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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