日置 PW8001 功率分析仪 高速电机测试解决方案
2025-03-17
一、关于高速电机的研发，您是否有如下烦恼？
在电机以及电机控制器的研发过程中，我们通常会使用功率分析仪同步测试母线输入，控制器输出，以及电机的机械效率，用于同步分析各个环节的效率以及损耗。
但随着新能源汽车驱动电机的转速越来越高，在追求更高的功率密度的同时，也会带来一系列新的课题，例如：
1、功率损耗实测数据和仿真数据出现差异，无法确定测试数据的真实性，如果造成误判，会影响后续的标定和开发工作。
2、效率和损耗数据波动大，为了控制误差，需要采用数据平均化的功能，导致测试时间变长，引起电机过热。
3、数据重复性差，今天测试和明天测试，亦或是换了一个测试环境后，同样的测试条件无法获得相同的数据，无法基于数据进行电机的改善。
造成以上原因的主要因素，就是电机控制器输出端的功率成分比较复杂，主要由以下三个部分组成：
1、电机的驱动频率。这个部分属于低频域，一般不会超过10Khz。
2、开关频率，即载波频率。载波和谐波构成了10k-1Mhz频率范围的功率范围。
3、器件的开关损耗。这一部分对有功功率的影响不大，但是容易对测试结果造成混叠
二、您现有的测量方式，能有效解决吗?
如果想准确的测试电机控制器的损耗，必须要兼顾准确测试高频和低频的测试能力。但是目前常规的功率测试设备，主要针对电机驱动的基波和基波高次谐波进行分析，缺乏对载波以及载波的高次谐波进行分析的手段。
三、解决方案Ⅰ “功率按频率分开”的功率谱分析
如果要评估高频损耗，就需要能够把功率按照频率单独分开的功率谱分析功能，通过功率谱分析，我们可以了解高频域的功率特性，因此，可以测量开关频率的二次谐波、三次谐波和四次谐波以及高频域的功率特性。
四、解决方案Ⅱ 宽频带和精确的相位补偿
模拟在转为数字信号的过程中，会有硬件延时和通讯延时，功率分析仪一般以电压作为同步源，内部会针对电压的模数转为做一定的修正。而电流探头作为二次测的仪器，随着频率的范围的上升，会带来较大的相位延时。也就是说，在高频部分，会因为电流探头的角度延时特性，引起高频功率成分测量计算的误差。
电机电控开发工作者，在日常工作中使用的负载基本为感性负载无论是电抗器、电机模拟器、还是对拖电机。电压和电流的相位角都会接近90°，在这个情况下，相位角的测量精度就尤为重要，如果无法准确测试相位角度，引起测量误差，情况下会把高频正功成分误计算成负功，引起最终功率结果的误差和波动。
常规的电流传感器，标称的规格参数只有带宽，这个通常意义代表的是随着频率上升，测试幅值衰减的带宽范围。经测试会发现，一般的电流传感器会在10KHz频率之后出现比较大的相位延时，并且因为没有顺滑的延迟特性，无法进行相位角度的补偿和修正，最终导致高频功率的运算出现偏差。
上图代表了因相位误差引起的损耗测试误差。当正弦波的电压—电流相位差为89°时，只要测量仪器有0.1°的误差，电感的损耗测量就会发生10%的误差。
五、兼具功率分析与电流检测，是高速电机研发的“好伙伴”
首先，HIOKI日置的电流传感器可以在100kHz以内保证相位精度，再通过相位修正进行1MHz频率范围以内0.1°的高精度测试，并且在-40°C~+80C的温度范围中稳定测量，如刚刚所提到的，在实际工作状态中，需要准确测量基波以及载波，再加上对应高次谐波的相位角，才能最终获得真实准确的有功功率。
1、即刻开始测量
功率分析仪 PW8001可给电流传感器供电，自动设置转换比。只需连接，就能即刻开始测量。
2、正确测量高频·低功率因数的功率
功率分析仪 PW8001可自动获取电流传感器的相位特性，并以0.001°分辨率进行补偿，轻松发挥电流传感器的性能。
3、测量条件的记录
仅需连接电流传感器、就能自动获取电流传感器的型号、序列号等信息。测量数据的同时、还能详细记录测量条件。
其次，HIOKI日置PW8001功率分析仪，拥有上方所提到的，能把功率按照频率单独分开的【功率谱分析】功能。并目在应对碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等器材的测量时，其高采样性能(采样速率18-bit，15MHz)，及抗干扰性(CMRR)110 dB/100KHz，可准确捕捉高速开关波形。两者的强强组合，可以有效掌握高频功率损耗，评估电机内部高频域内的铁损或铜损等损耗因素，赋能高效率、高输出的电机驱动系统研发，助力驱动电机转速的突破！
1、高级别的测量精度
基本精度±0.03%，DC精度±0.05%，50 kHz精度 0.2%*，频率精度：± 0.1% 振幅带宽 300 kHz*，± 0.1°，相位带宽 500 kHz*
2、准确捕捉高速开关产生的功率变化
采样速率18-bit，15 MHz，抗干扰性(CMRR)110 dB/100 kHz*
3、搭建适合使用用途的测量系统
8通道功率测量
艾克赛普公司是HIOKI日置授权代理商，如果您对高速电机测量有需求或任何疑问，欢迎联系我们，将提供免费样机上门试用和更合适的测试解决方案。
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