Preisträger 2015

Rohdatenanalyse und präzise Effizienzmessung an elektrischen Antrieben

Um den elektrischen Energieverbrauch in der Industrie, im Haushalt und im Straßenverkehr zu senken, steigen die Anforderungen an die Energieeffizienz von elektrischen Antrieben stetig. Für eine Beurteilung der Optimierungsmaßnahmen zur Effizienzsteigerung bei elektrischen Maschinen und Stromrichtern sind präzise Messgeräte, Messmethoden und Analyseverfahren notwendig.

Dirk Eberlein, Klaus Lang, Thomas Kowalski, Prof. Dr.-Ing. Teigelkötter, Michael Reis, Peter Ackermans, Norbert Strack (v.l.n.r.)

Das Steinbeis-Transferzentrum Energieeffiziente Leistungselektronik für elektrische Antriebe und Speicher an der Hochschule Aschaffenburg und die Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH mit Sitz in Darmstadt haben, getrieben durch hohe Kundenanforderungen aus der Praxis und dem Ziel, elektrische und mechanische Messwerte simultan und in Echtzeit zu erfassen und zu verarbeiten, gemeinsam die Spezifikationen der Messgeräte und der Datenanalyse abgeleitet und praktisch umgesetzt.

Um die Energieeffizienzmessung anwendungsorientiert durchführen zu können und aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten, wurde ein Messkonzept für zeitlich veränderliche Lastpunkte verfolgt. Das Steinbeis-Team optimierte zunächst die Strommessung für die elektrische Leistungsmessung an stromrichtergespeisten Antrieben. Hochgenaue Bürdenwiderstände wurden entwickelt und erprobt und bezüglich der elektrischen Daten und der mechanischen Abmessungen genau an die Baureihe der Genesis HighSpeed Datenrecordern von HBM angepasst. Die Genauigkeit dieser Widerstände liegt bei 0.02% im relevanten Frequenzbereich. Weiterhin wurden Analysemethoden zur Ermittlung weiterer wichtiger Parameter von elektrischen Maschinen und Antrieben entwickelt. Beispielsweise ist es nun möglich, das Luftspaltmoment einer Drehfeldmaschine über die gemessenen Rohdaten der Strom- und Spannungsmessung mit der Software Perception als zeitabhängigen Kurvenverlauf zu berechnen. Mit dem berechneten Luftspaltmoment ist die Beurteilung der dynamischen Eigenschaften sowie der Genauigkeit der Antriebesregelung leicht möglich.  Um diese Messmethoden und Analysearten interessierten Fachleuten zu erläutern und vorzuführen, wurde ein Demonstrator entwickelt. Dabei handelt es sich um einen kompletten Antriebsprüfstand mit Prüf- und Belastungsmaschine sowie Frequenzumrichtern und der kompletten Sensorik. Eine Herausforderung war es, Gewicht und Baugröße des Demonstrators so zu minimieren, dass dieser als Fluggepäckstück aufgegeben werden kann. Aufgrund der mit dem Transferpreis der Steinbeis-Stiftung – Löhn-Preis ausgezeichneten erfolgreichen Zusammenarbeit zwischen Steinbeis und Unternehmen konnte ein schneller Einstieg in neue Branchen und Märkte realisiert werden. Einige Ergebnisse dieses Transferprojekts wurden in wissenschaftlichen Veröffentlichungen und Vorträgen dargestellt und fließen in Promotionsarbeiten zweier wissenschaftlichen Mitarbeitern der Hochschule ein. Beide Projektpartner erwarten auch für die Zukunft weitere interessante Projektansätze auf dem Gebiet der Effizienzsteigerung.

Projektpartner

  • Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, Darmstadt
  • Steinbeis-Transferzentrum Energieeffiziente Leistungselektronik für elektrische Antriebe und Speicher, Aschaffenburg 

Rohdatenanalyse und präzise Effizienzmessung an elektrischen Antrieben

Dauer: 4 Min.
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