Wie lassen sich zuverlässige Messungen in Prüflaboren für Elektromotoren erzielen?
In Prüflaboren für Elektromotoren ist die Qualität der elektrischen Versorgung entscheidend, um präzise Messergebnisse sicherzustellen. Harmonische Verzerrungen, Hochfrequenzstörungen und transiente Ereignisse, die von elektronischen Stromversorgungen erzeugt werden, können die Messungen verfälschen und dadurch die Bewertung der tatsächlichen Leistungsmerkmale der geprüften Komponenten beeinflussen.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, hat IREM ein dreiphasiges lineares AC-AC-Stromversorgungssystem mit 150 kVA entwickelt – eine Power Quality Lösung auf Basis elektromechanischer Technologie, die vollständig ohne Leistungselektronik arbeitet.
Das System verwendet einen servogesteuerten dreiphasigen Stelltransformator mit stufenloser Regelung sowie einen Serientransformator. Dadurch werden die für Wechselrichter-, PWM- und AC-DC-AC-Doppelwandler-Architekturen typischen harmonischen Verzerrungen bereits an der Quelle eliminiert. Das Ergebnis ist eine Ausgangsspannung, welche das harmonische Profil des Versorgungsnetzes unverändert beibehält, ohne zusätzliche Störungen einzubringen.
Leistungsmerkmale des 150-kVA-Systems
Das System wird direkt aus einem 400-V-Drehstromnetz mit einer Betriebsfrequenz von 50–60 Hz gespeist und ermöglicht eine stufenlose Regelung der Ausgangsspannung von 4 V bis 400 V.
Die Nennleistung beträgt 150 kVA (433 A Leitungsstrom), während die Regelgenauigkeit den statischen Fehler innerhalb von ±0,5 % des eingestellten Wertes hält.
Ein Rückkopplungssystem überwacht kontinuierlich die Eingangsspannung und korrigiert automatisch die Position der Kontakte des Stelltransformators. Dadurch wird auch bei Netzschwankungen oder Laständerungen ein stabiler RMS-Wert gewährleistet.
Warum verbessert eine elektromechanische Architektur die Prüfqualität?
Durch den Verzicht auf elektronische Schaltelemente wird eine Spannungsform ohne Notches, Ripple und Hochfrequenzstörungen erreicht.
Dadurch können Prüflabore ausschließlich das tatsächliche Verhalten der zu prüfenden Komponente analysieren, ohne dass die Stromversorgung Fehler bei Wirkungsgradmessungen, der Bestimmung von Eisen- und Kupferverlusten oder bei der Bewertung des thermischen Verhaltens von Elektromotoren, Wechselrichtern und deren Antriebssystemen verursacht.
Mit der kontinuierlichen Steigerung der Effizienzklassen von Elektromotoren und den immer geringeren zulässigen Toleranzen bei Zertifizierungsprüfungen wird eine verzerrungsfreie Stromversorgung zunehmend zu einer unverzichtbaren Voraussetzung für zuverlässige Messergebnisse.
Analoge Steuerung und dynamische Spannungsstabilisierung
Die Spannungsregelung erfolgt über eine Fernschnittstelle mit einem standardisierten analogen 0–10-VDC-Signal, das einen mit dem Stelltransformator gekoppelten Servomotor ansteuert.
Das lineare Regelverhalten ersetzt herkömmliche manuelle oder relaisgesteuerte Regelungen und bewahrt gleichzeitig sämtliche Vorteile der elektromechanischen Technologie. Dadurch wird eine kontinuierliche und präzise Stabilisierung der Ausgangsspannung gewährleistet.
Thermische Stabilität und langfristige Zuverlässigkeit
Das System wurde für höchste Zuverlässigkeit im Dauerbetrieb ausgelegt.
Die Wicklungen bestehen aus Isoliermaterialien der Klasse H, während die Leiterdimensionierung für den Betrieb innerhalb der Grenzwerte der Klasse F ausgelegt ist. Dadurch entsteht eine thermische Reserve von etwa 25 °C, welche die Widerstandsfähigkeit gegenüber Überlasten und transienten Ereignissen verbessert und gleichzeitig die Lebensdauer der Isolierung verlängert.
Die Kühlung erfolgt ausschließlich durch natürliche Konvektion (AN-Verfahren). Der vollständige Verzicht auf Lüfter beseitigt eine der häufigsten Fehlerquellen, reduziert den Wartungsaufwand, eliminiert Geräuschentwicklung und erhöht die mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF).
Welche konstruktiven Lösungen erhöhen die Sicherheit?
Das Gehäuse besteht aus einer hochfesten Stahlblechkonstruktion mit Schutzart IP21 bei geschlossenen Türen.
Während Inspektionsarbeiten wird die Schutzart IP2X durch transparente Schutzabdeckungen aus massivem Polycarbonat gewährleistet. Diese ermöglichen die Sichtkontrolle der internen Komponenten und schützen gleichzeitig vor direktem Berühren spannungsführender Teile.
Anwendungen in Prüflaboren und Industrie
Das System wurde für alle Anwendungen entwickelt, bei denen elektrische Präzision und Zuverlässigkeit grundlegende Anforderungen darstellen.
Es findet Einsatz in Prüflaboren für Elektromotoren, Wechselrichter und trenntransformatoren, in Forschungs- und Entwicklungszentren zur Zertifizierung elektromechanischer Komponenten, in Industrieanlagen mit instabilen Netzspannungen sowie im Schiffs- und Eisenbahnsektor, wo Stromversorgungen mit variabler Spannung und Frequenz erforderlich sind.
Neben einer besonders sauberen Stromversorgung eliminiert das System Messartefakte, reduziert elektromagnetische Störungen und hält die Ausgangsspannung auch bei Schwankungen des industriellen Versorgungsnetzes konstant.
Skalierbarkeit bis 1 MVA
Die von IREM entwickelte Architektur ist vollständig skalierbar und kann kundenspezifisch realisiert werden.
Die Technologie kann für einphasige und dreiphasige Netze mit Spannungen von 110 V bis 690 V sowie Leistungen bis zu 1 MVA ausgelegt werden und passt sich damit den spezifischen Anforderungen von Prüflaboren und industriellen Anwendungen mit höchsten Power Quality-Ansprüchen an.
