利用力科电机驱动分析仪MDA800高效调试整个电机驱动系统

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摘要：
          电机在各个领域都得到了非常广泛的应用，如家电，电动汽车，电梯，传送带等等。为了提升效率和提高电机的控制精度，电机驱动系统和控制系统包括控制算法日益复杂，而电机驱动系统通常使用三相交流输入和三相交流输出以增加电机控制信号的灵活度和效率，所以整个电机系统的调试分析变得日益复杂。为了应对复杂电机系统的测试挑战，力科（Teledyne LeCroy）专门推出了电机驱动分析仪MDA800系列。本文将介绍力科的电机驱动分析仪 MDA800 如何帮助工程师应对日益复杂的电机驱动系统的测试挑战。
           
          一、典型的电机驱动和控制系统
          典型的电机驱动和控制系统包括功率转换、电机、嵌入式控制系统三大部分。功率转换部分包括三相输入，三相输出以控制电机的运行。电机部分会通过各种传感器将电机运行的相关信息如速度、扭矩、旋转角、方向、位置等传送给嵌入式控制系统，嵌入式控制系统会根据电机的运转信息实时调整对功率转换部分的功率半导体的门级脉宽调制信号的输入，从而调整功率模块的三相输出来实时调整电机的运行状态，整个系统是一个闭环系统。
           

       
        典型的电机驱动和控制系统

         
        二、电机驱动和控制系统的测试挑战
          1、需要更多的测试输入通道
          三相输入电压和电流、三相输出电压和电流、多个功率半导体的电压和电流的监测，需要更多的测试输入通道以实现实时完整的测试系统。
         
        2、能够对三相输入的各种功率及效率进行分析
          三相输入和输出均各有三个电压和电流，而且因为负载的不同会导致电压和电流之间的相位提前或者滞后，所以还需要能够测试各相输入输出的有功功率，视在功率，无功功率，效率等多种功率相关的参数。
         
        3、需要更高的带宽
          半导体工艺在不断提升，如碳化硅工艺，上升时间达到5ns左右，在功率半导体中的使用日益普及，这要求测试仪器具备高达几百MHz的带宽。
         
        高速复杂嵌入式系统的使用涉及到通用串行接口，如USB、以太网、CAN等串行总线，也需要测试仪器具备更高的带宽。
         
        4、需要更高的存储深度
          因为电机的启动过程、从无负载到过载过程的分析通常是非常重要的，这个过程通常需要持续比较长的时间，因此需要测试仪器具备比较长的存储深度。
         
        5、能够对电机机械特性参数进行测量
          电机驱动和控制系统、电机是一个完整的系统，如要对这个系统进行整体的分析和调试，就需要测试仪器能够对电机的机械特性参数如速度、扭矩、旋转角、方向、位置进行分析。
         
        三、力科的电机驱动分析仪MDA800
          力科的电机驱动分析仪MDA800能够实现对电机驱动、电机控制、电机整个系统的测试，应对电机系统测试所面临的挑战。
         
        1、MDA800分析软件界面
          采取流水线式软件架构，从电机驱动的AC输入，到DC总线，驱动输出至电机，让使用者一目了然电机驱动系统的构成。
           

       

           
          2、AC输入
          可以选择三相四线，三相三线，单相二线，单相三线等多种连线方式。可以同时输入三个电压通道和三个电流通道以及一个同步信号。
           

       

         
        3、DC总线
          DC总线为三相输入信号经过整流后的DC电压和电流信号。可以设置电压和电流输入进行DC部分的功率计算。
           

       

         
        4、驱动输出
          通过将电机驱动部分的三路电压和电流接进电机驱动分析仪软件中进行电机驱动的输出功率分析。
           

       

         
        5、电机机械参数测试
           

       

         
        6、测量参数数值表
          MDA800电机驱动分析仪最多可以显示120个测量数值，包括有三相输入输出的有效电压，有效电流，功率，效率，电机机械特性参数等。
           

       

         
        功率测量结果图：
           

       

         
        7、参数+参数变化曲线+模拟波形实时联动分析
          如下图所示为电机负载变化的整个过程中的功率参数测量结果、功率值及功率效率随着负载变化的趋势以及电压、电流模拟波形的时间同步显示结果。这样的联合分析非常有助于系统动态变化过程中的参数性能和异常问题调试。
           

       

         
        8、嵌入式处理器系统调试能力
          力科的电机驱动分析仪MDA800具有8个模拟通道、高达1GHz带宽、2.5GS/s采样率、250MS存储深度以及丰富的串行数据触发和解码分析，能够实现对复杂的电机控制系统的各类串行接口如USB、以太网、CANBus、I2C等总线的测试。