Was treibt elektrische Maschinen und Inverter an? Was treibt elektrische Maschinen und Inverter an? | HBM

Was elektrische Maschinen und Inverter antreibt: Effizientere Analyse mit eDrive Testing by HBM

Die Welt wird zunehmend elektrisch angetrieben. Ob Waschmaschine oder Elektroauto – elektrische Antriebe beeinflussen unser Leben in verschiedenen Bereichen. Doch die Hersteller stehen vor einer Herausforderung: Der Wirkungsgrad von Elektromotor, Inverter und Gesamtsystem muss gesteigert werden. Gängige Verfahren für Leistungstests und Wirkungsgradmessung bieten nur eine beschränkte Aussagekraft. Anders die innovative eDrive Testing-Lösung von HBM: Die Kombination aus Drehmomentaufnehmer.

Leistungsmessgerät und Messdatenerfassungssystem ermöglicht es, mechanische und elektrische Signale zeitgleich und dynamisch zu erfassen. Und in Echtzeit zu analysieren.

Grundlage jeder tiefer greifenden Verbesserung elektrischer Antriebe und somit von Motoren, Invertern oder Generatoren ist eine solide Datenbasis. Mit einem Leistungsmessgerät lässt sich zwar die Effizienz bestimmen, jedoch nicht begründen. Ansätze zur Effizienzsteigerung lassen sich aus diesen Daten auch nicht ableiten. Dazu werden Informationen benötigt, die eindeutige Rückschlüsse auf die Ursachen des Effizienzverlustes zulassen. Um diese zu erhalten, sind neue innovative Lösungen gefragt.

Ursachen des Energieverlustes bisher nur sehr schwer analysierbar

Zur Bestimmung des Wirkungsgrades von Elektromotoren werden in der Regel auch heute noch Leistungsanalysatoren am Motoreingang und Drehmomentaufnehmer am Motorausgang eingesetzt. Die Differenz zwischen der jeweils gemessenen elektrischen Leistung und der vom Elektromotor daraus erzeugten mechanischen Leistung ist der Energieverlust.

Aussagen über die Ursachen des Verlustes lassen sich auf diese Weise jedoch nicht treffen. Darüber hinaus müssen die häufig von unterschiedlichen Herstellern stammenden Messgeräte vor jedem Test erst mühsam synchronisiert werden. Dies kostet Zeit. Doch noch häufiger sind Messfehler die Folge. Hochdynamische Leistungsmessungen mit mehr als 50 Messungen pro Sekunde sind technisch ebenfalls schwierig.

Ein weiteres Manko gängiger Leistungsanalysatoren ist zudem, dass sie lediglich Endergebnisse liefern. In der Grundlagenforschung liefern dagegen gerade die Rohdaten die entscheidenden Erkenntnisse zum Verständnis der Vorgänge und damit wertvolle Ansätze für mehr Effizienz.

Die Lösung für mehr Effizienz: eDrive Testing by HBM

HBM verspricht mit einem effizienten integralen System aus einer Hand Abhilfe: der Kombination aus Genesis HighSpeed Messdatenerfassung und dem Drehmomentaufnehmer T12HP. Das perfekt aufeinander abgestimmte Power-Duo ermöglicht es, Langzeittests elektrischer Antriebe mit exakt definierten Kennfeldern ohne lästiges Synchronisieren durchzuführen. Kontinuierliche Messungen von bis zu einer Stunde Dauer und mit bis zu einer Millionen Messungen in der Sekunde je Kanal sind somit ein Kinderspiel, aber auch das Abfahren von Kennfeldern mit hunderten von Einzelmessungen im Sekundentakt.

Die dabei gewonnen Rohdaten stehen Entwicklern bereits während der Messung zur genauen Auswertung zur Verfügung. Auf dieser Basis lassen sich wertvolle Erkenntnisse zur Optimierung der Effizienz elektrischer Antriebe gewinnen. Und auch dem Wunsch von Anwendern nach Rechenergebnissen wie Strom-Raumzeigern, d- und q-Strömen oder dem Luftspaltmoment trägt HBM mit dem neuen System durch entsprechende Weiterentwicklung Rechnung.

„Als Mitarbeiter der Polytechnischen Universität Turin, die im Bereich Stromrichter, elektrische Maschinen und Antriebe arbeiten, haben wir uns für Gen3i von HBM als Datenrekorder und -erfassungssystem entschieden, um damit leistungselektronische Umrichter, elektrische Maschinen und Antriebe zu charakterisieren, zu identifizieren und zu überwachen. Die Entscheidung basiert auf der Tatsache, dass Gen3i elektrische (PWM-Spannungen und -Ströme) und mechanische (Drehzahl, Drehmoment, Position) Größen erfassen und speichern kann und hohe Messraten, hohe Präzision, genaue Synchronisation unter Berücksichtigung der Verzögerungen der Sensoren und ebenso galvanische Trennung bietet. Dadurch kombiniert Gen3i die Vorteile, die ein Leistungsmessgerät bei der Erfassung bietet, mit denen eines leistungsstarken Datensammlers bzw. -analysators und ermöglicht das Post-Processing großer, am elektrischen Antrieb gemessener Datenmengen.“

Prof. Aldo Boglietti, Prof. Radu Bojoi, Prof. Paolo Guglielmi, Ing. Eric Armando, Polytechnische Universität Turin

Rohdaten live analysieren und Ergebnisse direkt einsehen

Die leistungsfähige eDrive Testing-Lösung von HBM speichert kontinuierlich und hoch aufgelöst alle zur Effizienzsteigerung nötigen relevanten Rohdaten sowie elektrische Ströme, Spannungen, Drehmoment, Drehzahl, ja selbst die Motortemperatur in einem System. Ein weiteres Plus: Alle wichtigen Leistungswerte (Wirk-, Blind-, Scheinleistung, Leistungsfaktor usw.) werden wie bei einem Leistungsmessgerät in Echtzeit angezeigt.

Der eigentliche Nutzen des Systems zeigt sich bei weiterführenden Analysen. Mithilfe  leistungsfähiger Rechenfunktionen und einer Formeldatenbank lassen sich Analysen direkt im Messsystem noch während laufender Messungen durchführen, die bislang nur mit separaten Mathematikpaketen möglich waren. Analysen wie Ersatzschaltbildermittlung oder eine dq0-Transformation sind nur ein paar der schier unbegrenzten Möglichkeiten. Die Ergebnisse werden direkt dargestellt und können beispielsweise auf Knopfdruck in eine Excel-Tabelle übertragen werden.

Eine wirklich zuverlässige und effiziente Antriebsanalyse ist damit endlich möglich. Anwender profitieren von einer enormen Zeitersparnis, Flexibilität und geringeren Fehlerquote durch die Messung mit einem integrierten System.