M.Sc. Simon Frank

Nicolas Vollmar

Aufgabenstellung

Auch im Bereich der Luftfahrt ist eine Reduktion von CO2, NOx und Lärmemissionen unerlässlich. Perspektivisch muss daher eine ökologische Luftfahrt realisiert werden, um die in Flightpath 2050 gesetzten Ziele erreichen zu können. Hierfür müssen hybrid-elektrische Antriebssysteme für bemannte Fluggeräte entwickelt und deren Leistungsdichte sowie Effizienz erhöht werden. Eine Erhöhung der Leistungsdichte muss daher sowohl für die Leistungselektronik als auch für die elektrischen Maschinen erzielt werden. Dies kann unter anderem durch neuartige Leistungshalbleiter aus Siliziumkarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN) erreicht werden. In dieser Arbeit soll ein wassergekühlter Antriebsinverter mit einer Leistung von 100 kVA entwickelt werden. Nach einer elektrischen und thermischen Simulation des Inverters sollen die Bauteile dimensioniert, ein Schaltplan erstellt und die Schaltung entflochten werden. Die praktische Umsetzung erfolgt durch den Aufbau und die gesteuerte Inbetriebnahme des Inverters. Herausforderungen dieser Arbeit liegen in der Anforderung extremer Leistungsdichten für die Luftfahrt sowie in der Handhabung der mit Wide-Bandgap-Halbleitern möglichen hohen Taktfrequenzen und Schaltgeschwindigkeiten. Die Aufbau- und Verbindungstechnik spielt hier eine entscheidende Rolle für die Funktion, die Zuverlässigkeit und die elektromagnetische Verträglichkeit des Inverters.

Arbeitspakete:

- Elektrische und thermische Simulation des Inverters (PLECS / Flotherm)

- Auslegung und Auswahl der Bauelemente

- Entwicklung der Schaltpläne und des Platinenlayouts (Altium Designer)

- Aufbau und gesteuerte Inbetriebnahme des Inverters

- Dokumentation und Präsentation der Ergebnisse