Der Zug bleibt im Werk.
Mit ONIS 20kV.
Für einen Schienenfahrzeughersteller haben wir die Eingangsimpedanz seiner Züge direkt am Produktionsstandort gemessen. Mit unserer selbst entwickelten Mittelspannungslösung ONIS 20kV wurde die Messung Teil des Validierungsprozesses vor Ort.
ONIS 20kV: von morEnergy entwickelt, beim Kunden eingesetzt
Die Aufgabe und unsere Lösung
Die Messtechnik kommt zum Zug.
Anlieferung
ONIS 20kV zum Produktionsstandort bringen.
Fahrzeugmessung
Den Zug direkt dort messen, wo er gebaut wird.
Der Container reist. Der Zug bleibt im Werk.Weniger Transport-, Personal- und Koordinationsaufwand senkt die damit verbundenen Kosten.
Zeiten aus diesem Projekteinsatz: Anlieferung auf der projektspezifischen Strecke und Messung eines Fahrzeugs. Vorbereitung, Messungen der Prüfumgebung und Auswertung sind darin nicht vollständig abgebildet. Dauer abhängig von Standort und Prüfumfang.
Die Messung war erforderlich.
Der Weg dorthin aufwendig.
Frequenzabhängige Fahrzeugeingangsimpedanz bestimmen. In unterschiedlichen Betriebszuständen. Direkt am Produktionsstandort.
Ein Zug. Viele Wege.
Bisher waren Messungen an einer externen Prüfstelle nötig. Terminabstimmung, Fahrzeugüberführung und Rücktransport bedeuteten mehrere Wochen Vorlauf.
Im Werk fehlten die spezialisierte Messtechnik und die Erfahrung für die Messung vor Ort.
Die Messtechnik kommt zum Zug.
Mit ONIS 20kV haben wir unsere ONIS-Technologie auf Mittelspannung skaliert und in einen mobilen 10-Fuß-Container integriert.
Warum diese Messung wichtig ist.
Fahrzeug und Versorgung wirken elektrisch zusammen. Resonanzen können Spannungs- und Stromanteile verstärken; auch die Betriebskonfiguration kann die Eingangscharakteristik verändern. Mit den Messungen vor Ort schaffen wir eine Datengrundlage, um relevante Frequenzbereiche zu bewerten und Unterschiede zwischen Konfigurationen fachlich einzuordnen.
Die Beispiele verwenden synthetische Modelle, keine Kundenmessdaten. Sie zeigen keinen Befund am Kundenfahrzeug und sind kein Stabilitätsnachweis.
Resonanzen verstehenInteraktives RLC-Ersatzmodell · keine Fahrzeugmessung
Der Strom bleibt gleich.
Im vereinfachten parallelen RLC-Ersatzkreis wird die Stromanregung konstant gehalten.
Die Resonanz verändert sich.
Je schwächer die Dämpfung, desto höher die Impedanz an der Resonanzstelle.
Die Antwort wird größer.
Bei gleicher Stromanregung führt die höhere Impedanz zu einer größeren Spannungsantwort.
Was passiert, wenn Dämpfung fehlt?
Verringern Sie die Dämpfung. Die Anregung bleibt gleich, die Resonanzspitze wächst.
Wie stark reagiert der Kreis auf eine dauerhafte sinusförmige Anregung?
So wird die Überlagerung auf dem Sinus sichtbar.
Ein höherfrequenter Stromanteil regt den Kreis dauerhaft bei seiner Resonanzfrequenz an. Die entstehende Spannung überlagert sich mit dem Grundsinus. Verringern Sie die Dämpfung: Die Welligkeit auf dem Sinus wird größer, während die Anregung gleich bleibt.
Illustratives Ersatzmodell. Keine Fahrzeugmessung und keine zulässigen Grenzwerte. Achsen normiert.
Das Modell hinter der Darstellung
Frei gewähltes Ersatzmodell, keine Fahrzeugmessung. Die Achsen sind normiert. Der Frequenzgang zeigt die Antwort auf sinusförmige Stromanregung. Der Zeitverlauf zeigt den eingeschwungenen Zustand: eine vorgegebene Grundschwingung mit einem dauerhaft überlagerten Spannungsanteil bei der Resonanzfrequenz. Beide Ansichten verwenden denselben RLC-Kreis und denselben Dämpfungswert; sie geben weder reale Fahrzeugwerte noch zulässige Grenzwerte an.
Für den idealen parallelen RLC-Kreis gilt f₀ = 1 / (2π√(LC)). Bei gleicher Stromanregung ist die normierte Spannungsantwort proportional zu |Z_RLC| / Z₀. Die Referenz verwendet d = 0,8. Das Modell beschreibt keine konkrete Fahrzeug- oder Netztopologie.
Die Zeitansicht zeigt die Summe aus Grundschwingung und einem höherfrequenten Spannungsanteil:
Û₁ ist die Amplitude der Grundschwingung. Die Amplitude Ûh des überlagerten Spannungsanteils ergibt sich aus dem festen anregenden Stromanteil und der Impedanz des Ersatzkreises:
Îh bleibt beim Bewegen des Reglers konstant. Im Beispiel liegt seine Frequenz an der Resonanzstelle: fh = f₀ = 12f₁. Dort ist die Impedanz des Ersatzkreises reell, sodass der Spannungsanteil ohne zusätzliche Phasenverschiebung dargestellt wird. Weniger Dämpfung erhöht die Impedanz an dieser Stelle und damit Ûh. Grundschwingung, Frequenzverhältnis und Stromamplitude sind für die Veranschaulichung frei gewählt. Für die Diagrammachse wird die Gesamtspannung auf Û₁ bezogen.
Was das für die technische Bewertung bedeutet
Bei unserem Einsatz ging es darum, den Frequenzgang am Fahrzeugeingang zu charakterisieren und Resonanzen zu beurteilen. Denn Fahrzeug und Versorgung bilden ein elektrisches Gesamtsystem: Stromrichter, Filter und Regelungen treffen auf die Eigenschaften des Netzes. Ungünstige Wechselwirkungen können Spannungs- und Stromanteile verstärken und Komponenten zusätzlich belasten.
Das Prinzip veranschaulicht ein vereinfachter paralleler RLC-Ersatzkreis. In der Nähe seiner Resonanzfrequenz steigt seine Impedanz. Bei gleicher Stromanregung fällt die Spannungsantwort umso größer aus, je schwächer die Dämpfung ist:
Hier bezeichnet ZRLC die Impedanz des vereinfachten RLC-Ersatzkreises. ΔU und ΔI sind die komplexen Spannungs- und Stromanteile bei der betrachteten Frequenz.
Zurück zum Projekteinsatz: Mit ONIS 20kV haben wir die Eingangscharakteristik des Fahrzeugs vor Ort messbar gemacht. So stand den Validierungsingenieuren eine Datengrundlage zur Verfügung, um relevante Frequenzbereiche zu bewerten. Die im Diagramm gezeigte schwache Dämpfung ist ein Erklärbeispiel und kein Befund am Kundenfahrzeug.
Warum Betriebszustände vergleichen?Synthetischer Zustandsvergleich · kein Befund beim Kunden
2 Betriebskonfigurationen
Getrennt vermessen. Unterschiede fachlich eingeordnet. Neben dem Betrag wurden Phase beziehungsweise Realteil der Admittanz betrachtet.
Auffällig heißt: gezielt untersuchen.
Ein negativer Realteil allein beweist keine Instabilität des Gesamtsystems. Die Wechselwirkung mit dem Netz und die Messbedingungen gehören zur Bewertung.
Eine Auffälligkeit, die erst im Vergleich sichtbar wird.
Blenden Sie den auffälligen Beispielzustand ein. Im markierten Frequenzband wird der Realteil negativ und die Phase überschreitet +90°.
Synthetisches Beispiel, kein Befund beim Kunden. Weder Normtest noch Stabilitätsnachweis.
Hinweise zum synthetischen Beispiel
Erfundenes Fehlerszenario, kein Befund beim Kunden. Beide Kurven stammen aus einem unabhängigen synthetischen Modell. Die Frequenzachse ist dimensionslos, die Admittanz verwendet eine gemeinsame Bezugsgröße. Die Darstellung ist weder ein Normtest noch ein Stabilitätsnachweis.
Ein negativer Realteil in einem Frequenzbereich kann auf ein Verhalten hinweisen, das einer positiven Dämpfung entgegenwirkt. Das ist ein Anlass für eine vertiefte Untersuchung der Wechselwirkung mit dem Netz. Im skalaren Modell entspricht dies einem Phasenwinkel außerhalb von ±90°.
Ein negativer Realteil allein beweist keine Instabilität des Gesamtsystems. Ebenso garantiert ein unauffälliger Ausschnitt keine Stabilität für alle Betriebs- und Versorgungsbedingungen. Anwendbare Kriterien, Messbedingungen und mögliche Einflüsse vorhandener Harmonischer gehören zur fachlichen Bewertung.
Für unseren Einsatz bedeutete das: Die Konfigurationen getrennt erfassen und ihre Unterschiede fachlich einordnen. Das auffällige Verhalten im Beispiel macht den Nutzen dieses Vorgehens sichtbar; es beschreibt keinen im Projekt aufgetretenen Fehler.
Die Messaufgabe im Detail
Eingangsadmittanz
Gemessen wurde die Eingangsadmittanz – der Kehrwert der Eingangsimpedanz.
Zwei Konfigurationen
Die Eingangscharakteristik des Fahrzeugs wurde in zwei Betriebskonfigurationen erfasst.
Gemeinsam auswerten
Die Validierungsingenieure des Herstellers und morEnergy ordnen die Ergebnisse fachlich ein.
Für die Validierung neuer Zugbaureihen musste unser Kunde die frequenzabhängige Eingangsimpedanz in unterschiedlichen Betriebszuständen bestimmen. Bisher waren dafür Messungen an einer externen Prüfstelle nötig: Terminabstimmung, Fahrzeugüberführung und Rücktransport bedeuteten mehrere Wochen Vorlauf und logistische Koordination.
Im Werk fehlten die spezialisierte Messtechnik und die Erfahrung, um diese Aufgabe selbst vor Ort durchzuführen. Genau hier setzte die Zusammenarbeit mit morEnergy an.
Die Eingangsimpedanz des Zuges direkt am Produktionsstandort messen – mit einer transportablen Lösung für die Mittelspannungsebene.
Die Containerlösung ONIS 20kV wurde von morEnergy entwickelt. Wir skalierten unsere ONIS-Technologie auf Mittelspannung und integrierten das System in einen mobilen 10-Fuß-Container. Bei unserem Einsatz vor Ort konnten wir damit die Eingangscharakteristik des Fahrzeugs in unterschiedlichen Konfigurationen messen.
Die Messung erfasste die Eingangsadmittanz, also den Kehrwert der Eingangsimpedanz. Beide Größen beschreiben dieselbe Beziehung zwischen Spannungs- und Stromänderungen am Fahrzeugeingang:
Dabei bezeichnet s den Betriebszustand. Warum wir den Frequenzgang und mehrere Zustände betrachten, zeigen die folgenden interaktiven Beispiele. Sie erläutern die Fragestellungen hinter unserem Einsatz; die Kurven sind unabhängig vom Kundenprojekt erzeugt.
Messwerte werden aussagekräftig.
Durch ihren Kontext.
Für eine belastbare Bewertung war mehr nötig als das Aufzeichnen der Fahrzeugkurven.
Die Prüfumgebung mitmessen.
Wir haben die Prüfumgebung zunächst ohne angeschlossenes Fahrzeug vermessen. Damit konnten wir den Einfluss der Teststrecke und ihrer Anschlussinfrastruktur bei der Bewertung berücksichtigen. Das Fahrzeug wurde in zwei Betriebskonfigurationen vermessen.
Phasenauffälligkeiten einordnen.
Bei der Auswertung betrachteten wir Phasenauffälligkeiten zusammen mit den vorhandenen Spannungsharmonischen. So konnten wir harmonisch beeinflusste Punkte fachlich einordnen, statt jeden Ausschlag als Instabilität zu interpretieren.
Mit Referenzen abgleichen.
Wir haben die Ergebnisse mit Simulationen und früheren Impedanzmessungen abgeglichen. Die gute Übereinstimmung unterstützte das Vertrauen in ihre Verwendung für die technische Bewertung.
Einfach messen. Fachlich auswerten.
Die App erleichtert die Messdurchführung auch für weitere Anwender. Für die Interpretation stehen die Validierungsingenieure des Herstellers und die Fachleute von morEnergy zur Verfügung.
Wie die Ergebnisse weiterverwendet werden können
Der Einsatz zeigte, dass die mobile Lösung die Messaufgabe am Produktionsstandort erfüllen kann. Für eine belastbare Bewertung war dabei mehr nötig als das Aufzeichnen der Fahrzeugkurven.
Auf dieser Grundlage können die Ingenieure entscheiden, ob weitere Untersuchungen oder Anpassungen an Konfiguration, Regelung oder Komponenten sinnvoll sind. Eine konkrete Komponentenänderung wird für dieses Projekt nicht behauptet.
Der Zug bleibt im Werk.
Die Messung wird Teil des Ablaufs.
ONIS 20kV ist heute Teil des Validierungsprozesses beim Kunden.
Der Zug zur Messung.
Mehrere Wochen Vorlauf für Terminabstimmung, Überführung und Rücktransport.
PlanungsvorlaufDie Messung zum Zug.
Ein Arbeitstag Anlieferung und ein Arbeitstag Fahrzeugmessung im beschriebenen Einsatz. Der Zug bleibt am Produktionsstandort.
Zwei einzelne Arbeitsschritte im ProjekteinsatzDie Zeitgrößen sind unterschiedlich: Planungsvorlauf und einzelne Arbeitsschritte. Zusätzliche Vorbereitung, Messungen der Prüfumgebung und Auswertung sind in den beiden Arbeitstagen nicht vollständig abgebildet.
Fahrzeugtransport
Keine Überführung zur externen Prüfstelle und zurück für diese Messaufgabe.
Personaleinsatz
Weniger Personalaufwand durch den vereinfachten Ablauf und die appgestützte Bedienung.
Koordination
Weniger Abstimmung rund um Fahrzeugüberführung und externe Prüftermine.
Diese eingesparten Aufwände reduzieren die damit verbundenen Kosten. Die konkrete Ersparnis hängt von Transportstrecke, Prüfumfang und Organisation ab.
Der Nutzen im weiteren Validierungsprozess
Die Zeitangaben beschreiben Anlieferung und Fahrzeugmessung. Zusätzliche Vorbereitung, Messungen der Prüfumgebung und Auswertung hängen von der Aufgabe ab. Der bisherige Planungsvorlauf und die beiden Arbeitsschritte sind unterschiedliche Zeitgrößen.
ONIS 20kV ist heute Teil des Validierungsprozesses beim Kunden. Der transportable Container kann auch an anderen Standorten eingesetzt werden. Für neue Messaufgaben kommt die Messtechnik zum Fahrzeug; die Überführung des Zuges zu einer externen Prüfstelle entfällt für diese Messungen.
Die appgestützte Bedienung erleichtert die Durchführung. Das spart Koordinations- und Personalaufwand und macht die Messung weiteren Anwendern zugänglich. Bei der Auswertung stehen die Fachleute von morEnergy zur Verfügung.
Komplexes elektrisches Verhalten?
Sprechen wir darüber.
Resonanzen, unerwartete Oberschwingungen oder Wechselwirkungen mit der Versorgung? Wir verbinden Vor-Ort-Messungen, unsere ONIS-Technologie und elektrotechnisches Fachwissen, um Ihr System zu untersuchen und eine fundierte Grundlage für Ihre nächsten Schritte zu schaffen.