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KS Frequenzumrichter

Komplexe Prüfaufgaben lösen

Durchdachten Systemlösungen in der Motoren- und Antriebsstrangprüfung.

Der KS R2R Frequenzumrichter ist Bestandteil der KS Hochleistungsprüftechnik für komplexe Prüfaufgaben. Neueste Halbleitermodule kombiniert mit schneller Signalverarbeitung und ganzheitlicher modellbasierter Regelungstechnik ermöglichen hochdynamische Anwendungen. Über mathematische Modelle des Prüfstands und seiner Komponenten sowie modernste Regelungsalgorithmen wird ein Höchstmaß an Regelgüte erreicht. Diese Systemlösung ist der Schlüssel für bisher nie da gewesene Ergebnisse in der Motoren- und Antriebsstrangprüfung.

Vorteile

• 1700 A Dauerstrom – 2800 A oder mehr mit parallelen Einheiten
• Bis 2000 Hz Ausgangsfrequenz
• Interne Taktfrequenz bis zu 20 kHz
• Schaltfrequenz bis zu 10 kHz
• Zeitbasis Drehmomentmessung 250 MHz
• Wassergekühlte Wechselrichtermodule
• Hochdynamische Drehmomentregelung
• Trägheitskompensation über weiten Bereich
• Schnelle EtherCAT-Schnittstelle
• Zwischenkreisspannung:
  600 V für Nennspannung 400 V
  1000 V für 690 V

Reglermodi

• Reglermodus „M“ (klassisch)
• Reglermodus „Mplus“ (Trägheitskompensation, R2R, haptischer Test, ...)
• Reglermodus „n“ (klassisch)
• Reglermodus „nplus“ (supersteife Drehzahlregelung)
• Virtuelle Zusatzdämpfung

Beispiel Trägheitskompensation

Regelungsmodus M

Regelungsmodus M

FUNKTION

• Drehmoment-Sollwert Msoll sowie Grenzen Mmax und Mmin sind vorgebbar
• Feldorientierte Regelung versucht MLS=Msoll bestmöglich umzusetzen, wird aber nie genau stimmen (Modellfehler)
• Meist ist ein überlagerter Regler notwendig, um das Wellenmoment einzuregeln

VORTEILE

• Kompatibel zur klassischen Drehmomentregelung

Regelungsmodus Mplus

Regelungsmodus Mplus

FUNKTION

• Aus Msoll und gemessenem Drehmoment Mmess wird mit der Wunschträgheit  JR wird ein Drehzahl-Sollwert nsoll berechnet (Drallsatz)
• Wirkt für den Anwender wie eine Drehmomentregelung

 

VORTEILE

• Im stationären Zustand gilt Mmess = -Msoll exakt!
• Trägheitskompensation und Rastmomentverringerung - Prüfling "spürt" nicht die volle Rotorträgheit!
• R2R (Msoll vom Reifenmodell), haptischer Test (Msoll = 0)
• Drehzahlgrenzen nmax, nmin vorgebbar

Regelungsmodus N

Regelungsmodus N

FUNKTION

•  Drehzahl-Sollwert nsoll sowie Grenzen Mmax und Mmin sind vorgebbar (Ablöseregelung!)
•  Regelqualität ist von den PI-Parametern abhängig und kann zwischen „weich“ und „hart“ gewählt werden
•  Regler reagiert nur auf Differenz zwischen nsoll und nist, d.h. bei Wellenmomentsprung gibt es eine Abweichung

VORTEILE

• Kompatibel zur klassischen Drehzahlregelung

Regelungsmodus Nplus

Regelungsmodus Nplus

FUNKTION

• Zusätzlich zur normalen Drehzahlregelung wird das gemessene Wellenmoment gegengleich aufgeschaltet
• Bei konstantem Drehzahl-Sollwert nsoll wäre im Idealfall der PI-Regler überflüssig (Drehmomentsumme Null)
• Bei Wellenmomentsprung gibt es fast keine Abweichung

VORTEILE

• Besonders gute („superharte“) Drehzahlregelung
• Wellenresonanzfrequenzen können gedämpft werden

Virtuelle Zusatzdämpfung

Funktion

• Mit MVZD (als zusätzliches Luftspaltmoment aufgebracht) wirkt die Welle für die elektrische Maschine wie mit Dämpfung dW + dV

• Schätzung von Δω ist mit Hilfe von Mmess (Kalman-Filter) erforderlich

Vorteile

• Erhöht die Dämpfung der Welle virtuell
• Wirkt wellenresonanzdämpfend für Resonanzfrequenzen bis ca. 50 Hz
• In allen Reglermodi stufenlos zu- und abschaltbar

Vorteile

Drehmomentanstieg im Luftspalt

Während herkömmliche industrielle Umrichter erhebliche Verzögerungszeiten in der Übertragung des Sollwertes und Anstieg des Momentes an der Welle haben, sind diese bei dem KS FU signifikant verkürzt und ein Sollwertsprung am EtherCAT-Interface wird über schnellste Signalverarbeitung direkt in ein Wellenmoment umgesetzt. Dank der schnellen Sollwertübergabe und direkten Ansteuerung der IGBTs ist der KS FU ein ideales Glied in hochdynamischen Regelkreisen.

Grundlage für Dynamik und Präzision der KS Hochleistungsprüftechnik ist die Kombination der KS Frequenzumrichter-Technologie mit modellbasierter Regelungstechnik und einer ganzheitlichen Betrachtung der Prüfaufgabe und Prüfstandskomponenten. Unsere multidisziplinären Prüfstandsingenieure optimieren die Prüfstandskonfiguration hinsichtlich individueller Prüfaufgaben und Gegebenheiten.

Beispiel

 

PMSM: Pn = 800 kW (Überlast 1600 kW)

Ablauf: steile Drehzahlrampen

Vorteil:  
• Drehzahlrampe motorisch 50.000 Upm/s
• Drehzahlrampe generatorisch 50.000 Upm/s

 

Anwendungsmöglichkeiten

  • Fahrzeug- / Antriebsstrangprüfung

  • Motorenprüfung

Beispiele für die Regelgüte

Beispiel Drehmomentschwankungen / Seitenwellen

 

Ausgangssituation: Prüfling mit 8-Zylinder-VKM

Versuchsablauf: stationärer Lastbetrieb

Besonderheit: Drehmomentstöße der VKM sind in den Messwerten der Achsmomente sichtbar und können einzelnen Zylindern zugeordnet werden.

Beispiel ABS-Bremsung auf Schneefahrbahn

 

Ausgangssituation:

• Fahrzeug fährt auf ebener Schneefahrbahn mit µ-low
• Geschwindigkeit 50km/h

Versuchsablauf:

• Einleitung einer Notbremsung
• „Vollbremsung“ mit ABS-Eingriff

Besonderheit: ABS-Eingriff erfolgt exakt wie auf der Straße