Elektrische Maschinen

Innovative Antriebssysteme

Mit über 20 Jahren Erfahrung in der Antriebstechnik ist das Fraunhofer IEE ein kompetenter Partner für anspruchsvolle Untersuchungen und Entwicklungsaufgaben. Durch den Einsatz unserer institutseigenen Softwareumgebung, das Fachwissen hochspezialisierter Expertinnen und Experten sowie die enge Vernetzung innerhalb des Fraunhofer-Forschungsverbunds können wir innovative Antriebssysteme umfassend analysieren, modellieren und bewerten.

Das Fraunhofer IEE entwickelt maßgeschneiderte, moderne und anwendungsorientierte Lösungen für unterschiedliche Einsatzbereiche. Ausgehend vom elektromagnetischen Entwurf erarbeiten wir sowohl konventionelle als auch neuartige Maschinenkonzepte und identifizieren gemeinsam mit unseren Partnern das optimale Konzept für die jeweilige Anwendung. Dabei setzen wir auf leistungsfähige, institutseigene Simulations- und Berechnungstools und begleiten den gesamten Entwicklungsprozess in der gewünschten Detailtiefe. Unsere Laborinfrastruktur ermöglicht präzise Leistungs- und Funktionsmessungen bis hin zu Prüfständen mit einer Leistungskapazität von bis zu 1 MW und integrierter Schwingungsanregung. Darüber hinaus erlauben unsere Prüfstände die detaillierte Untersuchung des Alterungsverhaltens von Isolationssystemen und Maschinenlagern, insbesondere unter Hochfrequenzeinflüssen durch den Einsatz von SiC-Halbleitern.

Supraleitung

Die Entwicklung supraleitender Technologien verläuft derzeit mit großer Dynamik und eröffnet vielfältige Einsatzmöglichkeiten in unterschiedlichen technischen Anwendungen. Das Fraunhofer IEE begleitet diese Entwicklungen und erforscht den praktischen Einsatz von Supraleitern in innovativen Systemlösungen.

Neben dem experimentellen Betrieb solcher Anlagen spielen umfassende numerische Simulations- und Berechnungswerkzeuge eine zentrale Rolle für eine erfolgreiche Systemauslegung. Dazu gehören die Berechnung von Wechselverlusten in Hochtemperatur-Supraleitern (HTS) ebenso wie die modellgestützte Auslegung von Kryostaten, Erregern und Kältekreisläufen. Diese integrative Betrachtung bildet die Grundlage für eine effiziente und anwendungsorientierte Weiterentwicklung supraleitender Energiesysteme.

Das Fraunhofer IEE entwickelt maßgeschneiderte, moderne und anwendungsorientierte Lösungen für unterschiedliche Einsatzbereiche. Ausgehend vom elektromagnetischen Entwurf erarbeiten wir sowohl konventionelle als auch neuartige Maschinenkonzepte und identifizieren gemeinsam mit unseren Partnern das optimale Konzept für die jeweilige Anwendung. Dabei setzen wir auf leistungsfähige, institutseigene Simulations- und Berechnungstools und begleiten den gesamten Entwicklungsprozess in der gewünschten Detailtiefe.

Unsere Laborinfrastruktur ermöglicht präzise Leistungs- und Funktionsmessungen bis hin zu Prüfständen mit einer Leistungskapazität von bis zu 1 MW und integrierter Schwingungsanregung. Darüber hinaus erlauben unsere Prüfstände die detaillierte Untersuchung des Alterungsverhaltens von Isolationssystemen und Maschinenlagern, insbesondere unter Hochfrequenzeinflüssen durch den Einsatz von SiC-Halbleitern.

Alterungseffekte

Sowohl drehende Maschinen als auch Trafos sind zunehmenden höheren Schaltfrequenzen im Strom ausgesetzt. Diese HF-Effekte führen zu Alterungseffekten in der Maschine, welche durch Wellenreflexionen, Resonanzen und Degradationseffekten die Maschinenisolationen stark belasten. Gleichzeitig können diese Effekte oft kostenneutral signifikant reduziert werden (Shifting, o.ä.), wodurch ein tiefgreifendes Verständnis ein Schlüssel für eine hohe Lebensdauer der Systeme ist.

Das Fraunhofer IEE verfolgt die Philosophie das Alterungseffekte tiefgreifend verstanden werden müssen, denn eine Alterung bedeutet nicht zwangsläufig eine Abnahme der Spannungsfestigkeit. Hierfür bieten wir eine Reihe von Maßnahmen, um Ihre Systeme zu analysieren und Ihnen direkte Handlungsempfehlungen aussprechen zu können.

Prüfstandstechnik

Das Fraunhofer IEE arbeitet anwendungsnah. Das bedeutet, dass wir stets anstreben sämtliche Neuentwicklungen als Demonstrator oder Prototyp aufzubauen. Hierzu stehen uns umfangreiche Infrastrukturen. Neben mehreren spezialisierten Laborflächen (Batterie, Gas, Maschine, Mittelspannung, etc.) betreiben wir für Anwendungen größerer Leistungen außerhalb Kassel die Laboreinrichtung Systec in Rothwesten.

Insgesamt bieten wir damit Maschinenbetten bis in eine Größe von 4x6m und können Lastmaschinen über 1 MW betreiben und vermessen. Darüber hinaus kooperieren wir eng mit der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg und können so nahtlos das Power Electronics and Power Systems- Lab (PEPS) in unser Portfolio integrieren und umfassende Forschungsprojekte (TRL 0-9) und Laboruntersuchgen realisieren.

Hinzu kommt der Betrieb von Einzelprüfständen mit hoher Spezialisierung. Insbesondere sind hier Prüfstände zur erfolgreichen Parametrierung von HF-Maschinenmodellen (Vermessung von Multifkatoralterung, Dielektrizitätszahl, Teilentladung, etc.) Neben den Alterungsuntersuchungen bieten wir außerdem eine Kryoinfrastruktur, welche für spezifische Prüfungen nutzen können. Insgesamt sind Kältemaschinen mit einer Gesamtkälteleistung bei 30 K von > 2 kW am Fraunhofer IEE nutzbar.