Betreuer / Supervisor: Niklas Driendl, M.Sc.
Fabian Müller, M.Sc.
E-Mail / E-mail: niklas.driendl@iem.rwth-aachen.de fabian.müller@iem.rwth-aachen.de Telefon / Telephone: +49 (0) 241 80-97643
Raum / Room: 015 Entwicklung eines elektrodynamischen Skalarpotential-Solvers zur
Betrachtung von zeitabhängigen Ladungsträgerverteilungen
Development of an Electrodynamic Scalar Potential Solver for the Consideration of Time-Dependent Charge Carrier Distributions
Motivation Motivation
Für die Auslegung von Isoliersystemen in elektrischen Maschinen ist die Untersuchung von Teilentladungsprozessen von essentieller Bedeutung. In umrichterbetriebenen elektrischen Maschinen ist das Isoliersystem bipolaren Impulsspannungen ausgesetzt.
Dabei liefern vorhandene Ladungsträger innerhalb der Anordnung einen wesentlichen Feldbeitrag. Die Charakterisierung der Ladungsträgerphänomene ist notwendig, um die Belastung der Isoliermaterialien bestimmen zu können. In dieser Arbeit soll mithilfe von numerischen Methoden eine zeitliche Betrachtung der elektrischen Feldverteilung erarbeitet werden. Dafür sollen ein bestehender statischer Solver für die Betrachtung von transienten Problemen erweitert und Materialmodelle implementiert werden. Mithilfe des entwickelten Solvers sollen insbesondere Ladungsträgeransammlungen an den Drahtoberflächen modelliert werden. Dafür können statistische Verteilungsfunktionen verwendet werden.
For the design of insulation systems in electrical machines, the consideration of partial discharge processes is essential. In inverter-driven electrical machines, the insulation system is exposed to bipolar pulse voltages. In this case, existing charge carriers within the arrangement provide a significant field contribution. The characterization of the charge carrier phenomena is necessary to determine the stress of the insulating materials. In this work, numerical methods shall be used to develop a temporal view of the electric field distribution. For this purpose, an existing static solver shall be extended for the consideration of transient problems and material models will be implemented. With the help of the developed solver, in particular charge carrier accumulations at the wire surfaces are to be modeled. Statistical distribution functions can be used for this purpose.
Themengebiet Field of Application
Numerik, Elektromagnetik, Isoliersystem Numerical analysis, Electromagnetics, Insulation System
Möglicher Ansatz Possible Approach
Ein bestehender elektrostatischer Solver soll erweitert werden, sodass eine zeitabhängige Betrachtung des elektrischen Feldes möglich ist. Mithilfe des erweiterten Skalarpotential- Solvers sollen Oberflächenladungen charakterisiert werden.
An existing electrostatic solver is to be extended so that a time-dependent consideration of the electric field is possible. With the help of the extended scalar potential solver, surface charges are to be characterized.
Erwartete Ergebnisse Expected Results
1. Kurze Literaturstudie zu numerischen Methoden und Isoliermaterialien 2. Implementierte und validierte Modelle
3. Anwendung der Modelle auf eine Beispielgeometrie 4. Schriftliche Ausarbeitung
1. Short literature study on numerical models and insulation materials 2. Implemented and validated models
3. Application of the models on an exemplary geometry 4. Written documentation of all models and results
