Uno slancio innovativo per i motori elettrici con banco prova altamente efficiente

Schabmüller GmbH è leader sul mercato della produzione di motori elettrici per macchinari mobili. In collaborazione con HBM, Schabmüller ha sviluppato un nuovo concetto di banco prova per un nuovo tipo di motore che combina i vantaggi dei dispositivi di prova e misura precisi e sincroni con il ciclo a quelli di un comodo sviluppo su banco prova. Questo concetto agevola l’integrazione tra sensori nel sistema di misurazione e test di controllo basati sui dati acquisiti. Grazie al database delle formule, che fornisce anche formule per il calcolo DSP in tempo reale, è possibile creare in modo rapido e semplice calcoli individuali – per misurazioni e test personalizzabili.

Le macchine elettriche sono i motori di oggi e del futuro. Mentre l’industria automobilistica è ancora in piena fase di transizione, è da oltre 50 anni che le macchine elettriche sono ormai lo standard tra i veicoli come i carrelli elevatori. Inoltre, le esigenze in termini diprestazioni ed efficienza del motore sono in costante aumento. Per questo, i fabbricanti di motori elettrici lavorano costantemente per sviluppare nuovi azionamenti. Al contempo, cresce la domanda di nuovi banchi prova, in grado di testare questi nuovi motori con la dovuta precisione. La sfida è ottenere risultati affidabili controllando con precisione i processi delle prove. Anche Schabmüller GmbH, il principale fabbricante indipendente al mondo di motori elettrici per veicoli alimentati a batteria, applica questi requisiti ai propri dispositivi di prova. In collaborazione con HBM, il produttore di motori elettrici ha sviluppato un concetto di banco prova che consente di acquisire i valori misurati e di valutarli in linea con questi requisiti.

Schabmüller progetta motori elettrici per carrelli elevatori, furgoni e bus ibridi, oltre che per macchinari per edilizia e agricoltura. Gli sviluppatori Schabmüller si affidano alla comprovata tecnologia di misura HBM per il loro nuovo banco prova sincrono, ovvero al sistema di acquisizione dati Genesis HighSpeed e al software Perception. Per automatizzare e controllare il banco prova utilizzano un software sviluppato con l’ambiente di sviluppo LabVIEW di National Instruments*. “Il sistema di misura Genesis HighSpeed è assolutamente semplice da usare e tutti i processi funzionano in parallelo e in tempo reale. Questo rende i processi di sviluppo del nostro software per banchi prova molto più semplice e meno complesso” spiega   Martin Hafner, responsabile per lo sviluppo tecnologico delle macchine sincrone a magnete permanente presso Schabmüller. “Con Genesis High Speed, i costi relativi al personale sono decisamente inferiori  rispetto a quelli del sistema di misurazione basato soltanto su componenti di National Instruments”.

Problema


Schabmüller GmbH sviluppa motori elettrici per un grande numero di macchinari mobili e necessita di un banco prova preciso per una nuova generazione di motori sincroni. Il sistema di misurazione per banco prova deve fornire dati affidabili, consentire una rapida integrazione e massima semplicità d’uso.

 

Soluzione


Schabmüller impiega una combinazione tra il sistema di acquisizione dati HBM Genesis HighSpeed e il software Perception, che elabora in modo rapido ed affidabile grandi quantità di dati. Con un’interfaccia liberamente programmabile, Perception cambia i dati misurati con il software LabView, che controlla i singoli componenti del banco prova e automatizza i processi di prova.

 

Risultato


Grazie al database dei sensori di Perception, è possibile integrare una vasta gamma di sensori diversi i al sistema di misura, in modo semplice e con sistema plug-and-play. Genesis HighSpeed acquisisce in modo affidabile i dati misurati, calcola i risultati delle misurazioni in tempo reale e li rende disponibili per il controllo su banco prova. È possibile creare formule di calcolo definite dall’utente senza conoscenze di programmazione ed è anche possibile applicarlo a valori misurati in tempo reale e salvare dati nel post-elaborazione. Il risultato è un’esecuzione dei test più efficiente con minori costi per il personale.

 

Un banco prova moderno per motori elettrici innovativi

In qualità di promotore di questa tecnologia nel suo settore, Schabmüller ora offre ai clienti anche motori elettrici sincroni a magnete permanente. Questo nuovo tipo di motore, senza cambiare il concetto di raffreddamento, produce la stessa potenza dei motori asincroni equiparabili, pur richiedendo però uno spazio decisamente inferiore. Ottimizzare o rivedere il concetto di raffreddamento consente di aumentare questo effetto in modo disproporzionale. Per ottenerlo, i motori asincroni devono soddisfare alte esigenze, essere potenti ed efficienti e avere un’elevata efficienza nella conversione energetica per usare in modo ottimale l’energia fornita. Per garantire test precisi per i nuovi motori elettrici, Schabmüller ha collaborato con gli esperti HBM per ottimizzare l’intera catena di misura dei banchi prova.

“Abbiamo scelto di abbinare Genesis HighSpeed e il software Perception, insieme all’ambiente di sviluppo LabVIEW perché Perception e LabVIEW sono molto facili da collegare con un’interfaccia”,

afferma Stefan Lauck, ingegnere per lo sviluppo di Schabmüller. “Grazie al database dei sensori di Perception, possiamo anche integrare nel sistema di misura in modo piuttosto semplice un gran numero di sensori diversi per corrente, tensione e coppia, con sistema plug-and-play, ad esempio inserendo un dispositivo USB in un computer. Si possono integrare i sensori delle vibrazioni senza problemi, come parte del dispositivo elettrico di misurazione. Ci consente di risparmiare tempo e risorse nella messa a punto del banco prova”.

Il banco prova Schabmüller si usa per diverse operazioni di misura per stabilire in modo affidabile l’efficienza della conversione di potenza ed energia a breve termine o continua nelle macchine sincrone, oppure individuare la loro vita utile e l’affidabilità dei componenti. Gli esperti di Schabmüller misurano la velocità di rotazione e la coppia, generano mappe di efficienza e, sulla base di questi dati misurati, determinano le induttanze longitudinali e trasversali. Inoltre, Schabmüller implementa esperimenti sulla vita utile dei componenti soggetti alle massime sollecitazioni meccaniche. Gli esperimenti termici a lungo termine determinano anche come i diversi pattern a lungo termine e di carico individuale incidono sul funzionamento del motore. “I motori elettrici devono raggiungere una vita utile di almeno 50.000 ore” spiega Stefan Lauck.

Un sistema ottimale per test in tempo reale estremamente rapidi

Per determinare in modo sicuro ed affidabile tutti i dati misurati, i singoli componenti del banco prova devono lavorare insieme perfettamente. I sensori acquisiscono i segnali di misurazione quali corrente, tensione, temperatura e coppia e li inoltrano al sistema di acquisizione dati. Il sistema di acquisizione dati Genesis HighSpeed GEN7tA è usato sul banco prova Schabmüller insieme alle schede di acquisizione dati GN610B. I processori dei segnali digitali DSP sulle schede elaborano i dati misurati e calcolano i risultati iniziali in tempo reale. I risultati di misura calcolati sono inoltrati a LabVIEW per l’analisi – fino a 1000 volte al secondo, grazie al collegamento EtherCAT. In parallelo, il software Perception di HBM salva anche tutti i dati grezzi acquisiti. “I dati misurati e i risultati di calcolo in tempo reale sono acquisiti e inoltrati simultaneamente e con la stessa marca temporale. Un vantaggio enorme per l’analisi” sottolinea Stefan Lauck.

“Possiamo anche creare le nostre formule per i calcoli in Perception e salvarli nel database delle formule. Queste formule possono essere usate nella post-elaborazione e per i calcoli in tempo reale nei DSP, senza programmazione dell’architettura dei computer corrispondente”.

Perception comunica con il software LabVIEW tramite un’interfaccia software liberamente programmabile. Il software LabVIEW è responsabile del controllo e dell’automazione dei processi su banco prova. Sulla base dei risultati di calcolo in tempo reale, controlla il carico e il campione negli inverter delle macchine. “I dati misurati possono essere elaborati per valori individuali sincroni con il ciclo. Successivamente, sono usati soltanto i risultati di calcolo sincroni per il ciclo rilevanti per il controllo e l’automazione dei processi di prova. Per esempio, i valori RMS di corrente e tensione oppure i valori della coppia”, dice Stefan Lauck. “Dato che se necessario i dati grezzi vengono sempre salvati, possiamo anche usarli per analisi post-elaborazione più approfondite”. Oltre ai valori individuali sincroni con il ciclo, è possibile collegare i dati misurati in modo continuo al database delle formule Perception ed elaborarli in tempo reale. Neppure per questo sono necessarie conoscenze specifiche in materia di programmazione.

 

Facile integrazione del sensore e sincronizzazione del canale

“L’abbinamento di LabVIEW e del software Perception di HBM ci offre davvero tanti vantaggi”, dice Stefan Lauck. “Genesis HighSpeed registra in modo sincrono i dati misurati dei sensori e consente di raggiungere frequenze di campionamento fino a 2 MS/s su 51 canali di potenza. Sincronizza in modo automatico le frequenze di campionamento di diversi canali e schede di input, riducendo in modo drastico le spese degli utenti. Siamo riusciti a sfruttare al meglio i vantaggi di LabVIEW, come il formato dati TDMS, per salvare rapidamente grandi quantità di dati. Anche la successiva analisi dei dati ne risulta semplificata, con un gran numero di software disponibili”.
 
Gli sviluppatori di Schabmüller hanno ricevuto assistenza personalizzata da parte degli esperti HBM su Perception integrando il sistema di acquisizione dati nel banco prova. Secondo Stefan Lauck: “Perception è un software efficiente, in grado di acquisire i dati in modo affidabile. Grazie alle istruzioni da parte di HBM, siamo diventati presto bravi ad usarla. Dato che è facile lavorare con Perception, possiamo definire sequenze di misura per i nostri scopi specifici”.

 

LabVIEW è un marchio commerciale di National Instruments. Né HBM, né altri programmi software o altri beni o servizi offerti da HBM sono associati, sostenuti o sponsorizzati da National Instruments.

 

Schabmüller GmbH

Schabmüller GmbH è il maggiore produttore al mondo di motori elettrici, con oltre 300.000 motori l’anno e vendite annue di oltre 90 milioni di euro. L’azienda con sede a Berching, in Baviera, è stata fornitrice di produttori internazionali di carrelli elettrici, macchinari per l’edilizia e l’agricoltura e per bus e furgoni ibridi per oltre 50 anni. Per la sua gamma di carrelli elevatori, Schabmüller produce motori in corrente continua, asincroni e sincroni impiegati come azionamenti nei sistemi di propulsione e guida o nei motori delle pompe per la mappatura delle procedure di sollevamento di questi veicoli. Uno dei motivi del successo dell’azienda è che Schabmüller non sviluppa motori standard, ma punta allo sviluppo di motori specifici per i clienti e su misura, per applicazioni specifiche.

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