原创 DPO4034和AFG3022B在汽车，摩托车电子装配测量转速和扭矩中的应用

测试目的: 采集动态电机的转速和扭矩信号，并通过信号源输出真实模拟.<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

构建和内容: 一台交流电源单相输入三相输出380Vac, 供电给变频调速器及测试台，变频器控制电机的运转速率，Staiger Mohilo2Nm速度及扭矩传感器输出1，2或4路TTL模拟信号，模拟信号是电机运转是实时动态的转速信号，幅值5V，转速每分钟1000转，每转360个周期；则可以计算出信号频率为360000/60=6000HZ，转速的大小由变频器手动调节不同的频率来控制，目的是得到不同电机的转速信号和机械效率，来研究电机的功率，耗能，运转的可靠性，及如何减少噪声，振动，实施更有效的滤波和控制的电装设计。如下图示构建原理：

如何得到电机在不同频率和负载下的动态的信号？

我们使用DPO4034示波器和标准配置10X无源探头P<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />6139A，采集速度传感器从电机感应的TTL5V的信号；使用差分探头P5205，电流探头TCP0030等采集输入高压和电流信号；使用已安装的示波器控制软件版本2.5.1的SingalExpress,通过该软件，我们很容易把采集来的转速或扭矩等频率信号加以测量，从而了解信号的频率和峰峰值，以及该信号的FFT的频域THD失真的情况，并可以用直方图，趋势分析，长记录模式等功能来分析电机信号的变化。如下图示：

图（1）信号滤波器功能，用于分析滤波后的数据的滤波器幅值的响应。

图（2）用于分析和统计信号幅值和频率出现的概率，以直方图和曲线直观表现。

图（3）用于分析电机功率频谱和失真情况，进行连续谐波的高频分析功率频谱曲线。

图（四）用于分析电机信号的频率响应，幅频特性，相位特征以及功率频谱曲线等功能。

以上数据采集结束后，把波形数据保存于计算机，就得到我们需要的电机从低到高不同转速的信号。我们使用信号发生器AFG的控制软件ArbExpress，来控制实际采集到的波形，通过该软件把波形传输给信号源AFG3022B，然后使用软件的控制功能，把波形输出给电机的控制，以达到实施模拟电机的转速情况和扭矩状态。在输出波形给电机之前，先观测比较信号源输出的波形和从示波器采集到的波形是否完全一样，预防会造成完全模拟的实效，我们可以利用示波器的控制软件SingalExprss在同一界面建立两个波形比较窗口,如果发现波形失真，我们可以在AFG的控制软件ArbExpress中进行修改，进行增加幅值，减小幅值，任意时间段的幅值的上升和下降，相位等因素。

电机的速度越高，意味着我们汽车和摩托车的速度越快，同时也带来了电机高速运转的不稳定性，高耗能，高热量的，高杂散噪声的分布。我们分别进行采集4个转速阶段的信号标本，分别为1000转每分，3000转每分，5000转每分，8000转每分，在信号采集过程中需要注意采样的时间，采样的数据大小和采样的速率。

DPO4000系列示波器的存储数据的大小是可以选择的，内置1000点数据，10K数据，100K数据，1M数据，10M数据的选项，为了提高采集信号的精度和达到模拟最好的电机运行的效果，我们分别记录了4个阶段4个不同数据大小的信号，用不同数据量的信号来再现电机运转的信号。AFG3022B 输出最多的数据量为128K（标称）或130K（实际）。在测试时需要调节AFG控制输出必须对应信号频率的整数倍，最好符合是奈奎斯特原理的2倍。

图（5）为使用ArbExpress 软件界面，捕获保存重新打开的1K波形的速度传感器信号。

在上图（5）显示了1000转每分，4000uS，1K存储数据，25MP/S采样的波形，从该波形分析，其数据量充分，因此可以进行把波形导入到信号源，从信号源输出该波形，但比较再输出的波形，用示波器测量或两窗口观测示波器其出现削波现象，我们通过修改其细微的波形峰值幅度来再进行输出，达到比较满意的效果。

图（6）为使用修改后的波形，改变了AFG3022B由于带宽限制对微小高频脉冲的削波现象。

ArbExpress 软件同时具有很强大的从示波器导入波形和控制信号源的功能，实现12种标准信号输出功能，还可以任意组合编辑。通过波形编辑插入，删减，相位，频率等微细修改，不仅可以精雕细琢波形的各个细节，而其同步的输出模拟更是让电子设计达到最高境界。

对于电机测试，为了能够实现机械功率和电气功率的同时测量，我们使用功率分析仪来进行测试，功率分析仪FLUKE-N4K3PP50IP，可以同时测量电机输入端的3相功率，也可以同时测量转速和扭矩的8个模拟信号达到测试机械功率，因为电机的功率分析是需要仪器的A/D标准较高的14位，较高的相位响应，谐波测量标准IEC61000-4-30规定使用10个周波即200个毫秒的测试规范，而且必须从电流波形的过零点开始计算。因此作为可以计量和校准的功率和符合IEC标准的谐波测量，建议使用该系列功率分析仪。

总的来说，对于汽车和摩托车的电子装配的测试应用，不仅可以使用DPO4000系列示波器，也可以使用MSO4000系列示波器，尤其是总线的测试，泰克公司的示波器选项内置的汽车总线测试模块DPO4AUTO，DPO4EMBD，可以支持CAN总线，I2C，SPI，FLEXRAY的数据翻译和解码，并提供带时戳信息的数字和总线视图，分组解码，译码搜索和分组译码表。

金凯博自动化公司目前也已经成功开发了摩托车的点火测试系统，并成功的用于雅马哈和本田的自动化生产线上，目前我们正在设计5MW，3.5MW级别的永磁系列电机测试系统。

对于电机的系统设计和测试，我们不仅要模拟测试其转速和扭矩来测量其机械功率，还要根据不同输入和负载状态测试电功率，最终测量得到总的功率和效率。对于不同电机功率和类型的大小，对测试的内容也有所差别，目前风能，太阳能发电的市场日益增大，对于变频器，变频电源，电机测试系统的要求越来越高，中国目前已经有5MW的电机设计能力，电机不仅在汽车摩托车领域有非常广泛的应用，尤其在航空，航天，航海领域其电机的性能要求更高，综合以上的测试这里提供上述供草图，作为电机模拟分析系统的结束，供各位电机设计测量和分析的人员参考。