机电行业的电子测试需求和示波器应用

机电变频调速行业中示波器的应用00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)2日程通用变频器基础变频器的测试示波器在变频器设计中的应用泰克示波器的优势00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)3变频调速/运动控制行业00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)4典型的用户很多种工业设备和产品：办公设备、医疗设备、伺服系统、加工中心、PCB钻床、SMT、晶片自动输送、IC插装机、引线焊接机、纸板运送机驱动、包装系统、码垛机、激光内雕机、激光划片机、自动织袋机、地毯编织机、定长剪切，折弯机控制。数控车、铣床，雕刻机、激光切割机、激光焊接机、激光雕刻机、数控冲压机床、快速成型机、超声焊接机、火焰切割机、等离子切割机、套色印刷、包装机械、纺织机械、飞剪、拉丝机、造纸机械、钢板展平、钢板延压、纵剪分条。。。。这些名字你可能听说过：西门子、施奈德、ABB、发那科、丹佛斯、丹纳赫传动、研华、三菱电机、安川、华中数控、中达电通、兴大豪、凯恩帝、精雕、沈阳高精、大连光洋、四通电机、和利时。。。00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)5运动控制行业的一般特点对设备运行的运行方向、速度、位置做准确地控制由控制电路、驱动电路和执行器构成的控制系统。执行器一般为各种电机。开发设计的主要难点：驱动设计、控制板卡设计和包含反馈回路的整体调试。电源驱动器/驱动电路执行器控制器/控制电路检测和反馈电路和装置00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)6运动控制基础--变频调速什么是变频器–是一种可同时改变交流电的频率和交流电的电压或电流的电气设备，广泛用于电动机的变速驱动领域。为什么变频器变得流行？–来源于对调速驱动和节能的要求–对于工业领域最常用的异步电动机而言–同步转速（定子磁场的旋转速度）n1=60f/p–其中：–f定子电流频率,励磁电流的频率–p磁极对数–异步转速（转子的转速）n=n1(1-s)=60f*(1-s)/p–其中–s转差率00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)7通用变频器的基本拓扑结构00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)9变频是如何实现的第一步交变直整流和滤波部分00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)12变频是如何实现的第二步直变交逆变电路的结构与输出线电压00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)13变频是如何实现的第二步直变交逆变电路输出相电压00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)16变频是如何实现的第二步直变交变频器的重要原则：避免同一桥臂上的两只IGBT同时导通改变输出电压和电流的波形–PWM–SPWM正弦脉宽调制控制–SVPWM电压空间矢量控制一些其他的变频器控制方式–VC矢量控制–直接转矩控制普通六脉冲调制PWM调制SPWM调制00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)19驱动脉冲与死区控制双极性调制的工作特点a）上、下两管交替导通b）交替导通时的死区00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)23变频器的控制电路控制电路的核心功能是输出功率半导体器件的驱动脉冲，控制逆变电路输出理想频率和电压值的信号，满足负载的要求目前常用DSP和MCU作为控制电路的核心部件有绕组电流反馈回路及保护电路，有的还具备电机转速的反馈功能有通用输入输出接口00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)24控制板的各种信号各种传感器信号–电压采样（整流后的脉动直流）–电流采样（逆变输出电流）–温度采样（IGBT或IPM模块的温升检测）–转速或位置反馈（相对位置编码器，绝对位置编码器，旋转变压器，光栅等）控制总线信号–与上位机的通信控制，如RS485,CAN等–控制板内的通信，如与LCD，LED的通信信号，I2C，SPI，并行00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)25示波器在变频调速系统的测试应用00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)26变频调速系统开发的主要测试项目开发设计阶段–控制系统的功能实现–SVPWM驱动信号发生电路和时序分析–电流传感器输入和A/D转换电路–转速传感器和编码器输出–接口电路及与上位机的通信–SPI或其他显示控制总线电路–各种保护和复位电路的功能性测试–上电、过载、过流、过热保护电路的执行逻辑和时序验证–主回路部分的功能性测试–对电网的负载效应和谐波影响–系统的效率分析–电磁兼容测试和温升测试–动态负载测试00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)27示波器主要测试领域整流部分–整流输出波形测量–纹波测量–谐波测量–视在功率、有功功率测量–示波器内部控制电源的输出电压、纹波逆变部分–IGBT损耗测量–驱动脉冲幅度、死区测量–输出电压和电流测量、输出功率测量控制部分–SPWM(SVPWM)输出电路–速度反馈单元正交编码电路–A/D,D/A电路（电压采样、输出电流采样、IPM模块的温度采样）–接口总线电路RS232SPI00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)28整流电路部分输入电压输入电流泰克的典型测试方案：4000/3000/2000示波器+差分探头和电流探头使用两表法可以测量三相功率（对于三相平衡负载也可测量单线功率后X1.732）推荐选择具有高级数学计算功能的3000/4000示波器+P5205+TCP0030(线电压峰峰值1074V，电流小于30A)优点：使用示波器（无需专用的功率分析仪）就可以测量出有功、无功、功率因数等参数。00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)29整流电路的电能质量参数测量三相或单相整流电路带来严重的电能质量问题，必须加以测量，选择合适的整治方案。•视在功率、有功功率测量、功率因数测量•谐波测量•整流后直流波动测量00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)30泰克测试方案：电源质量测试电能质量测试：电压有效值电流有效值电压的波峰因数电流的波峰因数有功功率视在功率无功功率功率因数相角00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)31整流部分的谐波测量主要是影响电网的谐波主要谐波为6K+/-1次谐波通过添加电抗器可以调节功率因数，消除谐波泰克推荐测量方案：–DPO示波器+P5205差分探头+DPOxPWR功率分析模块–TCP0030(A622100KHz)–TPS2000+100：1探头–A622–PWR1软件–泰克示波器的频谱分析功能可以设定中心频率和SPAN，对工频谐波的分析也很有效，配合SignalExpress软件可以做快捷的谐波频谱、各次谐波失真和总谐波失真的分析图1－40输入电流的波形及其谐波分析a）输入电流的形成b）输入电流c）输入电流的频谙分析00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)32泰克测试方案：电源质量测试谐波测试测量电压或电流的谐波显示THD和真有效值数据基波可以是50Hz，60Hz，400Hz或用户自定义。最多显示51次谐波采用IEC61000-3-2、MIL-STD-1399标准，也可用户自定义棒图显示或图表显示结果可以存成文件00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)33整流后的纹波测量电压值√¯2线电压6倍工频频率的脉动波形推荐选择4000/3000/2000示波器+P5205DPO2000的FilterVu功能可以帮助使用者滤除高频纹波的干扰00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)34电源质量测试直流波动测量直接显示百分比或峰峰值带有统计功能电压和电流波动均可测量00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)35逆变部分测量IGBT的损耗测量–电压范围1/2Vd对于380v三相系统270v对于单相系统160v–电流视变频器的容量而定，几A到一两百安培，视变频器容量和负载而定00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)36逆变部分的损耗测量泰克方案DPO系列示波器+P5205+TCP0030或TCP0150优点：–长存储长度能捕获整个工频周期的上千次开关过程–波形搜索功能帮助用户快速找到最小或最大的损耗时刻–高级数学运算和积分功能，帮助用户测量一个工频周期或选定的一段时间内的总损耗–在负载变化时找到HiPower点00/00/2007(EditinViewHeaderandFooter)PresentationTitle(EditinViewHeaderandFooter)37泰克测试方