MachineEmulate

Auftraggeber: BMWK

Projektlaufzeit: Dezember 2021 - September 2024

Projektbeschreibung:
Ziel des Projekts MachineEmulate war die Entwicklung und der prototypische Aufbau eines EMV-konformen Maschinenemulators zur Nachbildung elektrischer Maschinen in verschiedenen Lastszenarien bei EMV-Prüfungen. Dabei sollte der Emulator als aktive Ersatzlast bei der entwicklungsbegleitenden Prüfung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) von Wechselrichtern beispielsweise für die Automobilbranche dienen. Der parametrierbare Emulator sollte das elektrische Klemmenverhalten verschiedener elektrischer Maschinen unter verschiedenen Lastszenarien nachbilden (= Power Hardware in the Loop, HIL). Solche Emulatoren waren bereits für funktionale Tests erhältlich. Die Besonderheit des zu entwickelnden Prototyps bestand darin, dass er emissionsarm ist und auch das hochfrequente Klemmenverhalten bis ca. 230 MHz nachbilden kann. Dadurch können EMV-Prüfungen unter realistischen Lastbedingungen mit geringerem Aufwand durchgeführt werden. Hauptziel des Projekts war die Emulation von bürstenlosen Motoren. Das Emulatorsystem soll für EMV-Prüflabore und Hardware-Entwickler angeboten werden.

Das Projektkonsortium setzte sich aus zwei mittelständischen Betrieben und einer Forschungseinrichtung zusammen, der Firma J. Helmke & Co. (Hersteller von elektrischen Motoren und Antriebssystemen), dem EMV-Prüflabor von MeßTechnikNord GmbH sowie dem Institut für Energieübertragung und Hochspannungstechnik (IEH) der Universität Stuttgart.

Am IEH wurden schwerpunktmäßig zwei Arbeitspakete bearbeitet:

• Entwicklung einer parametrisierten und recheneffizienten FEM-Modellierung eines BLDC-Motors und einer Methode zur Extraktion der EMV-relevanten Daten
• Entwicklung der Hardware des Emulators

In diesen Themenbereichen wurden regelmäßig studentische Arbeiten (Bachelor-, Forschungs- und Masterarbeiten) angeboten. Ansprechpartnerin und Betreuerin war Michaela Gruber.

Bei J. Helmke & Co. wurden schwerpunktmäßig die folgenden Aspekte bearbeitet:

• Entwicklung der funktionalen Emulation in einer für den hochfrequenten und emissionsarmen Betrieb geeigneten Form
• Definition und Parametrierung der zu emulierenden Maschinentypen
• Entwicklung der Benutzeroberfläche zur Parametrisierung des neuartigen Emulators

Bei MeßTechnikNord wurden schwerpunktmäßig die folgenden Aspekte bearbeitet:

• Entwicklung eines Messverfahrens zur Impedanzmessung an den Motorklemmen im aktiven Betrieb
• Validierung und Verifikation der Funktionsfähigkeit des Motoremulators durch Vergleichsmessung mit realen Maschinen

Im Rahmen des Programms „Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)“ hat das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) das Projekt durch den Projektträger AiF Projekt GmbH gefördert.