電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的調(diào)試往往需要查看動態(tài)事件中同時發(fā)生的控制? 信號和功率波形，由此去理解之間因果關(guān)系，可視化動態(tài)功率行為? 隨時間的變化，以及和控制信號的關(guān)聯(lián)。傳統(tǒng)的功率分析儀僅僅提? 供靜態(tài)的功率（平均值）測量能力，非常有限的波形捕獲能力，而? 且不能測量控制信號。TeledyneLecroy MDA810 電機(jī)驅(qū)動分析儀提? 供靜態(tài)功率測量和動態(tài)功率分析能力，而且具有完整的嵌入式控制? 測量能力，可以將控制信號和功率事件關(guān)聯(lián)起來。?

下面的示例演示了利用 Teledyne LeCroy MDA810 電機(jī)驅(qū)動分析儀? 測量小型手持工具，這個工具采用了一個正弦調(diào)制的工作在高速模? 式的永磁同步電機(jī)。電機(jī)的方向每秒反轉(zhuǎn)一次。這個測量驗證驅(qū)動? 控制信號和工具的行為和動態(tài)功率行為的相關(guān)性，包括方向轉(zhuǎn)換過? 程中的功耗和在每個旋轉(zhuǎn)方向上功耗的差異。目的是要了解和減少? 在這期間不必要的功耗，如果功耗太高，可能會導(dǎo)致用戶的不滿意? 及其他可靠性問題。?

查看控制信號和速度命令/反饋信號?

圖 1 的例子展示的是使用 5 個 12bit，1GHz 的采集通道查看兩路控? 制信號（C1 和 C2）、輪子的編碼位置信號（C3）,電機(jī)的實際速度? （C4）和控制速度（C5）。測試工程師設(shè)計了一塊外部控制板處理? C3 和 C4 的信號。這是由于這臺電機(jī)是一臺無傳感器電機(jī)，這塊外? 部控制板僅僅是為了測試使用，不是最終產(chǎn)品的一部分。

圖 1 采集無傳感器電機(jī)的位置、速度和控制信號

通道 1 和通道 2 的信號是電機(jī)控制旋轉(zhuǎn)方向的控制信號，通道 1 的? 上升沿發(fā)起電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，通道 2 的下降沿表示電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)結(jié)束? 的時間。采集長時間的數(shù)據(jù)（在這個例子中是 5s）,可以查看很多的? 轉(zhuǎn)換周期。放大的波形（右邊的柵格中）顯示其中一個轉(zhuǎn)換過程的? 細(xì)節(jié)，可以清楚的展示控制信號和電機(jī)響應(yīng)的時序。同時監(jiān)測轉(zhuǎn)換?? 時速度的變化，如 Z4 和 Z5 所示，通過這些信號，可以看到電機(jī)反? 向旋轉(zhuǎn)的很正常，和預(yù)期的一致。?

電機(jī)驅(qū)動輸出功率分析?

在這個例子中，采用兩瓦特計算法分析電機(jī)驅(qū)動的數(shù)據(jù)，計算三相? 功率值。

圖 2 是針對兩瓦特計算法的探頭連接方法。

圖 2 電機(jī)驅(qū)動連線設(shè)置-兩瓦特計算法?

二瓦特計算法允許只使用四路信號就可以計算三相系統(tǒng)的功率，留? 下更多的通道可以捕獲其他的驅(qū)動控制信號或功率行為信號。? MDA810 也支持三瓦特計算法。? 兩個高壓差分探頭（C1，黃色的波形，和 C2，紅色波形）和兩個? 電流探頭（C5 和 C6，綠色的波形，紫色的波形）連接到如圖 2 中? 的電路配置圖描述的驅(qū)動電機(jī)的輸出。

電壓和線電流波形。該線路的電壓波形和線路電流波形相位差是? 120 度，這和三相系統(tǒng)的預(yù)期是一致的。在圖 3 右邊波形是左邊波? 形的放大。沒有放大波形顯示有很多噪聲，但是放大的波形表明，?? 噪聲是驅(qū)動輸出開關(guān)器件的特性導(dǎo)致的。使用傳統(tǒng)的 8 位示波器，? 是觀察不到的，但 MDA810 12 位采集系統(tǒng)具有觀察這種細(xì)節(jié)所需? 的分辨率。?

圖 3 采集線電壓和線電流?

然后如圖 4 所示，采集很長時間的一段數(shù)據(jù)，查看完整的電機(jī)旋轉(zhuǎn)? 方向的變化，計算方向變化之前，變化期間和之后的功率。其中感? 興趣的是在從一個方向轉(zhuǎn)換到另一個方向的過程中消耗的能量，理? 想情況是在這個轉(zhuǎn)折點上沒有能量的急劇增加，此次采集包含兩個?? 電機(jī)方向轉(zhuǎn)換。?

圖 4 電機(jī)方向轉(zhuǎn)換過程的采集?

為了確定所有的電壓、電流和功率計算需要的循環(huán)周期，一個信號? 被選擇為“參考周期”。在 MDA810 中，這被稱為“同步”信號，同步? 信號確定每周期電壓、電流、功率、效率、機(jī)械參數(shù)以及其他值的? 計算測量間隔，這通常需要濾除同步信號中的高頻成分，以獲得更? 好的周期性，在 MDA810 中，實現(xiàn)起來非常簡單。?

圖 5 顯示的是使用 C1 線電壓作為同步信號，并應(yīng)用 500 Hz 低通濾? 波的示例。圖中的同步信號是在時基 20ms/div 下采集的，以展現(xiàn)一?? 個清晰的同步信號的，它和圖 4 中 200 ms/div 的采集沒有直接相關(guān)。? 彩色的覆蓋提供了對測量周期直觀的視覺識別。同步信號被查看，以? 驗證周期是否正確識別，從而確保正確的功率計算。使用 MDA810 的? 彩色疊加查看方式，很容易驗證測量周期是否正確確定。?

圖 5 同步信號的彩色疊加?

一旦確認(rèn)測量周期被正確確定了，同步信號就可以關(guān)閉了。? 圖 6 和圖 4 采集的信號相同，但是增加了旋轉(zhuǎn)方向反向控制信號和? 各種數(shù)值表和統(tǒng)計值，以及其他的波形。采集的波形是電壓（C1 和? C2），電流（C5 和 C6）,控制（C4）。

圖 6 功率計算值表和圖形

在這個例子中，我們最感興趣是在數(shù)值表中顯示的電機(jī)的電壓有效? 值、電流有效值，有功功率，視在功率、無功功率、功率因數(shù)、相? 位角，以及這些測量參數(shù)在所有采集波形中的平均值，很像功率分? 析儀的功率測量功能。P（ΣRST）和 S（Σ（RST）波形（在右下? 角疊加在一起）是每周期的測量值隨時間變化的合成圖，時間是和? 原始采集波形相關(guān)的，通過觸摸或點擊數(shù)字表格單元格的值就可以? 創(chuàng)建，這些每周期波形清楚的顯示了電機(jī)驅(qū)動輸出和電機(jī)的動態(tài)行? 為，僅僅查看數(shù)值表中的值，有些東西是無法查看到的。查看有功?? 功率和視在功率在電機(jī)方向轉(zhuǎn)換過程中的每周期波形，提供了洞察? 每個方向變化中的功耗的能力，在這樣的應(yīng)用中，這是非常重要? 的，由于我們使用的演示電機(jī)是一個手持工具的一部分，需要功耗? 被最小化。? 讓我們仔細(xì)觀察感興趣的其中一個轉(zhuǎn)換過程，我們可以使用 MDA810? 強(qiáng)大的 Zoom+Gate 功能。Zoom+Gate 提供了一個簡單的方法放大? 所有的輸入源，細(xì)化波形和同步信號，可以將放大窗口設(shè)置在波形的? 任何部分，這個常用的縮放窗口被作為一個數(shù)值統(tǒng)計表的測量門限使? 用。圖 7 顯示的是使用 Zoom+Gate 限定感興趣的區(qū)域–從一個旋轉(zhuǎn)? 方向的轉(zhuǎn)變到另一個方向，這是一個完整的循環(huán)周期如 DrvOutSyncZ? 同步信號，每周期波形和統(tǒng)計表所示。

圖 7 Zoom+Gate 顯示電機(jī)轉(zhuǎn)換區(qū)域

在方向轉(zhuǎn)換過程中的功耗是 3.894W，對于待測電機(jī)來說，這是合? 理的。? 通過確定在操作過程中的熱損失?？梢赃M(jìn)一步分析電機(jī)的功耗，我? 們可以通過設(shè)置 MDA810 的諧波濾波器，在全頻譜和基本頻譜時，? 同時測量有功功率。比較這些結(jié)果后，我們可以用全頻譜和基本頻? 譜有功功率之間的差異，計算繞組的熱損失，諧波濾波器的設(shè)置定? 義了濾波器，將它應(yīng)用到輸入波形進(jìn)行功率計算。它可以被定義在? 交流輸入和驅(qū)動輸出。? 舉例來說，交流輸入諧波濾波器設(shè)置為全頻譜和驅(qū)動器輸出的諧波濾? 波器設(shè)置為基本頻譜。電壓和電流輸入設(shè)置為相同的通道。所以在功? 率計算中的唯一的差異是測量的諧波。圖 8 和圖 7 采集的波形是相? 同的，但是使用 Zoom+Gate 限定一個電機(jī)的旋轉(zhuǎn)工作周期。在測量? 值表中的 ΣABC 參數(shù)代表全頻譜的功率值，而 ΣRST 參數(shù)代表基本? 頻譜測量值。使用游標(biāo)，我們可以測量電機(jī)的運行周期的時間，然后? 從功率參數(shù)計算出焦耳。

圖 8 計算繞線損耗?

在數(shù)值測量表中顯示 ΣABC 的功率值為 3.668 W，使用游標(biāo)測量的? 時間長度是 907.68ms，這個值可以在圖 8 右下角的 Δx 處看到。使? 用公式轉(zhuǎn)換為焦耳，能源消耗 ΣABC 的能量消耗是 3.33 焦耳。在? ΣRST 上用同樣的方法，我們計算所消耗的能量為 2.51 焦耳。兩者? 相減，我們得到 0.82 焦耳。0.82 焦耳代表這個工具在一個方向切換? 到另一個方向的繞組熱損耗? 讓我們來再看一個例子，其中的功率波形表明一些問題與電機(jī)運行有?? 關(guān)。在下面的這個例子中，我們使用兩瓦特布線配置測試相同的電機(jī)。? 它也可以顯示電機(jī)的位置（C3：編碼器的位置，C7：無位置傳感器）、? 控制（C4）、速度（C8）、功率（P（ΣRST）和 S（ΣRST））信號（圖? 9），值得注意的是，在順時針旋轉(zhuǎn)的每周期 P（ΣRST）和 S（ΣRST）? 功率波形平滑一致，在逆時針旋轉(zhuǎn)，在信號中有一個振蕩。這可以通? 過在圖 9 右上角的功率波形觀察到。??

圖 9 無傳感器功率波形顯示逆時針時的震蕩?

觀察到這種振蕩后，進(jìn)一步的調(diào)查發(fā)現(xiàn)了一個與電機(jī)交換相關(guān)的問? 題。這個問題又被追溯到一個無傳感器控制問題。無傳感器控制問? 題校正后的功率波形如圖 10 所示。??

圖 10 無傳感器電機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)時顯示平滑的功率波形?

總結(jié)?

能夠查看電機(jī)驅(qū)動輸出波形和測量電機(jī)的動態(tài)運行特性，包括動態(tài)功? 率值，將動態(tài)行為和控制系統(tǒng)動作關(guān)聯(lián)起來，可以提供對電機(jī)驅(qū)動系? 統(tǒng)整體性能有價值的洞察。使用 MDA810 功能強(qiáng)大的工具和動態(tài)測? 試能力，相比功率分析儀靜態(tài)的測試能力，帶來對這些事件更深入的? 理解。MDA810 動態(tài)功率測量以及完整的嵌入式控制測試能力,將功? 率事件和控制信號關(guān)聯(lián)起來，提供對完整電機(jī)測試無與倫比的調(diào)試和? 分析。