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Schnellere EV Traktionswechselrichter Analyse
Die Beschleunigung der Analyse von EV-Traktionswechselrichtern ist von entscheidender Bedeutung für die Weiterentwicklung von Elektrofahrzeugen. Als Herzstück des Antriebsstrangs von Elektrofahrzeugen spielen Traktionswechselrichter und Inverter-Motoren eine zentrale Rolle. Verbesserungen in diesen Subsystemen führen direkt zu einer verbesserten Reichweite, Leistung und geringeren Kosten des Fahrzeugs.
Die Einführung von SiC-Leistungshalbleitern trägt zu einem besseren Wirkungsgrad und kompakteren Traktionswechselrichtern bei. Control algorithms and motor construction are being optimized to achieve demanding efficiency and cost targets.
EV-Architekten kombinieren neue Designs des Traktionswechselrichters mit unterschiedlichen Motorkonstruktionen und schaffen so neue Hybridstrukturen, die speziell auf die Anforderungen der Elektromobilität zugeschnitten sind.
Komplette Messplatzeinrichtung ansehenErfahren Sie, wie es geht:
- Traktionswechselrichter und Motortechnologie
- Analyse kritischer Wechselrichtersignale
- Das Systemverhalten bei sich ändernden Motorlasten verstehen
- Einblicke in Parameter der Vektorregelung, z. B. DQ0
- Korrelation mechanischer und elektrischer Messungen
- Die Auswirkungen der Integration von Wide-Bandgap-Leistungshalbleitern verstehen
- Traktionswechselrichter und Motorreferenzsystem für Elektrofahrzeuge
Techniken für wiederholbare Wechselrichtermessungen
Funktionsblöcke eines Traktionswechselrichters und Motors.
Traktionswechselrichter und Motortechnologie
Elektrofahrzeuge verwenden verschiedene Arten von Elektromotoren, doch bei allen müssen PWM-Spannungssignale an den Motorstator angelegt werden, um drei sinusförmige Ströme im Abstand von 120° zu entwickeln. Die Modulation des Hochspannungseingangs erfolgt üblicherweise durch Hochspannungs-IGBTs oder MOSFETs, die bei Frequenzen im Bereich von 20 bis 100 kHz schalten. Die Entwickler sind dabei stets bestrebt, den Energieverlust beim Schalten zu minimieren und gleichzeitig die Schaltzeitpunkte in einem sicheren Bereich zu halten.
Gate-Treiber werden von einem Mikrocontroller-Teilsystem (MCU) gesteuert und bestimmen die Zeitsteuerung der Schaltelemente. Die Steuerkreise müssen von den Hochspannungsbereichen galvanisch getrennt sein.
Wechselrichtersteuerungen verwenden häufig DSP-Algorithmen, z. B. eine feldorientierte Regelung (Field-Oriented Control, FOC), um den PWM-Ausgang präzise zu variieren. Basierend auf dem Input des Fahrers und der aktuellen Drehzahl des Motors regelt der MCU des Wechselrichters den Winkel zwischen den Polen der direkten Achse des Läufers (D) und dem Magnetfeld oder der Quadraturachse (Q), um ein gleichmäßiges, optimales Drehmoment zu liefern. Sensoren, z. B. Encoder oder Resolver am Läufer des Motors, liefern das Rückmeldesignal zum Läuferwinkel.
Analyse kritischer Wechselrichtersignale
Für Automotive Oszilloskop und die Ingenieure, die mit ihnen arbeiten, waren Pulsdauermodulation und mehrphasige Strom- und Spannungssignale früher eine große Herausforderung. Doch diese Signale anzeigen und messen zu können, ist eine entscheidende Voraussetzung für die Optimierung von Zuverlässigkeit, Robustheit, Leistungsdichte und Effizienz eines Wechselrichters.
Die Einführung von 6- und 8-Kanal-Oszilloskopen hat es deutlich einfacher gemacht, 3-Phasen-Systeme zu untersuchen, doch für Wechselrichter werden darüber hinaus spezielle Messtechniken benötigt:
- Die Triggerung auf PWM-Signale ist schwierig – dadurch ist es nicht so einfach, stabile, wiederholbare Messungen zu erhalten. Besonderes Augenmerk muss auf eine stabile Zeitreferenz gelegt werden.
- Die Analyse von 3-Phasen-Systemen erfordert Spannungs-, Strom-, Winkel- und Leistungsmessungen sowohl für einzelne Phasen als auch für das Gesamtsystem. Phasordiagramme sind ideal für die Beobachtung von Größen, Winkeln und Balance.
Die IMDA-Software (Inverter, Motor and Drive Analysis) auf Oszilloskopen der Serie 4/5/6 vereinfacht die Triggerung auf PWM-Ausgänge und die Einrichtung von 3-Phasen-Messungen. Phasordiagramm-Anzeigen helfen Ihnen dabei, elektrische Probleme in 3-Phasen-Systemen visuell zu verstehen und Fehler zu beheben.
3-Phasen-Messungen von Spannung, Strom und Leistung an einem Wechselrichterausgang.
Weitere Informationen:
Leistungsparameter-Diagramme mit über 100 Erfassungen, einschließlich Veff, Ieff, Wirkleistung, Phasendifferenz, Scheinleistung und Blindleistung.
Weitere Informationen:
Das Systemverhalten bei sich ändernden Motorlasten verstehen
Zur Optimierung von Leistungsdichte und Effizienz ist es wichtig, das dynamische Verhalten von Antrieb und Motor unter vielen verschiedenen Testbedingungen zu verstehen und zu analysieren, darunter:
- Motorstart
- Verschiedene Motorlasten
- Motorstopp
Die Testzeiten können je nach Testplan zwischen einigen Sekunden und mehreren Minuten variieren. Ein Oszilloskop mit langer Aufzeichnungslänge speichert alle relevanten Informationen während des Laufs und stellt die Ergebnisse als Signalkurven und Diagramme dar. Durch die Erfassung von Hochgeschwindigkeitsdaten kann der Ingenieur einen bestimmten Bereich der Signalkurve vergrößern, um ein Problem zu ermitteln. Im Gegensatz dazu unterstützen Leistungsanalysatoren in der Regel kalibrierte 3-Phasen-Messungen, jedoch ohne Zugriff auf Daten mit hoher Abtastrate.
Einblicke in Parameter der Vektorregelung, z. B. DQ0
Systeme aus Wechselrichter und Motor mit geschossenem Regelkreis nutzen das Rückmeldesignal für eine im Vergleich zu Systemen mit offenem Regelkreis überlegene Regelung von Drehzahl und Drehmoment. „Vektor“-Regler mit geschlossenem Regelkreis führen Echtzeitberechnungen durch, um die Winkel- und Stromrückmeldung in einfachere Variablen (D und Q) umzuwandeln, die in Echtzeit linear skaliert werden können. Die skalierten Parameter D und Q werden anschließend rücktransformiert, um den Eingang für die Modulatoren bereitzustellen, die zum Ansteuern der Schalter verwendet werden.
Da diese wichtigen Berechnungen tief im Regler stattfinden, ist es schwierig, D und Q im Verhältnis zu anderen Systemparametern zu untersuchen. Die IMDA-Anwendung auf den MSOs der Serie B 5/6 unterstützt eine spezielle Messung – DQ0 (Direct Quadrature Zero) –, die Ingenieuren hilft, Einblicke in Regler zu erhalten. Sie berechnet D und Q mathematisch aus den Ausgangssignalen des Wechselrichters, indem sie eine Kombination aus Park- und Clarke-Transformation anwendet. Die Ergebnisse werden als numerische Messungen und als Phasordiagramm mit einem resultierenden Vektor angezeigt. Durch die Einbeziehung des Encoderwinkels können Ingenieure DQ0-Vektoren beobachten, die bei Verwendung mit dem QEI-Indeximpuls auf die Nullposition des Läufermagneten ausgerichtet sind. Diese visuellen Werkzeuge bieten einzigartige Einblicke in die Leistung des Reglers im tatsächlichen Betrieb des Motors.
DQ0-Messungen verwenden Ausgangssignale für die Berechnung und Anzeige der Koeffizienten des Regelsystems.
Weitere Informationen:
DQ0 Analyse von Motorsteuerungssystemen mit einem Oszilloskop-Whitepaper
Erfassungstrends und Histogramme zeigen die Veränderung der Drehzahl an. Hall-Sensoren sind einer der unterstützten Sensortypen.
Korrelation mechanischer und elektrischer Messungen
Um die Auswirkungen von Entscheidungen bei Elektronik und Algorithmen zu verstehen, müssen Ingenieure in der Lage sein, die mechanische Leistung des Motors mit elektrischen Messungen zu korrelieren. Winkel, Richtung, Drehzahl, Beschleunigung und Drehmoment des Motors sind entscheidend für das Verständnis der Systemleistung. Wenn Ingenieure sowohl die elektrischen Parameter am Eingang des Traktionswechselrichters als auch die mechanische Ausgangsleistung des Motors messen können, sind sie in der Lage, den Gesamtwirkungsgrad des Systems zu bestimmen.
Mechanische Messungen wie Drehzahl, Richtung und Winkel hängen von Sensorsignalen ab, die vom Testgerät dekodiert und angezeigt werden müssen. Viele BLDC-Motoren sind mit eingebauten Hall-Sensoren ausgestattet, auf die über digitale oder analoge Tastköpfe zugegriffen werden kann. Andere Systeme können mit QEI-Sensoren (Quadrature Encoder Interface) arbeiten.
Drehmomentmessungen können mit einem speziellen Drehmomentsensor am Ausgang des Motors durchgeführt werden. Das Drehmoment kann auch durch Anwendung eines Skalierungsfaktors auf den Effektivwert des Stroms näherungsweise bestimmt werden.
Mit der IMDA-Software von Tektronix können Sensorsignale dekodiert werden, womit es möglich ist, Drehzahl, Beschleunigung, Richtung, Winkel und Drehmoment auf MSO-Oszilloskopen der Serien 5 und 6 B anzuzeigen.
Die Auswirkungen der Integration von Wide-Bandgap-Leistungshalbleitern verstehen
Der Übergang zu 800-V-Architekturen bietet Vorteile wie geringere Kabel- und Batteriekosten, geringere Wärmeverluste und höhere Systemeffizienz. SiC-MOSFETs ermöglichen höhere Schaltspannungen und geringere Schaltverluste, doch die klassischen, auf Siliziumhalbleitern basierenden Testpläne sind dafür nicht mehr geeignet.
Zu den wichtigsten Herausforderungen beim Testen von Wide-Bandgap-Halbleitern gehören:
- Tastkopfmessung von Strom und Spannung bei hohen Leistungspegeln
- Präzise Messung von High-Side-MOSFETs bei vorhandenen sehr hohen Gleichtaktspannungen
- Messung von Schaltverlusten mit standardisierten Tests wie Doppelimpulstests
Tektronix bietet Lösungen zum Testen von Traktionswechselrichtern auf Basis von SiCMOSFETs, einschließlich Oszilloskopen, Hochspannungs-Differenztastköpfen, Stromtastköpfen, optisch isolierten Tastköpfen, Signalquellen und Präzisionsnetzteilen.
Die Software für Doppelimpulstests nutzt konsistente automatisierte Messtechniken für Eon- und Eoff-Messungen.
Weitere Informationen:
Traktionswechselrichter und Motorreferenzsystem für Elektrofahrzeuge
Um das Design eines EV-Antriebsstrangs zu prüfen, benötigt man ein Oszilloskop, geeignete Tastköpfe, eine Signalquelle und eine Anwendungssoftware. Dieses System kann an die jeweilige Anwendung angepasst werden.
Wir freuen uns, Ihnen unser Prüfsystem für Traktionswechselrichter SOLN-IMDA-EV vorstellen zu können, welches für Anpassungsfähigkeit und Genauigkeit entwickelt wurde.
Erfahren Sie mehr über die Besonderheiten und finden Sie heraus, wie unsere Referenzlösung für das Testen von Traktionswechselrichtern für Elektrofahrzeuge maßgeschneidert werden kann. So können Sie die Leistung Ihres Antriebsstrangs optimieren und gleichzeitig sicherstellen, dass er den Industrienormen und -vorschriften entspricht.
| Gerät/Tastkopf/Option | Menge | Beschreibung |
| Serie EA 10000 | 1 | Programmierbare bidirektionale Labor-Netzgeräte und regenerative elektronische Lasten |
| MSO58B-BW1000* | 1 | 1 GHz, 8-Kanal-Oszilloskop |
| 5-PRO-AUTOMOTIVE-3Y | 1 | Automotive-Lösungspaket, einschließlich Software-Analyseoptionen für Wechselrichter, Motor und Antrieb 5-IMDA, 5-IMDA-DQ0 und 5-IMDA-MECH sowie Dekodierung für serielle Automotive-Busse |
| THDP0200 | 3 | Hochspannungs-Differenztastkopf, 200 MHz, +/-750 V |
| TCP0030A | 3 | AC/DC-Stromtastkopf, 120 MHz, 30 Aeff, zweiteilig |
| TLP058 | 1 | 8-Kanal-Logiktastkopf |
| TEKSCOPE-ULTIMATE | 1 | TekScope PC-Software für Offline-Analysen, einschließlich IMDA-Analyse und umfassender Unterstützung serieller Busse |
| TEKDRIVE-STARTER | 1 | TekDrive Datenspeicher-Abonnement, individuelle Stufe, Benutzerlizenz für ein Jahr |
Prüfwerkzeuge & Lösungen für Traktionswechselrichter
Zusätzliche Ressourcen für Messungen und Tests von Elektrofahrzeugen
Glossar der wichtigsten Begriffe für Traktionswechselrichter für Elektrofahrzeuge
Traktionswechselrichter: Ein Gerät, das den Gleichstrom (DC) aus der Fahrzeugbatterie in Wechselstrom (AC) umwandelt, um den Elektromotor anzutreiben.
PWM-Spannungssignale: Die Ausgänge von Traktionswechselrichtern sind pulsbreitenmodulierte (PWM) Spannungssignale. Durch die Modulation der Impulsbreite steuert der Wechselrichter die Drehzahl und das Drehmoment des Elektromotors.
SiC-Leistungshalbleiter: Leistungshalbleiter aus Siliziumkarbid (SiC) sind Bauelemente mit Wide Bandgap, die aufgrund ihrer überlegenen Eigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen Halbleitern auf Siliziumbasis in Traktionswechselrichtern eingesetzt werden. Sie bieten einen höheren Wirkungsgrad, können bei höheren Temperaturen arbeiten und bei höheren Frequenzen schalten.
IGBTs und MOSFETs: Insulated-Gate Bipolar Transistors (IGBTs) und Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors (MOSFETs) sind Transistortypen, die in Traktionswechselrichtern zum Schalten verwendet werden.
FOC: Die feldorientierte Steuerung (FOC) ist eine Motorsteuerungsstrategie, die das Drehmoment und den Wirkungsgrad des Motors durch die Steuerung des Winkels zwischen der Direktachse (D) und der Quadraturachse (Q) des Magnetfelds des Rotors optimiert.
EV-Traktionswechselrichter und Motoren FAQs
Was ist ein Inverter-Motor?
Ein in Elektrofahrzeugen eingesetzter Inverter-Motor steuert mit hoch entwickelter Elektronik die Stromzufuhr, um die Drehzahl und Effizienz des Motors zu optimieren. Dadurch wird eine präzise Leistungsanpassung ermöglicht, was zu einer verbesserten Fahrleistung sowie Energieeffizienz führt.
Was sind die wichtigsten Parameter, die bei einem Traktionswechselrichter geprüft werden?
Zu den kritischen Parametern gehören die Qualität der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms, die Schaltfrequenz, der Wirkungsgrad, die thermische Leistung, die elektromagnetische Interferenz (EMI) und die Reaktion auf verschiedene Lastbedingungen.
Welche Rolle spielen SiC-Leistungshalbleiter in Traktionswechselrichtern?
Wie wird die feldorientierte Regelung in der Motor- und Invertersteuerung eingesetzt?
Was sind die Herausforderungen bei der Analyse kritischer Wechselrichtersignale?
Wie wird die Effizienz von Traktionswechselrichtern geprüft?
Bei der Prüfung des Wirkungsgrads wird die Eingangs- und Ausgangsleistung unter verschiedenen Lastbedingungen gemessen. Der Wirkungsgrad wird als das Verhältnis von Ausgangsleistung zu Eingangsleistung berechnet und trägt zur Optimierung der Energieumwandlung des Wechselrichters bei. Die Möglichkeit, sowohl die elektrischen Parameter am Eingang des Traktionswechselrichters als auch die mechanische Leistung des Motors zu messen, ermöglicht es den Ingenieuren, den Gesamtwirkungsgrad des Systems zu bestimmen.
Welche Werkzeuge werden für die Prüfung von Traktionswechselrichtern verwendet?
Oszilloskope, Tastköpfe und spezielle Analysesoftware sind gängige Werkzeuge. Sie erfassen Wellenformen, messen elektrische Eigenschaften, überwachen die Temperatur und bewerten elektromagnetische Emissionen.
Wie helfen Oszilloskope bei der Analyse von Traktionswechselrichtern und Inverter-Motoren?
Die Hochleistungsoszilloskop-Lösung von Tektronix ermöglicht eine schnelle und genaue Analyse des komplexen und dynamischen PWM-Ausgangs von Traktionswechselrichtern und unterstützt Ingenieure bei der Optimierung der Effizienz und Zuverlässigkeit von Traktionssystemen.Steigern Sie Ihre Systemleistung und verkürzen Sie Ihre Markteinführungszeit mit:
- 3-Phasen-PWM-Analysesoftware, einschließlich elektrischer, mechanischer, Systemwirkungsgrad- und DQ0-Messungen. Unterstützte Sensoren: Hall, QEI und Resolver
- Oszilloskope mit Zeit-Trend-Darstellung zur Analyse des Motoranlaufprofils
- Serielle Protokolldekodierung für gängige Fahrzeugprotokolle wie CAN, LIN und SENT
- Arbiträrfunktionsgenerator zur Einspeisung von Signalen
- PC-basierte Fernsteuerung für den Betrieb in sicherer Entfernung von Hochspannungs- und rotierenden Geräten
- Die IMDA-Lösung bietet zwei einzigartige Trenddiagramme für die Messung der Netzqualität, um diese Anforderungen zu erfüllen: Zeit-Trenddiagramm und Acq-Trenddiagramm.
- Acq (Acquisition) Trendplots zeichnen spezifische dynamische Messungen auf, wenn sich Motorparameter über mehrere Erfassungen hinweg ändern.
- Unterstützt die mathematische Umwandlung von Line-Line in Line-Neutral für bestimmte Verdrahtungen. Dies ist nützlich, wenn die tatsächliche Verdrahtung des Neutralleiters oder die Erkennung desselben schwierig ist.
- Analysieren Sie dreiphasige Wechselrichter- und Fahrzeugdesigns für die Konfiguration der DC-Eingangs- und AC-Ausgangsverdrahtung.
- Konfiguration von Verdrahtung(en) und Filtern zur Durchführung von Effizienzmessungen für eine DC-AC-Topologie, die sich am besten für Wechselrichterprüfungen eignet.