LOGICDATA, esnek ve verimli bir test tezgahı tasarımı kullanarak küçük elektrik motorlarının test edilmesini ve doğrulanmasını iyileştirmeyi amaçlamıştır. Elektrik motoru bileşenlerinin karmaşıklığı, geleneksel kurulumlarda zaman alıcı ve hatalara eğilimli olan hassas veri toplamayı gerektirir. Gelişmiş test tezgahı, sürücü testini kolaylaştırmış, kurulum süresini en aza indirmiş ve veri doğruluğunu artırmıştır. Şirket, motor verimliliğini ölçmek için DewesoftX yazılımındaki MotorAnalysis işlevini kullanmış ve böylece tasarım ve üretimi optimize edilmiştir.
LOGICDATA, ayarlanabilir mobilyalar için gelişmiş mekatronik ve elektronik bileşenleri üzerine çalışan bir firmadır. Bu makalede yer alan durumda, firmanın DC elektrik motorlarını test etmeleri gerekiyordu: entegre kontrol ünitelerine sahip hat içi aktüatörler.
Genel olarak bir DC elektrik motoru üç ana bileşenden oluşur:
- Bakır sargılardan; motor sargılarından oluşan “rotor”,
- Sabit kısım; bir dizi mıknatıs içeren ‘stator’
- ‘Kollektör’; torku rotora eşit şekilde dağıtır.
DC motorun son tasarımı, yüksek verimlilik ve etkili ısı yönetimini korurken tanımlanmış torku ve gücü sağlamalıdır. Bir elektrik motoruna takılan bileşenlerin karmaşıklığı nedeniyle, test aşaması tasarım noktalarını doğrulamada önemli bir adımdır.
Test nesnesi, mühendislerin yalnızca güç girişini ve çıkış değişkenlerini bildiği bir kara kutudur. Bu nedenle, LOGICDATA, çıkış ve giriş değişkenleri arasındaki ilişkiden kaynaklanan elektrik motoru verimliliği ‘η’ [%]’yi belirlemek için DewesoftX veri toplama yazılımının içindeki Dewesoft Motor Analiz modülünü kullanmıştır.
Şekil 1.Test edilen cihaz (DUT), dahili bileşenler arasındaki etkileşimin bilinmediği bir sistemdir; bu nedenle mühendisler bunu bir “Kara Kutu” olarak sınıflandırır. Giriş ve çıkış değişkenleri sistemi karakterize eder.
Sorun
Veri üretimi, birçok sensör ve varyant içeren karmaşık ve uzun ölçüm kurulumları nedeniyle oldukça zaman alıcıdır. Ayrıca, ölçüm kurulumu karmaşık olduğundan hatalara karşı duyarlılık yüksektir. Simülasyonlar, mühendislerin kendilerine beslediği veriler kadar hassastır. Bu nedenle ölçüm verileri, simülasyonların optimizasyonuna belirleyici bir katkı sağlar.
Bu durumda, küçük sürücü, şirket içi geliştirmeler ve özelleştirilmiş bileşenler sayesinde müşteri gereksinimlerine çeşitli uyarlamalar sağlayan karmaşık bir sistemdir. Etki parametrelerinin etkili bir şekilde uyarlanması ve anlaşılması, tüm geliştirme aşamaları için kritik öneme sahiptir. Bu aşamalar, hızlı ilk tasarım ve fizibilite testinden prototip ölçümüne, seri kararlılığına, ürün yaşam döngüsü yönetimine ve kalite güvencesine kadar uzanır.
Motor gelişiminde birkaç unsur önemlidir:
- Veriye dayalı tahmin modellerinin optimizasyonu ve oluşturulması.
- Stator ve rotor dahil olmak üzere aktif parçalarla birlikte üretim parçalarının bileşen düzeyinde kalite kontrolü.
- Hesaplama ve ölçüm içeren doğrulama döngüleri için haritalar ve verimlilik gibi performans ölçümlerinin bilgisi.
Şekil 2. Bir Elektrik Motorunun Bileşenleri
Çözüm – Test standı
LOGICDATA, dahili bir projenin parçası olarak çeşitli ölçüm kurulumları için esnek bir çözüm olan evrensel bir test tezgahı geliştirmiştir. Bu test tezgahı çeşitli motor yapılandırmalarını, frenleri ve şanzımanları ve komple genel sistemleri test edebilir.
Yenilikçi özellikler
- Dört Kadranlı Çalışma Modu: LOGICDATA, motor çalışma modlarının (ileri ve geri yönlerde motor/jeneratör) otomatik olarak algılanmasını sağlayarak performans izlemeyi ve gerçek zamanlı sorunları tespit etmeyi kolaylaştırmıştır.
- Verimlilik Haritalaması: DewesoftX, farklı motor çalışma noktaları arasında verimlilik haritalaması yapılmasına olanak tanıyarak motor performansına ilişkin değerli bilgiler sunmaktadır.
- Termografi Entegrasyonu: DewesoftX’e termal kameraların entegre edilmesi, motordaki sıcak noktaların tespit edilmesini sağlayarak arıza tespitini iyileştirmiştir.
Mekanik tasarım
LOGICDATA test bölmesini bir kızak-ray sistemi olarak tasarlamıştır. Tüm sensörler, aktüatörler, motorlar (DUT) vb. ayrı kızaklara monte edilmiştir. Ortak bir koaksiyel ekseni paylaşırlar – dönen ölçüm ekseni – ve bir el çarkı kullanılarak eksene doğru hareket ettirilebilirler. Bu serbestlik derecesi, metal körüklü kaplinlerin hızlı ve kolay bir şekilde monte edilmesini sağlar. Tüm ölçüm ekseni mekanik olarak bağlanır bağlanmaz, tüm kızaklar bir kol aracılığıyla kendiliğinden kilitlenebilir.
Bir diğer kurulum dostu işlev, diğer kızakları hareket ettirmeden monte edilmiş ölçüm kurulumundan tek tek kızakları çıkarmak veya değiştirmektir. Bu amaçla ray veya kızak üzerindeki işaretleri kullanılmaktadır. Bu mekanik kurulum, test standı kurulum sürelerini önemli ölçüde azaltır.
Şekil 3. Test tezgahı kolayca hareket ediyor ve DUT’u değiştiriyor.
Kablo ve sinyal arayüzü
Ölçüm ekseninin üzerinde çok yönlü bir sinyal arayüzü bulunur ve bu, test alanındaki bireysel bileşenlerin elektrik bağlantısı hakkında maksimum esneklik sunar. Tüm sinyallerin takılabilir tasarımı sayesinde, yalnızca ilgili ölçüm kurulumu için gereken arayüzler kullanılır. Bu kurulum, uzun ve kafa karıştırıcı kablolamadan kaçınır ve cihazın doğru şekilde birbirine geçmesini sağlar.
Şekil 4. Test tezgahı tüm bağlantıların iyi bir genel görünümünü sağlar.
Entegre ölçüm ve kontrol teknolojisi
Test standının kalbi DEWE-43 veri toplama sistemidir. Mühendisler akım/gerilim seviyesi ölçümü için sekiz analog girişinden dördünü kullanmaktadır. DSI adaptörleri sensör verilerinin otomatik okunmasını sağlayarak manuel yapılandırmada zamandan tasarruf sağlar ve yapılandırma hatalarını azaltır.
DSI adaptörleri , Dewesoft DSUB9 evrensel analog giriş amplifikatörlerini doğrudan IEPE, şarj, termokupl, şönt, voltaj, LVDT veya RTD girişine dönüştüren TEDS IEEE 1451.4 ile donatılmış sensör adaptörleridir.
Geriye kalan dört giriş, sinyal arayüzünde evrensel kullanım için mevcuttur. Kullanılan dönüştürücülerin tork ve hız sinyalleri, dönüştürücünün dijital girişlerinde frekans modülasyonlu sinyaller olarak mevcuttur.
Kullanılan test ekipmanı
Dewesoft ölçüm kurulumu
- DEWE-43a: Ölçüm evrensel amplifikatörleri ve AD dönüştürücüleri ile veri toplama sistemi.
- DewesoftX veri toplama ve dijital sinyal işleme yazılımındaki Motor Analiz modülü.
- 20 mA akım ölçümleri için %0,01 doğrulukla 50 Ω şönt için DSli-20A akım şönt adaptörleri.
- DSI-V-200 voltaj adaptörü, herhangi bir DSUB9 analog girişinin ±200V voltaj aralığını ve BNC konnektörü üzerinden diferansiyel girişi kabul etmesini sağlar.
ETH Messtechnik
- ETH DRVL-I ve DRVL-II: Dinamik tork ve hız sensörleri.
Beckhoff PLC ve Lenze aktüatörler
- CX5130-0195: DIN-Ray endüstriyel PC.
- MCS 09H41 ve MCS 06C41: Servo motor.
- I950: Servo sürücü.
Kontrol edilebilir güç kaynağı
- Keysight Teknolojileri E3640A
- TTi CPX400DP
Şekil 5. DEWE-43A Veri Toplama Sistemi
Test sonuçları
LOGICDATA hem motor hem de jeneratör çalışmasını test eder. Hataları önlemek için yetkililer, DewesoftX’te motorun çalışma modunun algılanmasını otomatikleştirmiştir. Otomasyon, test standı monitöründe olası sorunların hızla belirlenmesini sağlayarak test sırasında verimli izleme ve hata algılama sağlar.
Şekil 6. Ölçülen tüm parametrelerle birlikte Test Standı monitörü
Test edilen motor çalışma durumları
Mühendisler bir motorun çalışma durumunu bağlantılarının güç akış yönüne göre belirler. Bunlar elektriksel ve mekanik bağlantıdır. Sisteme güç sağlanıyorsa, güç işareti pozitiftir. İşaret negatifse, enerji sistemden dağılır.
Çalışma sırasında oluşan ısı da kayıp güç (negatif) olarak kabul edilir, ancak bunun bağlantı elemanı soyut olarak mevcuttur.
Şekil 7. Mühendisler, motor bağlantılarındaki olası güç akış yönlerini bir kara kutu şeklinde soyutlamaktadır.
Mühendisler, akım ve voltaj seviyeleri gibi doğrudan ölçülen değişkenlerin çarpımı yoluyla elektrik gücünü belirler. Aynısı, dönme hızı ve tork yoluyla mekanik şaft gücü için de geçerlidir. Bu değişkenler, motorun giriş ve çıkış gücü çalışma veya test sırasında değişebileceğinden doğru işaretle ölçülmelidir.
Şekil 8.LOGICDATA tarafından DewesoftX içinde uygulanan çalışma durumları. Gelen ve giden güç oklarla görselleştirilir ve operatörün çalışma durumunu kolayca kanıtlamasına olanak tanır.
LOGICDATA, 1’den 5’e kadar çalışma modlarının otomatik olarak algılanması şeklinde bir uygulama gerçekleştirmiştir. Burada, işaret kuralı, motora mekanik veya elektrik enerjisi eklenip eklenmediğini veya motordan çıkarılıp çıkarılmadığını otomatik olarak tanır. İlgili ok, böylece ortaya çıkan gücün akış yönünü gösterir.
- 1’in altında, elektrik enerjisi motora verilir ve mekanik enerjiye dönüştürülür. Ortaya çıkan ısı kayıpları sistemden dağıtılır.
- 2’nin altında, 1’in aksine, eklenen mekanik enerjiden dolayı elektrik enerjisi harcanır.
- 3. durumda , motordaki iç sürtünme kayıpları, verilen elektrik gücünden fazla ise, bu kayıpları telafi etmek için motor mekanik olarak da tahrik edilir.
- 4’ün altında, yük uygulanmasa bile motor rölantide çalışır.
- 5’in altında, akım sensörlerinin kablolamasında bir hata olması durumunda verilen elektrik enerjisi, harcanan güç olarak gösterilmektedir.
Özetle, test tezgahı operatörü çalışma durumunu kolayca tanıyabilir ve arızaları hızlı bir şekilde tespit edebilir, böylece hatalı ölçüm verilerinin kaydedilmesinin önüne geçilebilir.
Motor analizi için ölçüm kurulumu
Mühendisler test edilen motoru yalnızca DC bileşenleriyle çalıştırır, bu nedenle bunu DewesoftX’te kolayca uygulayabilirler. Güç modülünde akım, voltaj ve motor hızı gibi mekanik değişkenleri tanımlayabilirler. Motor analizi, giriş değişkenlerinden elde edilen elektriksel ve mekanik gücü otomatik olarak hesaplamayı ve böylece oranlarının verimliliğini belirlemeyi amaçlar. Bu tür bir analiz 3 fazlı sistemler için de mümkündür.
Şekil 9. DewesoftX Güç Kurulumu motor analizi için elektriksel ve mekanik parametreleri tanımlar.
Verimlilik haritalaması, motorları test etmek ve değerlendirmek için yararlı bir araçtır. Haritalama, motor hızını ve tork karakteristik haritası aracılığıyla motor verimliliğini görselleştirir. Motor verimlilik haritası, mekanik ve elektrik gücü arasındaki kesin oranı temsil eder. Özetle, uygun bir motora karar verirken veya çalışma noktalarını optimize ederken yararlıdır.
Şekil 10. Tanımlı çalışma noktaları üzerinden haritalanan verimlilik
Arıza göstergesi olarak termografi
Şekil 11. Termografi-DUT üzerinde sıcak bir spoofer
DewesoftX, USB arayüzü aracılığıyla Optris IR kameralar gibi termal kameraların entegrasyonuna olanak sağlar.
Test çalışması sırasında, test nesnesinin termografik görüntüleri tanımlanan kare hızında (örneğin 30 fps) kaydedilir ve arızaların belirlenmesine yardımcı olur.
Bu şekilde ölçülen toplam kayıplar içerisinde, daha kesin olarak ısı kayıpları haline gelen, sıcak noktalar adı verilen, yüksek sıcaklığa sahip yerel noktalar tespit edilebilir.
Sonuç
LOGICDATA’nın yenilikçi test tezgahı tasarımı, Dewesoft’un teknolojisiyle desteklenerek küçük elektrik motorları için test sürecini önemli ölçüde iyileştirmiştir. Modüler ve esnek tasarım, daha hızlı kurulum süreleri, daha güvenilir veri toplama ve motor tasarımını ve kalite güvencesini optimize etmede kritik öneme sahip olan gelişmiş verimlilik analizine olanak sağlamıştır. Otomatik çalışma modu algılama ve verimlilik haritalama, motor performansına ilişkin değerli içgörüler sağlarken termografi arıza algılamayı iyileştirilmiştir.
Genel olarak test tezgahı LOGICDATA’nın daha iyi hassasiyete ulaşmasına, test süresini kısaltmasına ve ürün kalitesini artırmasına yardımcı olmuştur ve bu da onu geliştirme sürecinde paha biçilmez bir araç haline getirmiştir.