Effiziente Prüfstände für die elektrische Antriebstechnik

Elektromotoren brauchen Wechselrichter, die die Spannung und Frequenz der Energie aus dem Versorgungsnetz oder aus Batterien umwandeln. Nur so lassen sich Motoren mit veränderbarer Drehzahl ansteuern. Das gilt zum Beispiel für Industrieantriebe oder Elektrofahrzeuge. Auch bei der Netzeinspeisung von elektrischer Energie aus Photovoltaikmodulen kommen Wechselrichter zum Einsatz. Für die Prüfung der Geräte im Rahmen der Produktentwicklung und Fertigung verwendet man heute Motorprüfstände. In einem Forschungsvorhaben arbeitet die Technische Hochschule Mittelhessen an einer effizienteren Prüftechnologie.

Projektleiter ist Prof. Dr. Fabian Mink vom Friedberger Fachbereich Informationstechnik – Elektrotechnik – Mechatronik. Er kooperiert mit Keba Industrial Automation Germany aus dem hessischen Lahnau. Die Partner wollen den Motor im Prüfstand durch einen Emulator ersetzt. Darunter versteht man ein System, das ein anderes funktionell nachbildet. Der Emulator übernimmt also die Aufgaben des Motors. Mink sieht darin eine Reihe von Vorteilen: „Eine hohe Energieeffizienz durch nicht vorhandene Energieverluste im Motor, einen geringeren Platzbedarf, Wartungsfreiheit, keine Geräuschentwicklung und Gefahren durch rotierende Teile und eventuell geringere Anschaffungskosten.“ Darüber hinaus seien bestimmte dynamische Tests denkbar, die wegen verschiedener Einschränkungen an klassischen mechanischen Prüfständen nicht möglich sind. Dazu gehören zum Beispiel mechanische Schwingungen im Antriebsstrang, Kurzschlüsse oder Überlastsituationen.

Bisher ist die Verwendung industrieller Standardkomponenten in derartigen Prüfanlagen nicht möglich. Einfach handhabbare Motormodelle fehlen ebenso wie geeignete Auswahlkriterien für die benötigten Bestandteile.

Im Projekt sollen deshalb Konzepte entwickelt werden, wie sich Motoremulatoren weitgehend unter Verwendung verfügbarer industrieller Komponenten aufbauen lassen. Die Wissenschaftler wollen hierfür Auswahlkriterien abhängig von den geforderten Kenndaten wie Leistung, Spannung, Schalt- und Ausgangsfrequenz erarbeiten. Projektziel ist außerdem die einfache Inbetriebnahme und eine intuitive Bedienbarkeit des Prüfstands.

Nach Minks Überzeugung ist das Emulatorkonzept klassischen Motorprüfständen wirtschaftlich und ökologische deutlich überlegen, weil es weniger Komponenten benötigt, wartungsfrei und energieeffizient ist. Die zunehmende Zahl von Elektrofahrzeugen spreche für eine steigende Nachfrage nach Prüfständen besonders für Tests von Stromrichtern in der Fertigung.

Das Projekt läuft ein Jahr und wird im Rahmen des Programms „Forschung für die Praxis“ vom Land Hessen mit 40.000 Euro gefördert.