Typisches versus neues Prüfverfahren
Der elektrische Antriebsstrang und zugehörige Signale
Elektrische Antriebe werden in vielen unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt. Dazu gehören Elektrofahrzeuge, Schiffsmotoren, Hochgeschwindigkeitszüge, Radnabenmotoren und Aktuatoren in Flugzeugen, Gabelstapler, Elektrogeräte und Windenergieanlagen – im Grunde genommen jede elektrische Maschine, die über einen Inverter angetrieben ist oder einen Antrieb mit Drehzahlregelung hat. Der entscheidende Punkt beim Testen ist die genaue und schnelle Prüfung im Hinblick auf den höchsten Wirkungsgrad an allen Arbeitspunkten des gesamten Antriebsstrangs. Dies beinhaltet die Optimierung des Inverters, des Motors oder der elektrischen Maschine, und der optimalen Abstimmung von Inverter und Motor, sowie der Antriebsstrategie (siehe Abb. 1).
Je besser Inverter und Motor aufeinander abgestimmt sind, desto höher der Wirkungsgrad. Um die Abstimmung von Inverter und Motor zu verbessern, muss der Motor mit dem Inverter sorgfältig charakterisiert werden; bisweilen können Verbesserungen des Inverteralgorithmus erforderlich sein, um den Motor effizienter anzutreiben. Dies erfordert eine Analyse der Rohdaten an allen Arbeitspunkten des des Antriebsstrangs.
In elektrischen Antriebssträngen gibt es viele Signale, die aufgezeichnet werden müssen, um den Wirkungsgrad analysieren und verbessern zu können. Wie in Abb. 2 gezeigt, gehören zu diesen Signalen Batteriespannungen von bis zu 1000 Volt und Ströme von bis zu einigen Hundert Ampère. Die Inverter erzeugen pulsweitenmodulierte Spannungen von bis zu +/- 1000 Volt, häufig mit drei, manchmal mit mehr Phasen, und Ströme von bis zu einigen Hundert Ampère. Für erweiterte Analysen kann ein Drehmomentaufnehmer das Drehmoment und die Drehzahl sowie die Position eines Motors aufzeichnen. Die Messung all dieser Spannungen und Ströme ermöglichen die Berechnung der elektrischen Leistung der Batterien und des Inverters sowie der mechanischen Leistung des Motors. Daraus erhält man den Wirkungsgrad des Frequenzumrichters, des Motors und des gesamten elektrischen Antriebs.