Referência de inovação em motores elétricos com bancada de teste altamente eficiente

A Schabmüller é a líder de mercado na produção de motores elétricos para máquinas móveis. Juntamente com a HBM, a Schabmüller criou um novo conceito de bancada de testes para um novo tipo de drive. Ele combina as vantagens de um equipamento de teste preciso e sincronizado por ciclo, com a possibilidade de desenvolvimento de uma bancada de testes. Este conceito facilita a integração de sensores ao sistema de medição e o controle de testes baseado em dados adquiridos. Graças ao banco de dados de fórmulas, que também oferece recursos para cálculos de DSP em tempo real, o desenvolvedor do motor pode, de maneira rápida e simples, criar cálculos individuais - para tarefas personalizadas de medição e teste.

Máquinas elétricas são os propulsores do futuro, e do presente. Enquanto a indústria automotiva ainda enfrenta desafios com esta transição, máquinas elétricas têm sido empregadas em empilhadeiras por mais de 50 anos, apenas para citar um único exemplo. Além disso, os requisitos para o desempenho e eficiência estão contiuamente aumentando. Portanto, fabricantes de motores elétricos trabalham continuamente para desenvolver novos drives. De forma simultânea, novos conceitos de bancadas de teste também têm surgido para atender a demanda de teste destes novos motores com a exatidão necessária. Assim, o desafio é de se obter resultados confiáveis enquanto se controla os processos de teste de forma precisa. A Schabmüller GmbH, o maior fabricante independente de motores elétricos para veículos movidos a bateria, também aplica estes requisitos em seu próprio equipamento de teste. Juntamente com a HBM, o fabricante de motores elétricos desenvolveu então um conceito de bancada de teste que permite que os dados sendo adquiridos e avaliados estejam alinhados com tais requisitos.

A Schabmüller desenvolve drives elétricos para empilhadeiras, caminhões híbridos e ônibus, bem como para máquinas agrícolas e de construção. Desenvolvedores da empresa se apóiam na extensiva tecnologia de medição da HBM em sua nova bancada de teste para motores síncronos, mais especificamente no sistema de aquisição de dados Genesis HighSpeed e no software Perception. Um software desenvolvido utilizando o ambiente de programação LabVIEW* da National Instruments é utilizado para automatizar e controlar a bancada de teste. “O sistema de medição Genesis HighSpeed é excepcionalmente simples de se trabalhar e todos os processos rodam em paralelo e em tempo real. Isto torna os processos de desenvolvimento de nosso software da bancada de teste muito mais fáceis e menos complexos,” explica o Dr. Martin Hafner, Gerente de Desenvolvimento de Tecnologia para Máquinas Síncronas de imã permanente na Schabmüller. “Despesas com pessoal são consideravelmente menores com o Genesis HighSpeed em comparação com um sistema baseado apenas em componentes da National Instruments.”

Desafio

A Schabmüller GmbH desenvolve motores elétricos para uma grande variedade de máquinário móvel e necessita de uma bancada de teste precisa para uma nova geração de motores síncronos. O sistema de medição da bancada de teste deve prover dados confiáveis, possibilitar integração rápida e ser fácil de se trabalhar.


Solução

A Schabmüller utiliza uma combinação do sistema de aquisição de dados Genesis HighSpeed, com o software Perception, que é capaz de processar grandes volumes de dados de forma rápida e confiável. Utilizando uma interface totalmente programável, o Perception troca dados medidos com o software em LabVIEW, que controla os componentes individuais da bancada e processos de teste.


Resultado

Graças ao banco de dados do Perception, uma ampla gama de sensores pode ser integrada ao sistema de medição de maneira plug-and-play. O sistema Genesis HighSpeed adquire os dados de medição de maneira confiável, calcula resultados em tempo real e os disponibiliza para o controle da bancada de teste. Fórmulas definidas pelo usuário podem ser criadas sem nenhum conhecimento de programação e podem ser aplicadas tanto a valores em tempo real quanto a dados em pós-processamento - resultando em processos de teste mais eficientes e com despesas reduzidas com pessoal.

Conceito moderno de bancada de teste para motores elétricos inovadores

Como uma referência em inovação na indústria, a Schabmüller agora também oferece a seus clientes, motores elétricos síncronos de imã permanente. Este novo tipo de drive, sem nenhuma mudança no conceito de resfriamento, produz tanta potência quanto motores assíncronos comparáveis - necessitando assim de um espaço consideravelmente menor. Otimizando ou revisando o conceito de resfriamento faz com que este efeito aumente de maneira não proporcional. Para alcançar isto, motores síncronos precisam atender requisitos exigentes, ser potentes e eficientes em relação ao consumo, e possuir alta eficiência de conversão de energia para otimizar o uso da energia suprida. Para garantir testes precisos para os novos drives elétricos, a Schabmüller trabalhou com especialistas da HBM para otimizar toda a cadeia de medição da bancada de testes.

“Escolhemos a combinação do Genesis HighSpeed e do software Perception com o ambiente de desenvolvimento LabVIEW pela facilidade de integração e interfaceamento entre os dois,”

Diz Stefan Lauck, Engenheiro de Desenvolvimento na Schabmüller. “E graças ao banco de dados de sensores do Perception, nós também podemos integrar uma grande variedade de sensores para corrente, tensão e torque ao sistema de medição, de maneira muito simples. Simplesmente conectando de maneira plug-and-play assim como um dispositivo USB a um computador. Integrar sensores de vibração como parte do equipamento de medição elétrica é possível sem nenhum problema. Isto nos economiza tempo e recursos na configuração da bancada de teste.”

A bancada de testes da Schabmüller é utilizada para várias tarefas de medição, para determinar a eficiência de conversão de energia e potência, tanto instantânea quanto contínua em máquinas síncronas, ou para caracterizar sua vída útil e confiabilidade de componentes. Os especialistas na Schabmüller medem a velocidade rotacional e torque, geram mapas de eficiência e, baseado nestes dados medidos, determinam indutâncias lingitudinais e transversais. Além disso, a Schabmüller implementa experimentos de durabilidade em condições de stress mecânico máximo. Experimentos térmicos de longo prazo também determinam como padrões e intervalos de carga afetam a função do motor. “Os motores elétricos devem alcançar uma vida útil de pelo menos 50.000 horas,” explica Stefan Lauck.

Um sistema ótimo para testes em tempo real extremamente rápidos

Para garantir que todos os dados sejam medidos de maneira segura e confíável, todos os componentes da bancada devem trabalhar perfeitamente juntos. Os sensores adquirem sinais tais como corrente, tensão, temperatura e torque e os envia ao sistema de aquisição de dados. O sistema de aquisição de dados Genesis HighSPeed GEN7tA é utilizado na bancada de testes da Schabmüller juntamente com cartões de aquisição GN610B. Os DSPs, processadores digitais de sinal nos cartões, processam o dado medido e calculam os resultados iniciais, em tempo real. Os resultados de medição calculados são enviados ao LabVIEW para análise - a uma taxa de até 1000 vezes por segundo, graças a uma conexão EtherCAT. Em paralelo, o software Perception da HBM também grava todos os dados brutos adquiridos. “Dados adquiridos e resultados de cálculos em tempo real são enviados simultaneamente e com a mesma base de tempo. Esta é uma enorme vantagem para a análise,” enfatiza Stefan Lauck.

“Podemos também criar nossas próprias fórmulas para os cálculos no Perception e gravá-las no banco de dados de fórmulas. Estas fórmulas podem ser utilizadas tanto para pós-processamento quanto para cálculos em tempo real pelos DSPs, sem nenhuma programação dos computadores envolvidos.”

O Perception se comunica com o LabVIEW via uma interface de software totalmente programável. O software em LabVIEW é responsável por controlar e automatizar os processos da bancada de testes. Baseado em resultados de cálculo em tempo real, ele controla a carga e testa os inversores da máquina. “O dado medido pode ser processado para valores individuais por ciclo. Então, apenas os resultados relevantes para o ciclo são utilizados para controlar e automatizar os processos de teste, por exemplo, os valores RMS de corrente e tensão ou os valores de torque,” diz Stefan Lauck. Assim, caso seja necessário, o dado bruto ainda será gravado e também podemos utilizá-lo para análises extensivas.” Além dos valores individuais por ciclo, dados medidos continuamente podem também ser conectados ao banco de dados de fórmulas do Perception e processados em tempo real. Nenhum conhecimento de programação é necessário para isso também.

Integração de sensores e sincronização simples

“A combinação do LabVIEW e Perception da HBM realmente nos oferece muitas vantagens,” diz Stefan Lauck. O Genesis HighSpeed grava de maneira síncrona os dados medidos de sensores e oferece taxas de amostragem de até 2 MS/s em até 51 canais de potência. Ele automaticamente sincroniza as taxas de amostragem dos diferentes canais e diferentes cartões de entrada. Isto reduz consideravelmente o tempo de operação do usuário. Também fomos capazes de fazer uso dos benefícios do LabVIEW, como por exemplo, o formato de arquivo TDMS, para gravar grandes volumes de dados rapidamente. Isto também facilita posteriormente a análise dos dados utilizando diversas soluções de software disponíveis.

Os desenvolvedores da Schabmüller receberam suporte personalizado dos especialistas em Perception da HBM ao integrar o sistema de aquisição de dados à bancada de testes. De acordo com Stefan Lauck: “O Perception é um software eficiente que adquire dados de forma confiável. Graças ao treinamento introdutório da HBM, pudemos nos tornar proficientes rapidamente. E pelo fato do Perception ser realmente simples de se trabalhar, pudemos definir sequências de medição para nossas demandas bastante específicas.


* LabVIEW is a trademark of National Instruments. Neither HBM, nor any software programs or other goods or services offered by HBM, are affiliated with, endorsed by, or sponsored by National Instruments.

Schabmüller GmbH

Schabmüller GmbH é o maior fabricante independente de motores elétricos do mundo, produzindo mais de 300.000 drives por ano e com vendas de mais de € 90m. A empresa de Berching, Bavaria, tem sido a fornecedora para fabricantes internacionais de empilhadeiras, máquinas agrícolas e de construção, bem como caminhões e ônibus híbridos por mais de 50 anos. Para a linha de empilhadeiras que atende, a Schabmüller produz motores DC assíncronos e síncronos que são aplicados como drives em sistemas de propulsão e direção ou motores de bombas para o mapeamento de processos de levantamento de cargas em tais veículos. Uma razão para o sucesso da empresa - a Schabmüller não desenvolve nenhum motor padrão, ao invés disso, se concentra em criar motores orientados para cada cliente e personalizados para aplicações específicas.

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