kühlkörpers auf gestrahlte und leitungsgebundene Störungen von Leistungshalbleitern

Stephan Chromy, Stefan Dickmann, Sebastian Fahlbusch, Klaus F. Hoffmann & Kai Rathjen
In der vorliegenden Arbeit wurde ein Kühlkörper aus der elektrisch nicht leitenden Keramik Aluminiumnitrid mit einem Kühlkörper aus Aluminium verglichen. Beide Kühlkörper wurden zur Verwendung mit bis zu vier Leistungs-MOSFETs im TO-247-Gehäuse mit einer Wasserkühlung konzipiert. Es konnte gezeigt werden, dass die thermische Leistungsfähigkeit des Aluminiumnitrid-Kühlkörpers mindestens auf dem Niveau des Aluminium-Kühlkörpers liegt. Die Vorteile des Aluminiumnitrid-Kühlkörpers zeigen sich im erheblich geringeren Ableitstrom, da keine Erdung notwendig ist. Dies kann Einsparungen beim Netzfilter ermöglichen, durch...

Entwicklung, Implementierung und Verifizierung eines Emulatorkonzepts als Gegenstelle zum Elektrofahrzeug für EMV Prüfungen bei DC Ladetopologien

Marc Maarleveld, Jörg Bärenfänger, Sergii Tsiapenko, Sebastian Jeschke, Holger Hirsch, Michael Tybel & Michael Schugt
Im Rahmen der weltweiten Einführung von Fahrzeugen mit elektrischem Antriebsstrang, deren Antriebsbatterie am Energieversorgungsnetz geladen werden muss, ist eine geeignete Ladeinfrastruktur zu realisieren. Aktuell werden weltweit die unterschiedlichsten Ladekonzepte sowohl beim Energietransfer als auch bei der Kommunikation eingesetzt. In Kombination mit den unterschiedlichen Fahrzeugen ergeben sich im Falle des Ladevorgangs viele mögliche Kombinationen von Ladestationen und Fahrzeugen. Um die Akzeptanz der Fahrzeuge zu steigern, sollte die Interoperabilität der unterschiedlichen Systeme gegeben sein. Für einen erfolgreichen...

Vergleichende Bewertung verschiedener normativer Störemissionsmessungen an einem Elektrofahrzeug

Moawia Al-Hamid, Ralf Vick & Philipp Wollmann
Die Emissionen eines Elektrofahrzeugs wurden nach unterschiedlichen Prüfmethoden untersucht. Es zeigte sich, dass die Emissionen nach Industrienorm über das gesamte Spektrum mit ca. 20 dB höher sind. Es ist zu empfehlen, die Fahrzeuge aus mehreren Richtungen, und nicht nur die Fahrer- und Beifahrerseite zu prüfen, sowie in verschiedenen Antennenhöhen zu messen. Weiterhin wurde der Einfluss des Mess-Setups der KFZ-Norm untersucht, da es in vielen EMV-Messhallen notwendig ist, zusätzliche Messachsen zu verwenden. Es stellte sich heraus,...

Systematische Testlücke bei Einstrahlverfahren auf IC-Ebene und deren Behebung

Viki Müllerwiebus
Auf IC-Ebene ist bei den einstrahlenden EMV-Tests durch bisher fehlende Einstrahlmöglichkeiten mit E-Feld-Orientierung parallel zur Massefläche des ICs eine systematische Testlücke vorhanden. Diese tritt bereits deutlich unter 1 GHz auf, lediglich bei niedrigen Testfrequenzen im unteren MHz-Bereich nicht. Die Situation zur frühzeitigen Erkennung von EMV-Problemen während der IC-Entwicklung ist unzureichend. Im Bericht wurde detailliert dargelegt, ab welchen Frequenzgrenzen diese systematische Testlücke auftritt sowie ein Testaufbau vorgestellt zum Beheben dieser Testlücke bereits auf IC-Ebene.

EMV- und Systemuntersuchungen eines bidirektionalen drahtlosen induktiven Energieübertragungssystems für Elektrofahrzeuge

Rene Marklein, Jörg Kirchhof, Miao Wang & Mohammad Zaisan Rahen
In diesem Beitrag werden EMV- und Systemuntersuchungen für ein bidirektionales drahtloses induktives Energieübertragungssystem für Elektrofahrzeuge sowie exemplarische Ergebnisse aus Messungen und numerischen Modellierungen präsentiert. Unter anderem werden die Einflüsse verschiedener Bodenbeschaffenheiten unter Einbezug der Fahrzeugkarosserie auf das elektromagnetische Streufeld und die Systemeigenschaften des Energieübertragungssystems untersucht. Es werden gute Übereinstimmungen zwischen den durchgeführten Messungen und numerischen Modellierungen erzielt. Mit dem weiterentwickelten Messplatz inkl. Messsoftware und den numerischen Modellierungstools stehen leistungsfähige Werkzeuge sowie das notwendige Know-how zur...

Einfluss von Leitungsimpedanzen auf verschiedene Verknüpfungspunktspannungen bei der Kompensation von Oberschwingungen durch Active Front-Ends

Benjamin Hoepfner, Ralf Vick & Anke Fröbel
Active Front-Ends besitzen die Möglichkeit neben Grundschwingungsströmen auch Oberschwingungsströme in das Netz einzuspeisen, so dass eine Kompensation von im Netz enthaltenen Harmonischen nahe liegt. Da jedoch nur deren Spannung am Anschlusspunkt zur Verfügung steht, ist dies die einzige Information des Netzes, die das Gerät erhalten kann. Ist der eigentliche Netzanschlusspunkt zudem durch eine Leitungsimpedanz vom AFE getrennt, tritt ein impedanzabhängiger Fehler bei der Kompensation auf. In diesem Beitrag wird der Einfluss der Netzimpedanz anhand eines...

Herausforderungen bei EMV-Messungen von drahtlosen Ladesystemen (WPT-Systeme) für Elektrofahrzeuge im Bereich 9 kHz bis 30 MHz

Christof Ziegler, Kerstin Siebert, Stefan Weber & Jörg Bärenfänger
Die EMV-Charakterisierung von WPT-Systemen stellt in vielerlei Hinsicht Herausforderungen bei der Messung sowohl der leitungs- als auch der feldgebundenen Störaussendung dar. Bereits die diskutierten Grenzwerte der magnetischen Störfeldstärke im Bereich 9 kHz bis 30 MHz implizieren eine Messdynamik von über 100 dB. Der Vergleich des Komponentenaufbaus mit zentrischer Spulenpositionierung und der analog zum Fahrzeugaufbau exzentrisch positionierten Spulen zeigt eine Abweichung von 2 ... 4 dB im unteren Frequenzbereich nur aufgrund der Spulenposition. Werden auch noch...

Richtungsabhängige Störwirkung einer Windenergieanlage auf C-Band Wetterradare

Karsten Schubert, Fabian Schwartau & Jens Wemer
Die elektromagnetische Interferenzwirkung von Windenergieanlagen (WEA) ist seit geraumer Zeit im Fokus wissenschaftlicher Untersuchungen. Dabei ist zwischen aktiver und passiver Interferenz zu unterscheiden: Erstere ist vergleichbar mit der bekannten Störwirkung durch unerwünschte Emissionen von elektrischen Geräten (z.B. Unterhaltungselektronik, IT-Equipment) die u.a. entsprechend europäischer Standards wie EN55020 überprüft und reglementiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit hingegen wird die passive Störwirkung von WEA auf C-Band (5,6 GHz) Wetterradare untersucht. Die eigentliche Störwirkung geht dabei von den dopplerverschobenen...

Untersuchung des Effektes von Ferritkernen auf Kabelstrukturen

Moawia Al-Hamid, Steffen Schulze & Marco Leone
Im vorliegenden Beitrag wurde eine zur weit verbreiteten Messmethode mit einer Drahtschleife alternative Messanordnung beschrieben, die einfach zu handhaben ist und sehr gut reproduzierbare Messergebnisse liefert. Der Einfluss der Struktur ist jedoch in den Streuparametern enthalten und kann nicht herausgerechnet werden. Mit Hilfe der Streuparameter eines Kabelferrites wurde für einen generischen Prüfling die Stromverteilung analytisch berechnet, wenn sich der Ferrit nahe der Störquelle befindet. Mit Kenntnis der Abschlussimpedanzen auf Quell- und Lastseite ist es theoretisch...

Optimierung der virtuellen EMV Absicherung durch Erstellung von leitungsgeführten Störquellenmodellen aus Messungen

Janne Hein, Johannes Hippeli & Thomas F. Eibert
Es wird eine Methodik zur Entwicklung und Verwendung von leitungsgeführten Störquellenmodellen auf Komponentenebene präsentiert, welche für die virtuelle EMV Absicherung auf Komponenten- und Fahrzeugebene eingesetzt werden kann. Bisher sind Störquellenmodelle für Fahrzeugkomponenten kaum verfügbar. Ohne komponentenspezifische Modelle können nur vergleichende Analysen durchgeführt werden oder Tendenzen bestimmt werden. Das Ziel ist eine Methodik, mit deren Anwendung für jede E/E-Komponente mit Hilfe des Normaufbaus der leitungsgeführten Emissionsmessung ein leitungsgeführtes Störmodell für virtuelle EMV Analysen generiert werden kann....

Grenzen des Stromscan-basierten Dipolmodells und Erweiterung mit einem quasistatischen Ansatz

Zongyi Chen, Alexander Zeichner & Stephan Frei
Zur Sicherstellung der EMV müssen elektronische Systeme vorgegebene Grenzwerte für die Störaussendung einhalten. In der Kfz-Industrie werden häufig Komponententest nach CISPR 25 gefordert. Darin wird unter anderem beschrieben, wie die Störungen von einem Kfz-System, die bei niedrigen Frequenzen überwiegend über den Leitungssatz auskoppeln, in einer geschirmten Absorberkabine mit einer Antenne zu messen sind. Eine Abschätzung der Emission ist bereits im frühen Entwicklungsprozess wünschenswert. Der Aufwand für eine Antennenmessung ist jedoch meist sehr hoch. Daher werden...

Grundlegende Betrachtungen der Kopplungsmechanismen möglicher Störgrößen für induktive KFZ-Ladesysteme

Manuel Haug, Michael Beltle & Stefan Tenbohlen
Zur Bewertung der Kopplungsmechanismen induktiver Ladesysteme werden zunächst ein repräsentatives Spulendesign für Boden- und Fahrzeugspule als Labormodell aufgebaut und als 3D Simulationsmodell entwickelt. Mittels S-Parametermessungen wird das elektrische Verhalten der Spulen ermittelt und durch Z- bzw. Y-Transformation deren Impedanzverlauf bestimmt. Der Vergleich mit den Simulationsmodellen zeigt bis zur ersten Resonanz eine sehr gute Übereinstimmung, was die Simulationsmodelle für weitere Untersuchungen prinzipiell qualifiziert. Damit ist es bereits möglich Auswirkungen durch Variationen im Aufbau (z.B. Materialeigenschaften oder...

Pareto-Optimierung von reflexionsarmen Sternpunkten in automotiven Bussystemen

Alexander Stieler & Matthias Hampe
In dieser Arbeit wird die vorteilhafte Methodik der Pareto-Optimierung dazu genutzt, Sternpunkte in automotiven Bussystemen reflexionsarm auszulegen. Letztere finden in der Praxis breite Verwendung, tragen sie doch zur kostengünstigen Vernetzung der unterschiedlichsten Sensoren und Aktoren bei. Insbesondere wird ein seit längerer Zeit bekanntes Vorgehen aufgegriffen, bei dem die Signalintegrität durch das Einfügen von passiven Bauelementen deutlich verbessert wird. Vorrangiges Ziel dieser Arbeit ist die Ableitung der Pareto-effizienten Bauteilrealisierungen, die im Hinblick auf die zu definierenden...

Flussleitfähigkeit versus Stromverdrängung: Magnetische Schirmung im niederfrequenten Bereich

Stefan Hiebel & Denis Filistovich
Bei magnetischen Abschirmungen geht es entweder darum, empfindliche Geräte oder auch Personen vor niederfrequenten Magnetfeldern zu schützen (Abschirmung der Störsenke) oder die durch technische Geräte entstehenden Magnetfelder an ihrer Ausstreuung nach außen zu hindern (Abschirmung der Störquelle). Der Beitrag betrachtet zunächst typische Abschirmprobleme und geht dann auf bestehende Grenzwerte ein. Nach einem kurzen Einblick in die Qualifizierung von Abschirmmaterialien folgt die quantitative Bewertung von Abschirmmaßnahmen: Abschirmmessungen in definierten Störfeldern, Vergleich mit der Finite-Elemente-Methode (FEM), Störfeldmessungen...

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