Eine Publikation der Binkert Medien AG
Komplette Power Analyse für 3-Phasen-Motorantriebe : Ausgabe 01/2015, 10.04.2015

Das Schweizer Taschenmesser für die Motoranalyse

Eine moderne Messgerätelösung vereint die Vorteile aus Power Analyzer und 8-Kanal-Oszilloskop für umfangreiche Analysen an mehrphasigen Motorantrieben. Techniker erhalten so ein einfaches Werkzeug, das vom Debugging bis zur Analyse alle Aspekte einer kompletten Antriebseinheit abdeckt.

Die Leistungselektronik ist eines der am schnellsten wachsenden Marktsegmente in der Elektronik. Das Wachstum entsteht vor allem durch neue Vorgaben und Normen, die Effizienz der Antriebe zu verbessern, Initiativen zum Umweltschutz und komplexe Steuerungsanforderungen. Leistungselektronik kommt heute in erster Linie in Leistungswandlern wie Schaltnetzteilen, Gleichspannungswandlern, Umrichtern und Wechselrichtern zum Einsatz.

Verschiedene Geräte für verschiedene Analysen

Dreiphasige Leistungswandler nutzen komplexe Embedded-Control-Designs, um die hohen Leistungen ab 1 kW zu regulieren. Diese Embedded-Systeme enthalten schnelle Mikroprozessoren mit umfangreicher Mixed-Signal- Architektur und analogen, digitalen sowie seriellen Schnittstellen. Power Analyzer werden bis heute eingesetzt, um den Leistungsbedarf und die Effizienz in einem System zu messen. Oszilloskope werden eher genutzt, um Fehler in Embedded-Control-Systemen zu finden und zu beheben. Neue Entwicklungen in der Messtechnik können diese Test-Paradigmen aber verändern.

Komplette Analyse eines Antriebs mit nur einem Gerät

Bei einer kompletten Antriebs- lösung handelt es sich meist um eine sehr komplexe Mischung aus dreiphasiger Leistungselektronik, mechanischen, motorgetriebenen, analogen, digitalen und seriellen Daten sowie pulsweitenmodulierten PWM-Signalen. Traditionelle 8-Bit-Oszilloskope sind in der Lage, Aktivitäten von Embedded-Control-Systemen oder Leistungstransistoren zu erfassen. Power Analyzer sind ausschliesslich für Messungen an Ein- oder Ausgängen der Antriebsleistung und -effizienz geeignet. Dagegen bieten sie nur sehr geringe bis keine Signalerfassungsmöglichkeiten für Embedded-Controller und auch keine Debug-Fähigkeiten für Antriebssysteme.

Der Motor Drive Analyzer (MDA) erlaubt Signalerfassungen direkt von der Dreiphasen-Leistungseinheit, Leistungstransistoren und Embedded-Control-Systemen. Darüber hinaus führt er gleichzeitig Dreiphasen-Leistungsanalysen an der Leistungsversorgung in nur einem Messgerät durch und deckt somit Debugging und Analyse aller Aspekte der kompletten Antriebseinheit ab.

Klare Darstellung lässt die Probleme schneller erkennen

Der Analyzer misst verschiedene Parameter, wie z.B. Spannung, Strom, Leistung (Echt-, Schein-, Blindleistung), Phasenverschiebung und Effizienz. Die Werte misst er entweder direkt an erfassten Spannungs- bzw. Stromsignalen oder berechnet sie und stellt die Daten in einer Tabelle dar. Die Tabelle ist frei konfigurierbar und wird zusammen mit den erfassten Signalen angezeigt. Sie entspricht den Informationen, die normalerweise von einem Power Analyzer zur Verfügung gestellt werden. Zusätzlich kann ein Messparameter auch als zeitkorreliertes Signal durch einfaches Anklicken des Wertes in der Tabelle angezeigt werden. Dieses Signal wird in zeitlichem Zusammenhang mit den anderen erfassten Signalen dargestellt, und man kann dadurch auch komplexe Beziehungen des Antriebs zu anderen Signalen der Steuerung oder des Antriebs in Verbindung bringen. Durch diese Darstellung können Techniker Probleme des Antriebssystems schneller beheben. Statistische Details der Messungen werden parallel angezeigt. Diese zusätzlichen Informationen gehen weit über das hinaus, wozu ein Power Analysator in der Lage ist.

Dynamische Analyse für ein umfassendes Verständnis der Maschine

Der grosse Erfassungsspeicher des MDA800 bis 250 MPunkte/Kanal erschliesst viele Möglichkeiten bei der Analyse des Antriebsverhaltens. So sind beispielsweise 25 s kontinuierliche Erfassung mit einer Abtastrate von 10 MSa/s möglich. Dies erlaubt ein umfassendes Verständnis des dynamischen Antriebsverhaltens, wie z.B. bei Anlassern, Lastaufbringung oder Wechsel des Belastungszustandes, und dem Zusammenhang von Problemen beim Antriebsverhalten, Steuerungsanweisungen oder Ausfällen in der Leistungseinheit.

Eine intuitive grafische Benutzeroberfläche hilft dem Anwender bei den richtigen Einstellungen und Anschlüssen. Das Setup ist sowohl für Eingangs- und Ausgangssignale von 1-Phasen- als auch für 3-Phasen-Antriebe möglich. Es unterstützt sowohl die 2- wie auch die 3-Wattmeter-Methode für eine Stern- oder eine Dreieckschaltung der Spannungsumwandlung. Mit der 2-Wattmeter-Methode können die Eingangs- und Ausgangssignale des Antriebs und die Leistungseffizienz des Motors mit den 8 Eingängen des Oszilloskops gemessen werden.

Die Motorantriebs-Power-Analyzer-Software erlaubt die einfache Integration von nahezu jeder Art von Geschwindigkeits-, Rotations- und Positionssensoren wie auch von analogen und digitalen Tachometern, bürstenlosem Gleichstrom (BLDC), Hall-Sensoren, Inkremental-Encoder-Schnittstellen (QEI) und von Resolvern. Darüber hinaus lassen sich Hall-Sensoren und QEI-Signale über digitale Eingänge messen, um die analogen Kanäle für andere Signale freizuhalten.

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Techniker können mit nur einem Messgerät die Leistung einer kompletten Antriebseinheit verstehen, prüfen und Fehler beheben


Dieser 480-V-Antrieb zeigt eine Erfassung des AC-Eingangs sowie des Antriebsausgangs über 10 s

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Sektion 21: Mess- & Prüftechnik