imx Prüfarten –
automatisierte Motorentests
Prüfarten zum Test von Elektromotoren generieren die Informationen, die Entwickler und Qualitätssicherer zur Beurteilung benötigen. Sie sind die Basis für fundierte und weiterführende Erkenntnisse über den Prüfling und erlauben Aussagen über Qualität und Eigenschaften des E-Motors.
Unsere vielfältigen standardisierten Prüfarten sowie eine Reihe kundenspezifischer Prüfungen dienen dazu, die unterschiedlichsten Parameter komplexer moderner Motorkonstruktionen zu ermitteln und dem Anwender für seine weiteren Arbeiten zur Verfügung zu stellen.
Modulare und flexible Motortests
Prüfarten für Elektromotoren bestehen aus einem automatisierten Prüfablauf und einer zugehörigen Messdatenauswertung. Während des Prüfablaufs werden je nach Prüfart verschiedene Lastprofile bzw. Arbeitspunkte oder Lastpunkte eines Elektromotors automatisiert angefahren. Dabei wird der Prüfling aktiv als Motor oder passiv mit Hilfe der Lastmaschine betrieben.
Alle für eine Prüfung notwendigen Einstellungen können über unsere Prüfstandssoftware imx OMEGA parametriert werden. Programmierkenntnisse sind nicht erforderlich.
Die Auswertung eines Versuches erfolgt in der Regel automatisiert im Anschluss an einen Versuchsablauf. Alle Rohdaten sowie die Ergebnisse einer Prüfung werden auf dem Prüfstands-PC gespeichert und in einem Protokoll dokumentiert. Auf Wunsch können die Daten auch in eine Datenbank übertragen werden.
Welche Prüfung ist die richtige? Mit imx OMEGA können ca. 15 aktive und passive standardisierte Prüfarten sowie der lastlose Motortest der imx Parameter Identifikation (imx PI) eingesetzt werden, um spezifische Erkenntnisse zu gewinnen. Diese automatisierten Tests sind modular aufgebaut und können auch nachträglich in einen Prüfstand integriert werden.
Typische imx-Prüfarten werden in aktive und passive Prüfungen unterteilt. Die wichtigsten E-Motortests aus beiden Kategorien finden Sie weiter unten und auch auf unserem YouTube-Kanal.
Elektromotoren aktiv testen
imx Prüfarten im Überblick
Flusstabelle (statisch/dynamisch)
Die aktive Standardprüfart Flusstabelle dient dazu, den magnetischen Fluss in E-Motoren unter verschiedenen Betriebsbedingungen detailliert zu erfassen und zu „kartieren“. Das Wort „kartieren“ resultiert dabei aus den 3-dimensionalen Ergebnisanzeigen, mit denen die Abhängigkeiten des Flusses von unterschiedlichen Lastpunkten dargestellt wird.
Die Bestimmung der Magnetflüsse und die Darstellung der Ergebnisse sind, im Vergleich zu vielen aktiven Prüfarten, komplexer. Flüsse werden, im Gegensatz zu Strömen und Spannungen, nicht direkt vermessen. Sie werden bei modernen permanenterregten Synchronmotoren in d- und q-Richtung in Abhängigkeit des Gesamtstromes rechnerisch ermittelt.
Für die Berechnung wird auf detaillierte Modelle zurückgegriffen, die Faktoren wie Nichtlinearitäten, Temperaturabhängigkeiten und gegebenenfalls geometrische Anordnungen des Elektromotors berücksichtigen. Um diese Modelle zu „füttern“, werden die Messergebnisse verschiedener weiterer Prüfarten genutzt. Ohm’sche Verluste oder Leitungswiderstände zur Erfassung der Temperatur des Prüflings fließen ebenso in die Berechnungen ein wie Spannungen und Ströme.
Durch diese zusätzlichen, aber notwendigen Messungen erlaubt die Flusstabelle weitere interessante Einblicke. Dazu gehören:
- der Wirkungsgrad des Motors,
- elektrische und mechanische Leistungsinformationen,
- die Aufschlüsselung der Einzelverluste und
- die Darstellung der Gesamtverluste über Drehzahl und Drehmoment.
Ähnlich der Kennlinienmessung kann die Erfassung der Flussdaten statisch oder dynamisch erfolgen. Bei der statischen Messung eines Elektromotors wird der Prüfling bei gleicher Drehzahl und Spannung für mehrere vorgegebene Betriebspunkte definiert bestromt. Dabei wird der Gesamtstrom für einen Betriebspunkt konstant gehalten. Zur Berechnung der Flüsse d und q wird jedoch der Stromwinkel dieses konstanten Gesamtstromes in definierten Schritten verändert. Die Variation des Stromwinkels, d.h. des Verhältnisses der Anteile d und q eines Gesamtstromes zueinander, führt auf Grund der direkten Abhängigkeit der d- und q-Flüsse von den d- und q-Strömen zum gewünschten Ergebnis.
Kleine Schritte zwischen den zuvor definierten Gesamtströmen und kleine Änderungen der Stromwinkelschritte innerhalb eines Gesamtstroms helfen, detailliertere Informationen über die d- und q-Flüsse eines Motors zu erhalten. Die Darstellung der Stromverteilung erfolgt in Polardiagrammen, während farbige 3D-Karten die d- und q-Flüsse als Funktion von Id und Iq zeigen.
Verwendung findet die Flusstabelle vor allem bei der Effizienzbetrachtung moderner Elektromotoren. Besonders zur Optimierung anwendungsorientierter Ansteuerungen von Motoren durch Controller werden die Ergebnisse der Flusstabelle benötigt. Mit ihrer Hilfe lässt sich sicherstellen, dass Motoren in bestimmten Lastbereichen, durch entsprechende Ansteuerungen, optimal arbeiten.
Beispielhafte abgeleitete Ergebnisse der dynamischen Variante der Prüfart
- Magnetischer Fluss in d-Richtung in Abhängigkeit von d- und q-Strom
- Magnetischer Fluss in q-Richtung in Abhängigkeit von d- und q-Strom
- Inneres elektrisches Drehmoment
- Maximales Drehmoment für die gegebenen Strom- und Spannungsgrenzen in Abhängigkeit von der Drehzahl
- d-Strom in Abhängigkeit von der Drehzahl, um die optimale Drehmomentkennlinie zu erzeugen
- q-Strom in Abhängigkeit von der Drehzahl, um die optimale Drehmomentkennlinie zu erzeugen
- d-Strom in Abhängigkeit von der Drehzahl und Drehmoment für den minimalen Gesamtstrom im Arbeitspunkt
- q-Strom in Abhängigkeit von der Drehzahl und Drehmoment für den minimalen Gesamtstrom im Arbeitspunkt
- Gesamtstrom in Abhängigkeit von der Drehzahl und Drehmoment bei minimalem Gesamtstrom im Arbeitspunkt
- Elektrisch aufgenommene Leistung in Abhängigkeit von der Drehzahl und Drehmoment bei minimalem Gesamtstrom im Arbeitspunkt
- Mechanisch abgegebene Leistung in Abhängigkeit von der Drehzahl und Drehmoment bei minimalem Gesamtstrom im Arbeitspunkt
- Wirkungsgrad in Abhängigkeit von der Drehzahl und Drehmoment bei minimalem Gesamtstrom im Arbeitspunkt
- Ohmsche Verluste in Abhängigkeit von der Drehzahl und Drehmoment bei minimalem Gesamtstrom im Arbeitspunkt
- Reibverluste in Abhängigkeit von Drehzahl und Drehmoment
- Gesamtverluste in Abhängigkeit von der Drehzahl und Drehmoment bei minimalem Gesamtstrom im Arbeitspunkt
Drehmomentwelligkeitsbestimmung
Elektromotoren sind per se nicht perfekt symmetrisch aufgebaut. Dies führt während des Betriebs des Motors zu Unregelmäßigkeiten im Drehmoment. Solche ungleichmäßigen Drehmomentverläufe während einer Umdrehung des Rotors können heftige Vibrationen und Geräusche erzeugen, die Lebensdauer des Motors und der angetriebenen Maschinen verkürzen oder einfach die Systemleistung schmälern.
Die Drehmomentwelligkeit, ermittelt durch eine aktive imx Standardprüfung, ist ein wichtiger Parameter bei der Optimierung eines Elektromotors. Der Test wird durchgeführt indem der Prüfling bei anwendungsnahen, konstanten Drehzahlen und Momenten betrieben und präzise vermessen wird. Die der Last der Lastmaschine überlagerten relevanten Drehmomentschwankungen werden dann mit hochpräzisen Sensoren erfasst. Eine der Drehzahl angepasste Abtast- bzw. Digitalisierungsrate unterstützt die nachfolgenden Betrags- und Frequenzanalysen. Auch die Vermessung von Prüflingen unterschiedlicher Temperatur kann zu abweichenden Ergebnissen führen und sollte deshalb in die Untersuchungen einfließen.
Frühzeitiges Erkennen von zu hohen Drehmomentwelligkeiten lohnt sich. Die dafür vorgesehene Prüfart sollte im Bereich der Entwicklung und Qualitätssicherung auf keinem Prüfstand fehlen.
Ergebnisse der Prüfart
- Zeitverlauf des resultierenden Wellenmoments
- Zeitverlauf des Drehwinkels
- Verlauf des Wellenmoments über dem Drehwinkel
- Ordnungsanalyse des Wellenmoments
Kennlinienmessung (statisch/dynamisch)
Die Kennlinienmessung, ein aktiver imx Standardtest, ist einer der Bestseller unter den Prüfarten. Nicht ganz zu Unrecht, liefert die Prüfart doch wertvolle und umfangreiche Einblicke in das praktische Verhalten eines Elektromotors.
Die Ergebnisse einer Kennlinienmessung charakterisieren den Motor als Wandler von elektrischer zu mechanischer Energie. Ströme und Spannungen auf der Eingangsseite sowie Drehmomente und Drehzahlverläufe auf der mechanischen Ausgangsseite werden gegenübergestellt, Verluste und Wirkungsgrad werden errechnet und alle Ergebnisse und Abhängigkeiten dargestellt. Die Ergebnisse einer solchen Messung sollten auch immer Teil des Datenblatts eines Elektromotors sein.
In der Praxis wird die Kennlinienmessung untergliedert. Soll der Test drehzahl- oder drehmomentgesteuert vermessen werden? Die richtige Regelstrategie hängt von der späteren Nutzung des Motors ab. Soll der Prüfling in seiner späteren Umgebung zum Beispiel drehmomentgesteuert betrieben werden, so empfiehlt es sich auch, den Test entsprechend auszulegen.
Die Vermessung einer Kennlinie “statisch” ermittelt das Verhalten eines Motors für bestimmte Arbeitspunkte, also vorgegebenen konstanten Drehzahlen/Drehmoment-Kombinationen. Gemessen wird über ein definiertes Zeitintervall, das startet, sobald die gewünschte Drehzahl erreicht ist und sich der Motorstrom stabilisiert hat. Die Verweildauer, von meist wenigen Sekunden am Arbeitspunkt, erlaubt die präzise und störungsfreie Aufnahme der Messwerte. Somit liegen den jeweiligen Ergebnissen eines Arbeitspunktes höchste Genauigkeit und eine große Störunabhängigkeit zu Grunde. Der Nachteil der Methode ergibt sich aus der o.g. Messstrategie. Viele Arbeitspunkte benötigen viel Zeit. Zum einen, weil die Messung langsam von Arbeitspunkt zu Arbeitspunkt gefahren werden muss, zum anderen weil aufgrund wechselnder thermischer Zustände des Motors immer wieder angepasste Abkühlphasen vorgesehen werden müssen.
Die dynamische Kennlinienmessung ermöglicht, meist in wenigen Sekunden, eine schnelle Vermessung des gesamten Arbeitsbereiches eines Prüflings. Der Vorgang minimiert die Erwärmung des Motors und sorgt somit für ein Ergebnisbild unter nahezu gleichen thermischen Bedingungen. Voraussetzung dafür sind schnelle Vorgabe- und Regelgeschwindigkeit am Prüfstand. Im Ergebnis ist das dynamische Messverfahren schnell und zuverlässig. Alle typischen Motorkennlinien entstehen innerhalb von meist weniger als einer Minute. Die Nachteile dieser Messung ergeben sich auch hier aus der Methode. Mögliche Regelungsungenauigkeiten des Controllers oder Störungen auf den Messsignalen können nur schwer oder nicht herausgefiltert werden. Die Messung und die resultierenden Ergebnisse sind somit leicht fehleranfälliger.
Die Ergebnisse der Kennlinienmessung können zur Bewertung der Eignung eines Motors für spezielle Aufgaben herangezogen werden. Sie geben jedem Nutzer eine gute Übersicht zu definierten Arbeitspunkten (Drehzahl/Drehmoment-Kombinationen). Sie helfen aber auch bei der Entwicklung, so zum Beispiel bei der Festlegung verschiedener Ansteuerstrategien.
Zusammenfassend kann resümiert werden, dass beide Prüfarten dem Anwender wertvolle Ergebnisse zur Bewertung eines Motors liefern. Soll die Präzision unbedingte Priorität haben und wenn Zeit kein entscheidender Faktor ist, muss die statische Methode empfohlen werden. Sollen viele Motoren vermessen werden oder ein Überblick innerhalb kurzer Zeit erfolgen, so sollte die dynamische Methode gewählt werden. In der Praxis, so unsere Erfahrung, empfiehlt sich fast immer ein Mix.
Beispielhafte abgeleitete Ergebnisse der dynamischen Variante der Prüfart
- Drehmomentverlauf über der Drehzahl
- Stromverlauf über der Drehzahl
- Spannungsverlauf über der Drehzahl
- Wirkungsgrad über der Drehzahl
- Eingangsleistung über der Drehzahl
- Ausgangsleistung über der Drehzahl
- Stromverlauf über der Drehzahl in der d-Achse
- Stromverlauf über der Drehzahl in der q-Achse
- Spannungsverlauf über der Drehzahl in der d-Achse
- Spannungsverlauf über der Drehzahl in der q-Achse
Induktivitätsmessung
Der passive Standardtest Induktivitätsmessung ist ein wichtiges Werkzeug zur Beurteilung eines komplexen Elektromotors. Konstruktive Merkmale wie Leitungsgeometrien und -Querschnitte, die Anpassung der Spulenwicklungen oder die Wahl des Materials beeinflussen die Induktivität und somit die Leistungsfähigkeit von Motoren wesentlich. Sie tragen dem Ziel Rechnung, ein optimales magnetisches Feld zu bewirken mit dessen Hilfe das Drehmoment erzeugt wird.
Besonders wichtig am Elektromotor ist die winkelabhängige Betrachtung der Veränderung während einer mechanischen Umdrehung, da die Induktivität eng mit der Position des Rotors korreliert.
Im Gegensatz zu Vermessung einer einfachen Spule erfolgt die Vermessung der Motorinduktivität dynamisch. Sie muss bei einer gleichmäßigen Drehzahl mit angepassten Messwert-Erfassungsraten erfolgen. Die Frequenz des während der Messung eingeprägten Wechselstroms ist ebenfalls entscheidend. Sie sollte zur Beurteilung des Prüflings bei unterschiedlichen Messungen variieren.
Durch den Test und der nachfolgenden Analyse können Entwickler die allgemeine Qualität der oben genannten Motorkomponenten und, viel wichtiger, deren Zusammenspiel beurteilen. Zudem werden potenzielle Probleme oder Unregelmäßigkeiten identifiziert, die sich auf die Gesamtleistung des Motors auswirken. Diese Erkenntnisse tragen dazu bei, die Effizienz, die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer von Elektromotoren zu optimieren.
Ergebnisse der Prüfart:
- Induktivität über einer mechanischen Umdrehung des Motors
- Leiter-Leiter-Induktivität
- Phasen-Induktivität
Encoderprüfung
Die Encoderprüfung gehört zu den passiven Standardprüfverfahren.
In vielen modernen BLDC-Motoren (EC-Motoren) dient ein Winkelsignalgeber (Encoder) dafür, die genaue Position des Rotors im Stator zu bestimmen und an den Motorcontroller zu senden. Mit Hilfe dieser Signale wird dann durch den Controller die elektronische Kommutierung des Motors vorgenommen. Encoder können verschiedener Bauart sein. Ihr Zweck, die Bestimmung der Position des Rotors im Motor, ist dabei immer identisch.
Ist der Encoder nicht korrekt ausgerichtet, seine Positionssignale unlesbar oder ausfallbehaftet, kann dies zu Fehlfunktionen oder zu Beschädigungen des Motors führen. Typische Fehlerbilder sind ein ungleichmäßiger Lauf, eine erhöhte Geräuschentwicklung und eine Reduzierung der Effizienz. Zudem können Encoderfehler zu vorzeitigem Verschleiß führen. Gute Gründe also, dem Encoder durch einen Test Aufmerksamkeit zu widmen.
Die Encoderprüfung bewertet die Qualität des Winkelsignalgebers. Hierzu wird das vom Prüflingsencoder ausgegebene Winkelsignal mit dem eines Referenzgebers verglichen. Zusätzlich wird das Winkelsignal in Abhängigkeit zur Generatorspannung begutachtet und damit ein möglicher Winkelversatz zwischen Rotor und Stator erkannt. Die Berechnung des entsprechenden Versatzwertes kann dann, moderne Controller vorausgesetzt, zur Offsetkompensation des Winkels im laufenden Betrieb genutzt werden.
Die Encoderprüfung wird häufig zusammen mit der Generatorspannungs- und Schleppmomentmessung ausgeführt. Typisch ist auch die Nutzung des Tests im End-of-Line-Bereich.
Ergebnisse der Prüfart
- Fehler des Encoderwinkels zum Referenzwinkel über dem Referenzwinkel
- Encoderwinkel über dem Referenzwinkel
- Generatorische Klemmenspannungen des Prüflings über dem Referenzwinkel
Vermessung von Rastmomenten
Das Rastmoment (früher auch häufig „Polfühligkeit“ genannt) ist eine typische Eigenschaft permanenterregter Motoren. Sie wird durch die Wechselwirkung zwischen den Permanentmagneten und den genuteten Elektroblechen von Rotor und Stator erzeugt. Sie wirkt sich vor allem bei niedrigen Drehzahlen aus. Die Messung und Bewertung des Rastmoments erfolgt durch eine passive imx Standardprüfart.
Das Rastmoment ist in vielen Fällen unerwünscht und kann durch konstruktive Maßnahmen nahezu vollständig reduziert werden. Andererseits kann eine starke Rastung beim Starten, Bremsen und der Positionierung des Rotors genutzt werden. Grund genug also das Rastverhalten bei verschiedenen Anwendungsfällen unter die Lupe zu nehmen.
Das Rastmoment offenbart sich vor allem beim langsamen Schleppen eines Prüflings durch die Lastmaschine im Bereich von 1-10 RPM. Die winkelabhängige Messung des durch die Rastung erzeugten Drehmoments gibt Einblicke in den Aufbau des Motors sowie die Qualität verschiedener Komponenten. Neben der Erfassung des rastenden Drehmoments können die Gleichförmigkeit des Luftspaltes, der Zähne und Nuten der Elektrobleche, die Magnetisierung, Qualität und Ausrichtung der Magnete analysiert werden.
Eine Herausforderung bei der Ausführung des Tests ist die unbedingt notwendig Gleichmäßigkeit der Scheppgeschwindigkeit des Prüfling. Trotz zum Teil hoher Rastung darf die Lastmaschine und deren Controller nicht vom Prüfling beeinflusst werden.
Die Rastmomentmessung wird häufig zusammen mit der Generatorspannungs- und Schleppmomentmessung ausgeführt.
Ergebnisse der Prüfart
- Zeitverlauf des gemessenen Moments
- Darstellung des Moments über dem Drehwinkel
- Ordnungsspektrum des gemessenen Moments
- mittleres Reibmoment über einer Umdrehung
- Spitze-Spitze-Wert des Rastmomentes
Schleppmomentmessung
Die Erwärmung eines Elektromotors gehört zu den unerwünschten Eigenschaften aller Motortypen. Sie ist von der Größe des Motors, der Betriebslast, der Drehzahl und der Effizienz abhängig. Wärme beeinflusst die Lebensdauer eines Motors so wesentlich, dass deren Vermessung häufig Teil der Entwicklung und der Qualitätskontrolle im End-of-Line-Bereich ist.
Einblicke zur teilweisen Ursachenermittlung unerwünschter Wärme kann die passive Standardprüfart Schleppmoment liefern. Diese passive Prüfung ermöglicht die Bestimmung des Verlustmoments eines geschleppten Prüflings in Abhängigkeit von der Drehzahl, wobei stets das mittlere Moment über einer mechanischen Umdrehung betrachtet wird.
Das Schleppmoment wird vorwiegend durch die Lagerreibung bestimmt, aber auch Magnetisierungsverluste oder die Luftreibung eines fest angeschlossenen Lüfterrades fließen in das Messergebnis ein. Es wird in ein drehzahlabhängiges und drehzahlunabhängiges Moment unterteilt.
Das Schleppmomentmessung lässt Rückschlüsse auf defekte Lager, Lagerverspannungen, mechanische Lüfterdefekte und schleifende Teile sowie Fehler bei den Komponenten zur Magnetisierung zu.
Die Schleppmomentprüfung wird auch häufig zur Ermittlung des Massenträgheitsmoments des Prüflings (zusammen mit Kupplung und Messseite der Messwelle) durchgeführt.
Ergebnisse der Prüfart
- Zeitverlauf des Schleppmoments
- Zeitverlauf der Drehzahl
- Schleppmoment über der Drehzahl
- Tabelle von einzelnen Arbeitspunkten
- Haftreibung
- Gleitreibung
Generatorspannungsmessung
Eine der am häufig genutzten passiven Standardtests ist der Generatorspannungstest oder auch die Back EMF. Sie ist relativ einfach auszuführen und führt zu wichtigen Erkenntnissen, die den Aufbau und die Qualität eines Motors betreffen. Generatorspannungstests können am fertigen Motor oder in der Motorenproduktion durch temporäres „verheiraten“ von Rotor und Stator an einem Prüfplatz durchgeführt werden.
Permanenterregte Synchronmotoren, extern angetrieben, erzeugen eine messbare Spannung an den Anschlüssen, die so genannte Generatorspannung. Diese steht in einem direkten Verhältnis zur Drehzahl (mit der der Prüfling angetrieben wird) und der Erregung bzw. dem Aufbau der dafür zuständigen Motorkomponenten (den Magneten, dem Stator sowie den Wicklungen).
Diese Komponenten lassen sich dann auch durch die Ergebnisse der Generatorspannungsmessung in Abhängigkeit vom ebenfalls erfassten Rotorwinkel begutachten. Unsymmetrische Wicklungen, fehlende, defekte oder falsch eingebaute Magneten, unterschiedliche Magnetisierungen oder Luftspaltmaße führen zu messbaren Abweichungen und werden durch Verrechnungen der Messsignale zur Darstellung gebracht.
Generatorspannungsmessungen werden häufig, zusammen mit Kurzschlussstrommessungen ausgeführt.
Ergebnisse der Prüfart
- induzierte Motorspannungen über dem Drehwinkel
- Ordnungsspektrum der Motorspannungen
- Klirrfaktor der Motorspannungen
- Verlauf der induzierten Spannung über der Drehzahl
Strangwiderstandsmessung
Die Vermessung von Leitungswiderständen ist einer der typischen Tests, denen Elektromotoren unterzogen werden. Sowohl in der Entwicklung wie auch im Bereich der Qualitätssicherung, zum Beispiel am Ende einer Motorenproduktion, dient er der Überprüfung und Sicherstellung bestimmter Motorparameter.
Die Strangwiderstandsmessung zielt darauf ab, die Widerstände verschiedener Leitungsstränge in einem mehrphasigen Motor zu ermitteln. Doch ihre Bedeutung geht weit über die bloße Erhebung der Messwerte und der oft damit verbundenen Beurteilung der Dimensionierung der Wicklung hinaus.
Durch den Vergleich der gemessenen Widerstände können Wicklungssymmetrien beurteilt und potenzielle Wicklungsfehler identifiziert werden. Zudem werden meist eine Reihe von Übergangswiderständen zwischen Klemmen und Wicklungen sowie von Wicklungen untereinander beurteilt und Fehler, wie falsche Windungszahlen aber auch mögliche Isolationsprobleme, erkannt.
Ein Schlüsselfaktor bei der Strangwiderstandsmessung ist die Einbeziehung der Temperatur. Temperaturen und Leitungswiderstände stehen bekanntlich in einem direkten Verhältnis. Die Beurteilung der Widerstände muss demnach immer im Zusammenhang mit der Temperatur erfolgen und vergleichende Messungen sollten immer unter den gleichen thermischen Bedingungen durchgeführt werden.
Andererseits kann ein gemessener Widerstand, zum Beispiel am Ende eines Belastungszyklusses, Rückschlüsse auf die Wicklungstemperatur geben. Auf dem Weg der Widerstandsmessung kann also die thermische Belastung eines Motors ermittelt werden, was wiederum für die Lebensdauer- und Effizienzbetrachtung des Motors von entscheidender Bedeutung ist.
Somit vermittelt die Strangwiderstandsmessung einen kleinen aber wichtigen Einblick in den Aufbau eines Elektromotors und dessen Verhalten unter realen Bedingungen.
Ergebnisse der Prüfart
- Phasenwiderstände der Motorwicklungen
- Phasenwiderstände der Motorwicklungen normiert auf 20 °C
- mittlerer Phasenwiderstand
- Streuung der Phasenwiderstände
- Klemmenwiderstände des Motors
- Klemmenwiderstände des Motors normiert auf 20 °C
- mittlerer Klemmenwiderstand
- Streuung der Klemmenwiderstände
Erfassung von Betriebstemperaturen
In der kundenspezifischen Prüfart Betriebstemperaturen geht es im wahrsten Sinne des Wortes heiß her. Die aktive Prüfart und Ihre Ergebnisse ermitteln und zeigen die Beziehung zwischen der Betriebstemperatur und der Nutzungsart eines E-Motors auf. Die Betriebstemperatur im Zusammenhang mit einem Nutzungsprofil ist vor allem für die Abschätzung der Dauerbelastbarkeit und Lebensdauer eines Elektromotors von großer Bedeutung.
In den meisten Fällen werden die zulässigen Temperaturen für Motoren unter der Annahme ausgelegt, dass sie im Dauerbetrieb (S1 nach Norm IEC 60034-1) bei Nennleistung genutzt werden. Im Kurzzeitbetrieb oder bei intermittierenden Belastungsmustern erreichen dieselben Motoren (bei gleicher Leistung) nicht ihre Grenztemperatur. Das bedeutet, dass Motoren für solche kurzzeitigen Betriebsarten durchaus in höheren Leistungsbereichen eingesetzt werden könnten.
Um Übertemperaturen, in möglicherweise unbekannten Lastszenarien zu vermeiden empfiehlt sich also ein spezieller Test, denn die negativen Auswirkungen von zu hohen Temperaturen im Alltag eines Motor sind allgemein bekannt:
- beschleunigte thermische Alterung
- erhöhte Verluste
- vorzeitiger Abbau von Schmiermitteln
- Verformung und Ausdehnung
Bei der Ermittlung der Betriebstemperatur eines Motors in den verschiedenen Betriebszuständen spielt die Prüfstandsautomatisierung eine wichtige Rolle. Für die meist aufwendigen Messungen ist die zeitliche und betragsmäßige Genauigkeit der Belastungsvorgaben wichtig. Die Belastungsmuster sollten vor der Messung konfigurierbar sein, so dass kundenspezifische Anforderungen exakt nachgebildet werden können. Eine automatisierte Versuchsdurchführung gewährleistet die notwendige Wiederholgenauigkeit und reduziert den personellen Aufwand.
Mit Hilfe des imx GraphiPEd (Graphical Program Editor) können Lastprofile einfach grafisch oder mit Hilfe von Tabellen erstellt werden. Zyklische Wiederholungen, Lastfolgen und Schleifen können in wenigen Minuten angelegt werden. Grenzwerte, die während der Prüfung überwacht werden sollen, und Abbruchkriterien lassen sich kundenspezifisch definieren und anpassen. Mit Hilfe von Prüfplänen kann der Prüfling mit einer Folge von verschiedenen Prüfungen belastet werden, die der Anwender nicht explizit starten muss, so dass die Prüfungen z.B. über Nacht, über das Wochenende oder über einen längeren Zeitraum (Dauerlaufprüfungen) laufen können.
Spezialtests von Elektromotoren
Mit dem Siegeszug des Elektroantriebs im Fahrzeug werden auch an Elektromotoren erhöhte Anforderungen an die elektrische Robustheit gestellt. Testspezifikationen wie die LV124/148 erfordern neue bzw. zusätzliche Prüfarten. Dabei geht es weniger um den Motor und seine Leistung an sich, sondern vielmehr um mögliche Wechselwirkungen der Komponenten im Fahrzeug untereinander, zu denen natürlich auch der Elektromotor gehört.
Mit Hilfe von Partnern und Anbietern von Hochvolt-, Strom- und Spannungsprüftechnik können Elektromotoren und auf Wunsch auch Motor-/Steuereinheiten (Inverter) auf den imx-Prüfständen getestet werden. Damit ist es möglich, Motoren im Entwicklungsprozess ganzheitlich auf imx Prüfständen zu testen.
Stellvertretend für eine Vielzahl unterschiedlicher Prüfungen werden im Folgenden typische Prüfarten für Elektromotoren (auch mit Kundencontroller) aufgeführt.
- Isolationsprüfung
- Widerstandmessungen
- Verhalten bei Über- und Unterspannung & Variationen der Spannungsversorgung etc. (LV124 E01…/LV148 E4801…)
