Elektromotor prüfen

Wie werden Elektromotoren geprüft?

Prüfstände für Elektromotoren werden in Forschung und Entwicklung, zur Qualitätssicherung, Auditierung und in der Fertigung eingesetzt. Ein Prüfstand für Elektromotoren ist ein Prüf- oder Testsystem zur reproduzierbaren Prüfung mechanischer und elektrischer Eigenschaften, der thermischen Auslegung, Überlastbarkeit und weiterer applikationsspezifischer Messgrößen an elektrischen Antrieben. Es gibt auch spezielle Anforderungen zum Schall und dessen Reduktion (NVH-Analyse und NVH-Optimierung). Ein Prüfstand für Elektromotoren setzt sich zusammen aus einer mechanischen Einheit, an die der Elektromotor bzw. Komponenten desselben angeschlossen werden, und einem Messsystem, das aus Sensoren, Applikationssoftware und Auswerteeinheit zur Steuerung und Analyse der Testabläufe besteht.

Die Bestimmung der Leistung, Effizienz, Dynamik, Stabilität und des Wirkungsgrades eines Elektromotors basiert auf der Messung von:

Elektrischen Größen

• Strom
• Spannung
• Leistung
• Harmonische Transienten
• Wicklungswiderstände
• Isolationswiderstand
• Hochspannungsprüfung
• Schirmwiderstände

Mechanischen Größen

• Drehmoment
• Drehzahl
• Drehwinkel

Temperatur

Prüflingstemperaturen (Motor / Regler / Lagerbereich etc.) während der Erwärmungslaufmessungen oder bei frei definierbaren Lastzyklen bzw. in diversen Prüfmodulen

Schwingungen

Zur Detektion von Systemfehlern, wie etwa Lagerschäden, Unwuchten etc., um Folgeschäden, die bei der Messung auftreten könnten, zu verhindern

Welche Arten von Prüfständen für Elektromotoren unterscheidet man?

Folgende Arten von Prüfständen von Elektromotoren sind zu unterscheiden:

• Entwicklungsprüfstand
• Dauerlaufprüfstand
• Prüfstand zur Auditierung von elektrischen Antrieben
• EOL-Prüfstand (End-of-Line-Prüfstand)
• HiL-Prüfstand (Hardware-in-the-Loop)

Welche Prüfungen werden am Prüfstand für Elektromotoren durchgeführt?

• Lebensdauerprüfungen unter maximaler mechanischer Belastung (Vollast)
• Funktions- und Leistungstests zur Überwachung und (vorausschauenden) Wartung
• Prüfung entsprechend der Nennbetriebsarten S1-S10 aus der Norm EN 60034-1
• Prüfung mit kundenspezifischem Lastprofil mit Vorgabe von Drehzahl und Drehmoment
• Ermitteln der Effizienz des Motors oder des Antriebssystems
• Ermitteln der Kennlinien des Motors oder Antriebssystems
• Typprüfung von Elektromotoren
• Stückprüfung von Elektromotoren
• Qualifikation von Elektromotoren
• Prüfung gemäß Norm EN 60034-2-1 und 60034-2-3

Welches sind die Anforderungen an einen Prüfstand für Elektromotoren?

Die Entwicklung von Antriebssystemen für Elektromobilität und Hocheffizienzmotoren im industriellen Bereich stellt in Hinblick auf Flexibilität und Bedienbarkeit immer höhere Ansprüche an Elektromotorenprüfstände. Es sollten unterschiedliche Leistungs-, Drehzahl- und Drehmomentbereiche abgedeckt werden können, auch hohe Drehzahlen zum Beispiel bis 50.000 min-1 oder Drehmomente im Bereich mehrerer Kilonewtonmeter (kNm). 

Immer wichtiger werden neben der Prüfung der Leistung von Elektromotoren die Prüfung von Energieeffizienz und Wirkungsgrad. Da die Antriebstechnik gut zwei Drittel des industriellen Stroms verbraucht, lässt sich dadurch viel Kohlendioxidausstoß vermeiden.
Prüfstände für Elektromotoren müssen die unter „Minimum Energy Performance Standards“ (MEPS) für die Energieeffizienz von Elektromotoren weltweit eingeführten Normen ermitteln und dabei den gesetzlichen Bestimmungen zur Messgenauigkeit entsprechen. Die Normen IEC 60034-30-1, NEMA MG1 und weitere definieren die Wirkungsgradklassen und die Mindestanforderungen für Elektromotoren in der Leistungsklasse 0,75 bis 375 kW.

Welches sind die Anwendungsfelder für Prüfstände für Elektromotoren im Bereich der Elektromobilität? 

Die Elektromobilität umfasst ein breites Anwendungsfeld: von externen Starter- und Generator-Lösungen für optimierte Start-/Stop-Automatik bis hin zu rein elektrischen Antriebssystemen.

Hauptantriebe Elektrofahrzeuge:

• Synchron-, Asynchron- und Hybridmotoren
• Getriebe-Motor-Kombinationen

Getriebe-Motor-Kombinationen

Hilfsantriebe Automotive:

• Pumpen-, Lüfter-, Verstell-, Wischermotoren
• Elektrisch öffnende Heckklappe
• Generatoren
• Elektrische Turbolader

Durch die Bedeutung und unterschiedlichen Anforderungen dieser Hilfsantriebe sind auch die Ansprüche an die Auditierung und Prüfung solcher Hilfs- und Nebenaggregate zunehmend gestiegen. Die Antriebe werden dazu häufig unterschiedlichen Umweltbedingungen ausgesetzt, wie etwa der Simulation von extrem niedrigen beziehungsweise extrem hohen Temperaturen. Dies geschieht in speziell angepassten Temperatur- und Klimakammern, die mit dem Prüfstand verbunden werden können.

Aber auch axiale und radiale Kräfte müssen je nach Funktion des Antriebs häufig als Härtetest simuliert werden.

Welche Anwendungsfelder für Prüfstände für Elektromotoren gibt es?

Prüfstände für Elektromotoren werden eingesetzt für:

• Hauptantriebe Elektrofahrzeuge (Pkw, Lkws, Busse)
• Hauptantriebe Hybridfahrzeuge
• Hilfsantriebe Elektrofahrzeuge
• Powertools
• Antriebe von Maschinen und Gabelstaplern
• Industrieroboter
• Industriemotoren
• S- und U-Bahnen, ICEs