Artikel: Einführung in die Messung elektrischer Leistung bei Transienten

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Das Testen der mobilen Stromversorgung, der transienten Stromversorgung, der Stromversorgung im Fahrzeug und der Effizienz bringt einige einzigartige Herausforderungen mit sich. Zum einen gibt es keine konstante Frequenz: die Fahrzeuggeschwindigkeit ändert sich ständig - sie steigt oder sinkt. Nur sehr selten setzt sich ein Fahrer in ein Auto und fährt während der gesamten Fahrt mit einer festen Geschwindigkeit.

Beispiel für einen transienten Leistungstest

Elektro-Scooter Mobile Power Test

Dieses Beispiel eines transienten Leistungstests wurde mit einem Elektroroller durchgeführt. Die dreiphasigen Spannungskabel wurden herausgezogen und an ein HBK Genesis Testsystem an Bord montiert und an eine 12-Volt-Batterie angeschlossen. Anschließend wurde es zur Datenerfassung und Visualisierung an einen Computer angeschlossen. Diese Einrichtung ist oben abgebildet. Der Roller wurde dann auf einer Strecke gefahren, die einen Hügel enthielt, und die Daten wurden live aufgezeichnet.

Visualisieren Sie Echtzeitdaten auf vielfältige Weise

Es gibt einige interessante Dinge, die dieses System, insbesondere die Software, bei der Datenerfassung ermöglicht. Die Daten können auf verschiedene Weise visualisiert werden. Eine zufällige Auswahl von Dingen, die einige rohe Spuren zeigen, sehen Sie auf dem Screenshot oben. Die Spuren sind Hochgeschwindigkeits-BWM-Rohsignale. So sehen die Signale bei der hohen Abtastrate aus.

Einige RMS-Durchschnittswerte werden angezeigt, so dass Sie die Möglichkeit haben, einen stationären Wert oder einen Durchschnittswert der Signale zu betrachten, um die Veränderungen live zu sehen. Es ist schwer, die Veränderung zwischen einer Stromspitze und einer anderen zu erkennen, aber der Effektivwert ist viel offensichtlicher und so kann die Beobachtung des Effektivwerts im Fahrzeug ein wirklich leistungsfähiges Werkzeug sein.

Die digitale Anzeige des RMS-Stroms und der RMS-Spannung gibt dem Fahrer Rückmeldung darüber, welche Punkte er erreicht hat. Ein Fahrer oder Beifahrer kann dann bei jedem beliebigen Wert einen Auslöser betätigen, nachdem er eine bestimmte Spannung oder einen bestimmten Strom erreicht hat, den er wünscht.

Wie oben gezeigt, werden in der Echtzeitanzeige, die man in einem Fahrzeug oder während eines Fahrzyklus haben könnte, ID und IQ live berechnet. Diese werden in einer Zeitspur und als X, Y-Diagramm angezeigt. Es gibt viele Möglichkeiten, die Daten zu visualisieren, und jeder dieser Punkte kann ausgelöst werden.

Mit diesen Auslösern können Sie eine Live-Effizienz-Heatmap erstellen, wie in der nächsten Abbildung zu sehen ist, und ein Reverse Engineering durchführen, um zu verstehen, wie hoch die Effizienz ist, und dann alle Signale anzeigen, um zu verstehen, was unser Fahrzeug macht.

Fahrzyklen und Tests im Fahrzeug erfordern dynamische Leistungsmessungen. Dynamische Leistung ist von großer Bedeutung.

Diese erste Grafik - Beschleunigung - zeigt, wie der Roller von Null auf eine bestimmte Geschwindigkeit beschleunigt. Strom wird in rot dargestellt, Spannung in blau und dann Leistung, Blindleistung und Scheinleistung in schwarz, rosa bzw. gelb. Der Rückstoß, der zum Starten des Rollers erforderlich ist, ist zu sehen. Der Wechselrichter des Rollers wird dann aktiviert und die PWM schaltet sich ein. Es gibt einen kleinen Einschaltimpuls und dann, wenn die Frequenz steigt und der Roller schneller wird, kann man sehen, wie die Bänder enger werden. Es gibt ein wenig Überschwingen und dann einen gleichmäßigeren Zustand.

Während der gesamten Aufzeichnung können Sie sehen, wie der Zyklusdetektor in Schwarz dem Strom den ganzen Weg folgt. Die Zykluserkennung ermöglicht die Messung von Signalen bei Frequenzänderungen. Wenn der aktuelle Wert gegen Null geht, steigt die Frequenz. Dann gibt es Leistungswerte, die mit der Fahrzeugleistung stetig steigen. An der Stelle, an der der Roller getreten wurde, gibt es einen kleinen Stromstoß, da tatsächlich Strom in das System eingespeist wurde. Während diese Leistung zunimmt, gibt es Wind von den Hügeln, die eine reale Oszillation der Leistung verursachen, während sie zunimmt. Danach kommt es zu einem Überschwingen durch die zusätzliche Leistung. In diesen dynamischen Szenarien wird mehr Strom verbraucht, als normalerweise der Fall wäre.

Dies ist ein wertvolles Hilfsmittel, um herauszufinden, wie weit ein Fahrzeug mit einem tatsächlichen Fahrer, einem tatsächlichen Antriebsstrang und unter tatsächlichen Straßenbedingungen fahren kann. Mit dynamischen Tests können Benutzer reale Szenarien charakterisieren. Sie liefert eine genaue Schätzung der Reichweite des Fahrzeugs und ermöglicht die Optimierung des Antriebsstrangs, um bei EPA- oder behördlich gesteuerten Tests besser abzuschneiden.

Diese Analyse zeigt, was passiert, wenn ein Sprung mit dem Scooter ausgeführt wird. Er arbeitet in einem stabilen Zustand und dann, mit dem Sprung, beschleunigt sich die Frequenz rapide, weil es jetzt keine Last mehr gibt. Er versucht, ein Drehmoment zu halten, aber er ist nur offen, mit durchdrehenden Rädern. Dann landet der Roller, und es kommt zu einem großen Stromstoß, was für das System ein ziemlich traumatischer Zustand ist. Mit zunehmender Geschwindigkeit nimmt die Leistung ab, und die Trägheit des eigentlichen Rades geht in die Regeneration über. Danach gibt es wieder einen großen Sprung in der Leistung.

Dies sind nicht unbedingt Dinge, die wir bei einem Fahrzyklus-Test berücksichtigen würden. Es ist jedoch ein wichtiger Punkt, den man untersuchen sollte, wenn man sich mit dem Betrieb von Fahrzeugen befasst - wie gehen die Systeme mit unerwarteten Störungen um, z. B. wenn das Rad in die Luft fliegt oder das Fahrzeug auf Eis aufschlägt und ausrutscht?
Das Verständnis solcher Fälle kann die Erfahrung und den Betrieb des Fahrzeugs verbessern und dazu beitragen, viele Probleme im weiteren Verlauf und während der Lebensdauer des Fahrzeugs zu vermeiden. Dies ist eine sehr wertvolle Information, um all die seltsamen Dinge zu erkennen, die passieren könnten, und um herauszufinden, wie man verhindern kann, dass die Ströme einen bestimmten Schwellenwert überschreiten, um die Lebensdauer des Systems zu erhalten, Überhitzung und Entmagnetisierung zu vermeiden und um zu verhindern, dass das Getriebe bei sehr schnellen Drehmomentreaktionen bricht.

Fahrzyklen können auf einem Prüfstand, einem Fahrwerksprüfstand und Fahrzeugfahrten durchgeführt werden. Dieser Satz von Diagrammen zeigt eine Runde auf einem Rundkurs, der einen Fahrzyklus mit Beschleunigungen und Abbremsungen emuliert. Spannung (blau) und Strom (rot) steigen an, fallen ab und gehen auf Null zurück. Die Fahrzeuggeschwindigkeit oder Fahrzeugfrequenz (schwarz) zeigt an, dass der Roller beschleunigt, verlangsamt, auf Null steht, tritt und so weiter. Der Weg des Fahrzeugs kann verfolgt werden, um zu verstehen, welche Dinge, wie der Sprung, wo passieren.

Durch dynamische Leistungsverfolgung und die Verwendung eines Zyklusdetektors zur Verfolgung der Grundschwingung können Sie erkennen, wann das System in die Regeneration geht, wann es starke Beschleunigungen gibt und wann Energie verschwendet wird. Dies alles kann in Echtzeit in Energie umgewandelt werden. So können Sie den Energieverbrauch im Laufe der Zeit verfolgen, was wichtig ist, da sich der Energieverbrauch auf die Reichweite auswirkt. Je weniger Energie für die gleiche Strecke aufgewendet werden muss, desto größer ist die Reichweite und desto effizienter ist das Fahrzeug.

Wenn Sie verstehen, wie eine bestimmte Leistungsspitze die verbrauchte Energie beeinflusst, können Sie den Overdrive-Zyklus des Systems optimieren, indem Sie z.B. die Regeneration effektiver gestalten.

Fahrzyklustests

Diese Fahrzyklen, die reale Szenarien abbilden, können auf einem Prüfstand aufgenommen und abgespielt werden. Die Bilder oben zeigen ein Drehmomentmuster (rot) und ein Geschwindigkeitsmuster (blau) für den World Harmonized Light Vehicles Test (WLTC). Es ist klar, dass ein bestimmtes Drehmoment aufgebracht werden muss, um bestimmte Geschwindigkeiten für diesen Antriebszyklus zu erreichen. Bei diesem 30-minütigen Test wurden neben dem Drehmoment und der Geschwindigkeit auch die Motorverluste gemessen, was zeigte, dass die Verluste der Maschine von verschiedenen Elementen herrühren. Temperaturen beim Wickeln. Dies sind alles Dinge, die im Fahrzeug auf einem Fahrwerksprüfstand, im Fahrzeug auf der Straße oder auf einem Prüfstand für Forschungs- und Entwicklungszwecke durchgeführt werden können. Die Tests helfen Ihnen zu verstehen, wo Ihre Verluste am höchsten sind, so dass Sie beginnen können, diese zu minimieren.

3-Phasen-Roller - Springen und Landen

In vielen Fällen, insbesondere bei instationären Zuständen, ist es wichtig zu verstehen, wie ein Controller mit dieser Situation umgeht. Verhält sich der Controller bei Transienten akzeptabel? Um zu verstehen, was die Maschinensteuerung tut, ist es hilfreich, sie zu kalibrieren und ein Reverse Engineering oder Benchmarking durchzuführen. Das Verständnis der Kalibrierung ist wichtig für das Kundenerlebnis.

Das Sprung-Szenario wurde in der Raumvektor-Ebene (siehe oben) aufgezeichnet, um sich ein Bild davon zu machen, wie der Controller mit dieser gegebenen transienten Situation umging.

Die erste Grafik zeigt, dass es eine hohe Grundfrequenz bei niedrigem Drehmoment gibt und dass dann viel Strom und Drehmoment anliegt, wenn das Fahrzeug landet. Der Fluss in der Magnetisierung kann dann gesehen werden.