Artikel Labortechnik Tasler GmbH

Power Analyzer in der Luftfahrtindustrie

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Für Unternehmen, die integrierte Systeme für die Luftfahrtindustrie entwickeln und fertigen, weist der Einsatz eines präzisen Power Analyzer eine effizienzsteigernde Wirkung auf.

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Integrierten Systeme (z.B. Fahrwerke und Flugsteuerungs- sowie Betätigungssysteme) kommen in den verschiedensten Flugzeug- und Hubschraubertypen zum Einsatz. In den Entwicklungszentren werden u.a. elektro-mechanische Antriebskomponenten der primären Flugsteuerung (dazu zählen z.B. Höhen-, Quer- und Seitenruder) mit spezifischer Signal- und Leistungselektronik untersucht. Dabei soll das elektro-mechanische Gesamtverhalten dieser Aktuatoren – d.h. dynamische und statische Performance, Frequenzgang, Wirkungsgrad, Leistung, etc. – innerhalb definierter Umweltbedingungen ermittelt werden.


Neben der Drehzahlmessung und der Strom- und Spannungsmessung an Umrichtern und Motoren müssen hierfür eine ganze Reihe weiterer Parameter online berechnet werden. Dazu zählen u.a. die Wirk-, Schein- und Blindleistung der Gesamtrotation sowie der Leistungsfaktor cos Phi des Gesamtaufbaus und auch jeweils pro Phase. Dabei werden erhebliche Anforderungen an die eingesetzte Messtechnik gestellt:

  • die geforderte Abtastrate beträgt bis zu 4 MHz
  • die Frequenzen der erfassten Signale reichen bis zu 100 kHz und darüber
  • die Eingangsspannungen liegen bei bis 540 VDC (Spikes bis 900 V/s) und 115 bzw. 230 VAC bis 800 Hz
  • die Kanalanzahl des Gesamtsystems, bestehend aus Messdatenerfassung und Ansteuerung, beträgt mehr als 120 Kanäle
  • zeitsynchrone, präzise Erfassung aller relevanten elektrischen, mechanischen und hydraulischen Signale

Ein Kinderspiel für den Marktführer


Für die schnelle 3-phasige Strom-/Spannungsmessung setzen Unternehmen in der Luftfahrtindustrie auf den LTTsmart Power Analyzer aus dem Hause Labortechnik Tasler. Der Power Analyzer besteht aus einzelnen Modulen mit jeweils zwei separaten und galvanisch getrennten Eingangskanälen und kann flexibel in Anzahl, Reihenfolge und Leistungsumfang konfiguriert werden. Der Power Analyzer – wahlweise im Hutschienen- oder 19“-Gehäuse oder als tragbare Variante – ist mit seiner Messgenauigkeit und Präzision optimal für den Einsatz an Prüfständen geeignet. Er bietet Spannungs- und Stromeingänge bis zu ±1000 Vrms, mit einer galvanischen Trennung bis 2500 VDC, bis zu 4 MHz Abtastrate pro Kanal sowie hochsynchrone und extrem rauscharme und verzerrungsfreie 24-Bit A/D-Wandler.


Die Messtechnik von Labortechnik Tasler besticht dabei durch die geringste Signalverzerrung am Markt, was besonders bei gepulsten Hochspannungssignalen essentielle Grundlage für eine präzise Power Analyse ist.


Der LTTsmart ist perfekt für die Luftfahrt-Industrie


Die speziell entwickelte Software-Option LTTpro Power Analyzer bietet im Zusammenspiel mit dem LTTsmart eine hoch-performante elektrische Leistungsmessung, die perfekt für moderne Elektroantriebe bei wechselnden Drehzahlen ausgelegt ist. Der LTTsmart verwendet hochoptimierte Algorithmen, um auch aus stark verrauschten Phasenstrom-Sinusverläufen die exakten Umdrehungszyklen zu ermitteln und darzustellen. Neben allen üblichen Leistungskenndaten werden auch die Verzerrungen von allen Phasenströmen und -spannungen kontinuierlich ermittelt und dargestellt. Durch die parallele Ansicht von Rohdaten und berechneten Power Analyzer-Daten wird sofort ersichtlich, welche Ursachen hinter etwaigen Auffälligkeiten der Leistungskennzahlen stecken.


Seitens der Luftfahrtindustrie werden diverse am Markt verfügbare Systeme zur Leistungsmessung hinsichtlich Genauigkeit und Frequenzbereich evaluiert. Eine Hauptforderung ist dabei die Möglichkeit der Verknüpfung der Leistungsdaten mit sonstigen Prüfstandsdaten. Für den LTTsmart als Power Analyzer spricht auch die einfache Anbindung an die Hard- und Software anderer Anbieter, etwa von Gantner Instruments, Stiegele Datensysteme oder DASYLAB von measX. Der Power Analyzer garantiert, dass Messdaten, aber auch Konfigurationsdaten, konstant und online an die Prüfstandssteuerung übermittelt werden können. Somit ist die Nachvollziehbarkeit von Messungen gewährleistet.


Fazit: Der LTTsmart Power Analyzer bietet universelle Einsatzmöglichkeiten und die Triggerung schneller Messabläufe (200ms-300ms) und kann auch stand-alone mit der LTTpro Messsoftware betrieben werden. Die Möglichkeit, die Berechnungsalgorithmen an die Kundenanforderungen anzupassen, hält das System flexibel.


Power Analyzer: LTTsmart

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Unser LTTsmart als Leistungsmessgerät (Power-Analyzer) ist eine konsequente Weiterentwicklung unserer Präzisionsmessgeräte zur schnellen dreiphasigen Strom-/Spannungsmessung. Im Hutschienengehäuse ideal für den Einsatz in der Industrieumgebung.

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Der Power-Analyzer


Das Leistungsmessgerät (Power-Analyzer) ist durch die Kombination hoher Messgenauigkeit und hoher Präzision bei Leistungsmessungen optimal für die Entwicklung und Messdatenerfassung im Bereich der Elektromobilität, der Luftfahrt und den Einsatz in Prüfständen geeignet.


Der LTTsmart Power-Analyzer im Aluminium-Ziehprofilgehäuse besteht aus einem Modul mit jeweils zwei separaten und galvanisch getrennten Eingangskanälen. Außerdem kann er flexibel in Anzahl, Reihenfolge und Leistungsumfang konfiguriert werden. Die beiden Kanäle jedes Moduls können wahlweise mit 1000 Vrms und 10 Volt (Power-Analyzer light) oder 1000Vrms und 1000Vrms (Power-Analyzer) High-Voltage-Eingangsoption mit 4mm Bananenstecker ausgestattet werden.

Der Anschluss zum PC befindet sich in einem separaten Base-Modul.

Ebenso ist der Power Analyzer als mobile Variante mit ergonomischen Tragegriffen und im 19“-Gehäuse für bis zu 32 Kanälen erhältlich.

 

Alles Wichtige auf einen Blick:


  • 2 Eingangskanäle je Modul
  • bis zu 4 MHz Abtastrate pro Kanal
  • 1,7 MHz Wirkleistungsbandbreite
  • extrem hohe Wirkungsgenauigkeit: 0,015%*Signal + 0,015%*Range
  • 24 Bit A/D-Wandler - extrem rauscharm und verzerrungsfrei
  • hochsynchron bis zu 16 Kanäle pro Gerät sowie mehrere Geräte
  • 2500 VDC galvanische Trennung aller Kanäle
  • erfüllt die Anforderungen der DIN IEC 60034-2-3-3 perfekt
  • Spannungs- und Stromeingänge: bis zu ±1000 Vrms
  • optional ICP®, Ladung, DMS und/oder Puls
  • kompakt und robust für den Betrieb in der Nähe von Wechselrichtern

Der LTTsmart als Power- Analyzer ist dank seiner hohen Präzision perfekt zum Einsatz bei der Leistungsanalyse von Wechselrichtersignalen an batteriebetriebenen Elektromotoren und Umrichtern, im Bereich des OEM-Prüfstandsbaus oder zur Power Quality Messung geeignet.


ADCstamp: Die AD-Wandler-Briefmarke

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Weltneuheit ADCstamp! Entdecken Sie unseren A/D-Wandler als kompaktes System-Modul für Systementwickler.

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Unser ADCstamp ist der ideale Baustein (AD-SystemOnModule) für alle Entwickler, die zum Beispiel für die Poweranalyse von E-Motoren schnelle Präzisions-Messeingänge in ein existierendes oder ein neues FPGA/CPU-Design einbinden müssen, ohne sich um die vielen Herausforderungen des analogen und digitalen Designs des Messkanals selbst kümmern zu müssen.


Die 2kV galvanische Trennung bietet Sicherheit in allen Hochvoltanwendungen. Klare Designvorschriften und FPGA Source-Code-Beispiele, sowie komplett ausgestattete FPGA-Starter-Kits, erlauben die Inbetriebnahme in wenigen Minuten.


Mit dem ADCstamp bieten wir jetzt allen Hardware-Entwicklern den direkten und einfachen Zugriff auf unsere hochstehende Technologie, die wir schon seit vielen Jahren in Form unserer eigenen Messgeräte erfolgreich vermarkten.

 

ADCstamp bietet Höchstpräzision auf engstem Raum:


  • bis zu 4 MHz Abtastrate mit 24 Bit Auflösung
  • hochpräzise Eingangsverstärker mit weniger als - 96 dB Rauschen und weniger als - 90 dB Verzerrung
  • umschaltbare Messbereiche von ± 1 bis ± 1 500 V
  • Single-Ended und Differential-Ended Messeingänge
  • AC/DC-Coupling
  • ICP (IEPE) Sensorspeisung
  • DMS-Verstärker als Add-On-Platine
  • umschaltbare Antialiazing-Filter
  • 10 bis 16 V DC, 2 W Versorgungsspannung
  • 2 kV galvanische Trennung, weniger als 10 pF Streukapazität
  • 1,8 bis 3,3 V FPGA/CPU Interface. Verilog und VHDL Sources verfügbar
  • I2C-Interface inklusive 8 kB Flash für Kalibrations- und Anwenderdaten
  • Maße: 68,0 x 25,4 x 12,0 mm
  • FPGA-Starter-Kits für den schnellen Einstieg oder auch als Herzstück einer eigenen Produktlinie: USB 3 Host Port
  • USB 3 Device Port, Gigabit Ethernet, IEEE1588 (PTP)
  • 2 x CAN, EtherCat, ToD, usw.

Die Vorteile des ADCstamp:


  • integriert sich in ALLE vorhandenen Systemumgebungen
  • extrem schneller Einstieg
  • absolut perfekte Messtechnik
  • die Entwickler können sich auf andere Aufgaben fokussieren
  • flexibel verwendbar in immer anderen Designaufgaben
  • Zielgruppen
  • Prüfstandbauer
  • Lösungsanbieter
  • Systemdesigner
  • Entwickler / Studenten / Forschungsgruppen

Auch unsere Kunden und die Experten in der Messtechnikbranche sind überzeugt: Unser ADCstamp wurde auf der "messweb masters 2024" mit dem Award in der Kategorie "Messtechnik" ausgezeichnet.


Überzeugen Sie sich selbst und kontaktieren Sie uns gerne!


ADCstamp: EMV-Tests erfolgreich!

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Der innovative ADCstamp wurde in einem Prüflabor auf seine elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) getestet.

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Grund zur Freude bei Labortechnik Tasler! 

Das AD-SystemOnModule ADCstamp, welches als idealer "Baustein" das Leben von Systementwicklern vereinfacht, wurde am vergangenen Montag in einem Prüflabor in der Schweiz auf Herz und Nieren getestet. Das Ergebnis der EMV-Messungen: Das Modul wird nicht durch andere Signale gestört und verursacht auch keine eigenen Störungen. Diese Erkenntnis bestätigt die praktische und sichere Anwendbarkeit des ADCstamp.


Nachdem der ADCstamp bereits im September diesen Jahres mit dem messweb masters Award in der Kategorie "Messtechnik" ausgezeichnet wurde, unterstreicht dieses positive Ergebnis die Relevanz unserer Innovation für die Messtechnik-Branche und für Systementwickler.


LTT24 - schnelles Präzisionsmessgerät

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Der LTT24 ist Datenerfassungsgerät, -rekorder, -analysator und SensorCorder in einem! Dieses hochkomplexe Datenerfassungsgerät, das mit einer sehr hohen Abtastrate und hohen Speichertiefe arbeiten kann, kommt mit zugehöriger Software, die ohne Treiber auskommt.

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LTT24: Das Präzisionsmessgerät


Die Messeingänge des LTT24 bestechen über die gesamte Bandbreite von DC bis 1.7 MHz durch sowohl extrem niedriges Rauschen als auch extrem niedrige Verzerrung – mit beiden Punkten ist der LTT24 als Präzisionsmessgerät deutlich marktführend. Dies ist ideal für jede beliebige Messaufgabe, vor allem aber für Messungen, bei der schon geringste Messabweichungen oder gar Messfehler verhindert werden müssen.


Verzerrung und Rauschen zusammen, liegen unterhalb -100 dB und bieten damit einen ENOB-Wert (effective number of bits) von echten 16 Bit über einen weiten Bereich von Frequenzen und Amplituden. Gepaart mit einem integrierten 4 MHz abtastenden Analog-Digital-Wandler mit 24 Bit Auflösung setzt der LTT24 hohe Maßstäbe als Transientenrekorder für Messaufgaben, bei denen eine extrem hohe Präzision ein Schlüsselfaktor für erfolgreiche Analysen ist.


Alle Messkanäle haben einen hochsynchron laufenden AD-Wandler und sind galvanisch vom Gehäuse und allen anderen Kanälen getrennt.

Das interne Netzteil des LTT24-Präzisionsmessgeräts arbeitet hochsynchron zur halben ADC-Taktrate und bleiben somit über die gesamte Bandbreite von DC bis 2 MHz unsichtbar. Die Gleichtaktunterdrückung der Differenzverstärker – maßgeblich für die Unterdrückung externer, meist hochfrequenter Einstreuungen über die Sensorkabel – erlaubt einen Abgleich auf Knopfdruck von DC bis über 1,7 MHz Bandbreite auf besser als -100 dB.


Durch die patentierte Technologie werden die Messdaten von allen Kanälen auch bei vollen Abtastraten hochsynchron erfasst und entweder auf die interne Festplatte (SSD) gespeichert oder direkt an einen angeschlossenen Computer übertragen. Dort können die Daten visualisiert, analysiert und gespeichert werden. Zahlreiche Schnittstellen unserer Software zu anderen Softwarepaketen ermöglichen auch den Einsatz in existierenden Umgebungen.


Der LTT24 ist schnell


Die schnelle interne Verarbeitung der Daten ermöglicht eine Übertragung der Daten in Echtzeit an den PC. Das ist optimal für Messaufgaben mit hohen Anforderungen in der Datenübertragung.

Eine analoge Ausgabe erfolgt optional per 20 Bit DAC mit bis zu 2 Megasample pro Sekunde pro Kanal.


Der LTT24 ist flexibel


Der LTT24 erlaubt durch die Funktionalität des Vorverstärkers unterschiedliche Signalaufbereitungen. Individuelle Anschlussmöglichkeiten unterschiedlichster Sensoren z. B. Spannung, Strom, ICP®, Ladung, Dehnung (DMS), LVDT oder PT100 etc. können so nach Bedarf angeschlossen werden. Sämtliche Messkanäle bieten bis in den MHz-Bereich stabile Sensorversorgungen - und das präziser als die Messauflösung von -117 dB!


Die Datenerfassung findet über USB 3.1 statt.

Als modulares Datenerfassungsgerät bietet der LTT24 mehrere Kanalvarianten. So gibt es das robuste Gehäuse für 4, 8 und 16 Kanäle als tragbare Variante. Und eine Industrievariante für 32 Kanäle im 19 Zoll Gehäuse. Darüber hinaus können mehrere LTT24 miteinander synchronisiert werden.


Fazit: Die flexible Auswahl der Kanalzahlen zusammen mit der variablen Auswahl an Sensoranschlüssen ermöglicht vielfältige Optionen und Anwendungsmöglichkeiten.

Der LTT24 ist für die unterschiedlichsten Anwendungen einsetzbar, beispielsweise als Transientenrekorder, Sensorcorder oder als PC-gestützter Datensammler.


Grundlagen der Messdatenerfassung 2

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In diesem Artikel gehen wir näher auf sogenannte Signalverzerrungen ein und was man dagegen machen kann.

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Das Problem der Signalverzerrung


Signalqualität ist immer wichtig. Aber wieviel davon ist unbedingt notwendig, um eine gewünschte Mess-Aussage treffen zu können?

Auch wenn wir alle dafür eine gewisse Grunderfahrung mitbringen, liegt das erste Bauchgefühl doch meist dramatisch daneben. Die selten betrachtete Ursache hierfür ist: Signalverzerrung. Die Zusammenhänge sind sehr einfach zu beschreiben: Wird ein Signal an ein Messgerät angelegt, so wird es in der Eingangsstufe des Messgeräts (leider) immer etwas verzerrt. Hierbei erscheint das Signal so, als ob es zusätzlich höherfrequente Störsignale (= Oberwellen) gäbe. Diese sind in der Realität nicht vorhanden, erscheinen aber in dem Messgerät und somit in den daraus berechneten Messergebnissen. In vielen Messaufgaben sind diese „virtuellen Störsignale“ genau bei solchen Frequenzen, bei denen das tatsächliche Messsignal ebenfalls wichtige Informationen zeigt, sodass diese wichtigen Informationen verfälscht oder in Extremfällen sogar total überlagert werden. Stützt sich eine Mess-Aussage also auf diese überlagerten Signalanteile, dann ist mit Falschaussagen zu rechnen.


Das bedeutet: Alle Messgeräte verzerren die angelegten Messsignale. Einige mehr, andere weniger. Wenn Sie eine zuverlässige Datenerfassung mit geringster Signalverzerrung durchführen wollen, sollten Sie unbedingt Präzisionsmessgeräte verwenden. Nur so können Sie zuverlässige Schlüsse aus den erhobenen Messwerten ziehen.


Unsere Präzisionsmessgeräte LTT24 und LTTsmart bieten hierfür die beste analoge Eingangsstufe des Marktes, wodurch die Verzerrung Ihrer Messsignale auf ein Minimum reduziert werden!

 

Verzerrungen zusammengefasst


Gibt es in einem zu analysierenden Signal nicht nur eine einzige interessante Frequenz, dann muss berücksichtigt werden, dass die Verzerrungen von langsameren Signalanteilen zu virtuellen Störungen führen, die mit höherfrequenten Signalanteilen „kollidieren“. 

Ein spektakuläres Beispiel sind Sprengversuche: ein kräftiger Wumms erzeugt eine Schockwelle, die das Material eines zu vermessenden Objekts zum Schwitzen bringt. An einigen Stellen wird in Kürze die Belastbarkeit des Materials überschritten und es kommt zu Mikrorissen, die sich schnell aufweiten, bis das komplette Objekt zerreißt. Diese Mikrorisse entstehen an Stellen, bei denen sich viele hochfrequente Schockanteile gegenseitig positiv überlagern und aufaddieren. Will man das messtechnisch erfassen und aus den Messdaten die Riss-Positionen nachberechnen, wird man erstaunlich falsch liegen, wenn man zuvor nicht auf das richtige Messgerät mit einer verzerrungsarmen Eingangsstufe gesetzt hat. Die genannten hohen Frequenzanteile haben sehr kleine Amplituden - verglichen mit der enormen Amplitude des großen Wumms. Nun schlägt die Verzerrung zu: der Wumms erzeugt schnellere Signalstörungen, auch Oberwellen genannt. Ein großer Wumms bringt also große Verzerrungs-Störungsamplituden bei höheren Frequenzen, welche die dort tatsächlich vorhandenen Messsignale überlagern.


Also: Immer dann, wenn es geleichzeitig [LANGSAME GROSSE] und [schnelle kleine] Signale gibt, dann muss ein extrem verzerrungsarmes Messgerät verwendet werden!

 


Augen auf bei der Messgeräte-Auswahl!


Die Messgeräte LTTsmart und LTT24 haben die bei weitem besten analogen Eingangsstufen des Marktes! Bei den LTT-Messgeräten sind die Verzerrungs-Oberwellen in Summe kleiner als 3 ppm des angelegten Signals. Die erste Oberwelle ist sogar kleiner als 1 Millionstel vom Eingangssignal. Gleichzeitig bestechen die Geräte durch einen unglaublich flachen Noise-Floor, der über die ganze Bandbreite von DC bis 2 MHz unterhalb von -140dB liegt – und zwar ohne irgendwelche internen Störfrequenzen, die sich als Spikes bemerkbar machen würden. Das ist absolut einzigartig! Im Regelfall hat der eigene Messbetrieb natürlich nur wenig mit Sprengversuchen gemeinsam – aber dennoch vernichtet die Verzerrung auch in allen alltäglichen Aufgaben wichtige Prozentpunkte der Genauigkeitsaussage.


Als ein (fast) beliebiges Beispiel einer regulären Standard-Messung ist die Leistungsmessung an batteriegetriebenen, mehrphasigen E-Motoren zu nennen. Solche E-Motoren werden durch sogenannte PWM-Signale angetrieben, also durch gepulste Signalfolgen. Die Physik, welche die Verluste definiert, erfolgt in den steilen Flanken dieser Pulsfolgen. Schnelle Messtechnik ist hier eine absolute Voraussetzung. Und auch hier überlagert die Verzerrung der großen Spannungspulse die viel kleineren und hochfrequenteren Signalanteile, welche die Verluste definieren. Verzerrt die Eingangsstufe des verwendeten Messgerätes diese Pulsfolgen zu sehr, hilft auch kein schneller A/D-Wandler mehr, um die „virtuellen Stör-Leistungsverluste“ zu verhindern. Die LTTsmart-Eingangsverstärker sind um den Faktor 100 besser als alle anderen Systeme am Markt. Ein Vorteil, der bei direkten Vergleichsmessungen zwischen 5% und 7% mehr Genauigkeit bringt. Mathematisch lässt sich zeigen, dass mit höherer Abtastrate die Auflösung zwingend abnimmt. Physikalische Gesetze beschreiben diese Abhängigkeit. Könnte man einen absolut perfekten Vorverstärker bauen, so wäre das Optimum der mathematischen Leistungsberechnung von PWM-Signalen, bei einer Abtastrate von 2 MHz bis 4 MHz erreicht.

Und eben solche beinahe perfekten Vorverstärker entwickelt und verwendet die Labortechnik Tasler GmbH seit über 25 Jahren. In Verbindung mit den hochpräzisen 4 MHz A/D‑Wandlern, der galvanischen Trennung und der hohen Synchronität der Kanäle, ist das die perfekte Kombination.


Nicht nur diese Tatsache ist marktführend!


Während andere Power-Analyzer-Kompaktsysteme die digitalisierten Daten intern zu den üblichen Leistungsparametern verrechnen und nur diese langsamen Rechenergebnisse zum angeschlossenen PC übertragen, senden die LTT-Messsysteme mit Hilfe eines patentierten Verfahrens alle gemessenen Rohdaten kontinuierlich zum PC. Dort angekommen, werden die Daten mit hochoptimierten Algorithmen mit nur wenigen Prozent Prozessorauslastung zu allen denkbaren Leistungsparametern verrechnet.


Gleichzeitig bleiben die Rohdaten in einem Ringpuffer im PC verfügbar, sodass höhere Analyse-Pakete jederzeit bei auffälligen Leistungsparametern auf die exakt zugrunde liegenden Rohdaten zurückgreifen können (auch rückwirkend). Somit eröffnen die LTTsmart-Systeme in der Verwendung als Power Analyzer die umfängliche Analyse von Parameterschwankungen der E-Motoren-Prüflinge. In der Industrie ist es wichtig, solche Datenanalysen nicht in einer zusätzlichen Software-Insel-Lösung zu betreiben. Aus diesem Grund bietet die Labortechnik Tasler GmbH passende Schnittstellen zu vielen Prüfstandlösungen an.


Hierzu gehören die Prüfstandsoftware von Gantner Instruments (GI.bench), von Stiegele (MLab), von MeasX (DasyLab) und National Instruments (LabView). Natürlich gibt es auch Schnittstellen zu Python und Matlab, sowie Befehlsbibliotheken zu kundenspezifischen Programmen, die sowohl unter Windows als auch unter Linux einzusetzen sind.


Unsere Experten helfen Ihnen gerne bei allen Implementierungsaufgaben.

Auch Demo-Geräte können bereitgestellt werden, um die Vorteile des LTTsmart und des LTT24 auch direkt bei Kundenprojekten zu zeigen.


Grundlagen der Messdatenerfassung 1

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Heutige Messdatenerfassung meint die Umwandlung von analogen in digitalisierte Daten mithilfe von Messtechnik. Diese können anschließend mit der entsprechenden Hard- und Software analysiert, visualisiert und dauerhaft abgespeichert werden. Damit unterscheidet sich die moderne Messdatenerfassung - auch mit dem englischen Begriff Data Acquisition (DAQ) bezeichnet - von früheren Methoden, bei denen beispielsweise auf Papier oder auf Band aufgezeichnet wurde.

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Welche Komponenten sind für die Messdatenerfassung erforderlich?


Datenerfassungssysteme auf digitaler Basis bestehen aus vier Komponenten, mit denen eine vollständige Messkette für physikalische bzw. analoge Phänomene gebildet werden kann. Diese sind:

  • Sensoren zur Umwandlung physikalischer Größen in elektrische Signale
  • Messverstärker zur Signalaufbereitung
  • Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler)
  • Computer mit passender DAQ-Software für die Aufzeichnung und Auswertung der Signale

Die Sensoren müssen präzise und zuverlässig arbeiten, denn auf der Grundlage ihrer Signalqualität werden später wichtige Entscheidungen getroffen, zum Beispiel, dass eine Maschine bei einer bestimmten Störung umgehend abgeschaltet wird. Sie haben also einen wesentlichen Einfluss auf die Qualität der gesamten Messkette. Für die perfekte Arbeitsweise einiger Sensortypen werden entsprechend hochwertige Versorgungsspannungen oder -ströme benötigt, die von den Messverstärkern mit höchster Präzision bereitgestellt werden müssen.


Häufig liegen die von den Sensoren ausgegebenen elektrischen Signale im Mikrovolt-Bereich, weshalb sie zunächst durch den Messverstärker laufen, um besser ausgewertet werden zu können.

Anschließend sorgt der A/D-Wandler dafür, das nunmehr verstärkte analoge Signal in einen digitalen Datenstrom umzuwandeln. Dieser ermöglicht eine störungsfreie Datenübertragung, eine schnelle Verarbeitung und die langfristige Speicherung. Per Computer und entsprechender Software werden die Daten je nach Verwendungszweck anschließend ausgewertet.

 

Welche physikalischen Phänomene werden gemessen?


Die Liste der zu erfassenden Messgrößen ist lang. Dazu zählen unter anderem:

  • Strom und Spannung
  • Dehnung und Druck (oftmals mit sehr hoher Bandbreite)
  • Erschütterung und Vibration
  • Schall und Ultraschall. Auch unter Wasser.
  • Körperschall
  • Elektromagnetische Signale/Störungen
  • und vieles mehr.

 

Wozu dient die Messdatenerfassung?


Die Data Acquisition, also die Datenerfassung und -speicherung ist kein Selbstzweck. Sie soll es vielmehr ermöglichen, die Messergebnisse zu analysieren und zu visualisieren, um bei Bedarf bestimmte Maßnahmen einzuleiten.


Neben der Funktionsprüfung von Maschinen und Anlagen dient die Messdatenerfassung vor allem der Forschung und Entwicklung sowie der Optimierung von Prozessen und zum Qualitäts-Nachweis produzierter Waren. Entscheidend für den Nutzen ist einerseits die Qualität, andererseits der Umgang und die Interpretation der Daten, um auf weitere Fragestellungen eine Antwort zu finden oder Qualitätsprotokolle gemäß definierter Industriestandards zu erstellen.


Geräte zur Messdatenerfassung, wie sie von Labortechnik Tasler hergestellt werden, spielen in zahlreichen Branchen eine wichtige Rolle, darunter die Automobilindustrie, die Luft- und Raumfahrt, Forschung und Entwicklung, Bio- und Neuromedizin, E-Mobilität, Energieversorgung und nicht zuletzt auch der Umweltschutz.


Hochpräzise Messdatenerfassung von Labortechnik Tasler


Labortechnik Tasler hat sich auf die Entwicklung und Produktion mobiler Messgeräte - Transientenrecorder, Sensorcoder, Power-Analyzer, All-In-One-Messgeräte - im Highend-Segment spezialisiert und gehört mit mehr als 25 Jahren Erfahrung zu den führenden Herstellern in diesem Bereich.


Durch den modularen Aufbau der Messgeräte wie LTT24 oder den LTTsmart als Datenerfasser und Power Analyzer profitieren unsere Kunden vor allem von individuellen, maßgeschneiderten Lösungen für ihre spezifischen Bedürfnisse. Die passende Software liefert unser Unternehmen ebenfalls.


Um die Qualität der Messergebnisse zu gewährleisten, empfehlen wir für unsere Präzisionsgeräte eine regelmäßige Kalibration, die alle zwei Jahre durchgeführt werden sollte. Selbstverständlich übernehmen wir diese Aufgabe für Sie und erinnern Sie rechtzeitig an fällige Termine. Als zusätzlichen Service bieten wir an, sämtliche Zertifikate zu archivieren, sodass Sie sich jederzeit einen Überblick über die Historie der Prüfbescheinigungen machen können.


Besonders stolz sind wir außerdem über unsere neueste Innovation: ADCstamp. Dieser AD-Wandler als System-On-Modul bietet Hardware-Entwicklern nun eine einfache Lösung zur Einbindung schneller und präziser Messeingänge in bereits bestehende Systeme, ohne sich den Herausforderungen des Messkanal-Designs selbst widmen zu müssen. Das spart Zeit und Geld!


LTTsmart - Präzisions-Datenerfassungssystem

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Das hochpräzise Messdatenerfassungsystem LTTsmart ist als kompaktes DAQ- oder Power-Analyzer-Modul ideal für Messungen in der Industrie geeignet.

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LTTsmart Datenerfassungs-Module


Der LTTsmart ist eine konsequente Weiterentwicklung unserer Präzisionsmessgeräte. Im Hutschienengehäuse ist das Messgerät ideal für den Einsatz in der Industrieumgebung konzipiert und stellt eine flexible Lösung für Ihre Messaufgabe dar.


Als Präzisions-Datenerfassungssystem (DAQ) ist der LTTsmart optimal zur Messung elektrischer Daten geeignet. Elektrische Signale können erfasst und nach internen Berechnungen ausgewertet werden.

Jedes Modul im Alugehäuse besteht aus jeweils zwei Kanälen und kann flexibel um mehrere Module in verschiedenen Varianten von Eingangskanälen erweitert werden. Die flexible Auswahl der Module erlaubt eine abgestimmte Lösung für die jeweilige Anforderung.

Als Power Analyzer ist das Modul mit seiner hohen Messgenauigkeit und schnellen Datenübertragungsrate optimal für die Entwicklung der Elektromobilität geeignet. Es kann beispielsweise perfekt zum Einsatz bei der Leistungsanalyse von Wechselrichtersignalen an batteriebetriebenen Elektromotoren, im Bereich des OEM-Prüfstandsbaus oder zur Überwachung der Power Quality eingesetzt werden. Die hochpräzise Messtechnik erlaubt dabei die beispiellose Reduzierung von Messfehlern!


LTTsmart - wichtige Fakten


  • bis zu 2 MHz Abtastrate pro Kanal (optional 4 MHz pro Kanal)
  • 900 kHz Bandbreite (optional 1,7 MHz)
  • extrem hohe Präzision: 0,015%*Signal + 0,015%*Range
  • 24 Bit A/D-Wandler - extrem rauscharm und verzerrungsfrei
  • hochsynchron bis zu 16 Kanäle pro Gerät sowie mehrere Geräte
  • 2500 VDC galvanische Trennung aller Kanäle
  • erfüllt die Anforderungen der DIN IEC 60034-2-3-3 perfekt
  • Spannungs- und Stromeingänge: bis zu ±1000 Vrms
  • optional ICP®, Ladung, DMS und/oder Puls
  • kompakt und robust für den Betrieb in der Nähe von Wechselrichtern

Am besten Sie überzeugen sich live von unserem High-Speed-Messgerät und vereinbaren noch heute einen Demotermin mit uns.


LTTsmart im 19 Zoll Gehäuse


Der LTTsmart ist die Antwort auf eine rasant steigende Nachfrage für breitbandige und hochauflösende Messtechnik für z.B. Airbag-Prüfstände und E-Motoren-Prüfstände.

Für die Qualitätsanalyse und -Überwachung solcher Systeme benötigt man gleichzeitig eine hohe Kanalanzahl, eine hohe Signalbandbreite, eine perfekte Synchronität und eine sehr feine Signalauflösung – und das teilweise auch bei sehr hohen Signalspannungen.


Genau diese Anforderungen decken die kompakten LTTsmart -19-Zoll-Systeme perfekt ab. Über die Auswahl verschiedener Kanal-Module können Spannungen bis 1500 V, Ströme, Sensoren wie ICP®, DMS und Ladung an die galvanisch getrennten Messkanälen angeschlossen werden. Diese werden mit bis zu 4 MHz Abtastrate pro Kanal und 24 Bit Auflösung hochsynchron abgetastet. Die Analogbandbreite liegt bei 1.7 MHz. Die Amplitudenauflösung ist in allen Messbereichen besser als ±(0.015%·Signal+0.015%·Range).


Darüber hinaus stehen Puls/Counter-Kanäle zur Verfügung um mit 1.2 ns Zeitauflösung Drehzahlpulse aufzuzeichnen. Alle relevanten physikalischen Signale, wie Drehmoment und Drehzahl werden simultan mit den elektrischen Größen erfasst und führen beispielsweise bei einem E-Motoren-Prüfstand zu einer hochgenauen Wirkungsgradberechnung.


Der LTTsmart bringt die jahrzehntelange Erfahrung des führenden High-End-Messtechnikspezialisten Labortechnik Tasler GmbH in die moderne Prüfstandwelt: entweder mit einer Stand-Alone Software oder Dank effizienter Softwareschnittstellen integrierbar in alle vorhandenen Lösungen.



Transientenrekorder für EMV Messungen (elektromagnetische Verträglichkeit)

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Jede Achse zählt: EMV Messungen für den sicheren Betrieb an Gleisschaltmitteln Zur Gewährleistung eines jederzeit sicheren Bahnbetriebs muss u.a. sichergestellt sein, dass sich in einem bestimmten Streckenabschnitt jeweils immer nur ein Zug oder Schienenfahrzeug befindet. Das Gleisnetz ist hierzu in sogenannte Blockstrecken unterteilt, die durch entsprechende Ein- und Ausfahrtssignale gesichert sind. Für die automatisierte Detektion der Durchfahrt von Schienenfahrzeugen werden elektronische Gleisschaltmittel, das sind Achszähler und Radsensoren, eingesetzt. Erst wenn genauso viele Achsen bzw. Räder eine Blockstrecke verlassen haben, wie zuvor eingefahren sind, wird der Gleisabschnitt für nachfolgende oder entgegenkommende Fahrzeuge wieder freigegeben.

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In Deutschland werden hierzu zumeist induktive Schienenkontakte verwendet. Diese bestehen aus einem Sender auf der Schienenaußenseite und einen Empfänger auf der Schieneninnenseite. Wenn sich ein Rad durch das magnetische Wechselfeld bewegt, führt dies zu einer Feldänderung. Die Achse wird gezählt. Zu einem Zählpunkt gehören jeweils zwei Systeme, die paarweise mit etwas Abstand angebracht sind, um die Durchfahrtsrichtung zu detektieren. Die Fahrtrichtung lässt sich aus der zeitlichen Verschiebung der Feldrichtungsänderung zum zweiten Sender-/Empfängerpaar ableiten.


Um Fehlzählungen und damit ggf. verbundene Betriebsunterbrechungen zu vermeiden, sind Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) der Sensoren notwendig. Darüber hinaus müssen auch alle Schienenfahrzeuge getestet werden, um sicherzustellen, dass sie im Bereich der Achszähler keine elektromagnetischen Störungen außerhalb der erlaubten Grenzwerte erzeugen. Hierfür verfügt die Firma Siemens u.a. in ihrem Prüf- und Validationcenter (PCW) in Wegberg nahe der niederländischen Grenze über eine entsprechende Messstelle zum Nachweis der Kompatibilität von Schienenfahrzeugen mit Gleisschaltmitteln. Die Messstelle befindet sich an einem geraden Streckenabschnitt des 4,8 km langen Testovals.


Für die Messung der hochdynamischen und inhomogenen elektromagnetischen Felder während der Durchfahrt eines Zuges werden seitlich an den Schienen Luftspulen-Sensoren, jeweils für die x-, y- und z-Richtung, angebracht. Zum Nachweis möglicher Asymmetrien muss die linke und rechte Fahrzeugseite geprüft werden. Je Messstelle sind also 6 Messkanäle synchron zu erfassen und auszuwerten. Auf Grund einer Vielzahl verschiedener Typen von Achszählern und Radsensoren muss das Messsystem dabei einen sehr weiten Arbeitsfrequenzbereich von wenigen kHz bis zu über 1 MHz abdecken


Bei Siemens in Erlangen und Wegberg setzt man hierfür schon seit vielen Jahren auf die Präzisionsmessgeräte vom Typ LTT24 aus dem Hause Labortechnik Tasler. Das Präzisionsmessgerät LTT24 kann bis zu 16 Messkanäle mit einer Abtastrate von bis zu 4 MHz pro Kanal erfassen. Als besonderer Vorteil hat sich dabei die hohe Auflösung von 24 Bit erwiesen: Diese ermöglicht es den gesamten Arbeitsfrequenzbereich mit nur einer einzigen Messung abzudecken. Früher waren hierfür zwei Messungen bzw. doppelt so viele Messkanäle notwendig, jeweils für den kHz- und den MHz-Bereich. Für eine exakte Auswertung ist überdies die hohe Synchronität der Abtastung der einzelnen Kanäle entscheidend.


Das LTT24 ermöglicht es den Siemens-Ingenieuren zudem auch mobile EMV-Messstellen an beliebiger Stelle im Schienennetz und ohne installierte Gleisschaltmittel zu betreiben – z.B. beim Grenzeintritt von unbekannten Fahrzeugen ausländischer Bahngesellschaften. Die Messgeräte aus Würzburg sind mittlerweile auch bei Alstom sowie bei der indischen TATA im Einsatz. Die komplette mathematische Analyse der Messdaten (inkl. FFT usw.) entsprechend der einschlägigen Normen und Richtlinien wurde bei Tasler im Kundenauftrag in die mitgelieferte Messsoftware LTTpro implementiert.


Power Analyzer in der Luftfahrtindustrie

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Auch für Unternehmen, die integrierte Systeme für die Luftfahrtindustrie entwickeln und fertigen, weist der Einsatz eines präzisen Power Analyzer eine effizienzsteigernde Wirkung auf.

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Solche Systeme – z.B. Fahrwerke und Flugsteuerungs- sowie Betätigungssysteme – kommen in verschiedensten Flugzeug- und Hubschraubertypen zum Einsatz. In den Entwicklungszentren werden u.a. elektro-mechanische Antriebskomponenten der primären Flugsteuerung (dazu zählen z.B. Höhen-, Quer- und Seitenruder) mit spezifischer Signal- und Leistungselektronik untersucht. Dabei soll das elektro-mechanische Gesamtverhalten dieser Aktuatoren – d.h. dynamische und statische Performance, Frequenzgang, Wirkungsgrad, Leistung, etc. – innerhalb definierter Umweltbedingungen ermittelt werden.


Neben der Drehzahlmessung und der Strom- und Spannungsmessung an Umrichtern und Motoren müssen hierfür eine ganze Reihe weiterer Parameter online berechnet werden. Dazu zählen u.a. die Wirk-, Schein- und Blindleistung der Gesamtrotation sowie der Leistungsfaktor cos Phi des Gesamtaufbaus und auch jeweils pro Phase. Dabei werden erhebliche Anforderungen an die eingesetzte Messtechnik gestellt: So beträgt die geforderte Abtastrate bis zu 4 MHz. Die Frequenzen der erfassten Signale reichen bis zu 100 kHz und darüber. Die Eingangsspannungen liegen bei bis 540 VDC (Spikes bis 900 V/s) und 115 bzw. 230 VAC bis 800 Hz. Die Kanalanzahl des Gesamtsystems, bestehend aus Messdatenerfassung und Ansteuerung, beträgt mehr als 120 Kanäle. Wichtig ist dabei die zeitsynchrone, präzise Erfassung aller relevanten elektrischen, mechanischen und hydraulischen Signale.


Für die schnelle 3-phasige Strom-/Spannungsmessung setzen Unternehmen in der Luftfahrtindustrie auf den LTTsmart Power Analyzer aus dem Hause Labortechnik Tasler. Der Power Analyzer besteht aus einzelnen Modulen mit jeweils zwei separaten und galvanisch getrennten Eingangskanälen und kann flexibel in Anzahl, Reihenfolge und Leistungsumfang konfiguriert werden. Der Power Analyzer – wahlweise im Hutschienen- oder 19“-Gehäuse oder als tragbare Variante – ist mit seiner Messgenauigkeit und Präzision optimal für den Einsatz an Prüfständen geeignet. Er bietet Spannungs- und Stromeingänge bis zu ±1000 Vrms, mit einer galvanischen Trennung bis 2500 VDC, bis zu 4 MHz Abtastrate pro Kanal sowie hochsynchrone und extrem rauscharme und verzerrungsfreie 24-Bit A/D-Wandler. Die Messtechnik von Labortechnik Tasler besticht dabei durch die geringste Signalverzerrung am Markt, was besonders bei gepulsten Hochspannungssignalen essentielle Grundlage für eine präzise Power Analyse ist.


Die speziell entwickelte Software-Option LTTpro Power Analyzer bietet im Zusammenspiel mit dem LTTsmart eine hoch performante elektrische Leistungsmessung, die perfekt für moderne Elektroantriebe bei wechselnden Drehzahlen ausgelegt ist. Der LTTsmart verwendet hochoptimierte Algorithmen, um auch aus stark verrauschten Phasenstrom-Sinusverläufen die exakten Umdrehungszyklen zu ermitteln und darzustellen. Neben allen üblichen Leistungskenndaten werden auch die Verzerrungen von allen Phasenströmen und -spannungen kontinuierlich ermittelt und dargestellt. Durch die parallele Ansicht von Rohdaten und berechneten Power Analyzer-Daten wird sofort ersichtlich, welche Ursachen hinter etwaigen Auffälligkeiten der Leistungskennzahlen stecken.


Seitens der Luftfahrtindustrie wurden diverse am Markt verfügbare Systeme zur Leistungsmessung hinsichtlich Genauigkeit und Frequenzbereich evaluiert. Eine Hauptforderung war dabei die Möglichkeit der Verknüpfung der Leistungsdaten mit den sonstigen Prüfstandsdaten. Für den LTTsmart als Power Analyzer spricht auch die einfache Anbindung an die Hard- und Software anderer Anbieter, etwa von Gantner Instruments, Stiegele Datensysteme oder DASYLAB von measX. Der Power Analyzer garantiert, dass Messdaten, aber auch Konfigurationsdaten, konstant und online an die Prüfstandssteuerung übermittelt werden können. Somit ist die Nachvollziehbarkeit von Messungen gewährleistet.


Der LTTsmart Power Analyzer bietet universelle Einsatzmöglichkeiten und die Triggerung schneller Messabläufe (200ms-300ms) und kann auch stand-alone mit der LTTpro Software betrieben werden. Die Möglichkeit, die Berechnungsalgorithmen an die Kundenanforderungen anzupassen, hält das System flexibel.

Wir beantworten gerne Ihre Fragen!



 


Messdatenerfassung - Smarte Power Analyse

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Elektrische Leistungsmessung an Servo-Aktuatoren Die WITTENSTEIN SE entwickelt kundenspezifische Produkte, Systeme und Lösungen für hochdynamische Bewegung, hochpräzise Positionierung und intelligente Vernetzung in der mechatronischen Antriebstechnik. Dazu zählen auch sogenannte Servo-Aktuatoren für unterschiedlichste industrielle Anwendungen, z.B. in der Lebensmittelindustrie oder auch in der Luftfahrt. Ein Servo-Aktuator ist eine Kombination aus einem Planetengetriebe und einem Elektromotor. Die Servo-Aktuatoren von WITTENSTEIN zeichnen sich durch eine hohe Leistungsdichte, ein geringes Massenträgheitsmoment, eine hohe Steifigkeit und ein geringes Verdrehspiel aus.

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Um diese hohen Qualitätsansprüche zu gewährleisten, werden die Servo-Aktuatoren an den Prüfständen im Technical Support Center von WITTENSTEIN auf Herz und Nieren geprüft. Dazu gehört auch die automatisierte Vermessung von S1-Dauerbetriebskennlinien (Drehzahl-/ Drehmomentkennlinien). Dabei werden auf dem Prüfstand verschiedene Betriebszustände im Kennlinienfeld angefahren. Neben der Messung der mechanischen Größen erfolgt auch eine elektrische Leistungsmessung für die Ermittlung relevanter Parameter wie z.B. Leistung, Wirkungsgrad, Power-Faktor, Oberwellenanalyse usw.


Für die schnelle 3-phasige Strom-/Spannungsmessung setzt WITTENSTEIN auf den LTTsmart Power Analyzer aus dem Hause Labortechnik Tasler. Der Power Analyzer besteht aus einzelnen Modulen mit jeweils zwei separaten und galvanisch getrennten Eingangskanälen und kann flexibel in Anzahl, Reihenfolge und Leistungsumfang konfiguriert werden. Der Power Analyzer – wahlweise im Hutschienen- oder 19“-Gehäuse oder als tragbare Variante – ist mit seiner Messgenauigkeit und Präzision optimal für den Einsatz an Prüfständen geeignet. Er bietet Spannungs- und Stromeingänge bis zu ±1000 Vrms, mit einer galvanischen Trennung bis 2500 VDC, bis zu 4 MHz Abtastrate pro Kanal sowie hochsynchrone und extrem rauscharme und verzerrungsfreie 24-Bit A/D-Wandler.


Die speziell entwickelte Messsoftware-Option LTTpro Power Analyzer bietet im Zusammenspiel mit dem Präzisionsmessgerät LTTsmart eine hoch performante elektrische Leistungsmessung, die perfekt für moderne Elektroantriebe bei wechselnden Drehzahlen ausgelegt ist. Der LTTsmart verwendet hochoptimierte Algorithmen, um auch aus stark verrauschten Phasenstrom-Sinusverläufen die exakten Umdrehungszyklen zu ermitteln und darzustellen. Neben allen üblichen Leistungskenndaten (Effektivwerte, Blind/Schein/Wirkleistungen, Leistungsfaktoren, Drehzahl, Wirkungsgrad,…) werden auch die Verzerrungen von allen Phasenströmen und -spannungen kontinuierlich ermittelt und dargestellt. Durch die parallele Ansicht von Rohdaten und berechneten Power Analyzer-Daten wird sofort ersichtlich, welche Ursachen hinter etwaigen Auffälligkeiten der Leistungskennzahlen stecken.


Dazu berichtet Jan Feselmeier, Versuchsingenieur bei WITTENSTEIN:

„Bei der Auswahl des LTTsmart Power Analyzer war für uns, neben den hohen Anforderungen an die Präzision und Messrate, vor allem auch eine möglichst einfache Integration in die bestehende Prüfstandsarchitektur ausschlaggebend. Dabei hat sich die bereits erprobte Zusammenarbeit zwischen Labortechnik Tasler und unserem langjährigen Partner Stiegele Datensysteme als äußerst hilfreich erwiesen.“


Pulsbreitenmodulierte Ansteuerung von Elektromotoren

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Welche Fähigkeiten besitzt der LTTSmart zur PWM-Ansteuerung von Elektromotoren?

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Die pulsbreitenmodulierte Ansteuerung von Elektromotoren (PWM) ist eine Technik, bei der die Breite der Spannungspulse, die an den Motor geliefert werden, moduliert wird.


Durch die Veränderung der Dauer jedes "EIN"-Pulses im Vergleich zur Gesamtdauer des Zyklus (EIN + AUS) kann man effektiv die durchschnittliche Spannung steuern, die dem Motor zugeführt wird.


Besonders interessant sind die Fähigkeiten des LTTsmart bei der PWM-Ansteuerung von Elektroantrieben. Die Physik dahinter passiert in den steilen Schaltflanken, in denen der LTTsmart ausreichend Messwerte erfasst, um alle Leistungskennzahlen präzise zu ermitteln. Durch die Kombination von Hochvolt-Kanälen einerseits und hoher Auflösung von 24 Bit und hoher Abtastrate von bis zu 4 MHz pro Kanal andererseits bietet sich der LTTsmart Leistungsmesser für präzise und schnelle #Messanforderungen perfekt an.


Wenn Sie also Elektromotoren steuern möchten, ist die pulsbreitenmodulierte Ansteuerung eine leistungsstarke Methode, um die Motorleistung effizient zu regeln.


Anwendungsbericht zur Thematik: https://www.tasler.de/anwendungen/einsatzgebiete-fuer-ltt-messtechnik/einsatzgebiet-emobilitaet/