Leistungsmessung Neue Referenzklasse

Der neue Präzisions-Leistungsanalysator WT5000 definiert die Referenz in der Leistungsmesstechnik neu
Der neue Präzisions-Leistungsanalysator WT5000 definiert die Referenz in der Leistungsmesstechnik neu.

Der neue WT5000 Präzisions-Leistungsanalysator von Yokogawa definiert die Referenz in der Leistungsmesstechnik neu. Neben der höchsten, derzeit am Markt verfügbaren Genauigkeit, bietet er einen erweiterten Funktionsumfang, um den Anwender bei der Messaufgabe zu unterstützen.

Die Anforderungen durch Energieverordnungen und Richtlinien an die Entwicklung von elektrischen Fahrzeugen und Antrieben, Energieerzeugungsanlagen, aber auch an Transformatoren, Heim- und Bürogeräten sowie technischer Ausstattung aus dem medizinischen Bereich, waren nie so hoch wie heutzutage. Für die Gerätehersteller ist klar, um auch zukünftig auf dem Markt bestehen zu können, müssen sie immer effizientere Produkte entwickeln. In der Geräteentwicklung und für den Konformitätsnachweis ist daher präziser Leistungsanalysator wichtig, der umfangreiche Auswertungen ermöglicht und rückführbare Messergebnisse liefert. Denn letztendlich kann ein Produkt immer nur so gut sein, wie die in Entwicklung und Produktion verwendete Messtechnik.

Der neue Präzisions-Leistungsanalysator WT5000 von Yokogawa vereint all diese Eigenschaften und löst damit das bisher genaueste Leistungsmessgerät, den WT3000E, mit der jetzt weltweit höchsten, garantierten Grundgenauigkeit von ±0,03 % ab. Effektivwerte von Spannungen und Strömen von 1 % bis 130 % der eingestellten Messbereiche werden mit spezifizierter Genauigkeit gemessen. Damit sind Signale mit Crest-Faktoren von bis zu 300 messbar. Die Abtastrate dabei beträgt 10 MS/s mit einer Auflösung von 18 bit. Die eindeutig formulierten Spezifikationen des Leistungsanalysators sind, zusammen mit der hohen Genauigkeit, wichtige Vorteile für Hersteller von Prüfständen in der Automobilindustrie, genauso wie für alle anderen Hersteller, die die Belastbarkeit ihrer Messergebnisse nachweisen müssen.

Um einen Eindruck über die Darstellung der Spezifikation des WT5000 zu bekommen, sind in der Tabelle exemplarisch die garantierten Spezifikationen der Wirkleistungsmessung abgebildet. In gleicher Form erhält der Anwender auch Genauigkeitsangaben für die effektive Stromstärke und Spannung als auch Spezifikationen der harmonischen Analyse – bis zur 500. Ordnung.

Mehr Flexibilität und Leistungsmesskanäle

Größte und gleichzeitig bedeutendste Änderung im Vergleich zum Vorgänger WT3000E ist der modulare Aufbau des WT5000. Der Anwender kann den WT5000 selbst mit Messmodulen bestücken. Jedes Messmodul hat Eingänge zum Messen von Spannung und Strom. Die Messmodule müssen lediglich in den dafür vorgesehen Schacht geschoben und anschließend mit zwei Kreuzschlitzschrauben arretiert werden. Ändert sich die Messaufgabe, können Module hinzugefügt oder getauscht werden. Eine Besonderheit des WT5000 ist, dass die Kalibrierung der Messmodule und auch des Grundgerätes durch einen Modulwechsel oder einer Modulnachrüstung durch den Anwender nicht beeinflusst wird.

Das Grundgerät des WT5000 erlaubt die Bestückung mit bis zu sieben Messmodulen (Bild 1), drei Module mehr als beim Vorgänger, dem WT3000E. Dank dieser Erweiterung können beispielsweise komplette Antriebsstränge vermessen werden. Dazu müssen neben dem Gleichstrom aus der Batterie auch die zwei Motoren – an jedem Rad ein Motor – mit jeweils drei Phasen gleichzeitig gemessen werden können. Noch werden meist dreiphasige Elektromotoren in Fahrzeugen eingesetzt, aber inzwischen sind auch vielphasige Motoren in der Entwicklung, nicht nur für Automobile, sondern auch für Schiffe und den Schwerlasttransport.

Über die Master/Slave-Funktion können bis zu vier WT5000-Präzisions-Leistungsanalysatoren miteinander synchronisiert werden. Mit vier WT5000 stehen zum Messen Eingänge für insgesamt 28 elektrische Leistungsmessungen zur Verfügung. Auch die Anzahl an Eingängen zur Erfassung von Drehmoment, Drehzahl und der sich daraus ergebenden mechanischen Leistung ist erhöht worden. So können jetzt mit jedem WT5000 bis zu vier Motoren und im Master/Slave-Betrieb bis zu 16 Motoren gleichzeitig gemessen und evaluiert werden – also 16 Mal Drehmoment und Drehzahl. Die Anschlüsse des Leistungsanalysators für Drehmoment und Drehzahl unterstützen dabei sowohl gepulste Signale als auch analoge Signale.

Bild 2 zeigt einen Messaufbau mit vier WT5000 zur Ermittlung von Teil- und Gesamtwirkungsgraden von sechsphasigen Motoren. Hier misst jeder WT5000 mit den Leistungsmessmodulen (Nr. 1 – 6) die elektrische Leistung zwischen Wechselrichter und Motor und mit Messmodul Nr. 7 die Eingangsleistung, z. B. aus einer Batterie. Damit kann bereits der Wirkungsgrad des Wechselrichters bestimmt werden: ηWR = ∑Ausgangsleistung (Nr. 1 – 6) / Eingangsleistung (Nr. 7).

Über einen Drehmoment-/Drehzahl-Sensor an der Motorwelle (M) wird die vom Motor abgegebene Leistung und anschließend der Wirkungsgrad des Motors ermittelt: ηM = mechanische Leistung (M) / elektrische Leistung (∑Ausgangsleistung (Nr. 1 – 6)). Abschließendes und eines der wichtigsten Messergebnisse für Antriebsentwickler ist der Gesamtwirkungsgrad.

Dazu wird die mechanische Leistung (M) durch die elektrische Eingangsleistung (Nr. 7) dividiert: ηges = mechanische Leistung / Eingangsleistung (Nr. 7).

Die Ergebnisse der Messungen werden anschließend für die Weiterentwicklung der Prüflinge, z. B. Motor oder Umrichter, genutzt. zum anderen auch zur Spezifikation des Fahrzeuges und dessen Komponenten genutzt.