摘要 电机驱动操控体系的调试往往需求检查动态事情中一起发生的操控 信号和功率波形，由此去了解之间因果关系，可视化动态功率行为 随时刻的改变，以及和操控信号的相关。传统的功率剖析仪只是提 供静态的功率（平均值）丈量才能，十分有限的波形捕获才能，而 且不能丈量操控信号。TeledyneLecroy MDA810 电机驱动剖析仪提 供静态功率丈量和动态功率剖析才能，并且具有完好的嵌入式操控 丈量才能，能够将操控信号和功率事情相关起来。
引论 下面的示例演示了运用 Teledyne LeCroy MDA810 电机驱动剖析仪 丈量小型手持东西，这个东西选用了一个正弦调制的作业在高速模 式的永磁同步电机。电机的方向每秒回转一次。这个丈量验证驱动 操控信号和东西的行为和动态功率行为的相关性，包含方向转化过 程中的功耗和在每个旋转方向上功耗的差异。意图是要了解和削减 在这期间不必要的功耗，假如功耗太高，可能会导致用户的不满意 及其他牢靠性问题。
检查操控信号和速度指令/反应信号
图 1 的比如展示的是运用 5 个 12bit，1GHz 的收集通道检查两路控 制信号（C1 和 C2）、轮子的编码方位信号（C3）,电机的实践速度 （C4）和操控速度（C5）。测验工程师规划了一块外部操控板处理 C3 和 C4 的信号。这是因为这台电机是一台无传感器电机，这块外 部操控板只是是为了测验运用，不是终究产品的一部分。
图 1 收集无传感器电机的方位、速度和操控信号
通道 1 和通道 2 的信号是电机操控旋转方向的操控信号，通道 1 的 上升沿建议电机反向旋转，通道 2 的下降沿标明电机反向旋转完毕 的时刻。收集长时刻的数据（在这个比如中是 5s）,能够检查许多的 转化周期。扩大的波形（右边的栅格中）显现其间一个转化进程的 细节，能够清楚的展示操控信号和电机呼应的时序。一起监测转化 时速度的改变，如 Z4 和 Z5 所示，经过这些信号，能够看到电机反 向旋转的很正常，和预期的共同。
电机驱动输出功率剖析
在这个比如中，选用两瓦特核算法剖析电机驱动的数据，核算三相 功率值。
图 2 是针对两瓦特核算法的探头衔接办法。
图 2 电机驱动连线设置-两瓦特核算法
二瓦特核算法答应只运用四路信号就能够核算三相体系的功率，留 下更多的通道能够捕获其他的驱动操控信号或功率行为信号。 MDA810 也支撑三瓦特核算法。 两个高压差分探头（C1，黄色的波形，和 C2，赤色波形）和两个 电流探头（C5 和 C6，绿色的波形，紫色的波形）衔接到如图 2 中 的电路装备图描绘的驱动电机的输出。
图 3 显现了单次收集到的线
电压和线电流波形。该线路的电压波形和线路电流波形相位差是 120 度，这和三相体系的预期是共同的。在图 3 右边波形是左面波 形的扩大。没有扩大波形显现有许多噪声，可是扩大的波形标明， 噪声是驱动输出开关器材的特性导致的。运用传统的 8 位示波器， 是查询不到的，但 MDA810 12 位收集体系具有查询这种细节所需 的分辨率。
图 3 收集线电压和线电流
然后如图 4 所示，收集很长时刻的一段数据，检查完好的电机旋转 方向的改变，核算方向改变之前，改变期间和之后的功率。其间感 爱好的是在从一个方向转化到另一个方向的进程中耗费的能量，理 想状况是在这个转折点上没有能量的急剧添加，此次收集包含两个 电机方向转化。
图 4 电机方向转化进程的收集
为了承认一切的电压、电流和功率核算需求的循环周期，一个信号 被挑选为“参阅周期”。在 MDA810 中，这被称为“同步”信号，同步 信号承认每周期电压、电流、功率、功率、机械参数以及其他值的 核算丈量距离，这一般需求滤除同步信号中的高频成分，以取得更 好的周期性，在 MDA810 中，完成起来十分简略。
图 5 显现的是运用 C1 线电压作为同步信号，并运用 500 Hz 低通滤 波的示例。图中的同步信号是在时基 20ms/div 下收集的，以展示一 个明晰的同步信号的，它和图 4 中 200 ms/div 的收集没有直接相关。 五颜六色的掩盖供给了对丈量周期直观的视觉辨认。同步信号被检查，以 验证周期是否正确辨认，然后保证正确的功率核算。运用 MDA810 的 五颜六色叠加检查办法，很简略验证丈量周期是否正确承认。
图 5 同步信号的五颜六色叠加
一旦承认丈量周期被正确承认了，同步信号就能够封闭了。 图 6 和图 4 收集的信号相同，可是添加了旋转方向反向操控信号和 各种数值表和核算值，以及其他的波形。收集的波形是电压（C1 和 C2），电流（C5 和 C6）,操控（C4）。
图 6 功率核算值表和图形
在这个比如中，咱们最感爱好是在数值表中显现的电机的电压有用 值、电流有用值，有功功率，视在功率、无功功率、功率因数、相 位角，以及这些丈量参数在一切收集波形中的平均值，很像功率分 析仪的功率丈量功用。P（ΣRST）和 S（Σ（RST）波形（在右下 角叠加在一起）是每周期的丈量值随时刻改变的合成图，时刻是和 原始收集波形相关的，经过接触或点击数字表格单元格的值就能够 创立，这些每周期波形清楚的显现了电机驱动输出和电机的动态行 为，只是检查数值表中的值，有些东西是无法检查到的。检查有功 功率和视在功率在电机方向转化进程中的每周期波形，供给了洞悉 每个方向改变中的功耗的才能，在这样的运用中，这是十分重要 的，因为咱们运用的演示电机是一个手持东西的一部分，需求功耗 被最小化。 让咱们仔细查询感爱好的其间一个转化进程，咱们能够运用 MDA810 强壮的 Zoom+Gate 功用。Zoom+Gate 供给了一个简略的办法扩大 一切的输入源，细化波形和同步信号，能够将扩大窗口设置在波形的 任何部分，这个常用的缩放窗口被作为一个数值核算表的丈量门限使 用。图 7 显现的是运用 Zoom+Gate 限制感爱好的区域–从一个旋转 方向的转变到另一个方向，这是一个完好的循环周期如 DrvOutSyncZ 同步信号，每周期波形和核算表所示。
图 7 Zoom+Gate 显现电机转化区域
在方向转化进程中的功耗是 3.894W，关于待测电机来说，这是合 理的。 经过承认在操作进程中的热丢失。能够进一步剖析电机的功耗，我 们能够经过设置 MDA810 的谐波滤波器，在全频谱和根本频谱时， 一起丈量有功功率。比较这些成果后，咱们能够用全频谱和根本频 谱有功功率之间的差异，核算绕组的热丢失，谐波滤波器的设置定 义了滤波器，将它运用到输入波形进行功率核算。它能够被界说在 沟通输入和驱动输出。 举例来说，沟通输入谐波滤波器设置为全频谱和驱动器输出的谐波滤 波器设置为根本频谱。电压和电流输入设置为相同的通道。所以在功 率核算中的仅有的差异是丈量的谐波。图 8 和图 7 收集的波形是相 同的，可是运用 Zoom+Gate 限制一个电机的旋转作业周期。在丈量 值表中的 ΣABC 参数代表全频谱的功率值，而 ΣRST 参数代表根本 频谱丈量值。运用游标，咱们能够丈量电机的运转周期的时刻，然后 从功率参数核算出焦耳。
图 8 核算绕线损耗
在数值丈量表中显现 ΣABC 的功率值为 3.668 W，运用游标丈量的 时刻长度是 907.68ms，这个值能够在图 8 右下角的 Δx 处看到。使 用公式转化为焦耳，能源耗费 ΣABC 的能量耗费是 3.33 焦耳。在 ΣRST 上用相同的办法，咱们核算所耗费的能量为 2.51 焦耳。两者 相减，咱们得到 0.82 焦耳。0.82 焦耳代表这个东西在一个方向切换 到另一个方向的绕组热损耗 让咱们来再看一个比如，其间的功率波形标明一些问题与电机运转有 关。鄙人面的这个比如中，咱们运用两瓦特布线装备测验相同的电机。 它也能够显现电机的方位（C3：编码器的方位，C7：无方位传感器）、 操控（C4）、速度（C8）、功率（P（ΣRST）和 S（ΣRST））信号（图 9），值得注意的是，在顺时针旋转的每周期 P（ΣRST）和 S（ΣRST） 功率波形滑润共同，在逆时针旋转，在信号中有一个振动。这能够通 过在图 9 右上角的功率波形查询到。
图 9 无传感器功率波形显现逆时针时的震动
查询到这种振动后，进一步的查询发现了一个与电机交流相关的问 题。这个问题又被追溯到一个无传感器操控问题。无传感器操控问 题校正后的功率波形如图 10 所示。
图 10 无传感器电机逆时针旋转时显现滑润的功率波形
总结
能够检查电机驱动输出波形和丈量电机的动态运转特性，包含动态功 率值，将动态行为和操控体系动作相关起来，能够供给对电机驱动系 统全体功能有价值的洞悉。运用 MDA810 功用强壮的东西和动态测 试才能，比较功率剖析仪静态的测验才能，带来对这些事情更深化的 了解。MDA810 动态功率丈量以及完好的嵌入式操控测验才能,将功 率事情和操控信号相关起来，供给对完好电机测验无与伦比的调试和 剖析。
