Antriebsumrichter Mit der modellbasierten Elektromotor-Emulation lässt sich Leistungselektronik ohne realen Teststand verifizieren

Autor / Redakteur: Thomas Platte* / Gerd Kucera

Soll die Auslegung einer Leistungselektronik für Antriebsanwendungen unter praxisgerechten Bedingungen getestet werden, bedarf es dazu nicht nur eines Motors, sondern auch einer Belastungsmaschine. Und je nach Motorgröße (bis 250 kW) und Drehzahl (bis 100.000 U/m) ist entsprechender Sicherheitsaufwand erforderlich. Dass es auch ganz ohne drehende Teile geht, zeigt dieses elektronische E-Motor-Emulationssystem. In der Echtzeit-Simulation ergeben sich sogar ganz neue Möglichkeiten für die Verifikation des Antriebssystems.

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Von SET gibt es derzeit Emulatoren für Motorleistungen bis 250 kW und maximaler Drehzahl von 100.000 U/m
Von SET gibt es derzeit Emulatoren für Motorleistungen bis 250 kW und maximaler Drehzahl von 100.000 U/m
( Archiv: Vogel Business Media )

Die Nachbildung des Elektromotors durch ein Motormodell und eine dem Motormodell entsprechend konfigurierte Leistungselektronik mit Echtzeit-Parameterberechnung, ermöglicht einen völlig neuen und flexiblen Ansatz für die Entwicklung, Validierung und EoL-Tests von Leistungselektroniken bzw. Umrichtern in der Antriebstechnik. Dieses Konzept ist für die Emulation aller Rotor-basierenden Motortypen anwendbar, bietet große Freiheitsgrade im messtechnischen Bereich und führt zu hoher Kostenersparniss gegenüber dem herkömmlichen Prüfkonzept für die Ansteuerelektronik. Als typische Anwendungsgebiete der E-Motor-Emulation nennt der Hersteller SET (Smart embedded Technologies) Power Steering, Hybridantriebe, Stellantriebe, Ventilantriebe.

Das grundsätzliche Prinzip des Elektromotor-Emulators (Archiv: Vogel Business Media)

Das Emulator-Prüfkonzept beinhaltet keine drehenden Teile wie bei Elektromotoren als Prüfgerät oder bei Prüfständen mit Dynometern. Dadurch ist die Emulation besonders gut geeignet zum Testen von Ansteuerungen bzw. Regelungen für hochdrehende Motoren oder für den Einsatz im Laborbetrieb. Durch den Zugriff in Echtzeit während des simulierten Betriebs auf die Parameter des Motormodells, lassen sich sämtliche Betriebszustände, Belastungs- und Fehlerszenarien nachbilden.

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Sowohl der motorische als auch der generatorische Betrieb des Motors wird durch das Emulationssystem dargestellt. Die Messwerterfassung und -verarbeitung in Echtzeit ermöglicht die Berechnung der Gegen-EMK und stellt damit eine echte Prüfung der Regelkreise des Steuergerätes sicher.

Emulation erlaubt praxisgerechte Fehlersimulation

Weil der Motor in Form des Motormodells quasi offen liegt, können „im Betrieb“ Tests durchgeführt werden, die mit einem realen Motor gar nicht möglich wären. Beispielsweise die Simulation defekter Sensoren, Phasenbrüche oder überhitzte Magnete. Ein großer Vorteil des Konzepts des Elektromotor-Emulators ist die genaue Reproduzierbarkeit von Prüfabläufen oder Einzeltests.

Die Bedienoberfläche der Elektromotor-Emulation macht es möglich, Prüfläufe schnell und einfach einzurichten und Parameter im simulierten Betrieb zu verändern. Beispiele sind dynamisches Lastmoment, Lagerreibung, Viskosität, Trägheitsmoment, Gegen-EMK und Drehmomentkonstante. Während sich die Wirkung beobachten lässt, werden alle Messdaten zeitgleich archiviert.

Das E-Motor-Emulator Prüfsystem wird ergänzt durch Möglichkeit der Emulation von Lageregel-Sensoren, Resolver, Hall-Sensoren und Pulsgeber zur Motorkommutierung. Über das E/A-Systems des Emulatorsystems lassen sich zudem Endschalter, Lagegeber, Druckgeber oder Temperaturgeber leicht anschließen. Die Verfügbarkeit von Datenschnittstellen für eine Bedien- und Steuerungsebene ist obligatorisch und anwendungsspezifisch konfigurierbar.

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