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。

分析电动汽车电驱逆变器和电机的性能需要精密的测试仪器和大功率电源。工程师需要带有三相逆变器测试应用的多通道混合信号示波器，以显示 PWM 电机驱动信号、电机电压、电机电流和相量图。工程师还需要可靠的大功率双向电源，以支持动力传动系统所需的电压、电流和功率，并高效吸收再生制动所产生的能量。这种强大的组合为电驱逆变器和电机测试提供了完整的解决方案。

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。

牵引逆变器和电机的功能模块。

提供所需电源

由于下一代电动汽车采用 800V 架构，且电动汽车电机的电流达数百安培，因此电驱逆变器和电机测试需要大容量电源。EA-10000 系列型号电源可产生高达 30 kW 的功率、高达 2000 V 的电压或高达 1000 A 的电流输出，满足了这一需求。EA-10000 系列电源实现了“真正”的自动量程输出，交付的全功率范围从电源额定电压的 1/3 到最大额定电压，以测试电池放电周期中的逆变器和电机性能。双向电源模块支持测试再生制动性能。这些电源可以吸收为电池充电的再生能量，并以行业领先的 96% 的效率将能量反馈回交流电网。此外，EA-10000 系列电源中整合的强大热管理功能可确保高可靠性。

EA-10000 系列 真正的自动量程特性，全功率容量低至额定电压的 1/3，且电流范围较广

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。

逆变器输出的三相电压、电流和功率测量。

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。

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。

对矢量控制参数的可见性，如DQ0

Closed loop inverter and motor systems use feedback to provide superior control of speed and torque compared to open loop systems. Closed loop “vector” controllers perform real-time computations to transform angular and current feedback into simpler variables (D and Q) which can be linearly scaled in real time. The scaled D and Q parameters are then inverse-transformed to provide input to the modulators used to drive the switches.

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。

DQ0测量使用输出波形来计算和显示控制系统的系数。

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。

通过泰克“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。

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。

了解宽禁带功率集成的影响

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

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。

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。