電動(dòng)汽車牽引逆變器和電機(jī)

牽引逆變器和電機(jī)是電動(dòng)汽車動(dòng)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(shí)現(xiàn)苛刻的效率和成本目標(biāo)

電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)師正在將新的牽引逆變器設(shè)計(jì)與不同的電機(jī)設(shè)計(jì)相結(jié)合，創(chuàng)造出適合電動(dòng)汽車需求的新型混合動(dòng)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(dòng)汽車牽引逆變器和電機(jī)技術(shù)

電動(dòng)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(hào)，以產(chǎn)生間隔120°的三個(gè)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(jì)師在保持安全定時(shí)的同時(shí)，努力將切換過程中的能量損失降至最低。

門驅(qū)動(dòng)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(shí)。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?；隍?qū)動(dòng)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(hào)

脈沖寬度調(diào)制和多相電流和電壓波形歷來都對(duì)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(duì)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(duì)于逆變器，還需要特殊的測量技術(shù)：

• PWM信號(hào)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(shí)間基準(zhǔn)。

• 分析三相系統(tǒng)需要對(duì)單個(gè)相位以及整個(gè)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(jí)、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(dòng)器分析軟件簡化了對(duì)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(shí)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(dòng)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(dòng)器和電機(jī)在許多不同測試條件下的動(dòng)態(tài)性能是很重要的，這些測試條件包括

• 電機(jī)啟動(dòng)

• 不同的電機(jī)負(fù)載

• 電機(jī)停止

根據(jù)測試計(jì)劃，測試時(shí)間可以從幾秒鐘到幾分鐘不等。長記錄長度的示波器存儲(chǔ)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(duì)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(shí)時(shí)計(jì)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(shí)時(shí)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(dòng)開關(guān)的調(diào)制器提供輸入。

由于這些重要計(jì)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(gè)獨(dú)特的測量 - DQ0（直接正交零點(diǎn)），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(jì)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(shí)與轉(zhuǎn)子磁鐵零位對(duì)齊的DQ0矢量。這些可視化工具為電機(jī)實(shí)際運(yùn)行期間的控制器性能提供了獨(dú)特的可視性。

DQ0測量使用輸出波形來計(jì)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?；魻杺鞲衅魇侵С值膫鞲衅黝愋椭?。

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(gè)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(hào)，這些信號(hào)必須由測試設(shè)備進(jìn)行解碼和顯示。許多無刷直流電動(dòng)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(duì)rms電流應(yīng)用比例因數(shù)來近似計(jì)算。

通過泰克IMDA軟件可以對(duì)傳感器信號(hào)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(shí)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(jì)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(hào)

• 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(hào)源和精密電源。

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

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電動(dòng)汽車牽引逆變器和電機(jī)

測試電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要一個(gè)示波器、合適的探頭、信號(hào)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。