Einsatz der E-Maschinenemulation zur Optimierung der...

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    30-Apr-2020
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Transcript of Einsatz der E-Maschinenemulation zur Optimierung der...

  • Einsatz der E-Maschinenemulation zur Optimierung der Traktionsumrichterprüfung Inverter Test by SET Power Systems Norbert Schmalhofer www.set-powersys.de [email protected] Tel. 07522 91687 640

    http://www.set-powersys.de.de/ http://www.set-powersys.de.de/ http://www.set-powersys.de.de/ mailto:[email protected] mailto:[email protected] mailto:[email protected]

  • © SET Power Systems GmbH Seite 2

    Inhalt

     Die Herausforderung

     Die Anwendungen  Einsatzfelder / Vorteile gegenüber Dyno

     Technologie / Modellierungsgenauigkeit

     Typische Anlagen  Konfiguration

     Automatisierung

  • © SET Power Systems GmbH Seite 3

    Die Herausforderung

  • © SET Power Systems GmbH Seite 4

    • Kurze Entwicklungszeiten: Parallele Entwicklungsprozesse - nicht alle Komponenten verfügbar

    • Möglichst breite Prüfabdeckung: Verfügbare Prüflinge decken die Fertigungstoleranzbänder nicht ab

    • Begrenzte Kosten: Nur endlicher Prüfaufwand möglich

    • Komplexe Eigenschaften: Optimierungsstrategie modellieren über erweitere Prüfmöglichkeiten

    • Einhaltung von Standards

    Antriebstrangentwicklung

  • © SET Power Systems GmbH Seite 5

    Der Begriff

    • E-Maschinenemulation, ein virtueller Elektromotor:

    Real Time Real Power Real Precision

  • © SET Power Systems GmbH Seite 6

    Das Werkzeug

  • © SET Power Systems GmbH Seite 7

    In v e rt

    e r

    Power

    Stage

    Sensor

    Interface

    Prüfling

    (UUT)

    Lastmotor

    Inverter

    Lastregelung

    S c h

    n it

    ts te

    ll e

    Originalmotor

    derzeitige Lösung…

    Von der Lastmaschine zum EME

    Der Elektromotor Emulator (EME)

    als ideales Testwerkzeug für die E-Motor-Schnittstelle

    http://www.dynesystems.com/eddycurrent.htm

  • © SET Power Systems GmbH Seite 8

    Der Elektromotor Emulator (EME)

    als ideales Testwerkzeug für die E-Motor-Schnittstelle

    Power

    Stage

    Sensor

    Interface

    Prüfling

    (UUT) S c h

    n it

    ts te

    ll e

    Elektromotor Emulator

    Phase

    Emulation

    Sensor

    Emulation

    Motor Model

    Last

    Simulation

    Von der Lastmaschine zum EME

    In v e rt

    e r

  • © SET Power Systems GmbH Seite 9

    Funktionale Voraussetzungen

    • 4-Quadranten-Betrieb

    • potentialfrei

    • R elektr. einstellbar

    • L (Ld, Lq) elektr. einstellbar

    • Nichtlinearitäten darstellbar

    • Fehlerstimulation Phase

    Emulation

    Sensor

    Emulation

    Motor Model

    • Emulierter Rotorlagesensor

    (Vogt, Tamagawa, Hall, Encoder…)

    • potentialfrei

    • relative Position einstellbar

    • Fehlerstimulation

    Von der Lastmaschine zum EME

  • © SET Power Systems GmbH Seite 10

    Funktionale Voraussetzungen

    Phase

    Emulation

    Sensor

    Emulation

    Motor Model

    • Echtzeitmodelle

    • versch. Maschinentypen

    • Anbindung an FEM

    (JMAG)

    • Spezielle Funktionen

    (z.B. Parameter Freeze)

    • versch. Plattformen

    (z.B. sbRIO, NI-PXI)

    • Einfaches Interface

    Von der Lastmaschine zum EME

  • © SET Power Systems GmbH Seite 11

    Ergebnis

    Modellierung in

    Echtzeit

    Wirkkette mit

    voller Leistung

    Von der Lastmaschine zum EME

  • © SET Power Systems GmbH Seite 12

    Applikation A380 Outflow-Valve (2003):

    4 x Outflow-Valve an der Rumpfunterseite zur

    Regelung des Kabinendrucks

    Erster E-Motor Emulator der SET

  • © SET Power Systems GmbH Seite 13

    E-Motorenprüfstand

    Einsatzgebiet Optimiert für

    E-Maschinen-Test

    Flexibilität Umbau erforderlich

    Genauigkeit der

    Maschine

    exemplarabhängig,

    temperaturabhängig

    Dynamik (Drehzahl,

    Drehmoment)

    schlecht

    Fehlerstimulation kaum möglich

    Sicherheitsaspekte rotierende Teile

    Wartung mechanischer Verschleiß

    Platzbedarf /

    Betriebsumgebung

    relativ hoch

    Invest /

    Betriebskosten

    mittel /

    hoch

  • © SET Power Systems GmbH Seite 14

    Inverterprüfstand

    Einsatzgebiet Optimiert für Inverter-Test

    Flexibilität neuer Motor per Knopfdruck

    Genauigkeit der

    Maschine

    datenabhängig,

    numerisch korrekt ohne Drift

    Dynamik (Drehzahl,

    Drehmoment)

    sehr gut

    Fehlerstimulation umfangreiche Möglichkeiten

    Sicherheitsaspekte kein mechanisches

    Gefährdungspotential

    Wartung keine erforderlich

    Platzbedarf /

    Betriebsumgebung

    geringe Ansprüche

    Invest /

    Betriebskosten

    mittel /

    gering

  • © SET Power Systems GmbH Seite 15

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    500

    1000

    1500

    2000

    2500

    3000

    3500

    4000

    0 200 400 600 800 1000 1200

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    ]

    Künstliche

    Referenzwerte

    Referenzwerte

    realer

    Fahrzyklen

    Referenzdaten

    aus dem

    RT – Fahrzeug

    Modell

    Inverter

    (UUT) E-Motoremulator

    (EME)

    AVL InMotion ™

    Mechanical

    Enviromental

    Driving

    Maneuvers

    Powertrain

    Model

    Driver

    Model

    Virtual Vehicle

    set values

    set values

    Simulierte Lasten am Antriebsstrang

    Anwendungen

    Fehlerstimulation

    E-Maschine Optimierung

    Antriebsregler

    - Stromregler

    - Moment/Drehzahl

    - Wirkungsgrad

    - Motorphasen

    - Lagegeber

    - Toleranzen

    „Reale Welt“ „Virtuelle Welt“

  • © SET Power Systems GmbH Seite 16

    Produkte

  • © SET Power Systems GmbH Seite 17

    30

    600

    400

    48 12 400 600 U [V]

    I [A]

    < 1 kW

    > 300 kW

    900

    800

    Gerätekategorieen

    ~ 10/15 kW

    Micro Hybrid Mild Hybrid Full Hybrid

    Plug-in Hybrid

  • © SET Power Systems GmbH Seite 18

    Elektrischer Antriebsstrang

    Anwendungen HV

  • © SET Power Systems GmbH Seite 19

    Parkbremse, Servolenkung, Benzin-/Ölpumpe …

    Anwendungen LV

  • © SET Power Systems GmbH Seite 20

    20

    Entwicklung

    • Hardware

    • Software

    Verifikation

    • HW/SW Integration

    • Systemtests

    Produktion

    • EOL

    • QS

    • Fehleranalyse

    OEM … Tier 1 … Service Provider

    Design

    • Hardware

    • Software

    • Regelung

    Verifikation

    • HW/SW

    Integration

    • Systemtests

    • Qualifizierung

    Produktion

    • EOL

    • QS

    • Reparatur

    Anwendungsfelder

  • © SET Power Systems GmbH Seite 21

    Eigenschaften im Detail

  • © SET Power Systems GmbH Seite 22

    Transformiertes

    Motormodell

    Reibungs-

    und

    Lasteingabe

    Eigenschaften im Detail

  • © SET Power Systems GmbH Seite 23

    Emulation sensorlose Synchronmaschine, 400V/95krpm/15kW

    Rotor stellen

    Unsynchronisiertes

    Anfahren

    Synchronisation

    Stromreduktion

    (Drehzahl erreicht)

    Phasenstrom

    Eigenschaften im Detail

  • © SET Power Systems GmbH Seite 24

    Emulation sensorlose Synchronmaschine, 400V/95krpm/15kW

    - Darstellung interner Größen mittels Modellmonitor (Software-Oszi)

    Rotorwinkel

    Iq

    Phasenstrom

    Stromlimit

    eingestellt

    Eigenschaften im Detail

  • © SET Power Systems GmbH Seite 25

    1. Parametrierbare Grundmodelle

    SET

    Power Systems