Ottimizzazione della propulsione elettrica con gli oscilloscopi MXO

Attività da eseguire

La caratterizzazione delle prestazioni di un moderno powertrain è articolata e necessaria per assicurare un'integrazione perfetta e una funzionalità ottimale dei vari componenti che lo compongono. L'analisi delle forme d'onda della tensione e della corrente è necessaria nei punti chiave del sistema di propulsione elettrico per caratterizzare la conversione di potenza nelle diverse fasi, nonché l'efficienza e il fattore di potenza per individuare le aree di miglioramento. Gli algoritmi di controllo del motore devono essere validati per assicurare un comportamento preciso e reattivo del motore in linea con gli ingressi di controllo. L'analisi dei transitori aiuta a determinare la risposta del drivetrain a variazioni improvvise delle condizioni di carico o di potenza. L'identificazione e la riduzione delle distorsioni armoniche del sistema contribuiscono a migliorare la qualità dell'alimentazione e l'affidabilità complessiva del sistema di propulsione. Un approccio di analisi esaustivo assicura una comprensione approfondita del comportamento del drivetrain nel suo complesso e contribuisce a ottimizzarne le prestazioni.

La soluzione Rohde & Schwarz

Per ottenere risultati precisi è necessario disporre di apparecchiature diverse quando si tratta di requisiti di misura così vari. Gli analizzatori di potenza, gli analizzatori vettoriali a bassa frequenza o i decodificatori di bus possono tutti contribuire a ottenere misure accurate. Gli oscilloscopi svolgono inoltre un ruolo unico, visualizzando le relazioni tra tempo e ampiezza e offrendo numerosi strumenti come FFT, funzioni matematiche, analisi delle armoniche, decodifica dei protocolli di comunicazione digitale e analisi della risposta in frequenza.

Essendo oscilloscopi di nuova generazione, i modelli delle serie MXO aiutano moltissimo nell'ottimizzazione delle trasmissioni elettriche, grazie alle capacità di analisi temporale di base, alla più rapida acquisizione di forme d'onda disponibile, alla risoluzione HD a 18 bit, alle funzionalità di analisi dello spettro via FFT ultraveloce e alla notevole profondità della memoria di registrazione. La famiglia di oscilloscopi MXO 5 è la prima ad offrire otto canali per l'analisi trifase in cui tensione e corrente vengono misurate contemporaneamente.

Vantaggi

• 4,5 milioni di forme d'onda al secondo: massima velocità di acquisizione fino al 99%
• Modalità HD a 18 bit: la più precisa e accurata disponibile
• 400 Mpoint/500 Mpoint per canale: mantenimento di frequenze di campionamento elevate per un tempo più lungo
• 45.000 FFT/s: spettro reattivo per l'analisi delle EMI
• Trigger digitale: massima sensibilità disponibile del trigger di 0,0001 div

Il controllo dell'azionamento di un inverter necessita di più canali

La conversione della potenza della batteria a corrente continua in potenza di azionamento di un motore elettrico a corrente alternata è uno degli elementi principali di un drivetrain elettrico. Per migliorare l'efficienza, i gate dell'inverter opportunamente temporizzati (in configurazione totem-pole) trasformano gli impulsi DC di diversa durata con la modulazione a larghezza d'impulso (PWM) in forme d'onda AC filtrate per pilotare il motore. I motori elettrici trifase necessitano di tre serie di gate dell'inverter, la cui logica di commutazione e la cui tempistica influiscono sulle prestazioni di azionamento. La tensione e la corrente vengono misurate in ciascuna fase dell'inverter. I sensori che misurano la coppia e le velocità di azionamento del motore forniscono informazioni utili. Gli oscilloscopi MXO 5 dispongono di un maggior numero di canali, che consentono di acquisire una visione completa dei comandi di azionamento dell'inverter.

Problema dei gate di commutazione

Per ottenere una migliore efficienza e una risposta più rapida del drivetrain, i progetti con transistor bipolari a gate isolato (IGBT) stanno evolvendo verso l'utilizzo di transistor realizzati con semiconduttori a elevata banda proibita (ad esempio, carburo di silicio; SiC), che offrono una commutazione più rapida. Ancora più importante, i transistor hanno una resistenza di conduzione dinamica inferiore, che offre una migliore efficienza conduttiva.

I fronti ascendenti e discendenti più veloci delle forme d'onda rappresentano una sfida per la progettazione, perché possono introdurre disturbi EMI a livello di sistema. I segnali parassiti possono intensificare i fenomeno di ondulazione e risonanza (ringing) e causare eventi dannosi di conduzione contemporanea, quando vengono attivati contemporaneamente entrambi i gate dei rami superiore e inferiore del circuito di potenza. È necessaria un'ulteriore analisi delle temporizzazione dei circuiti di pilotaggio dei transistor e degli inverter.

Il trigger digitale degli oscilloscopi serie MXO risulta molto utile per rilevare i glitch nei gate dei transistor. La risoluzione HD a 18 bit garantisce una forma d'onda ad alta precisione per l'impostazione del trigger con un'elevata sensibilità per facilitare il debug dei progetti. La trasformata FFT veloce aiuta a rilevare le emissioni di EMI e migliora i progetti dei filtri dei circuiti.

Riassunto

I miglioramenti dei sistemi di propulsione elettrici richiedono diversi approcci di prova, dai miglioramenti delle armoniche trifase di alto livello all'analisi della commutazione del driver del gate. A differenza degli analizzatori di potenza, destinati a misure di specifica ad alta precisione, gli oscilloscopi possono fornire una visione della temporizzazione che aiuta i progettisti a comprendere il comportamento variabile nel tempo per diversi controlli di temporizzazione. Gli oscilloscopi sono anche molto versatili, con funzionalità di test nel dominio del tempo e della frequenza per le misure dell'efficienza della potenza elettrica, il debug delle EMI, l'analisi delle armoniche e la decodifica dei bus.

Gli oscilloscopi della serie MXO sono dotati di serie di una memoria di registrazione molto profonda, che li rendi particolarmente adatti per l'analisi dei drivetrain elettrici, poiché in genere hanno risposte lente. Il trigger digitale, la precisione HD, la funzione traccia, l'analisi rapida dello spettro e la disponibilità di otto canali aprono infinite possibilità di misura nella valutazione delle prestazioni del sistemi di propulsione elettrici.