DE10151575B4

DE10151575B4 - Verfahren und Anordnung zur Messung der Verlustleistung eines elektrischen Gerätes

Info

Publication number: DE10151575B4
Application number: DE2001151575
Authority: DE
Inventors: Michael Degen; Matthias Hadamik
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2021-10-24
Also published as: DE10151575A1

Abstract

Verfahren zur Messung der Verlustleistung eines elektrischen Gerätes, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät in einem geschlossenen wärmeisolierenden Behälter (1) betrieben wird, dass der Temperaturanstieg (a1, a2) über der Zeit gemessen und daraus die Verlustleistung (Px) berechnet wird und dass sich in dem Behälter ein Wärmespeicher befindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung der Verlustleistung eines elektrischen Gerätes.

Die Verlustleistung von elektrischen Geräten wird in der Regel durch elektrische Messungen bestimmt, beispielsweise dadurch, dass die aufgenommene elektrische Leistung und – sofern vorhanden – die abgegebene elektrische Leistung jeweils in an sich bekannter Weise gemessen werden und gegebenenfalls die abgegebene Leistung von der aufgenommenen Leistung subtrahiert wird. Bei elektrischen Geräten mit pulsförmiger Leistungsaufnahme und -abgabe sind solche Messungen äußerst aufwändig, insbesondere dann, wenn sich die Geräte und deren Peripherie dynamisch verhalten. Solche Voraussetzungen liegen insbesondere bei Steuergeräten in Kraftfahrzeugen vor.

Aus der gattungsbildenden Druckschrift von Li Yi, Michel M.: Kalorimetrische Messung des Wirkungsgrads von Umrichtern etz, 1995, Heft 4, Seiten 14 bis 19, sind Verfahren bekannt, bei denen das Messobjekt mit einem wärmeisolierenden Gehäuse umhüllt wird und ein bewegliches Messmedium die entstehenden Verluste abführt. Die dazu erforderlichen Einrichtungen sind recht aufwändig. Ferner sind aus DE 37 31 384 C2 und GB 2 017 319 A Einrichtungen zur kalorimetrischen Leistungsmessung von elektromagnetischen Wellen bekannt, die jedoch speziell für diese Messungen ausgelegt sind und für die Messung von Verlustleistungen von Geräten nicht geeignet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Verlustleistungsminderung mit vertretbarem Aufwand auch bei den oben genannten Geräten zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass das Gerät in einem geschlossenen wärmeisolierenden Behälter betrieben wird, dass der Temperaturanstieg über der Zeit gemessen und daraus die Verlustleistung berechnet wird und dass sich in dem Behälter ein Wärmespeicher befindet. Vorzugsweise wird der Wärmespeicher von Wasser gebildet.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung weist ein geschlossener wärmeisolierender Behälter mindestens eine Durchführung für elektrische Leitungen auf und im Innenraum des Behälters ist ein wasserdichter Einsatz vorgesehen.

Um eine Messung auch ohne die genauere Kenntnis der Wärmekapazität des Gerätes durchführen zu können, ist bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass nacheinander das Gerät betrieben und eine bekannte Leistung zugeführt wird, wobei jeweils der Temperaturanstieg gemessen wird, und dass die gemessenen Temperaturanstiege sowie die bekannte Leistung und die zu messende Verlustleistung in Beziehung gesetzt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorausgesetzt, dass das zu messende Gerät in dem jeweils interessierenden Betriebszustand betrieben wird. Es ist auch möglich, die Verlustleistung des Gerätes für verschiedene Betriebszustände zu messen. Als Geräte kommen vollständige, in sich abgeschlossene Geräte, Komponenten, Baugruppen und andere Einrichtungen in Frage, bei denen Verlustleistung entsteht. Die Temperaturerhöhung und damit die Messung hat derart allmählich zu erfolgen, dass sich innerhalb des Behälters, insbesondere zwischen dem Gerät und Temperatursensoren, keine wesentlichen Temperaturdifferenzen bilden.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass zum Zuführen der bekannten Leistung außer dem Gerät ein elektrischer Verbraucher in dem Behälter vorgesehen ist. Falls jedoch das jeweils zu messende elektrische Gerät es erlaubt, kann stattdessen auch vorgesehen sein, dass zum Zuführen der bekannten Leistung das Gerät in einem Betriebszustand betrieben wird, in welchem die dem Gerät zugeführte elektrische Leistung leicht messbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein geschlossener wärmeisolierender Behälter mindestens eine Durchführung für elektrische Leitungen aufweist und in seinem Innenraum ein wasserdichter Einsatz vorgesehen ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ermöglicht eine weitgehend gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des Wassers dadurch, dass im Einsatz eine mit einem Antrieb außerhalb des Einsatzes magnetisch gekoppelte Rührvorrichtung angeordnet ist.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:
1 eine erfindungsgemäße Anordnung und
2 eine schematische Darstellung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die in 1a, 1b und 1c dargestellte Anordnung stellt ein Kalorimeter dar und besteht aus einem wärmeisolierenden Behälter 1 mit einem Deckel 2. Als Werkstoff eignet sich beispielsweise aufgeschäumtes Polystyrol. Als Wandstärke des Behälters hat sich beispielsweise 20 cm als vorteilhaft herausgestellt. Der Behälter 1 weist an seinem oberen Rand eine Nut 3 als Kabeldurchführung auf. Der Deckel 2 ist im Bereich der Nut 3 und des Innenraumes 4 bei 5 verstärkt, so dass er beim Verschließen des Behälters 1 fixiert ist und den Innenraum gut abschließt. In den Innenraum 4 passt ein wasserdichter Einsatz 6, der vorzugsweise aus Acrylglas hergestellt ist und an seinem Boden Abstandshalter 8 aufweist, auf die das zu messende Gerät und der elektrische Verbraucher – im folgenden auch Vergleichsgerät genannt – aufgelegt werden können, ohne die Zirkulation des in dem Einsatz 6 befindlichen Wassers zu behindern. In der Mitte des Bodens 7 des Einsatzes 6 ist eine runde Vertiefung 9 vorgesehen, in welcher ein in 1 nicht dargestellter magnetisch angetriebener Rührer umläuft. Der magnetische Antrieb, bestehend aus einem Getriebemotor mit einem Magneten, befindet sich in einer Ausnehmung 10 des Behälters 1.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 bei 11 das zu messende Gerät und das Vergleichsgerät in das Kalorimeter eingesetzt und das Kalorimeter verschlossen. Bei 12 wird dem Vergleichsgerät in einer Zeit zwischen t1 und t2 elektrische Leistung zugeführt, wodurch die Temperatur T in der bei 12 dargestellten Weise ansteigt. Dabei kann der Temperaturverlauf für die bekannte Verlustleistung mit der Gleichung T = alt + b1 beschrieben werden. Durch Einsetzen von T1 und T2 in diese Gleichung kann der Temperaturanstieg a1 ermittelt werden. Danach wird bei 13 das zu messende Gerät zwischen t3 und t4 betrieben, worauf die Temperatur in der bei 13 dargestellten Weise weiter ansteigt. Der weitere Temperaturverlauf folgt der Gleichung a2t + b2 und erreicht die Temperatur T3. Hieraus kann dann der Temperaturanstieg a2 berechnet werden. Die unbekannte Verlustleistung Px beträgt dann Px = Pba2/a1, wobei Pb die bekannte dem Vergleichsgerät zugeführte Leistung ist. Bei 14 ist die Messung beendet.
Das Eintauchen des zu messenden Gerätes ist insbesondere für Steuergeräte für Kraftfahrzeuge kein Problem, da diese ohnehin wasserdicht ausgeführt sind. Bei nicht wasserdichten Geräten kann das erfindungsgemäße Verfahren in einfacher Weise durchgeführt werden, wenn das zu messende Gerät in einen Plastikbeutel gepackt wird. Die Wärmekapazität des Wassers ist bei den üblichen Messbedingungen und Geräten wesentlich größer als diejenige des Gerätes und des Vergleichsgerätes, so dass ein allmählicher Temperaturanstieg erfolgt, ein Temperaturausgleich innerhalb des Gerätes und innerhalb des gesamten Innenraumes des Kalorimeters möglich ist. Dabei können die Messzyklen jeweils durchaus mehrere Stunden dauern.

Claims

Verfahren zur Messung der Verlustleistung eines elektrischen Gerätes, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät in einem geschlossenen wärmeisolierenden Behälter (1) betrieben wird, dass der Temperaturanstieg (a1, a2) über der Zeit gemessen und daraus die Verlustleistung (Px) berechnet wird und dass sich in dem Behälter ein Wärmespeicher befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher von Wasser gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander das Gerät betrieben und eine bekannte Leistung (Pb) zugeführt wird, wobei jeweils der Temperaturanstieg (a1, a2) gemessen wird, und dass die gemessenen Temperaturanstiege (a1, a2) sowie die bekannte Leistung (Pb) und die zu messende Verlustleistung (Px) in Beziehung gesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zuführen der bekannten Leistung (Pb) außer dem Gerät ein elektrischer Verbraucher in dem Behälter (1) vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zuführen der bekannten Leistung (Pb) das Gerät in einem Betriebszustand betrieben wird, in welchem die dem Gerät zugeführte elektrische Leistung leicht messbar ist.
Anordnung zur Messung der Verlustleistung eines elektrischen Gerätes, dadurch gekennzeichnet, dass ein geschlossener wärmeisolierender Behälter (1) mindestens eine Durchführung (3) für elektrische Leitungen aufweist und in seinem Innenraum (4) ein wasserdichter Einsatz (6) vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Einsatz (6) eine mit einem Antrieb außerhalb des Einsatzes (6) magnetisch gekoppelte Rührvorrichtung angeordnet ist.