GreenMot: Elektrikli ve hibrit araçların test edilmesi

Genel Bakış

Hibrit bir tahrik sisteminin test yatağında iki dünya aynı anda ölçülür: yüzlerce voltluk anahtarlamalı elektriksel sinyaller ve şaft üzerindeki mekanik büyüklükler. İkisini aynı kayıtta, aynı zaman ekseninde ve operatörü güvende tutarak toplamak, kurulumun asıl mühendislik problemidir.

GreenMot; içten yanmalı, hibrit ve elektrikli tahrik sistemlerinin test edilmesinde uzmanlaşmıştır. Hibrit araçlardaki elektrikli motorların test edilmesi, birkaç yüz voltluk ve 1–25 kHz frekanslarındaki karmaşık elektriksel darbelerin çok sayıda hızlı geçici (transient) ile birlikte işlenmesini gerektiriyordu; tüm sinyal ayrıntısını yakalayan güvenilir ve uzun süreli kayıt şarttı.

Problemi tanımlayan üç kısıt

Bu tür bir test yatağında ölçüm sistemi, birbiriyle çelişen üç gereksinimi aynı anda karşılamak zorundadır.

• Hız: Anahtarlama kenarlarının ve geçicilerin bozulmadan yakalanması, çok yüksek örnekleme hızı gerektirir.
• Süre: Sürüş çevrimleri dakikalar sürer; yüksek hızda uzun süre kayıt almak büyük veri hacmi ve kesintisiz yazma kapasitesi demektir.
• Güvenlik: Ölçüm noktaları yüksek gerilim altındadır; operatör ve iş istasyonları bu potansiyelden yalıtılmalıdır.

Bu üçünden herhangi birini tek başına çözmek kolaydır; zorluk, üçünü aynı kurulumda birlikte sağlamaktır. Hızı artırmak veri hacmini büyütür, yalıtım eklemek bant genişliğini sınırlayabilir, uzun kayıt ise depolama ve veri yönetimi problemi yaratır.

Yaklaşım

HBK, GreenMot'a tork ve genel ölçümler için modüler bir QuantumX DAQ sistemi ile 100 MS/s'ye varan örnekleme hızında yüksek gerilim geçici kaydı için bir Genesis HighSpeed GEN3i sistemi sağladı; görselleştirme ve analiz için Perception yazılımı ve motorlarla iş istasyonları arasında elektriksel izolasyon (700 V'a kadar) sağlayan optik Gigabit Ethernet bağlantıları kullanıldı.

Neden iki ayrı sistem birlikte kullanıldı

Kurulumdaki en öğretici karar, tek bir sistem yerine iki farklı sınıfta sistemin birlikte kullanılmasıdır. Bunun nedeni, ölçülen büyüklüklerin zaman ölçeklerinin çok farklı olmasıdır.

Tüm kanalları en hızlı kanalın gerektirdiği hızda örneklemek teknik olarak mümkündür ama pratik değildir: veri hacmi gereksiz yere büyür ve kayıt süresi kısalır. Doğru yaklaşım, her büyüklüğü kendi zaman ölçeğine uygun hızda kaydetmek ve iki kaydı ortak bir zaman referansıyla ilişkilendirmektir. Mekanik ve genel kanallar için QuantumX modülleri, yüksek hızlı geçici kaydı için Genesis HighSpeed sistemleri bu iş bölümünü sağlar.

Yalıtım: güvenlik ve ölçüm kalitesi birlikte

Yüksek gerilimli test yataklarında yalıtım yalnızca bir güvenlik önlemi değildir; ölçüm kalitesinin de parçasıdır. Ölçüm cihazı ile iş istasyonu arasında galvanik bir bağ bulunduğunda, yüksek gerilim tarafındaki hızlı potansiyel değişimleri toprak üzerinden ölçüm zincirine geri döner ve sinyale karışır.

Optik Gigabit Ethernet bağlantısı bu sorunu kökten çözer: veri yolu üzerinde iletken bir bağ kalmaz. Böylece hem operatör ve iş istasyonları 700 V'a kadar yalıtılmış olur hem de toprak döngüsü kaynaklı gürültü ortadan kalkar. Uzun mesafeli bağlantılarda optik hat aynı zamanda sinyal bütünlüğünü korur.

Ölçüm noktalarında ise yüksek gerilim probları ve uygun bant genişliğindeki akım dönüştürücüleri kullanılır; seçenekler yüksek voltaj probları ve akım ve voltaj transdüserleri kategorilerinde yer alır.

Non-intrusive ölçüm ne demek

Test yatağı ölçümlerinde sık kullanılan "non-intrusive" ifadesi, ölçümün test edilen sistemi değiştirmemesi anlamına gelir. Elektriksel tarafta bu, prob ve dönüştürücülerin devreye ek yük veya kapasitans bindirmemesi demektir; mekanik tarafta ise şaft hattına eklenen transdüserin atalet ve rijitlik dengesini bozmaması anlamına gelir.

Uygulamada tam anlamıyla etkisiz bir ölçüm mümkün değildir; amaç etkiyi ölçülebilir ve ihmal edilebilir seviyede tutmaktır. Bunun için kurulum aşamasında iki kontrol yapılır: ölçüm ekipmanı bağlıyken ve bağlı değilken sistemin davranışının karşılaştırılması, ve şaft hattının burulma doğal frekansının transdüser eklendikten sonra yeniden değerlendirilmesi.

1–25 kHz bandı neden zorlayıcı

Hibrit tahrik sistemlerinde inverterin anahtarlama frekansı tipik olarak birkaç kHz mertebesindedir ve bu temel frekansın harmonikleri çok daha yukarılara uzanır. Ölçüm sistemi yalnızca temel frekansı değil, darbelerin kenarlarını oluşturan yüksek frekanslı bileşenleri de geçirebilmelidir; aksi hâlde kaydedilen dalga şekli yuvarlanır ve anahtarlama kayıplarının hesabı yanlış çıkar.

Buna ek olarak bu bandda örnekleme hatası sinsi biçimde ortaya çıkar. Anahtarlama frekansına yakın bir örnekleme hızı seçildiğinde, kayıtta gerçekte var olmayan düşük frekanslı bir dalgalanma belirir. Bu sahte bileşen, kontrol yazılımı kaynaklı bir salınım gibi yorumlanabilir ve yanlış tasarım kararlarına yol açar. Takma önleyici filtrenin doğru yapılandırılması bu yüzden kurulumun ihmal edilemez adımıdır.

Uzun süreli kayıt ve veri yönetimi

Yüksek hızda ve uzun süre kayıt almak, depolama kadar veri yönetimi problemi de yaratır. Bir sürüş çevrimi boyunca toplanan kaydın sonradan işlenebilir olması için, kanal adlandırmasının, sensör kimliklerinin, ölçekleme katsayılarının ve test koşullarının kayıtla birlikte saklanması gerekir.

Değerlendirme tarafında, yüksek hızlı veriyle çalışabilen bir yazılım zincirin son halkasını tamamlar. Geçici olayların tetiklemeyle yakalanması, farklı denemelerin üst üste bindirilerek karşılaştırılması ve hesaplanmış kanalların tanımlanması bu aşamada yapılır. Perception bu iş akışı için geliştirilmiştir; genel yazılım portföyü veri toplama yazılımları sayfasında yer alır.

Kullanılan HBK çözümleri:

• QuantumX (modüler DAQ)

• Genesis HighSpeed GEN3i

• Perception yazılımı

• Optik Gigabit Ethernet izolasyon

Sonuçlar

Bu kombinasyon, GreenMot'un karmaşık çok motorlu hibrit test yataklarında non-intrusive ve yüksek güvenilirlikte ölçümler yapmasını, hızlı elektriksel geçicileri tam olarak yakalamasını ve operatörlerle ekipmanı güvenli biçimde izole tutmasını sağladı.

Kurgunun ikinci kazancı ölçeklenebilirlik oldu: modüler bir mimari, yeni bir test konfigürasyonunda kanal eklemeyi ya da çıkarmayı sistem değiştirmeden mümkün kılar. Çok motorlu yataklarda bu esneklik, her yeni projede kurulum süresini kısaltır.

Aynı yaklaşımı kendi yatağınıza taşımak

Bu vakadaki yaklaşımın özü basittir: her büyüklüğü kendi zaman ölçeğine uygun sistemle ölçün, hepsini ortak bir zaman referansına bağlayın ve yüksek gerilim tarafını optik bağlantıyla yalıtın. Elektrikli tahrik testinin genel çerçevesini eDrive testi yazımızda, tork ölçümünün ayrıntılarını ise elektrikli makinelerde tork ölçümü yazımızda bulabilirsiniz.

Ne yapmalı

Kendi test yatağınızı değerlendirirken şu üç soruyu yazın: En hızlı yakalamam gereken olay ne kadar hızlı? Kesintisiz kayıt süresi ne olmalı? Ölçüm noktalarımdaki en yüksek potansiyel nedir? Bu üç cevap, sistem sınıfını ve yalıtım gereksinimini büyük ölçüde belirler.

Güç ve enerji uygulamalarına yönelik sistem yaklaşımı için güç ve enerji çözümleri sayfasına bakabilir, kendi kurgunuz için bizimle iletişime geçebilirsiniz.

Kaynak: HBK — GreenMot