Die Vorteile eines Back-to-Back-Prüfstands für Elektromotoren

1. Dynamische Belastung
   Ein Back-to-Back-Prüfstand ermöglicht es, den Elektromotor unter verschiedenen Lastbedingungen zu testen. Bei klassischen Motorprüfständen ist die Trägheit des Rotors der Belastungseinrichtung meist größer. Da Motor und Last aus den gleichen Komponenten bestehen sind sie in Bereich der Dynamik optimal aufeinander abgestimmt. Dies ermöglicht eine genaue Bewertung der Leistungsfähigkeit des Motors unter verschiedenen Betriebsbedingungen.
2. Leistungselektronik-Tests
   Ein Back-to-Back-Prüfstand ermöglicht es auch, die Leistungselektronikkomponenten des Elektromotors zu testen. Durch die Verbindung der beiden Motoren über eine gemeinsame DC-Link-Schaltung lassen sich auch die Leistungselektronikkomponenten wie Umrichter und Zwischenkreiskondensatoren auf ihre Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit prüfen.
3. Flexibilität
   Ein Back-to-Back-Prüfstand bietet eine hohe Flexibilität bei der Durchführung von Tests und Messungen. Durch die Verwendung von zwei Motoren ist die Simulation verschiedener Betriebsmodi möglich, einschließlich Vorwärts- und Rückwärtsbetrieb, verschiedener Lastprofile und unterschiedlicher Drehzahl- und Drehmomentbedingungen. Dies ermöglicht es, den Motor unter realistischen Bedingungen zu testen und eine umfassende Bewertung seiner Leistungsfähigkeit durchzuführen.

Insgesamt bietet ein Back-to-Back-Elektromotorprüfstand die Möglichkeit, die realen Betriebsbedingungen zu simulieren und die Messung des Energieflusses in beide Richtungen zu bestimmen. Leistung, Effizienz und Zuverlässigkeit von Elektromotoren lassen sich auf diese Weise genau bestimmen und umfassend zu bewerten.

Darüber hinaus gibt es wirtschaftlichen Vorteile eines Back-to-Back-Prüfstands, diese bestehen in …

… Energieeffizienz: Da der Prüfstand zwei Motoren verwendet, die gegeneinander arbeiten, kann die beim Bremsen erzeugte Energie zurückgewonnen und genutzt werden, was zu einer höheren Energieeffizienz führt.

… Kosteneffizienz: Bei einem ein Back-to-Back-Prüfstand wird auf die teuren Lastmaschinen einschließlich deren Ansteuerung verzichtet, was zu erheblichen Kosteneinsparungen führt. Lediglich die Verluste müssen an Energie zugeführt werden.

… Zeitersparnis, da Motor und Generator zur gleichen Zeit geprüft werden.

… in der gegenseitigen Ergänzung, da Kennwerte wie Leistung und Drehmoment von Antriebs- und Lastmaschine immer zusammenpassen.

... der kompakten Bauweise, so dass der Aufbau sich leicht in eine Klimakammer integrieren lässt.

Zur Ermittlung des Arbeitspunkts der beiden Prüflinge ist die Feststellung von Drehzahl und Drehmoment notwendig. In unserem Beispiel setzen wir für die Drehmoment- und Drehzahlmessung ein drahtloses, telemetrischen Messsystem ein.

Dieses ist ein kompaktes Wellengehäuse eingebettet, das sich sehr einfach an der Achse jedes Prüflings anbringen lässt. Die Sendeeinheit wird über eine Induktionsspule elektrisch versorgt.

Neben der einfachen mechanischen Integration in den bestehenden Prüfstandsaufbau verfügt die imc Dx Telemetrie über diese technische Eigenschaften:

• Drehmoment-Messung bis zu 5 kNm
• Drehzahl-Messung bis zu 3000 RPM
• Betriebsbereit in einem Temperaturbereich zwischen -40°C und 125°C
• Dehnungsmessstreifen-Installation und Drehmoment-Kalibrierung bis zu 5 kNm
• Einfach eine Prüfstandsautomatisierung integrierbar
• Empfangseinheit mit CAN- und EtherCAT-Schnittstelle

Integrierte Leistungsmessung

Bei Verwendung der imc Dx-Telemetrie steht Anwendern darüber hinaus ein innovatives Komplettsystem zur Messung der Leistung rotierender Bauteile zur Verfügung. Neben dem Drehmoment wird gleichzeitig die Geschwindigkeit der Welle erfasst und aus diesen beiden Größen online die Leistung berechnet. Die MEMS basierten Drehzahlsensoren sind vollständig in das Wellengehäuse integriert sind und kommen ohne zusätzliche Statorsysteme aus.

Anwendungsbeispiel für einen Back-to-Back-Prüfstand

Das Schema zeigt einen Back-to-Back-Prüfstand für Elektromotoren und -komponenten, der für einen deutschen Automobil-Hersteller mit imc Messtechnik realisiert wurde.

Autor: Rolf Spellmeyer, Business Development E-Mobility

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