Ein Elektromotorenprüfstand oder Prüfstand ist ein Prüfstand zur reproduzierbaren Prüfung von Elektromotoren. Zu einem Elektromotorenprüfstand gehören neben der mechanischen Ausführung auch zugehörige Messgeräte, Sensoren und Anwendungssoftware.

Zur Steuerung und Überwachung der Prüflinge werden beispielsweise Bussysteme eingesetzt. Es gibt unterschiedliche Prüfstandstypen, wie beispielsweise Entwicklungsprüfstände, Dauerlaufprüfstände, End-of-Line-Prüfstände und Hardware-in-the-Loop-Prüfstände.

Bei elektrischen Maschinen werden in der Regel Kennlinienpunkte oder ganze Kennlinien ermittelt. Weitere Prüfungen dienen der Charakterisierung des elektromagnetischen Verhaltens des Prüflings: z. B. generatorische Messungen, Rastmomentmessungen, Entladungsmessungen.

1. Betriebsarten

1.1 Klassisches Testen

Ein typischer Testaufbau besteht aus einer Belastungsmaschine, einer Kupplung und einem Drehmomentaufnehmer. Über eine externe Last wird die Belastung, also die Last, auf den Motor aufgebracht. Mit dieser Methode lassen sich einfache Kennlinien direkt und mechanisch ermitteln und daraus abgeleitete Größen berechnen. Aus dem Eingangsstrom und der Eingangsspannung ist die aufgenommene Leistung bekannt. Ebenso lässt sich aus den Drehzahl- und Drehmomentabgabewerten die mechanische Leistungsabgabe und damit der Wirkungsgrad des Motors ermitteln.

Vorteile

– Es besteht die Möglichkeit, verschiedene Motortypen zu testen

– Es ist nicht notwendig, den Testalgorithmus zu ändern

– Nach der Anpassung sind weitere Tests einfach umzusetzen

Nachteile

– Bei jedem Motor- oder Wellenwechsel ist eine mechanische Modifikation erforderlich

– Bei falscher Parametrierung des Tests können systematische Fehler im Testablauf auftreten

– Das Prüfobjekt muss erst in einem zeitintensiven Prozess an den Prüfstand angepasst werden, bevor die Prüfung durchgeführt werden kann.

1.2 Parameteridentifikationsmethode

Ausnutzung der Eigenträgheit des Prüflings zum dynamischen Durchfahren der Kennlinie: Bei dieser Methode wird der Motor ohne mechanische Kupplung geprüft und es erfolgt keine Drehmoment- und Drehzahlmessung. Die Prüfung erfolgt über Klemmenspannungs- und Stromwerte. Die Kenngrößen werden über mathematische Modelle ermittelt.

Vorteile

- Einfaches Design

- Schnell

– Keine Anpassung an unterschiedliche Motortypen notwendig

– Es werden nur Strom und Spannung gemessen

– Es werden keine mechanischen Größen gemessen

Nachteile

– Modell muss für verschiedene Motoren angepasst werden

2. Weitere Tests

2.1 Geräuschanalyse

Die Geräuschanalyse erfolgt über eine geeignete Anregungsfunktion. Die Prüffunktion sollte so gewählt werden, dass alle geräuscherzeugenden Kräfte über die entsprechenden Sensoren analysiert werden können. Die häufigsten Geräuschquellen sind: Wälzlager, Kommutatoren und elektrische Kräfte.

2.2 Regenerative Prüfung

Ein von außen bestromter und angetriebener Motor induziert an den Anschlussleitungen des Motors eine messbare Spannung. Die induzierte Spannung ist proportional zur Drehzahl und Erregung.

Der Verlauf der induzierten Spannung gibt charakteristische Informationen über die Wicklungen und die Erregung des Kreises. Die Messung der induzierten Spannung ermöglicht eine einfache Diagnose der elektromagnetischen Eigenschaften des Motors. Aus einer bewegten Leiterschleife in einem konstanten Magnetfeld ergeben sich Gesetzmäßigkeiten.

2.3 Messung des Rastmoments

Bei einer rotierenden elektrischen Maschine ergibt die Anzahl der Pole im Rotor multipliziert mit der Anzahl der Stränge im Stator die Anzahl der bevorzugten stabilen Positionen, in die sich der Rotor bewegen kann. Die Größe des Rastmoments wird maßgeblich durch die Konstruktion beeinflusst.

Die Lastmaschine treibt einen stromlosen Prüfling an. Dies gilt unabhängig vom Motortyp. Das Rastmoment wird mit einem Drehmomentsensor gemessen, der zwischen Prüfling und Lastmaschine geschaltet wird.

Das Rastmoment kann auf zwei verschiedene Arten ermittelt werden: Rastmomentmessung bei niedriger Geschwindigkeit oder Rastmomentmessung bei geschlossenem Positionsregler. Beide Messungen erfordern eine aktive Lastmaschine zum Antrieb des Prüflings.