使用LeCroy示波器量測電動車用馬達特性


本文章介紹全面性的量測電動車用馬達的:電氣特性(電壓、電流、功率、功因…)、機械特性(扭矩、轉速…)、效率…。傳統的功率分析儀僅提供『靜態』均值測量功能,而Teledyne LeCroy的MDA8XXX系列電動機驅動分析儀則提供『靜態』和『動態』功率分析,可以對馬達、驅動器的性能和效率進行全面分析。


介紹

以下測量範例說明了Teledyne LeCroy MDA810馬達驅動分析儀的使用,以量測電動車用馬達特性。此案例使用類比扭矩傳感器和類比轉速表來測量驅動輸出對電機軸的機械效率。它還可以測量諧波和總諧波失真(THD)。


電氣/機械採集和計算
圖1的左側顯示了驅動器輸出線電壓和線電流波形。我們使用兩瓦特表方法進行了這些採集。請注意,綠色(C4)線路電流曲線似乎比藍色(C3)線路電流曲線有更多雜訊。這是由於使用了不同的電流傳感器,其中一個比另一個雜訊大。

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抓取驅動輸出和類比扭矩傳感器信號

圖1的右上方顯示了類比扭矩傳感器信號。軌跡C5是實際的輸出信號,而相關的縮放軌跡(Z5)提供了更多的細節。將類比轉速表輸出C6放大能顯示出相應的漣波成份。

MDA800強大的分析功能之一是能夠繪製測量數據與時間的關係圖,經由這種方式,該儀器可以輕鬆分析數據的趨勢。圖1的右下角是速度和效率的每週期波形,這兩個波形均來自類比扭矩傳感器和轉速計信號的每週期平均值。該圖顯示了每個週期的速度隨時間變化的曲線。扭矩隨時間變化的曲線與速度曲線具有很強的相關性。



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每個週期的波形圖能觀察力特性與其他信號之間的

此外,每個週期的波形將很容易觀察『功率』與『其他信號』之間的相關性。例如,圖2顯示了每週期的速度波形,峰對峰值縮放為±1 RPM。在這種縮放比例下,波形的周期性相當明顯。經由移動游標,可以測量出頻率。在右下角,我們將圖1的每個週期效率波形圖(粉紅色)疊加到每個週期轉矩圖上,以顯示『轉矩』和『效率』之間的相關性。



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顯示每個週期的速度波形與類比轉速表信號的相

同樣的,我們很容易將每週期『速度波形』與『類比轉速表信號』做關聯性分析(圖3)。在這種情況下,MDA800的“縮放”功能會派上用場。開啟Zoom + Gate功能,以便測量對應到整個波形的縮放部分。在圖3中,C6是類比轉速表的輸出,Z6是C6的縮放軌跡。在對Z6(F11)使用低通濾波器以抑制高頻雜訊之後,我們清楚地看到,轉速表信號的形狀與右下角的每週期速度波形幾乎相同。此外,我們可以看到電流的漣波會產生速度的漣波。



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測量和顯示每個週期的THD波形

分析電動車驅動馬達的另一個有用面向是測量和顯示每個週期的總諧波失真(THD)波形(圖4)。MDA800可以『過濾』除了基波,基波+ N諧波或一系列諧波以外的所有諧波(它還可以過濾單個諧波)。將諧波濾波器設置為基頻+ N或一定範圍的諧波。單擊該結果可打開THD與時間的關係圖。



與其他分析方法的比較

使用傳統的功率分析儀可以對電動車驅動馬達及其相關的驅動電路進行分析。但是,傳統的功率分析儀僅執行『靜態』分析,而不執行『動態』分析,也無法提供像MDA800的Zoom + Gate功能來隔離採集中的感興趣部分,以進行分析。功率分析儀也無法編譯統計數據,顯示每個週期的波形或進行長時間採集。但是,可以以0.25%的精度來量測電動機和驅動器的輸入/輸出效率,儘管在此應用中通常不需要這種精度。MDA800提供速度和扭矩分析以及THD測量,而功率分析儀在兩個方面的功能都非常有限。

MDA800提供了強大的分析功能,可以繪製測量結果與時間的關係圖。透過這種方式,該儀器可以輔助您輕鬆發現數據趨勢。


結論

MDA800提供了對電動車驅動馬達及其驅動電路性能的更深入的了解。對於諸如扭矩和速度等隨時間繪製趨勢的能力是此類系統進行故障排除的寶貴工具。當與MDA800的長採集記憶體配合使用時,該功能使用戶可以超越靜態均值測量,而進入完全動態分析的領域。

以上,如有任何需進一步說明的地方,歡迎隨時與我們聯絡



2020-11-23