Drehmoment und Drehzahl an einem Prüfplatz für Elektromotoren

An einem Prüfplatz für Elektromotoren werden elektrische und mechanische Größen erfasst. Diese sind Spannung und Strom am DC Motor sowie Drehmoment und Drehzahl. Die Messdaten lassen sich bei Bedarf mit physikalischen Größen wie Temperatur, Vibration oder Dehnung jederzeit erweitern und hochsynchron erfassen. Für die Messdatenerfassung sowie die Visualisierung des Prüfstandes wurde Hardware und Software von Gantner Instruments gewählt. Die entscheidenden Prozessgrößen Drehmoment und Drehzahl erfasst ein Sensor von NCTE. Die Vorteile des NCTE-Sensors: Er misst Drehzahl und Drehmoment berührungslos, was den Eintrag von Störgrößen durch mechanische Teile – wie diese bei konventionellen Sensoren zum Einsatz kommen – verringert. Im Testaufbau verwendeter NCTE-Sensor Serie 3000 Der Testaufbau besteht aus einem Elektromotor, welcher durch eine hydraulische Bremse belastet wird. Die Welle, die Motor und Bremse miteinander verbindet, ist mit dem NCTE-Sensor bestückt. Der berührungslose Sensor erfasst dabei die Änderung des Magnetfeldes und wandelt diese in ein messbares analoges Signal für Drehzahl und Drehmoment um. Die Bremskraft wird über eine elektrohydraulische Scheibenbremse mittels eines Dashboards eingestellt. Wird die Bremskraft erhöht, sinkt die Drehzahl. Als Reaktion darauf stellt sich ein höherer Motorstrom ein, der die Leistung des DC-Motors erhöht und die Ist-Drehzahl der Soll-Drehzahl wieder annähert. Hierbei wird der Controller zu einem embedded Edge Device mit PAC-Funktionalität. Für einfachere Applikationen, bei denen ein Regler ohne weiterführende Steuerungs- und Regelungsaufgaben genügt, kann die PID-Funktion unter den virtuellen Variablen des Controllers gewählt werden. In diesen Prüfaufbau wurde ein solcher für die Drehzahlregelung verwendet. Als Sollwert dient die Soll-Drehzahl und als Istwert die aktuelle Drehzahl. Als Stellgröße wird der Motorstrom verwendet, welcher bei einem höheren Bremsmoment einen entsprechend höheren Strom einstellt. Die Reglergeschwindigkeit läuft dabei mit dem Systemtakt des Controllers. Die maximale Reglergeschwindigkeit beträgt 10 kHz. PID-Regler auf dem Test-Controller Die erfassten Signale können auf den Messmodulen skaliert und genullt werden. Außerdem lassen sich eine Vielzahl weiterer arithmetischer Funktionen mittels virtueller Variablen anlegen. So zum Beispiel, um aus den gemessenen Spannungs- und Stromwerten die Wirkleistung P zu berechnen. Bei einer Messgenauigkeit des berührungslosen Sensors von bis zu ±0,1% und der Messtechnik von typisch ±0,01% ergibt sich eine Gesamtgenauigkeit von ungefähr ±0,1%. Die Genauigkeit in Verbindung mit den hohen Messbereichen für Drehzahl und Drehmoment ermöglichen einen schnellen ad hoc Aufbau des Prüfsystems und eine schnelle Gewinnung der Messdaten. Integriertes Dashboard für die Visualisierung