![Electric vehicle traction inverters and motors](/-/media/images/solutions/automotive/ev--traction/electric-vehicle-traction-inverters-and-motors_2000x400.jpg?h=400&iar=0&w=2000)
电动汽车牵引逆变器和电机的测量分析
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促进电动汽车牵引逆变器分析
促进电动汽车牵引逆变器分析有助于电动汽车的发展。作为电动汽车动力系统的核心,牵引逆变器和电机发挥着举足轻重的作用。这些子系统内的改进可直接提高车辆的续航里程、性能并降低成本
采用SiC功率半导体有助于提高牵引逆变器的效率,使其更加紧凑。不断优化控制算法和电机结构,以实现苛刻的效率和成本目标
电动汽车设计师正在将新的牵引逆变器设计与不同的电机设计相结合,创造出适合电动汽车需求的新型混合动力结构。
查看完整的工作台设置可重复的逆变器测量技术
![Block diagram of electric vehicle traction inverter and motor](/-/media/images/solutions/automotive/ev--traction/diagram-electric-vehicle-traction-inverter-motor_492x330.png?h=330&iar=0&w=492)
牵引逆变器和电机的功能模块。
了解电动汽车的逆变器和电机技术
电动汽车采用不同类型的电机,但它们都需要向电机定子施加PWM电压信号,以产生间隔120°的三个正弦电流。高压输入的调制通常由高压IGBT或MOSFET以20至100 kHz的频率进行切换。设计师在保持切换时间安全的同时,努力将切换过程中的能量损失降至最低。
门驱动器由微控制器 (MCU) 子系统控制,并确定开关设备的切换时间。控制电路必须与高压部分电隔离。
逆变器控制器通常使用数字信号处理 (DSP) 算法,如磁场定向控制 (FOC),以精确改变PWM输出。基于驱动器的输入和电机的当前速度,逆变器的MCU控制转子直轴 (D) 两极与磁场或交轴 (Q) 之间的角度,以提供平稳、优质的扭矩。电机转子上的编码器或旋转变压器等传感器提供转子角度反馈。
分析关键的逆变器信号
脉冲宽度调制和多相电流和电压波形历来都对汽车示波器和依赖它们的工程师提出了挑战。然而,能够看到和测量这些波形对于优化逆变器的可靠性、鲁棒性、功率密度和效率至关重要。
6通道和8通道示波器的引入使得研究三相系统更加容易,但对于逆变器,还需要特殊的测量技术:
- PWM信号很难触发--这使得它很难获得稳定的、可重复的测量。必须特别注意确保稳定的时间基准。
- 分析三相系统需要对单个相位以及整个系统进行电压、电流、角度和功率测量。相位图是观察量级、角度和平衡的理想选择。
4/5/6系列示波器上的变频器、电机和驱动器分析软件简化了对PWM输出的触发和三相测量的设置。相量图显示帮助你直观地了解和调试三相电问题。
了解电机负载变化下的系统行为
在追求功率密度和效率的过程中,了解和分析驱动器和电机在许多不同测试条件下的动态性能是很重要的,这些测试条件包括
- 电机启动
- 不同的电机负载
- 电机停止
根据测试计划,测试时间可以从几秒钟到几分钟不等。长记录长度的示波器存储运行期间的所有相关信息,并将结果显示为波形和图表。捕捉高速数据使工程师能够放大波形的特定区域以查明问题。相比之下,功率分析仪通常支持校准的三相测量,但无法访问高采样率数据。
将矢量控制参数可视化,如转化为DQ0
与开环控制系统相比,闭环逆变器和电机系统根据反馈来提供卓越的速度和扭矩控制。闭环 "矢量 "控制器进行实时计算,将角度和电流反馈转化为更简单的变量(D和Q),可以实时进行线性缩放。缩放后的D和Q参数再进行逆变换,为用于驱动开关的调制器提供输入。
由于这些重要计算发生在控制器的深层,因此很难研究D和Q与其他系统参数的关系。5/6系列B MSO混合信号示波器上的“逆变器电机驱动器”(IMDA) 应用支持一个独特的测量 - DQ0(直轴、交轴、0轴),帮助工程师深入了解控制器。它通过应用Park变换和Clarke变换的组合,从逆变器的输出波形中数学计算D和Q。结果显示为数值测量值和带有合成矢量的相量图。若使用具有索引脉冲的正交编码器接口,通过结合编码器角度,工程师可以观察到与转子磁铁零位对齐的DQ0矢量。这些工具提供了独特的可视化方法,以观测电机实际运行期间的控制器性能。
![Measuring electric vehicle motor torque and speed with an oscilloscope](/-/media/images/solutions/automotive/ev--traction/oscillocope-imda_mech-and-electrical-meas_600x330.png?h=330&iar=0&w=600)
采集趋势和柱状图表明速度变化。霍尔传感器是支持的传感器类型之一。
将电气测量结果解码为机械性能
为了了解电子和算法决策的影响,工程师必须能够将电机的机械性能与电气测量相关联。电机的角度、方向、速度、加速度和扭矩是了解系统性能的关键。能够测量牵引逆变器输入端的电气参数和电机的机械输出,使工程师能够确定整个系统的效率。
速度、方向和角度等机械测量取决于传感器信号,这些信号必须由测试设备进行解码和显示。许多无刷直流电动机都配备了内置的霍尔传感器,可以使用数字或模拟探头访问传感器。其他系统可能要依靠QEI(正交编码器接口)传感器。
可以使用电机输出端的专用扭矩传感器测量扭矩。也可以用电流均方根值乘以比例系数来近似估算扭矩。
通过米乐m6网页版登录入口“逆变器电机驱动器”(IMDA)软件可以对传感器信号进行解码,使5和6系列B MSO混合信号示波器能够显示速度、加速度、方向、角度和扭矩。
了解宽禁带功率器件集成的影响
向800V架构的过渡带来了许多好处,如降低电缆和电池成本,减少热损失和提高系统效率。SiC MOSFET正在实现更高的开关电压和更低的开关损耗,但基于硅器件的传统测试计划已不再适用。
测试宽禁带半导体的主要挑战包括
- 高功率水平下的电流和电压探测
- 在存在极高共模电压的情况下,精确测量上管MOSFET上的信号
- 用标准化的测试(如双脉冲测试)测量开关损耗
米乐m6网页版登录入口公司为测试基于SiC MOSFET的牵引逆变器提供解决方案,包括示波器、高压差分探头、电流探头、光隔离探头、信号源和精密电源。
![Oscilloscope system for measuring electric vehicle traction inverters](/-/media/images/solutions/automotive/ev--traction/oscilloscope-measuring-electric-traction-inverter-motor_600x330.png?h=330&iar=0&w=600)
电动汽车牵引逆变器的测试系统
测试电动汽车动力系统设计需要一个示波器、合适的探头、信号源和应用软件。此系统可以根据您的应用进行定制。
我们很高兴向您介绍我们的牵引逆变器测试系统SOLN-IMDA-EV,该系统具有良好的适应性和准确性。
可查看我们的电动汽车牵引逆变器测试参考解决方案,深入了解我们如何为您量身定制,来优化您的动力系统性能,同时确保其符合行业标准和法规。
仪器选项 | 数量 | 描述 |
EA 10000 Series | 1 | Programmable bidirectional power supplies and regenerative electronic loads |
MSO58B-BW1000* | 1 | 1 GHz,8通道示波器 |
5-PRO-AUTOMOTIVE-3Y | 1 | 汽车解决方案组合,包括逆变器、电机和驱动软件分析选项5-IMDA、5-IMDA-DQ0和5-IMDA-MECH以及汽车串行总线的解码。 |
THDP0200 | 3 | 200 MHz, +/-750 V,高压差分探头 |
TCP0030A | 3 | 120 MHz, 30 Arms, AC/DC分立电流探头 |
TLP058 | 1 | 8通道逻辑探头 |
TEKSCOPE-ULTIMATE | 1 | TekScope PC软件用于离线分析,包括IMDA分析和全面的串行总线支持 |
TEKDRIVE-STARTER | 1 | TekDrive数据存储订购,个人层,年度用户许可 |
电动汽车逆变器测试工具和解决方案
电动汽车功率测量和测试的其他资源
电动汽车牵引逆变器关键术语表
牵引逆变器:将车辆电池的直流电 (DC) 转换为交流电 (AC) 以驱动电机的装置。
PWM电压信号:牵引逆变器的输出是脉冲宽度调制 (PWM) 电压信号。逆变器通过调制脉冲宽度来控制电机的速度和扭矩。
碳化硅功率半导体:碳化硅 (SiC) 功率半导体是牵引逆变器中使用的宽禁带器件,与传统硅基半导体相比性能更优越。它的效率更高,可以在更高的温度下工作,并以更高的频率开关。
IGBT 和 MOSFET :绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 和金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 是牵引逆变器中用于开关的晶体管类型。
FOC:磁场定向控制 (FOC) 是一种电机控制策略,通过控制转子磁场的直轴 (D) 和交轴 (Q) 之间的角度来优化电机的扭矩和效率。
电动汽车牵引逆变器和电机测量分析的常见问题(FAQ)
牵引逆变器是什么以及它在电动汽车中的作用?
牵引逆变器将电动汽车电池的直流电转换为电机的交流电。它控制电机的速度、扭矩和方向,这对于车辆的运动和效率至关重要。
主要测量牵引逆变器中的哪些参数?
主要参数包括输出电压和电流波形质量、开关频率、效率、热性能、电磁干扰 (EMI) 以及对各种负载条件的响应。
碳化硅功率半导体在牵引逆变器中起什么作用?
磁场定向控制如何应用于电机/逆变器控制器?
分析关键逆变器信号面临哪些挑战?
如何对牵引逆变器进行效率测试?
效率测试涉及测量不同负载条件下的输入和输出功率。效率等于输出功率与输入功率之比,了解此值有助于优化逆变器的能量转换。测量牵引逆变器输入的电气参数和电机的机械输出,能使工程师确定整体系统效率。
使用哪些工具来测试牵引逆变器?
示波器、探头和专用分析软件是常用工具。它们捕获波形、测量电气特性、监测温度并评估电磁辐射。
示波器如何辅助牵引逆变器和电机分析?
米乐m6网页版登录入口高性能示波器解决方案能够快速、准确地分析牵引逆变器的复杂动态PWM输出,帮助工程师提升牵引系统的效率和可靠性。通过以下工具提高系统性能并缩短上市时间:
- 三相PWM分析软件,包括电气、机械、系统效率和DQ0测量。支持的传感器:霍尔、正交编码器接口 (QEI) 和旋转变压器
- 用于分析电机启动曲线的示波器时间趋势图
- CAN、LIN 和 SENT 等常见车辆协议的串行协议解码
- 可输入信号的任意函数发生器
- 基于电脑的远程控制,可在远离高压和旋转装置的安全距离内进行操作
- “逆变器电机驱动器”(IMDA) 解决方案就电能质量测量的需求提供了两种独特的趋势图:时间趋势图和采集趋势图。
- 采集趋势图记录了电机参数在多次采集过程中不断变化的动态测量结果。
- 支持特定接线的“端线与端线”到“端线与中性线”的数学转换。难以探测真正的中性线时,这个功能非常有用。
- 分析逆变器和汽车三相设计的直流输入和交流输出接线配置
- 配置布线和滤波器,针对最适合逆变器测试的直流-交流拓扑结构进行效率测量。