20. - 22.02.2018
Düsseldorf
EMV 2018
Internationale Fachmesse und Kongress für Elektromagnetische Verträglichkeit

 
 
 

Session 3b

Numerische Verfahren

Termin

Mittwoch, 21.02.2018, 11:30 - 13:00 Uhr

Chairperson

Prof. Dr. Thomas Eibert

Beschreibung

11:30 Simulation der Exposition des menschlichen Körpers durch magneto-quasistatische Felder von induktiven Ladesystemen in Automobilen
Prof. Dr. rer. nat Markus Clemens, Bergische Universität Wuppertal, Wuppertal, Deutschland
Induktive Ladesysteme (Engl.: Inductive Power Transfer (IPT) Systems) werden zum Laden von Batterien in Elektro- sowie Hybridelektro-Fahrzeugen verwendet. In den Spulen solcher Systeme fließende niederfrequente Wechselströme (80 bis 140 kHz) erzeugen magneto-quasistatische Felder, denen ein Mensch innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs ausgesetzt sein kann. Diese Feldexposition kann eine Veränderung der körperinternen elektrischen Feldstärken und folglich eine Stimulation von Nerven- oder Muskelzellen auslösen. Um dies zu vermeiden, werden von der International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) Grenzwerte für die körperinterne elektrische Feldstärke empfohlen. Für eine Untersuchung der Feldexposition in einem solchen Szenario müssen numerische Modelle mit Simulationswerkzeugen entwickelt werden, die neben der Quelle - dem IPT - und einem Modell des menschlichen Körpers auch ein Fahrzeugmodell mit seinen elektromagnetischen Schirmungseigenschaften beinhalten.

In diesem Vortrag werden drei Zweischritt-Verfahren für die Simulation der Magnetfeld-Exposition des menschlichen Körpers vorgestellt, die jeweils eine Kombination verschiedener numerischer Verfahren darstellen. Die Grundidee jeder dieser Methoden ist es, das Problemgebiet in zwei Rechengebiete (IPT/Auto und Körpermodell) mit einer jeweils kleineren Gitterzellen-Anzahl sowie einem geringeren Speicherbedarf zu unterteilen. Die Berechnung des Quellfeldes (IPT/Auto) kann ohne Berücksichtigung des menschlichen Körpers durchgeführt werden, der eine nicht signifikante Rückwirkung auf das äußere Magnetfeld hat.
Im Beitrag werden die drei Methoden vorgestellt, untereinander verglichen mit Bezug auf Aufwand, Flexibilität und erzielbarer Genauigkeit und für konkrete Anwendungsfälle eingesetzt.
12:00 Analytisch-numerischer Ansatz zur Berechnung des magnetischen Feldes hochfrequenter Störungen in der Umgebung langer ausgedehnter Leiter im Frequenzbereich von 9 kHz bis 10 MHz
M.Sc. Markus Franke, Universität Duisburg-Essen, Duisburg, Deutschland
Im Kontext der elektromagnetischen Verträglichkeit müssen auch größere Anlagen bestimmte normative Vorgaben erfüllen. Diese Normen existieren bereits und sind für spezifische Anwendungsbereiche gültig. Als Beispiel kann hier die Normenreihe DIN-EN-50121, welche sich auf die elektromagnetische Verträglichkeit von Bahnanwendungen bezieht, genannt werden. Von besonderem Interesse ist in diesem Kontext das Verhalten des elektrischen und magnetischen Feldes im Umfeld der entsprechenden Anlage.

In dieser Veröffentlichung wird ein neuer Ansatz zur Betrachtung des Verhaltens des magnetischen Feldes im Umfeld ausgedehnter Leiter präsentiert. Die Leiter werden durch eine Kette aneinandergereihter, unterschiedlich angeregter Hertz'scher Dipole dargestellt. Es wird die Frage beantwortet, ob die Abnahme des magnetischen Feldes, welches durch mehrere Quellen, wie bspw. Koronaentladungen, hervorgerufen wird, charakteristische Unterschiede im Gegensatz zur Abnahme des magnetischen Feldes, welches nur von einer Quelle, bspw. eines HGÜ-Umrichters, hervorgerufen wird, aufweist. Abschließend wird das Modell bewertet und mit einschlägigen Schriftwerken und etwaigen Messergebnissen verglichen.
12:30 MoM-basierte Ersatzschaltbilddarstellung für strahlende, verlustbehaftete Drahtverbindungsstrukturen
M.Sc. Christian Bednarz, Otto-von-Guericke-Universität, Magdeburg, Deutschland
Es wird ein MoM-basiertes Foster-Ersatzschaltbild für komplexe, moderat strahlende, verlustbehaftete Dünndrahtverbindungsstrukturen vorgestellt. Dafür wird ein quasistatisches Eigenwertproblem einmalig gelöst und einige wenige Strahlungswiderstände müssen bestimmt werden. Die Ports können ohne zusätzlichen Rechenaufwand beliebig variiert werden. Aufgrund der konstanten, passiven Ersatzschaltbildelemente garantiert das Modell Stabilität für Zeitbereichssimulationen. Mithilfe von Vollwellensimulationen wird das Netzwerkmodell anhand eines Beispiels im Zeit- und Frequenzbereich validiert.

Referenten

M.Sc. Christian Bednarz
Otto-von-Guericke-Universität, Magdeburg, Deutschland
Christian Bednarz erhielt 2012 den B.Sc. und 2013 den M.Sc. in Elektro- und Informationstechnik von der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg. Er ist momentan Doktorand am Lehrstuhl für Theoretische Elektrotechnik an der Otto-von-Guericke-Universität, wo er sich mit der Modellierung von strahlenden Verbindungsstrukturen beschäftigt.
Prof. Dr. rer. nat Markus Clemens
Bergische Universität Wuppertal, Wuppertal, Deutschland
Markus Clemens studierte Technomathematik an der Universität Kaiserslautern und promovierte und habilitierte zu den Themen Wissenschaftliches Rechnen und Theoretische Elektrotechnik an der Technischen Universität Darmstadt. Seit 2009 leitet er den Lehrstuhl für Theoretische Elektrotechnik in der Fakultät Elektrotechnik, Informationstechnik und Medientechnik der Bergischen Universität Wuppertal. Seine Forschung ist spezialisiert auf die Entwicklung und Anwendung numerischer Simulationsmethoden der Theoretischen Elektrotechnik (Computational Electromagnetics).
M.Sc. Markus Franke
Universität Duisburg-Essen, Duisburg, Deutschland
Markus Franke erhielt den akademischen Grad des B.Sc. und M.Sc. in Elektro- und Informationstechnik in den Jahren 2013 bzw. 2016 von der Universität Duisburg-Essen, an welcher er zurzeit seine Promotion anstrebt. Seine Forschungsinteressen beziehen sich auf hochfrequente Störaussendungen von energietechnischen Anlagen.


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