Leistungsmessung bei Elektrofahrzeugen

Leistungsmessung bei Elektrofahrzeugen

Bei der Bewertung von technischen Systemen ist die Verteilung der Energie zu einem bestimmten Zeitpunkt von entscheidender Bedeutung. Bezieht man die Energie auf eine Zeiteinheit, so erhält man die Leistung als charakteristische Größe des Systemzustandes.

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Der Wirkungsgrad eines Elektromotors ist eine der entscheidenden Größen für die Optimierung der erzielbaren Reichweite eines Elektrofahrzeugs bei gegebener Kapazität des Batteriesystems. Der Wirkungsgrad ergibt sich aus dem Verhältnis der mechanischen Ausgangsleistung zur effektiven elektrischen Eingangsleistung. Um den Wirkungsgrad eines Elektromotors zu bestimmen, müssen sowohl die elektrische Eingangsleistung als auch die mechanische Ausgangsleistung erfasst werden.

Eine der typischen Messaufgaben bei der Entwicklung von Elektrofahrzeugen ist die Bestimmung der Leistung des elektrischen Antriebsstrangs - d.h. der Batterie, des Wandlers und des Elektromotors. Um die Wirkleistung in einem dreiphasigen System zwischen Wandler und Elektromotor richtig zu bestimmen, gibt es viele Aspekte.  Hierbei muss auf die verwendete Messhardware, den Messaufbau, die Abtastrate und die Datenauswertung geachtet werden, um genaue Ergebnisse zu erhalten. Einerseits die Gleichstromversorgung des Batteriesystems als einphasiger Zwischenkreis mit überlagerter Restwelligkeit und andererseits das dreiphasige System zwischen Wandler und Motor, bei dem die Motorströme durch die Drehzahl zusammen mit Oberschwingungen aus der PWM (Abk. Pulsweitenmodulation) bestimmt werden

Die Wirkleistung kann in andere Leistungsformen (mechanisch, thermisch usw.) umgewandelt werden. Die Blindleistung stellt eine zusätzliche Belastung für den Stromkreis dar, und die Scheinleistung ist die geometrische/vektorielle Summe der beiden Leistungen.

Hier ist ein Überblick über diese Berechnungen:

Wirkleistung (P):

Die Wirkleistung oder aktive Leistung, stellt die tatsächliche Leistung dar, die von einer Last verbraucht oder geliefert wird. Sie wird durch Multiplikation der momentanen Spannungs- und Stromwerte und durch Bildung des Durchschnitts über einen bestimmten Zeitraum berechnet.

Scheinleistung (S):

Die Scheinleistung stellt die gesamte in einem Stromkreis fließende Leistung dar, einschließlich Wirkleistung und Blindleistung. Sie wird durch Multiplikation der momentanen Spannungs- und Stromwerte ohne Berücksichtigung ihrer Phasenbeziehung berechnet.

Blindleistung (Q):

Die Blindleistung ist die nicht wirksame Komponente der Leistung, die aufgrund von induktiven oder kapazitiven Elementen im Stromkreis zwischen Quellen und Lasten “pendelt”. Sie wird berechnet, indem die Ist-Werte von Spannung und Strom multipliziert werden und der Mittelwert über einen bestimmten Zeitraum gebildet wird, wobei deren Phasenverhältnis berücksichtigt wird.

Bei Dreiphasensystemen werden die Leistungen der einzelnen Phasen addiert.

Leistungsfaktor (PF):

Der Leistungsfaktor ist das Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung und gibt an, wie effektiv eine Last die elektrische Energie nutzt. Er wird berechnet, indem die Wirkleistung durch die Scheinleistung geteilt wird. PF = P / S. Der Leistungsfaktor wird in der Regel als Dezimalzahl oder als Prozentsatz angegeben.

Normalerweise enthalten Strom und Spannung höherfrequente Oberschwingungen: Bei nicht-sinusförmigen periodischen Strom- und Spannungsgrößen ist es hilfreich, periodische Signale nach Fourier darzustellen. Damit lässt sich zeigen, welche Frequenzen in Strom und Spannung zur Wirkleistung beitragen und somit die erforderliche Bandbreite oder Abtastrate des Leistungsanalysators bestimmen.

Die in Elektrofahrzeugen verwendeten Leistungsmessgeräte müssen ordnungsgemäß kalibriert sein und sollten die erforderliche Genauigkeit und Auflösung aufweisen, um die Anforderungen der Anwendung zu erfüllen. Regelmäßige Wartung und Kalibrierung des Leistungsanalysators und des Netzqualitätsanalysators sind unerlässlich, um exakte Ergebnisse des elektrischen Systems zu gewährleisten.

HV-Leistungsmessgeräte ermöglichen die direkte Messung von Spannungen. Darüber hinaus gibt es Eingänge für Stromzangen, Rogowski-Spulen und Mess-Shunts. Die Durchführung von Leistungsberechnungen für 1, 2 oder 3 Phasen-Systeme online in einem Messsystem ist eine gängige Praxis in der elektrischen Leistungsmessung und -analyse. Die Leistungsmessgeräte umfassen in der Regel verschiedene Sensoren, Messwandler und Algorithmen zur genauen Berechnung verschiedener Leistungsparameter wie Wirkleistung, Scheinleistung, Blindleistung und Leistungsfaktor. All dies kann mit unserem Netzanalysator und Netzqualitätsanalysator online durchgeführt werden.

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