IGTE Student Projects


Simulation elektrischer Schaltungen mit magnetischen Kopplungen

(Source: http://ltwiki.org)

Bei der Entwicklung von Transformatoren und elektrischen Maschinen werden häufig Simulationen elektrischer und magnetischer Größen anhand von Ersatzschaltungen durchgeführt (z.B. LTspice, PSpice, …). Zu diesem Zweck wird eine Simulationsumgebung benötigt, die die gewünschten Größen (Ströme, Spannungen, mag. Flüsse) in einem Netzwerk bestehend aus Quellen, elektrischen Bauteilen, Bauteilen mit magnetischer Kopplung und sogenannten Fluxtubes berechnet. 

Anstellung als studentischer Mitarbeiter für weitere Untersuchungen zu diesem Thema möglich.

Kontakt: Alice Reinbacher-Köstinger

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Finite element simulation of aortic diseases

FEM model of a dissected aorta

In case of an aortic disease (e.g. stenosis, aneurysm or dissection) the geometry of the aorta as well as the blood flow in the vessel changes. These changes can be detected by measuring the impedance on the body surface. To infer from the measurements to an aortic pathology, a parameterized simulation model is needed. A basic model for the case of aortic dissection already exists but should be enhanced and adapted to other aortic diseases. 

This project is part of the LEAD project „Mechanics, Modeling and Simulation of Aortic Dissection“ of TU Graz. You can benefit from an interdisciplinary and international project team.

Kontakt: Alice Reinbacher-Köstinger

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Untersuchung des Einflusses unterschiedlicher Rückvolumina auf das akustische Transmissionsverhalten in einem MEMS-Transducer

Vorhergehende Untersuchungen haben gezeigt, dass das Volumen zwischen einem Lautsprecher und einer perforierten Schicht in einem MEMS-Transducer einen entscheidenden Einfluss auf das akustische Transmissionsverhalten hat. Dieser Einfluss ist neben dem Rückvolumen auch noch von Einflussfaktoren wie z.B. der Perforation sowie etwaigen Schichtungen mehrerer perforierter Lagen abhängig. Ziel dieser Arbeit ist, mehrere Simulationen in der In-House FEM Software openCFS in Form einer Parameterstudie durchzuführen, um den Einfluss dieser Faktoren zu identifizieren.

Kontakt: Dominik Mayrhofer

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Entwicklung einer Webapplikation zum Ergebnisvergleich von Optimierungsproblemen

Bei der Entwicklung von Optimierungsstrategien werden häufig definierte Benchmark-Probleme verwendet, um die Funktionalität der Strategie zu testen. Hierzu ist es sinnvoll, erzielte Ergebnisse zentral zu vergleichen. Ziel dieser Arbeit ist es, eine Webapplikation zu entwickeln, mit der User ihre Ergebnisse hochladen und vergleichen können. Die Berechnung des Benchmark-Problems muss während des Upload-Prozesses erfolgen. Eine geeignete Darstellung der Ergebnisse (Vergleich von Strategien, Parameter- und Lösungsraum, Darstellung der Paretofront aus allen Lösungen) spielt eine zentrale Rolle in dieser Arbeit.


Kontakt: Alice Reinbacher-Köstinger

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Modellierung des Abstrahlverhaltens von Antennenstrukturen durch Multipol-Entwicklungen

Der Einsatz numerischer Simulationswerkzeuge zur Ermittlung des Abstrahlverhaltens von Antennen und Antennensystemen ist Stand der Technik. Aufgrund der Komplexität von modernen Antennenstrukturen, welche beispielsweise bei Mobilfunkgeräten zum Einsatz kommen, ergeben sich auch beim Einsatz leistungsstarken Rechner immer noch lange Rechenzeiten. Soll nun nicht nur eine Antennenstruktur sondern auch die Interaktion mehrerer abstrahlender Strukturen untersucht werden ergeben sich oft praktisch nicht mehr berechenbare Probleme. Die Idee ist nun die wesentlichen Eigenschaften des Abstrahlverhaltens einer Struktur durch einfache Multipol-Darstellungen zu beschreiben um so auch das Verhalten komplexerer System abschätzen zu können.

Kontakt: Thomas Bauernfeind

Kontakt: Paul Baumgartner

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Modellierung und numerische Simulation eines DC-Blocks für ein VNA-Messsystem

Die Aufgabe eines DC-Blocks ist das sperren von Gleichstrom bei gleichzeitig möglichst geringer Beeinflussung des zu vermessenden Wechselsignals. Für eine gegebene Vektor-Netzwerk-Analysator (VNA) Messanordnung soll im geforderten Frequenzbereich von 10 kHz bis 2 GHz der DC-Block eine maximale Impedanz von 5 Ohm aufweisen bei gleichzeitig sehr hohen Betriebsspannungen. Die bereits vorliegenden Messergebnisse zum Frequenzverhalten eines Prototypen sollen nun mit Simulationsergebnissen verglichen werden. In weiterer Folge ist es angedacht, auf Basis der Simulationsergebnisse den vorliegenden Messaufbau zu verbessern bzw. den Frequenzbereich auszudehnen.

Kontakt: Thomas Bauernfeind

Kontakt: Paul Baumgartner

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Modellierung und numerische Simulation von konischen Spulen für breitbandige Anwendungen

Sogenannte “Bias Tees“ bestehend aus typ. einem Kondensator und einer Induktivität haben beispielsweise die Aufgabe die Zuführung einer DC-Versorgungsspannung zu einer aktiven Antenne zu gewährleisten und gleichzeitig die DC-Quelle vom AC-Signal zu isolieren. Die Induktivität (hier oft auch als “Bias Choke“ bezeichnet) soll bei breitbandigen Anwendungen ein möglichst konstantes Verhalten (konstante Induktivität) über den betrachteten Frequenzbereich besitzen. Eine Möglichkeit dies zu gewährleisten ist der Einsatz konischer Induktivitäten. In der vorliegenden Arbeit sollen grundlegenden Untersuchungen zu solchen konischen Spulen auf Basis numerischer Simulationen angestellt werden.

Kontakt: Thomas Bauernfeind

Kontakt: Paul Baumgartner

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Berechnen des Fernfeldverhaltens von Antennen anhand des Nahfeldes

Die sogenannte "Nearfield (NF) to Farfield (FF) transformation" ist eine Technik um vom Nahfeldverhalten um Antennen auf das Fernfeld zu schließen. Speziell in Messkammern kann aufgrund der beschränkten Platzverhältnisse oft das Fernfeldverhalten nicht einfach bestimmt werden, wodurch dies mit Näherungen aus Nahfeldmessungen geschieht. In dieser Arbeit sollen diese Techniken auf die numerische Simulation überführt werden um bei der Modellierung und Berechnung des Luftgebietes um Antennen wertvolle Rechenzeit zu sparen.
 

Kontakt: Thomas Bauernfeind

Kontakt: Paul Baumgartner

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Untersuchungen zu reaktiv geladenen Yagi-Uda-Antennen zur kontrollieren Steuerung des Abstrahlverhaltens

Yagi-Uda Antennen sind Antennen deren Abstrahlverhalten durch die geometrische Anordnung von typischerweise einem aktiven Antennenelement und mehreren passiven Elementen (sog. Reflektor und Direktoren) bestimmt werden. Die Längen der jeweiligen Elemente sowie deren Position ist hierbei maßgeblich für das Fernfeldverhalten der Antenne. Das hauptsächliche Einsatzgebiet solcher Antennen war bis dato in der terrestrischen Rundfunkübertragung sowie in der Radartechnik. Neuerdings werden jedoch auch hybride Konzepte im Bereich der RFID sowie von 5G-Anwendungen eingesetzt.
In der gegenständlichen Arbeit soll der Einfluss reaktiver Lasten an den passiven Elementen und deren Einfluss auf das Abstrahlverhalten untersucht werden.
 

Kontakt: Thomas Bauernfeind

Kontakt: Paul Baumgartner

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Implementierung/Erweiterung eines Optimierframeworks in MATLAB© oder Python

Das IGTE betreibt ein Framework zur numerischen Optimierung von technischen Systemen. Dieses Framework wird in der Forschung verwendet und laufend weiterentwickelt. Für die Erweiterung und Benchmarks dieses  Frameworks sind laufend studentische Arbeiten erwünscht. 
 

Kontakt: Thomas Bauernfeind

Kontakt: Paul Baumgartner

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Meta-Optimierung von Optimierverfahren für physikalische Probleme

Auch numerische Optimierverfahren müssen parametrisiert werden. Parametrisiert man diese Verfahren richtig, kann man sehr viel Rechenzeit sparen. Die Aufgabe dieser Arbeit ist das Optimieren der Optimiererparameter (Metaoptimierung) für technische Probleme. Da die meisten Optimierverfahren stochastischen Hintergrund aufweisen, müssen diese Ergebnisse mit sehr einfachen statistischen Mitteln ausgewertet und interpretiert werden.
 

Kontakt: Thomas Bauernfeind

Kontakt: Paul Baumgartner

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3D Full-Wave Modellierung und Simulation von Kondensatoren für EMC-Anwendungen

Quelle: EMCoS

Die elektromagnetische Verträglichkeit (electromagnetic compatibility EMC) elektronischer Geräte/Systeme ist ein wesentlicher Aspekt für die Zulassung dieser auf den Markt. Stand der Technik ist die messtechnische Überprüfung des EMC-Verhaltens anhand eines Prototypen. In Zukunft soll das EMC-Verhalten eines elektronischen Systems jedoch bereits in der Designphase anhand „digitaler Zwillinge“ der einzelnen Komponenten abgeschätzt werden können. Dazu ist es notwendig, das elektromagnetische Verhalten aller Komponenten zu bestimmen bzw. in Modellen abzubilden. In einem ersten Schritt sollen diese Untersuchungen an Kondensatoren ausgeführt werden.
 

Kontakt: Thomas Bauernfeind

Kontakt: Paul Baumgartner

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Evaluierung frei verfügbarer elektromagnetischer Solver

In dieser Arbeit sollen frei verfügbare elektromagnetische Simulationstools evaluiert und getestet werden. Diese sollten dann mittels exemplarischer Beispiele untereinander verglichen und der Einsatz in Forschung und Lehre evaluiert werden. 
 

Kontakt: Thomas Bauernfeind

Kontakt: Paul Baumgartner

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Automated Construction of Equivalent Electrical Circuit Models based on FEM Simulations

The description of electromagnetic components and systems by electrical circuit models is indispensable for a wide range of applications, especially in the field of Electromagnetic Compatibility (EMC).
 

Kontakt: Manfred Kaltenbacher

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Extraktion von R/L/C Parametern aus Finite Elemente Feldmodellen

Die Finite Elemente Simulation von elektronischen Komponenten (aktiv als auch passiv) stellt an sich schon große Herausforderungen dar. Möchte man nun eine mehrere Komponenten im Verbund (z.B. IC‘s) simulieren und deren Wirkung untereinander, ist der Finite Elemente Ansatz oft nicht zielführend. Stattdessen möchte man z.B. aus einer FEM Simulation bestimmte Parameter extrahieren, um dann mit einem anderen Modell (z.B. Netzwerkmodell) weiterzurechnen.
In dieser Arbeit sollen Methoden erarbeitet werden, um anhand eines einfachen FEM Modells, die RLC Größen zu bestimmen. In weiterer Folge sollen diese Methoden auch in der Software openCFS angewandt werden.
 

Kontakt: Klaus Roppert

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Behandlung nichtlinearer ODEs im Frequenzbereich

Manche Problemstellungen können durch nichtlineare Übertragungsfunktionen beschrieben werden, im einfachsten Fall durch Potenzreihen. Oft ist man jedoch nur an Lösungen in einem (quasi)stationären Zustand interessiert, weshalb die Differenzialgleichung vorteilhafterweise im Frequenz- oder einem anderen Bildbereich gelöst werden soll.
Im Zuge dieser Arbeit soll die systemtheoretische Methode der Verwendung von „gedächtnisbehafteten“ Volterra Reihen GFRF (Generalized Frequency Response Functions) erarbeitet werden.
 

Kontakt: Klaus Roppert

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Nichtkonforme Finite Elemente Formulierung für rotierende Systeme

Den größten Zeitaufwand einer Finite Elemente Simulation stellt in den meisten Fällen die Netzgenerierung dar. Das Netz soll nur so fein sein wie nötig und so grob wie möglich. Speziell die Vernetzung von elektrischen Maschinen stellt oft ein Problem dar, da sich Stator und Rotor relativ zueinander bewegen.
Ziel dieser Arbeit ist es eine bereits vorhandene Formulierung für Nichtkonforme FEM derart anzupassen, dass eine rotatorische Relativbewegung zwischen zwei Netzen ermöglicht wird.
 

Kontakt: Klaus Roppert

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Modellierung von Eisenverlusten in Elektroblechen: Von der Empirik zur Physik

Diese Arbeit ist als Literaturrecherche angedacht, um einen allgemeinen Überblick über die Modellierung von Eisenverlusten in Elektroblechen zu bekommen. Diesbezüglich gibt es eine große Mannigfaltigkeit an formelmäßigen Modellen, welche von einfachen empirischen Modellen zu fundiert physikalisch begründeten reichen. Ziel dieser Arbeit ist es, ein „optimales“ Modell zu finden, mit welchem die Eisenverluste eines geschichteten Transformatorkerns möglichst realitätsnah abgeschätzt werden können.
 

Kontakt: Klaus Roppert

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Erarbeitung von Hysteresemodellen für den Frequenzbereich

Hysteresemodelle als Materialmodell in Finite Elemente Simulationen sind immens rechenintensiv, weshalb sie zurzeit noch nicht für praktisch relevante Probleme verwendet werden können. In dieser Arbeit sollen Methoden erarbeitet werden, um Hysteresemodelle in den Frequenzbereich überführen zu können. Diese Methoden könnten einen entscheidenden Performance-Gewinn darstellen und den Einsatz in Anwendungen ermöglichen.

Kontakt: Klaus Roppert

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Finite Elemente Simulation von Dreiphasentransformatoren

Basierend auf dem periodischen Halbmodell eines Dreiphasentransformators, sollen effizienzsteigernde Maßnahmen (geringere Verluste) untersucht und simuliert werden. Einige dieser Möglichkeiten sind z.B. Veränderung des T-Stoß Winkels, Überlappungsbreite oder die Einführung von Schlitzen in den Blechen.
Ziel dieser Arbeit ist es, verschiedene Maßnahmen in der In-House FEM Software openCFS zu simulieren und die vielversprechendsten Maßnahmen auszuwählen, die einer genaueren Untersuchung unterzogen werden.
 

Kontakt: Klaus Roppert

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Optimization of nonlinear functions subject to nonlinear constraints

Im allgemeinen liegen bei vielen praktischen Optimierungsaufgaben Probleme vor, bei denen der optimale Punkt einer nichtlinearen Funktion unter Beachtung nichtlinearer Nebenbedingungen gefunden werden muss. Dafür werden oft fertige Funktionen aus Bibliotheken verwendet, deren grundsätzliche, komplexe Funktionsweise in dieser Arbeit beschrieben werden soll.
 

Kontakt: Christian Magele

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MSc - Berechnung eines nichtlinearen Netzwerkmodells

Die Verknüpfung eines elektrischen Schaltkreises mit einem nichtlinearen magnetischen Netzwerk soll näher untersucht werden. Die Eigenschaften der nichtlinearen Netzwerkelemente durch analytische Beziehungen sind gegeben. Methoden zur Lösung des nichtlinearen Problems sollen verglichen werden.
 

Kontakt: Werner Renhart

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