Funktions- und Leistungstest von E-Motor-Steuergeräten
Echtzeit-Emulation gewinnt an Bedeutung
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Echtzeit-Emulation gewinnt an Bedeutung
Kern des E-Motor-Emulators ist die Nachbildung der Motorphasen sowie die in schneller Logik realisierte Nachbildung des Stator-Magnetfeldes und somit der Gegen-EMK. Die Amplitude der Gegen-EMK, abhängig von Drehzahl und Rotorwinkel, wirkt auf die vom Steuergerät gelieferten E-Motor-Emulator-Phasensignale ein. »Abhängig von der vom E-Motor-Emulator zu drehenden Last stellt sich nun wie beim originalen E-Motor der Phasenstrom ein«, erklärt Platte. »Erst mit diesen generierten Spannungs- und Stromverläufen kann man die Regelkreise des Steuergerätes realitätsnah und in Echtzeit belasten und testen. Damit lassen sich nun dynamische Lastkurven nachbilden und Drehmoment-Untersuchungen durchführen.« Die technische Auslegung des E-Motor-Emulators lässt derzeit Motordrehzahlen bis 100.000 U/min zu.
Flexibel dank Parametrierbarkeit
Auf den Kern des E-Motor-Emulators wirken einstellbare Parameter, die der Anwender in der Laufzeit ändern kann. Dies sind z.B. Motordaten wie Ausprägung der Statorwicklungen, Breite des Luftspaltes, magnetische Flussdichte sowie die Massenträgheit des Rotors. Weiterhin lassen sich Fehlerszenarien simulieren, die beim Einsatz eines realen Motors nicht oder nur bedingt möglich wären. Dazu gehören defekte oder falsch justierte Kommutierungssensoren, defekte Temperatursensoren, Phasenbruch oder -schluss, Rotorblockaden und überhitzte Magnete oder Phasenwicklungen. Auch extern einwirkende Einflüsse, wie angeflanschte Getriebe oder die sich verändernde Viskosität des Getriebeöls, sind parametrierbar.
Die Steuerung des E-Motor-Emulators geschieht per PC mit angeschlossener Echtzeit-Plattform. Das System beinhaltet Hardwareschnittstellen, um z.B. den E-Motor-Emulator zu steuern, die Parameter zu übertragen sowie die Messdaten vom E-Motor-Emulator auszulesen, um die Zwei-Quadranten-DC-Quelle zu parametrieren und zu steuern, um diskrete Signale und Feldbusse an E-Motor-Emulator anbinden zu können und um z.B. Power Analyzer oder Datennetzwerke anschließen zu können.
Die Steuerung und Parametrierung des E-Motor-Emulators erfolgt über eine grafische Bedienoberfläche. »Die echtzeitnahe graphische Darstellung der Messdaten als Spannungs- und Stromkurven ist ein wirkungsvolles Instrument zur Beurteilung des zu prüfenden E-Motor-Steuergerätes«, führt Platte aus. »Messdaten und grafische Darstellungen können zusammen mit den zugehörigen ID-Daten der Messung gespeichert und archiviert werden, eine rückführbare Entwicklungs-, Integrations- und Qualitätskontrolle ist damit einfach realisierbar. Zudem lassen sich Messreihen automatisieren und in die umgebenden Sicherheits- und Automatisierungstechnik einbinden.«
Leistungsklassen und Anwendungen
Die Auslegung eines Mess- und Testsystems für E-Motor-Steuergeräte orientiert sich an den maximalen Werten für Spannung und Strom sowie an der Art der Anwendung und der Nutzung des zu treibenden E-Motors. In der Praxis lassen sich diese in drei Leistungsklassen aufteilen:
- Testsysteme für Steuergeräte für E-Motoren von 20 bis 200 kW. Zu dieser Leistungsklasse gehören Elektroantriebe in Hybrid- bzw. Elektrofahrzeugen sowie Spezialantriebe im Transport- und Militärbereich.
- Testsysteme für Steuergeräte für E-Motoren von 2 W bis 20 kW. In diesem Leistungsbereich sind steuerbare Antriebe für Aktoren, Lüftungsklappen und Ventile für die Luftfahrt- und Prozessindustrie sowie in der Medizintechnik typisch.
- Testsysteme für Steuergeräte für E-Motoren von 500 W bis 2 kW. Die Speisung der generatorischen Wirkung des Motors kann über eine normale DC-Quelle erfolgen. Hier sind vor allem gesteuerte Pumpen, Klimaanlagen, Fensterheber, Schiebedach, Sitzverstellungen im Automobilbereich sowie Motorsteuerungen im Anlagen- und Gerätebau zu finden.
Eine Anwendung ragt aus dieser Zuordnung heraus: Testsysteme für Steuerungen für höchstdrehende und leistungsstarke Antriebe. »Die Überprüfung dieser Steuergeräte mit Hilfe eines E-Motoren-Prüfstandes erfordert wegen der auftretenden Massen großen bau- und sicherheitstechnischen Aufwand«, so Platte. »Eine Laborumgebung ist dafür nicht geeignet. E-Motoren-Emulatoren schließen diese Probleme aus und bieten die Überprüfung kritischer Arbeitspunkte, ohne fatale Folgen befürchten zu müssen.«
Nach Überzeugung des Experten wird die elektrische Antriebstechnik künftig in zunehmendem Maße bisher genutzte Technologien ersetzen. »Sichtbare Beispiele geben die Automobilindustrie und die Luftfahrtindustrie«, resümiert Platte. »Die Emulation von E-Motoren für die Entwicklung, Überprüfung und den Test von E-Motor-Steuergeräten wird sich wegen seiner Flexibilität und seiner Wirtschaftlichkeit in allen Anwendungsbereichen als Test-Technologie durchsetzen. Das zukunftsgerichtete Konzept benötigt keine Modifizierung der E-Motor-Steuergeräte für Überprüfungen und Tests.«
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