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Projektleiter

Prof. Dr. Christian Dick

Prof. Dr. Christian Dick

Informations-, Medien- und Elektrotechnik
Institut für Automatisierungstechnik (IA)

  • Campus Deutz
    Betzdorfer Straße 2
    50679 Köln
  • Raum HW1-30
  • Telefon+49 221-8275-2262

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Patrick Deck

Patrick Deck

Informations-, Medien- und Elektrotechnik
Institut für Automatisierungstechnik (IA)

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Forschungsprojekt Coupled Tape-Wound Cores

In diesem Forschungsprojekt werden neuartige gekoppelte Induktoren aus eisenbasierten, nanokristallinen Bandmaterialien erforscht, aufgebaut und schließlich demonstriert. Die gekoppelten Induktoren sollen mit einer Inverter-Vollbrücke einen materialarmen Ersatz für die klassischen hartgeschalteten Inverterhalbbrücken mit induktivem Abgang bilden.

Gefördert aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE)
Gefördert aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) (Bild: MBWSV Nordrhein-Westfalen)

Das erklärte Ziel des Projektes ist es, eine hartgeschaltete 2-phasige DC/DC-Wandler Topologie mit einer gekoppelten Induktivität sowohl mathematisch zu modellieren als auch das Modell in einem zweiten Schritt durch Funktionsmuster und Prototypen zu validieren. Das Ergebnis soll eine kostengünstige, material- und volumenreduzierende Technologie sein und so einen Beitrag für kompaktere Leistungselektroniken in Standardanwendungen bilden.

Halbbrücken mit gekoppeltem Induktor
Schaltung mit gekoppeltem Induktor als aufwandsarmer Ersatz für einen Standard-Inverterzweig mit induktivem Abgang (Bild: Patrick Deck, TH Köln)

Auf einen Blick

Kategorie Beschreibung
Forschungsprojekt Coupled Tape-Wound Cores 
Leitung Prof. Dr.-Ing. Christian Dick 
Fakultät Fakultät Informations- Medien und Elektrotechnik  
Institut Institut für Automatisierungstechnik 
Beteiligte Christian Dick, Patrick Deck  
Fördermittelgeber EFRE, MIWF NRW (Förderlinie NRW-Patentvalidierung) Aktenzeichen EFRE-0400028 
Laufzeit 01/2016 bis 12/2017 

Analytische Berechnung der Volumeneinsparung durch gekoppelte Induktivitäten

Im ersten Schritt des Projekts wird die Mathematik der gekoppelten Induktivitäten ausgearbeitet. Die Modellierung über ein elektrisches sowie magnetisches Ersatzschaltbild führt zu einem Volumenvergleich der gekoppelten Induktivität mit der einfachen Induktivität, welcher die klaren Volumenvorteile  in einem Diagramm aufzeigt.

Volumenvergleich
Der Volumenvergleich zwischen einfacher und gekoppelter Induktivität aufgetragen über dem Verhältnis Stromrippel zu Gesamtstrom (Bild: Patrick Deck, TH Köln)

Aufbau von Mustern und Demonstratoren mit hoher Leistungsdichte >40kW/l

Der zweite Schritt stellt den Aufbau von Demonstratoren dar, welcher im Gegensatz zu herkömmlichen einphasigen Ferrit-Aufbauten eine sehr hohe Leistungsdichte aufweisen soll. Für die Auslegung und den Test werden mit Hilfe der mathematischen Modelle Optimierungen durchgeführt.

Die Herstellung der Induktivitäten erfolgt über eine eigens entwickelte Wickelmaschine, welche eine direkte Induktivitätsmessung der Kerne ermöglicht. Um genügend Leistung bereitstellen zu können, wird ein dreiphasiger Prüfstand aufgebaut, welcher eine Leistung von bis zu 60kW aufweist.

Im letzten Schritt wird mit den bestehenden Erkenntnissen ein kompakter Konverter aufgebaut, der bidirektional in einem Tastgradbereich von 0…1 Spannungen einstellen kann. Die maximale Spannung beträgt hier 400V bei einem maximalen Gesamtstrom von 100A. Bei einem Bauvolumen von ca. 1l beträgt die Leistungsdichte in etwa 40kW/l.

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