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GI.Reporter

April 17, 2020

Elektromotorenprüfung: so einfach geht’s

Automobile verfügen über eine Vielzahl elektrisch betätigter Antriebe. Sei es das Schiebedach, der Fensterheber, die Sitzverstellung oder die Kofferraumklappe, überall finden sich Elektromotoren, die uns mehr Komfort im Auto ermöglichen.

Für die Prüfung dieser Komponenten haben wir für einen großen Deutschen Automobilzulieferer diese messtechnische Aufgabe inklusive Auswertung umgesetzt.

Um die Effizienz dieser elektromechanischen Systeme zu beurteilen sind Leistungsaufnahme und Drehzahl relevant. Da die Motoren in den Karosserieteilen fix eingebaut sind, bleiben oft nur die elektrischen Signale Strom und Spannung für die Qualitätsprüfung

Für die Ermittlung der Motordrehzahl ist der Verlauf des Stromsignals entscheidend

Bei einem klassischen Gleichstrommotor führt der mechanische Kommutator zu einem kurzzeitigen Einbruch des Stromverlaufes bei der Polwende. Je nach Aufbau und Polzahl des Motors entsprechen dann eine bestimmte Anzahl an Stromeinbrüchen einer Umdrehung. Auch bei bürstenlosen Motoren mit elektronischer Kommutierung zeigt sich diese Modellierung im Stromverlauf.

 

 

 

In Abbildung 1 ist der Stromverlauf eines Motors über der Zeit dargestellt. Gemessen wurde der Strom mit einem Q.bloxx XL A107 und einem Shunt. Deutlich sichtbar sind in diesem Beispiel die Stromeinbrüche bei der Kommutierung im Abstand von 8,4 ms.

 

Abb. 2: Spektrum des Stromverlaufes

Abb. 1: Stromverlauf eines Motors mit elektronischer Kommutierung

 

Das Spektrum des Stromverlaufes (Abbildung 2) zeigt dementsprechend bei 119 Hz sein Maximum. Ausgehend von 3 Kommutierungen pro Umdrehung entspricht dies einer Drehzahl von 2380 Umdrehungen pro Minute.

Das Spektrum kann offline als auch online auf den Controllern der Q.serie X durchgeführt werden. Damit kann am Prüfstand kontinuierlich und live die aktuelle Motordrehzahl anhand des Stroms ermittelt werden. Die Konfiguration erfolgt in wenigen Schritten.

Konfiguration am Prüfstand in wenigen Schritten

Die FFT Funktion des Controllers bietet unter anderem die Möglichkeit das Maximum eines Spektrums innerhalb eines gewählten Frequenzbandes nach Betrag und Frequenz auszuwerten. Die Frequenz des Maximums entspricht der Grundwelle und ergibt dividiert durch die Polzahl und multipliziert mit 60 die Drehzahl in Umdrehungen pro Minute (U/min). Zusätzlich wird anhand des Stromes erkannt, ob der Motor in Betrieb ist und die elektrische Leistung kann berechnet werden.

Abb. 3:  Konfiguration der Hardware

 

Damit kann ohne PC die Motordrehzahl ermittelt werden.

Je nach Prüfstand können diese Daten nun z.B. per EtherCAT an die Anlagensteuerung übergeben werden, oder mit GI.bench auf dem Prüfstands PC oder im lokalen Netzwerk visualisiert werden.

Visualisierung

Mittels GI.bench können eigene Dashboards zur Visualisierung erstellt werde. Abbildung 4 zeigt Drehzahl und Leistung im oberen Fenster. Wird der Motor belastet sinkt die Drehzahl (grüne Kurve), gleichzeitig nimmt die aufgenommene Leistung (graue Kurve) zu. Zusätzlich werden in dieser Oberfläche nummerisch die Kenngrößen (Tabelle), der Stromverlauf (rote Kurve) und das Stromspektrum (blau) dargestellt.

Abb. 4: Visualisierung mit GI.bench

Für Referenzen, Demo-Programme und Fragen können Sie uns jederzeit unter info@gantner-instruments.com kontaktieren.

Author: Matthias Fuhrmann

General Manager
Gantner Instruments, Germany

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