电动汽车牵引逆变器和电机

牵引逆变器和电机是电动汽车动力系统的核心。这些子系统内的效率改进直接转化为车辆更佳的行驶范围、性能和成本

采用SiC功率半导体有助于提高效率和更紧凑的牵引逆变器器。正在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。

可重复的逆变器测量技术

牵引逆变器和电机的功能模块。

电动汽车牵引逆变器和电机技术

电动汽车采用不同类型的电机，但它们都需要向电机定子应用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。设计师在保持安全定时的同时，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，并确定开关设备的定时。控制电路必须与高压部分电隔离。

逆变器控制器通常使用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）两极与磁场或正交轴（Q）之间的角度，以提供平稳、最佳的扭矩。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。

分析关键的变频器信号

脉冲宽度调制和多相电流和电压波形历来都对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。相位图显示帮助你直观地了解和调试三相电问题。

逆变器输出的三相电压、电流和功率测量。

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了解更多关于在示波器上使用相位图进行三相电源分析的信息

100多次采集的功率参数图，包括VRMS、IRMS、真实功率、相位差、视在功率和无功功率。

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三相变频电机驱动分析产品技术资料

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曲线图。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。

对矢量控制参数的可见性，如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内部深处，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上的IMDA应用支持一个独特的测量 - DQ0（直接正交零点），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。通过结合编码器角度，工程师可以观察与QEI指数脉冲一起使用时与转子磁铁零位对齐的DQ0矢量。这些可视化工具为电机实际运行期间的控制器性能提供了独特的可视性。

DQ0测量使用输出波形来计算和显示控制系统的系数。

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。

相关机械和电气测量

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进行访问。其他系统可能依赖于QEI（正交编码器接口）传感器。

扭矩的测量可以使用电机输出端的专用扭矩传感器进行。转矩也可以通过对rms电流应用比例因数来近似计算。

通过泰克IMDA软件可以对传感器信号进行解码，使5和6系列B MSO示波器能够显示速度、加速度、方向、角度和扭矩。

了解宽禁带功率集成的影响

向800V架构的过渡带来了许多技术的新要求，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，精确测量高压侧MOSFET上的信号

• 用标准化的测试（如双脉冲测试）测量开关损耗

泰克公司为测试基于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。

双脉冲测试软件采用一致的自动测量技术进行Eon和Eoff测量。

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电动汽车牵引逆变器和电机

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。