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针对电驱系统电流、电压及功率的高速测量方案
2019-07-03 00:07:36· 来源：Vector维克多
对于电驱系统来说，电驱效率是非常关键的部分，因此在开发过程中通常都需要对电流及电压的波形进行高速测量。在以下用例中，展示了如何完成对同步感应电机三相电
对于电驱系统来说，电驱效率是非常关键的部分，因此在开发过程中通常都需要对电流及电压的波形进行高速测量。在以下用例中，展示了如何完成对同步感应电机三相电压、电流的实时测量和分析。
测量所用的数采设备为CSM公司的HV Breakout Modules（HV BM）模块，使用的数据记录软件为vMeasure exp，同时能够通过该软件实时地对功率和频率进行同步计算。
图1显示的测量数据是以1μs分辨率在试验台架上实际测得。
整个动力系统通常由不同供应商或开发部门提供的部件组成，包括电机、电池、逆变器、OBC、电热器及DC/DC转换器。
图1: 三相电机其中一相的电流及电压特性 (在4500 rpm 、37 Nm时)
如图2所示，每个相位安装HV BM模块用于测量高达43kW的额定功率。每个HV BM模块内部有一个可安全测量高压的分流器。每相测量的电流高达±90A，电压高达480V。通过改变转速及扭矩来测量电机在不同工况下的状态。
图2: HV BM 模块测量图示
挑战
逆变器的工作频率高达24kHz（41.6μs)，需要很高的测量分辨率才能够准确捕捉到时长仅数毫秒的PWM脉冲电压。
解决方案
路试过程中通过一套包括高压数采及相关软件的工具链来完成，其中软件能实现ECU测量、数据同步采集及分析。
图3显示的是HV BM模块以1μs采样周期分别测得的各相电流及电压。该过程通过vMeasure exp对数据进行记录，每秒多达16兆个采样点。
图3: 电压及电流详细图示
图4显示的是电机三相导线的电压及电流，该记录过程中采样率高达1MHz。不同测量通道的时间同步能够达到微秒级别，而且还可以通过PTP（高精度时间同步协议，IEEE 1588）达到更高的同步精度，因此在路试过程中能够非常准确地对效率及性能进行计算。
图4: 三个相位的电流及电压
功率计算的关键在于转速或转动频率的测定。由于电流信号是瞬态变化的，简单的过零检测方法会导致不准确的计算结果，因此需要对多个时段整合来完成计算。vMeasure exp采用基于模型的预测法，兼具高稳定性和高动态性。因此转速无论是强梯度变化还是恒定不变，都能够精确地计算出瞬时功率。
在测量数据时，功率被实时同步地计算出来。除了能够对功率和其它特性进行计算，vMeasure exp还能够通过FFT分析将频率显示在波谱图中。这些分析功能既可以实时进行也可以通过vSignalyzer在后续分析中完成。
基于高达1μs的测量精度以及微秒级的时间同步，该方案可用于动力系统开发过程中模型参数的验证（见图5），也可用于故障或者异常检测。
图5: 电流及波动频率
优势
- 在实验室及路试中，能够为高压系统的检验和验证提供创新、快速、高效及灵活的测量方案。
- HV Breakout Module（HV BM）专为安全地测量高压线束而设计，能够同步地测量电压和电流。
- 测量数据（U、I）以最大1MHz（1μs）的速率传输出来，并且分辨率能够达到微秒级别。
- 通过选择合适的分流器和电流电压量程，HV BM能够高效地完成测量。HV BM测量电流及电压的精度高于0.2%。
- 能够同步记录控制器内部以及车辆总线的信号。
- 在测量过程中，vMeasure exp能够轻松完成对测量信号的复杂数学运算，还能同步完成效率计算、无功功率计算，同时这些计算结果能够与测量信号同步显示及记录。
- 在进行路试时，可以实时测量电驱系统的电压、电流并且可及时获取反馈。
- 测量数据能够无缝地加载到软件vSignalyzer中，实现专业的图形化显示以及自动化分析。
- 测量数据可以被传输并存储到数据管理系统vMDM。
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