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Elektronische Lastemulation (Spannungsbereich: bis 800 V)

Electronic Load Module für die Simulation eines Elektromotors auf Stromebene mit hohen Spannungen

Das Electronic Load Module emuliert elektrische Maschinen auf Leistungsebene bis zu 800 V während der Hardware-in-the-Loop-Simulation. Dadurch ist es optimal geeignet zum Testen elektronischer Antriebssysteme, einschließlich der Leistungsendstufen. Im Gegensatz zu Prüfständen gibt es hier keine Einschränkungen hinsichtlich dynamischer Prozesse während der HIL-Simulation elektrischer Motoren, wodurch sie ein Maximum an Flexibilität bieten.

Electronic Load Module für die Simulation eines Elektromotors auf Stromebene mit hohen Spannungen

Wenn die Leistungsendstufen in HIL-Tests elektrischer Antriebssysteme berücksichtigt werden sollen, reichen Tests auf Signalebene nicht aus. Dann ist es wichtig, auf elektrischer Ebene testen zu können. Dafür kann entweder ein realer Antriebsmotor auf einem Prüfstand betrieben oder der E-Motor auf Stromebene simuliert werden. Hierbei wird dem Steuergerät das elektrische Verhalten des realen Motors durch Nachbildung der realen Klemmenspannungen und -ströme simuliert. Verglichen mit einem mechanischen Antriebsprüfstand, ist die Bedienung eines rein elektrischen Prüfstands dieser Art leichter und sicherer. Tests können in einer sehr frühen Phase durchgeführt werden, sogar wenn der reale Antriebsmotor noch gar nicht verfügbar ist. Zudem ist es möglich, verschiedene Motortypen zu simulieren. Im Gegensatz zu mechanischen Prüfständen besteht außerdem keine Einschränkung bei dynamischen Vorgängen.

Der neue elektronische Lastemulator deckt alle Spannungen über 800 V sowie Ausgänge bis zu 100 kW ab. Somit ist er für die HIL-Simulation aktueller und zukünftiger elektrischer Antriebssysteme bestens geeignet.

Funktionsweise des elektronischen Lastemulators

Der elektronische Lastemulator emuliert die variablen, aktiven Teile der Spannungen uEMK, die in die Wicklungen des E-Motors induziert werden, wobei das induktive Verhalten der Motorwicklungen durch äquivalente Ersatzinduktivitäten LMotor dargestellt wird. Die induzierten Spannungen uEMK werden in Echtzeit von einem E-Motormodell berechnet und vom elektronischen Lastsimulator implementiert.

Implementierung des elektronischen Lastemulators

Der Lastemulator verwendet Umrichter der ServoOne-Serie von LTi. Das E-Motormodell für die Berechnung der induzierten Spannungen ist auf einem dSPACE Echtzeitsystem mit Hilfe von Simulink® implementiert. Zu den simulierbaren Modellkomponenten gehört auch der Antriebsstrang. Verschiedene Sensor- und Aktorsimulationen werden dem Echtzeitsystem dafür gemäß den projektspezifischen Anforderungen hinzugefügt. Für ein Hybridsteuergerät ist mindestens eine geeignete Simulation eines Motordrehzahlsensors, z.B. eines Resolvers, notwendig.

Anwendungen

Das Konzept des elektronischen Lastemulators kann zur Simulation aller Motortypen eingesetzt werden. Die physikalischen Eigenschaften jedes Motors wie Motorinduktivität, Drehmomentgenerierung und Leistungsverbrauch werden sehr realistisch dargestellt. Bei variablen Induktivitäten (wie eingebetteten Magneten, IPM-Motoren oder Sättigungseffekten) müssen Mittelwerte aufgrund der konstanten Ersatzinduktivitäten im Lastemulator eingesetzt werden. Dennoch ist eine korrekte Darstellung von Drehmoment und Leistung möglich. Jede gewünschte Hybrid- und Elektrofahrzeugkonfiguration kann mit Hilfe unterschiedlicher E-Motormodelle und variabler Antriebsstrangmodelle, z.B. der Automotive Simulation Models, simuliert werden. Das Konzept ist zudem für verschiedene HIL-Anwendungen im industriellen Bereich geeignet.