Contact us

Live Chat with Tek representatives. Available 6:00 AM - 4:30 PM

Call

Call us at

Available 6:00 AM – 5:00 PM (PST) Business Days

Download

Download Manuals, Datasheets, Software and more:

DOWNLOAD TYPE
MODEL or KEYWORD

Feedback

Biến tần và động cơ kéo xe điện​

Biến tần và động cơ kéo là trung tâm của hệ thống truyền động EV. Những cải tiến về hiệu quả trong các hệ thống con này chuyển trực tiếp thành phạm vi, hiệu suất và chi phí tốt hơn của xe.​

Việc sử dụng chất bán dẫn công suất SiC đang góp phần mang lại hiệu quả tốt hơn và biến tần lực kéo nhỏ gọn hơn. Các thuật toán điều khiển và cấu tạo động cơ đang được tối ưu hóa để đạt được các mục tiêu đòi hỏi cao về hiệu quả và chi phí​

Các kiến trúc sư EV đang kết hợp các thiết kế biến tần lực kéo mới với các thiết kế động cơ khác nhau, tạo ra các cấu trúc lai mới độc đáo phù hợp với nhu cầu về phương tiện di chuyển nhỏ bằng điện.

Kỹ thuật cho phép đo biến tần lặp lại​

Block diagram of electric vehicle traction inverter and motor

Các khối chức năng của một biến tần và động cơ lực kéo​.

Công nghệ động cơ và biến tần lực kéo​

EV sử dụng các loại động cơ điện khác nhau nhưng chúng đều yêu cầu ứng dụng tín hiệu điện áp PWM vào stato động cơ để tạo ra ba dòng điện hình sin đặt cách nhau 120°. Việc điều biến đầu vào điện áp cao thường được thực hiện bởi các IGBT hoặc MOSFET cao áp chuyển đổi ở tần số từ 20 đến 100 kHz. Các nhà thiết kế làm việc chăm chỉ để giảm thiểu thất thoát năng lượng trong quá trình chuyển đổi đồng thời duy trì thời gian an toàn. ​

Trình điều khiển cổng được điều khiển bởi một hệ thống con vi điều khiển (MCU) và xác định thời gian của các thiết bị chuyển mạch. Các mạch điều khiển phải được cách ly về mặt điện với các phần cao áp.

Bộ điều khiển biến tần thường sử dụng các thuật toán DSP, chẳng hạn như điều khiển hướng trường (FOC), để thay đổi chính xác đầu ra PWM. Dựa trên đầu vào của trình điều khiển và tốc độ hiện tại của động cơ, MCU của biến tần điều khiển góc giữa các cực của trục trực tiếp của rôto (D) và từ trường, hoặc trục vuông góc (Q) để cung cấp mô-men xoắn tối ưu, mượt mà. Các cảm biến như bộ mã hóa hoặc bộ phân giải trên rôto của động cơ cung cấp phản hồi về góc quay của rôto.

Phân tích tín hiệu biến tần quan trọng

Điều biến độ rộng xung và các dạng sóng dòng điện và điện áp nhiều pha trong lịch sử đã đặt ra những thách thức cho các máy hiện sóng và các kỹ sư dựa vào chúng. Tuy nhiên, việc có thể nhìn thấy và đo lường các dạng sóng này là rất quan trọng để tối ưu hóa độ tin cậy, độ bền, mật độ công suất và hiệu suất của biến tần.

Sự ra đời của máy hiện sóng 6 và 8 kênh đã làm cho việc nghiên cứu hệ thống 3 pha trở nên dễ dàng hơn nhiều, nhưng đối với biến tần cũng cần có các kỹ thuật đo đặc biệt:

  • Tín hiệu PWM rất khó kích hoạt - khó có thể có được các phép đo ổn định, có thể lặp lại. Đặc biệt phải chú ý để đảm bảo thời gian tham chiếu ổn định.
  • Phân tích hệ thống 3 pha yêu cầu các phép đo điện áp, dòng điện, góc và công suất cho các pha riêng lẻ cũng như hệ thống tổng. Biểu đồ phaso lý tưởng để quan sát độ lớn, góc và sự cân bằng.

Phần mềm Phân tích biến tần, động cơ và truyền động trên máy hiện sóng 4/5/6 Series giúp đơn giản hóa việc kích hoạt trên các đầu ra PWM và thiết lập các phép đo 3 pha. Hiển thị sơ đồ phaso giúp bạn hiểu trực quan và gỡ lỗi các sự cố điện 3 pha.

Oscilloscope measurements on traction inverter outputs

Các phép đo điện áp, dòng điện và công suất 3 pha trên đầu ra biến tần.


Tìm hiểu thêm:

Tìm hiểu thêm về cách sử dụng Biểu đồ phaso trên Máy hiện sóng để Phân tích công suất 3 pha

Measuring traction inverter electrical parameters under different motor loads

Các đồ thị thông số công suất trên 100 lần thu nhận, bao gồm VRMS, IRMS, công suất thực, độ lệch pha, công suất biểu kiến và công suất phản ứng.


Tìm hiểu thêm:

Bảng thông tin phân tích động cơ biến tần

Hiểu hành vi của hệ thống khi thay đổi tải trọng động cơ

Trong nhiệm vụ tìm kiếm mật độ và hiệu suất công suất, điều quan trọng là phải hiểu và phân tích hiệu suất động của truyền động và động cơ trong nhiều điều kiện kiểm tra khác nhau bao gồm:

  • Khởi động động cơ
  • Tải động cơ khác nhau
  • Dừng động cơ

Thời gian kiểm tra có thể thay đổi từ vài giây đến vài phút tùy thuộc vào kế hoạch kiểm tra. Máy hiện sóng có độ dài bản ghi dài lưu trữ tất cả thông tin liên quan trong quá trình chạy và trình bày kết quả dưới dạng sóng và đồ thị. Thu thập dữ liệu tốc độ cao cung cấp cho kỹ sư khả năng phóng to vào một vùng cụ thể của dạng sóng để xác định chính xác vấn đề. Ngược lại, máy phân tích công suất thường hỗ trợ các phép đo 3 pha đã hiệu chuẩn, nhưng không có quyền truy cập vào dữ liệu tốc độ mẫu cao.

Khả năng hiển thị thành các Tham số điều khiển vectơ chẳng hạn như DQ0​

Hệ thống biến tần và động cơ vòng kín sử dụng phản hồi để cung cấp khả năng kiểm soát tốc độ và mô-men xoắn vượt trội so với hệ thống vòng hở. Bộ điều khiển "vectơ" vòng kín thực hiện các phép tính thời gian thực để biến đổi phản hồi góc và phản hồi hiện tại thành các biến đơn giản hơn (D và Q) có thể được thu nhỏ tuyến tính trong thời gian thực. Các tham số D và Q được chia tỷ lệ sau đó được biến đổi nghịch đảo để cung cấp đầu vào cho các bộ điều biến được sử dụng để điều khiển thiết bị chuyển mạch. ​

Vì những tính toán quan trọng này xảy ra sâu bên trong bộ điều khiển, nên rất khó để nghiên cứu D và Q liên quan đến các tham số hệ thống khác. Ứng dụng IMDA trên MSO 5/6 Series B hỗ trợ một phép đo duy nhất - DQ0 (Direct Quadrature Zero) giúp các kỹ sư hiểu rõ hơn về bộ điều khiển. Ứng dụng tính toán toán học D và Q từ các dạng sóng đầu ra của biến tần bằng cách áp dụng sự kết hợp của biến đổi Park và Clarke. Các kết quả được hiển thị dưới dạng các phép đo số và dưới dạng biểu đồ phaso với một vectơ kết quả. Bằng cách kết hợp góc bộ mã hóa, các kỹ sư có thể quan sát các vectơ DQ0 được căn chỉnh với vị trí 0 của nam châm rôto khi được sử dụng với xung chỉ số QEI. Các công cụ trực quan này cung cấp khả năng hiển thị độc đáo về hiệu suất của bộ điều khiển trong quá trình vận hành thực tế của động cơ.

DQ0 vector control parameters measured on an oscilloscope

Các phép đo DQ0 sử dụng dạng sóng đầu ra để tính toán và hiển thị các hệ số của hệ thống điều khiển.​

Measuring electric vehicle motor torque and speed with an oscilloscope

Biểu đồ và xu hướng chuyển đổi cho biết sự thay đổi tốc độ. Cảm biến Hall là một trong những loại cảm biến được hỗ trợ.​

Tương quan các phép đo Cơ học và Điện

Để hiểu được tác động của các quyết định trong điện tử và thuật toán, các kỹ sư phải có khả năng thể hiện tương quan giữa hiệu suất cơ học của động cơ với các phép đo điện. Góc, hướng, tốc độ, gia tốc và mô-men xoắn của động cơ là chìa khóa để hiểu được hiệu suất của hệ thống. Khả năng đo cả các thông số điện ở đầu vào của biến tần lực kéo và đầu ra cơ học của động cơ cho phép các kỹ sư xác định hiệu suất tổng thể của hệ thống.

Các phép đo cơ học như tốc độ, hướng và góc phụ thuộc vào các tín hiệu cảm biến phải được thiết bị kiểm tra giải mã và hiển thị. Nhiều động cơ BLDC được trang bị cảm biến Hall tích hợp có thể được truy cập bằng cách sử dụng que đo kỹ thuật số hoặc analog. Các hệ thống khác có thể dựa vào cảm biến QEI (Giao diện mã hóa cầu phương).

Phép đo mô-men xoắn có thể được thực hiện bằng cách sử dụng cảm biến mô-men xoắn chuyên dụng trên đầu ra của động cơ. Mô-men xoắn cũng có thể được tính gần đúng bằng cách áp dụng hệ số tỷ lệ cho dòng điện rms.

Với phần mềm Tektronix IMDA, tín hiệu cảm biến có thể được giải mã, cho phép máy hiện sóng MSO 5 và 6 Series B hiển thị tốc độ, gia tốc, hướng, góc và mô-men xoắn.

Hiểu tác động của tích hợp thiết bị nguồn băng thông rộng​

Việc chuyển đổi sang kiến trúc 800 V mang lại những lợi ích như giảm chi phí cáp và pin, giảm suy hao nhiệt và hiệu quả hệ thống cao hơn. SiC MOSFETs cho phép điện áp chuyển mạch cao hơn và suy hao chuyển mạch thấp hơn, nhưng các kế hoạch kiểm tra truyền thống dựa trên thiết bị silicon không còn được áp dụng nữa.

Những thách thức chính trong việc kiểm tra chất bán dẫn khe vùng rộng bao gồm:​

  • Thăm dò dòng điện và điện áp ở mức công suất cao
  • Đo tín hiệu chính xác trên MOSFETs phía cao khi có điện áp chế độ chung rất cao​
  • Đo suy hao khi chuyển mạch với các kiểm tra chuẩn hóa như kiểm tra xung kép​

Tektronix cung cấp các giải pháp kiểm tra biến tần lực kéo dựa trên SiC MOSFET bao gồm máy hiện sóng, que đo chênh lệch điện áp cao, que đo dòng điện, queo đo cách ly quang học, nguồn tín hiệu và bộ cấp nguồn chính xác.

Double pulse testing using a function generator and oscilloscope

Phần mềm kiểm tra xung kép sử dụng các kỹ thuật đo tự động nhất quán cho các phép đo Eon và Eoff.


Tìm hiểu thêm:

Tìm hiểu thêm chi tiết về kiểm tra xung kép

Oscilloscope system for measuring electric vehicle traction inverters

Hệ thống tham chiếu động cơ và biến tần lực kéo EV​

Việc kiểm tra thiết kế Hệ thống truyền lực EV yêu cầu máy hiện sóng, que đo thích hợp, nguồn tín hiệu và phần mềm ứng dụng. Hệ thống này có thể được tùy chỉnh để phù hợp với ứng dụng của bạn. ​

Dụng cụ/Đầu dò/Tùy chọn Số lượng Mô tả
MSO58B-BW1000* 1 Máy hiện sóng 1 GHz, 8 kênh
5-PRO-AUTOMOTIVE-3Y 1 Gói giải pháp ô tô bao gồm các tùy chọn phân tích phần mềm biến tần, động cơ và truyền động 5-IMDA, 5-IMDA-DQ0 và 5-IMDA-MECH và giải mã bus nối tiếp ô tô
THDP0200 3 Que đo chênh lệch điện áp cao 200 MHz, +/- 750 V
TCP0030A 3 Que đo chênh lệch 120 MHz, 30 Arms, tách lõi AC/DC
TLP058 1 Que đo logic 8 kênh
TEKSCOPE-ULTIMATE 1 Phần mềm TekScope PC để phân tích ngoại tuyến, bao gồm Phân tích IMDA và hỗ trợ bus nối tiếp toàn diện
TEKDRIVE-STARTER 1 Đăng ký lưu trữ dữ liệu TekDrive, Cấp cá nhân, Giấy phép người dùng hằng năm

Sản phẩm

Tektronix AFG31000 function generator

AFG31000

AFG31000 Series với công nghệ InstaView™ là máy tạo chức năng hiệu suất cao với các ứng dụng tạo dạng sóng tích hợp sẵn, theo dõi dạng sóng thời gian thực đã được cấp bằng sáng chế và giao diện người dùng hiện đại

5 series B MSO - MSO58B

Máy hiện sóng tín hiệu hỗn hợp MSO 5 Series B

MSO 5 Series là máy hiện sóng tín hiệu hỗn hợp với màn hình cảm ứng độ phân giải cao, có đến 8 đầu vào, bộ chuyển đổi analog sang số 12 bit và băng thông lên đến 2 GHz.

Que đo cách ly IsoVu

Các hệ thống dò tìm thực hiện các phép đo độ phân giải cao khi có các tín hiệu kiểu chung hoặc nhiễu.

6 Series B MSO Mixed Signal oscilloscope

Máy hiện sóng tín hiệu hỗn hợp MSO 6 Series B

Khắc phục sự cố và xác thực các thiết kế tốc độ cao với băng thông bắt đầu từ 1 GHz và lên đến 10 GHz.