Kryogene Leistungselektronik gilt als vielversprechende Schlüsseltechnologie für zukünftige elektrische Luftfahrt. Der Betrieb bei sehr tiefen Temperaturen eröffnet Potenziale für höhere Effizienz und Leistungsdichte, stellt die Auslegung magnetischer Komponenten jedoch vor neue Herausforderungen, da sich deren Verlustmechanismen und Materialeigenschaften im Kryobereich deutlich verändern.
Ziel dieser Bachelorarbeit ist die Untersuchung, wie sich die Verluste magnetischer Komponenten in Abhängigkeit von der Temperatur bis in den kryogenen Bereich verändern und wie sich daraus ein geeignetes Betriebs- und Auslegungskonzept ableiten lässt. Im Fokus steht die Entwicklung eines einfachen, parametrisierbaren Modells, das die wesentlichen Verlustanteile einer magnetischen Komponente erfasst und deren Temperaturabhängigkeit in Verbindung mit typischen Betriebsgrößen wie Frequenz und Aussteuerung beschreibt. Ausgangspunkt ist die Tatsache, dass unterschiedliche Verlustmechanismen nicht gleichgerichtet mit der Temperatur skalieren und sich dadurch abhängig von den Randbedingungen ein Minimum der Gesamtverluste ergeben kann.
Die Arbeit soll klären, unter welchen Bedingungen ein solches Verlustoptimum systematisch nachweisbar ist, wo es typischerweise liegt und wie es sich durch grundlegende Auslegungsentscheidungen beeinflussen lässt. Dabei soll insbesondere herausgearbeitet werden, in welchem Maß Freiheitsgrade der Komponentengestaltung genutzt werden können, um das Verhältnis dominanter Verlustanteile zu verschieben und damit das Gesamtverhalten über der Temperatur gezielt zu gestalten. Ergänzend ist zu untersuchen, welche Rolle thermische Randbedingungen spielen und ob eine unterschiedliche Temperierung einzelner Komponentenbestandteile grundsätzlich vorteilhaft sein kann. Zudem soll die Materialwahl der Wicklung in die Betrachtung einbezogen werden, um mögliche Zielkonflikte zwischen Masse, Effizienz und Temperaturverhalten einzuordnen.
Bearbeiter: Lars Krämer
Betreuer: Stefanie Büttner
Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März