Was ist ein 4-Quadranten-Betrieb?
Die 4 Quadranten eines E-Antriebs
Der Betrieb eines elektrischen Antriebs lässt sich in vier Quadranten unterteilen, die sich aus der Kombination von Drehzahl n und Drehmoment M ergeben:
Quadrant 1:
Ist die Drehzahl positiv (n > 0) und das Drehmoment positiv (m > 0) befindet sich der Antrieb im Motorbetrieb im Vorwärts- bzw. Rechtslauf
Quadrant 2:
Ist die Drehzahl positiv (n > 0) und das Drehmoment negativ (M < 0) befindet sich der Antrieb im Generatorbetrieb und Bremsen bei Vorwärtsfahrt
Quadrant 3:
Ist die Drehzahl negativ (n < 0) und Drehmoment negativ (M < 0) befindet sich der Antrieb im Motorbetrieb im Rückwärts- bzw. Linkslauf
Quadrant 4:
Ist die Drehzahl negativ (n < 0) und das Drehmoment positiv (M > 0) ist der Antrieb im Generatorbetrieb und Bremsen bei Rückwärtsfahrt
Ein Antriebs-/Bremssystem, das in allen vier Quadranten arbeiten kann, wird als 4-Quadranten-Antrieb bezeichnet (4Q-Betrieb). In Getriebeprüfständen nutzen wir diese Eigenschaft, um vollständig realistische Lastprofile abzufahren – zum Beispiel auf unserem TMX LKW und PKW-Getriebeprüfständen, wo Antriebs- und Lastmaschine ihre Rollen dynamisch tauschen können. Damit lassen sich sowohl Beschleunigungsphasen als auch Schub- und Rekuperationsvorgänge lückenlos nachbilden.
Warum ist das wichtig?
- Realismus: Das Getriebe erlebt exakt die gleichen Lastwechsel wie auf der Straße oder im Triebstrang einer Windkraftanlage.
- Effizienz: Rekuperierende Quadranten speisen Energie zurück in den Zwischenkreis oder ins öffentliche Netz. Damit können Bremswiderstand, Kühlkörper, Wasserbremsen, etc. entfallen.
- Datenqualität: Das schnelle Wechseln zwischen Motoring und Regeneration deckt Flankenspiel, Lagerluft und Resonanzen schon im Prüfstand auf.
Wie setzen wir es technisch um?
Zwei Motoren sind an Antriebs- und Abtriebswelle des Getriebes über Kupplungen angebunden. Die beiden zugehörigen Frequenzumrichter teilen sich einen Gleichspannungszwischenkreis. Überschüssige Energie der Lastmaschine wird zum Beschleunigen der Antriebsmaschine genutzt. Dadurch muss lediglich die Verlustleistung von außen in das System eingespeist werden.
Mehrere Modellbasierte Regler berücksichtigt Masseträgheiten und Verzahnungssteifigkeit, damit selbst beim Durchfahren von Getriebelosen kein DrehmomentPeak auftritt. Die modellbasierten Regelkreise sorgen in mehreren Schleifen zunächst für die Regelung der Motorströme. Übergelagert greifen der Drehmoment- und Drehzahlregler ein, um dynamisch die Rollen von Antriebs- und Lastmaschine während der Prüfung zu variieren. Der Energiefluss kann in alle Richtungen erfolgen - der 4Q-Betrieb.
Ergebnis
Im 4Q-Betrieb gelingt es uns, hochdynamische Fahrzyklen, Stop-and-Go-Stadtverkehr oder das „Bergab-Schieben“ mit Windunterstützung im Labor so präzise zu imitieren, dass die Messdaten nahtlos in Simulation und Validierung übernommen werden können.
Neugierig geworden?
Kontaktieren Sie uns – wir zeigen Ihnen gerne live, wie Ihr individuelles Lastprofil im 4-Quadranten-Prüfstand zum Leben erwacht!
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Wir freuen uns darauf, Ihre Prüf- und Messaufgaben kennenzulernen und gemeinsam Lösungen zu entwickeln, die Ihre Projekte auf das nächste Level bringen.