電動汽車牽引逆變器和電機(jī)

牽引逆變器和電機(jī)是電動汽車動力系統(tǒng)的核心。這些子系統(tǒng)內(nèi)的效率改進(jìn)直接轉(zhuǎn)化為車輛更佳的行駛范圍、性能和成本

采用SiC功率半導(dǎo)體有助于提高效率和更緊湊的牽引逆變器器。正在優(yōu)化控制算法和電機(jī)結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)苛刻的效率和成本目標(biāo)

電動汽車設(shè)計師正在將新的牽引逆變器設(shè)計與不同的電機(jī)設(shè)計相結(jié)合，創(chuàng)造出適合電動汽車需求的新型混合動力結(jié)構(gòu)。

可重復(fù)的逆變器測量技術(shù)

牽引逆變器和電機(jī)的功能模塊。

電動汽車牽引逆變器和電機(jī)技術(shù)

電動汽車采用不同類型的電機(jī)，但它們都需要向電機(jī)定子應(yīng)用PWM電壓信號，以產(chǎn)生間隔120°的三個正弦電流。高壓輸入的調(diào)制通常由高壓IGBT或MOSFET以20至100 kHz的頻率進(jìn)行切換。設(shè)計師在保持安全定時的同時，努力將切換過程中的能量損失降至最低。

門驅(qū)動器由微控制器（MCU）子系統(tǒng)控制，并確定開關(guān)設(shè)備的定時。控制電路必須與高壓部分電隔離。

逆變器控制器通常使用DSP算法，如磁場定向控制（FOC），以精確改變PWM輸出。基于驅(qū)動器的輸入和電機(jī)的當(dāng)前速度，逆變器的MCU控制轉(zhuǎn)子直軸（D）兩極與磁場或正交軸（Q）之間的角度，以提供平穩(wěn)、最佳的扭矩。電機(jī)轉(zhuǎn)子上的編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器等傳感器提供轉(zhuǎn)子角度反饋。

分析關(guān)鍵的變頻器信號

脈沖寬度調(diào)制和多相電流和電壓波形歷來都對示波器和依賴它們的工程師提出了挑戰(zhàn)。然而，能夠看到和測量這些波形對于優(yōu)化逆變器的可靠性、魯棒性、功率密度和效率至關(guān)重要。

6通道和8通道示波器的引入使得研究三相系統(tǒng)更加容易，但對于逆變器，還需要特殊的測量技術(shù)：

• PWM信號很難觸發(fā)--這使得它很難獲得穩(wěn)定的、可重復(fù)的測量。必須特別注意確保穩(wěn)定的時間基準(zhǔn)。

• 分析三相系統(tǒng)需要對單個相位以及整個系統(tǒng)進(jìn)行電壓、電流、角度和功率測量。相位圖是觀察量級、角度和平衡的理想選擇。

4/5/6系列示波器上的變頻器、電機(jī)和驅(qū)動器分析軟件簡化了對PWM輸出的觸發(fā)和三相測量的設(shè)置。相位圖顯示幫助你直觀地了解和調(diào)試三相電問題。

逆變器輸出的三相電壓、電流和功率測量。

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了解更多關(guān)于在示波器上使用相位圖進(jìn)行三相電源分析的信息

100多次采集的功率參數(shù)圖，包括VRMS、IRMS、真實功率、相位差、視在功率和無功功率。

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三相變頻電機(jī)驅(qū)動分析產(chǎn)品技術(shù)資料

了解電機(jī)負(fù)載變化下的系統(tǒng)行為

在追求功率密度和效率的過程中，了解和分析驅(qū)動器和電機(jī)在許多不同測試條件下的動態(tài)性能是很重要的，這些測試條件包括

• 電機(jī)啟動

• 不同的電機(jī)負(fù)載

• 電機(jī)停止

根據(jù)測試計劃，測試時間可以從幾秒鐘到幾分鐘不等。長記錄長度的示波器存儲運(yùn)行期間的所有相關(guān)信息，并將結(jié)果顯示為波形和曲線圖。捕捉高速數(shù)據(jù)使工程師能夠放大波形的特定區(qū)域以查明問題。相比之下，功率分析儀通常支持校準(zhǔn)的三相測量，但無法訪問高采樣率數(shù)據(jù)。

對矢量控制參數(shù)的可見性，如DQ0

與開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)逆變器和電機(jī)系統(tǒng)根據(jù)反饋來提供卓越的速度和扭矩控制。閉環(huán) "矢量 "控制器進(jìn)行實時計算，將角度和電流反饋轉(zhuǎn)化為更簡單的變量（D和Q），可以實時進(jìn)行線性縮放。縮放后的D和Q參數(shù)再進(jìn)行逆變換，為用于驅(qū)動開關(guān)的調(diào)制器提供輸入。

由于這些重要計算發(fā)生在控制器內(nèi)部深處，因此很難研究D和Q與其他系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系。5/6系列B MSO上的IMDA應(yīng)用支持一個獨特的測量 - DQ0（直接正交零點），幫助工程師深入了解控制器。它通過應(yīng)用Park變換和Clarke變換的組合，從逆變器的輸出波形中數(shù)學(xué)計算D和Q。結(jié)果顯示為數(shù)值測量值和帶有合成矢量的相量圖。通過結(jié)合編碼器角度，工程師可以觀察與QEI指數(shù)脈沖一起使用時與轉(zhuǎn)子磁鐵零位對齊的DQ0矢量。這些可視化工具為電機(jī)實際運(yùn)行期間的控制器性能提供了獨特的可視性。

DQ0測量使用輸出波形來計算和顯示控制系統(tǒng)的系數(shù)。

采集趨勢和柱狀圖表明速度變化。霍爾傳感器是支持的傳感器類型之一。

相關(guān)機(jī)械和電氣測量

為了了解電子和算法決策的影響，工程師必須能夠?qū)㈦姍C(jī)的機(jī)械性能與電氣測量相關(guān)聯(lián)。電機(jī)的角度、方向、速度、加速度和扭矩是了解系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。能夠測量牽引逆變器輸入端的電氣參數(shù)和電機(jī)的機(jī)械輸出，使工程師能夠確定整個系統(tǒng)的效率。

速度、方向和角度等機(jī)械測量取決于傳感器信號，這些信號必須由測試設(shè)備進(jìn)行解碼和顯示。許多無刷直流電動機(jī)都配備了內(nèi)置的霍爾傳感器，可以使用數(shù)字或模擬探頭進(jìn)行訪問。其他系統(tǒng)可能依賴于QEI（正交編碼器接口）傳感器。

扭矩的測量可以使用電機(jī)輸出端的專用扭矩傳感器進(jìn)行。轉(zhuǎn)矩也可以通過對rms電流應(yīng)用比例因數(shù)來近似計算。

通過泰克IMDA軟件可以對傳感器信號進(jìn)行解碼，使5和6系列B MSO示波器能夠顯示速度、加速度、方向、角度和扭矩。

了解寬禁帶功率集成的影響

向800V架構(gòu)的過渡帶來了許多技術(shù)的新要求，如降低電纜和電池成本，減少熱損失和提高系統(tǒng)效率。SiC MOSFET正在實現(xiàn)更高的開關(guān)電壓和更低的開關(guān)損耗，但基于硅器件的傳統(tǒng)測試計劃已不再適用。

測試寬禁帶半導(dǎo)體的主要挑戰(zhàn)包括

• 高功率水平下的電流和電壓探測

• 在存在極高共模電壓的情況下，精確測量高壓側(cè)MOSFET上的信號

• 用標(biāo)準(zhǔn)化的測試（如雙脈沖測試）測量開關(guān)損耗

泰克公司為測試基于SiC MOSFET的牽引逆變器提供解決方案，包括示波器、高壓差分探頭、電流探頭、光隔離探頭、信號源和精密電源。

雙脈沖測試軟件采用一致的自動測量技術(shù)進(jìn)行Eon和Eoff測量。

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閱讀有關(guān)雙脈沖測試的更多信息

電動汽車牽引逆變器和電機(jī)

測試電動汽車動力系統(tǒng)設(shè)計需要一個示波器、合適的探頭、信號源和應(yīng)用軟件。此系統(tǒng)可以根據(jù)您的應(yīng)用進(jìn)行定制。