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電氣測量技術在高頻高速電機功率測量中的運用

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消费者对新能源汽車的性能、续航里程和舒适性等方面的要求不断提高,促使汽車制造商加大对高速电机等高性能零部件的研发和应用力度,以满足市场需求,提升产品竞争力。另外,随着材料科学和制造工艺的不断发展,例如碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等先进器件的出现,亦为高速电机的性能提升和成本降低提供了有力支持。


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關于高速電機的研發,您是否有如下煩惱?

在电机以及电机控制器的研发过程中,我们通常会使用功率分析儀同步测试母线输入,控制器输出,以及电机的机械效率,用于同步分析各个环节的效率以及损耗。

但随着新能源汽車驱动电机的转速越来越高,在追求更高的功率密度的同时,也会带来一系列新的课题,例如:

1、 功率損耗實測數據和仿真數據出現差異,無法確定測試數據的真實性,如果造成誤判,會影響後續的標定和開發工作。

2、 效率和損耗數據波動大,爲了控制誤差,需要采用數據平均化的功能,導致測試時間變長,引起電機過熱。

3、 數據重複性差,今天測試和明天測試,亦或是換了一個測試環境後,同樣的測試條件無法獲得相同的數據,無法基于數據進行電機的改善。


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造成以上原因的主要因素,就是電機控制器輸出端的功率成分比較複雜,主要由以下三個部分組成:

第一部分,是電機的驅動頻率。這個部分屬于低頻域,一般不會超過10Khz。

第二部分,是開關頻率,即載波頻率。載波和諧波構成了10k-1Mhz頻率範圍的功率範圍。

第三部分,是器件的開關損耗。這一部分對有功功率的影響不大,但是容易對測試結果造成混疊。


您現有的測量方式,能有效解決嗎?

如果想准確的測試電機控制器的損耗,必須要兼顧准確測試高頻和低頻的測試能力。但是目前常規的功率測試設備,主要針對電機驅動的基波和基波高次諧波進行分析,缺乏對載波以及載波的高次諧波進行分析的手段。


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解決方案Ⅰ “功率按频率分开“的功率谱分析

如果要評估高頻損耗,就需要能夠把功率按照頻率單獨分開的功率譜分析功能,通過功率譜分析,我們可以了解高頻域的功率特性,因此,可以測量開關頻率的二次諧波、三次諧波和四次諧波以及高頻域的功率特性。


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解決方案Ⅱ 宽频带和精确的相位补偿

模拟在转为数字信号的过程中,会有硬件延时和通讯延时,功率分析儀一般以电压作为同步源,内部会针对电压的模数转为做一定的修正。而电流探头作为二次测的仪器,随着频率的范围的上升,会带来较大的相位延时。也就是说,在高频部分,会因为电流探头的角度延时特性,引起高频功率成分测量计算的误差。


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常规的電流傳感器,标称的规格参数只有带宽,这个通常意义代表的是随着频率上升,测试幅值衰减的带宽范围。经测试会发现,一般的電流傳感器会在10khz频率之后出现比较大的相位延时,并且因为没有顺滑的延迟特性,无法进行相位角度的补偿和修正,最终导致高频功率的运算出现偏差。


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HIOKIBG视讯官网登录入口兼具功率分析与电流检测 是高速电机研发的“好伙伴”

HIOKIBG视讯官网登录入口是一家同时拥有功率分析儀和電流傳感器的生产制造厂商。首先,HIOKIBG视讯官网登录入口的電流傳感器可以在100kHz以内保证相位精度,并且可以通过相位修正进行1Mhz频率范围以内0.1°的高精度测试。如刚刚所提到的,在实际工作状态中,需要准确测量基波以及载波,再加上对应高次谐波的相位角,才能最终获得真实准确的有功功率。


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其次,HIOKIBG视讯官网登录入口的功率分析儀,拥有上方所提到的,能把功率按照频率单独分开的【功率谱分析】功能。并且在应对碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等器材的测量时,其高采样性能(采样速率18-bit,15 MHz),及抗干扰性(CMRR) 110 dB/ 100 kHz,可准确捕捉高速开关波形。两者的强强组合,可以有效掌握高频功率损耗,评估电机内部高频域内的铁损或铜损等损耗因素,赋能高效率、高输出的电机驱动系统研发,助力驱动电机转速的突破!


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