Optimización de sistemas de propulsión eléctricos con osciloscopios MXO

Su misión

La caracterización del rendimiento de un sistema de propulsión abarca múltiples facetas y garantiza una integración impecable y óptima funcionalidad. El análisis de las formas de onda de tensión y de corriente en puntos clave del sistema de propulsión eléctrico es necesario para determinar la conversión de potencia en diferentes etapas junto con la eficiencia y el factor de potencia, y de este modo localizar las áreas donde puede mejorarse. Los algoritmos de control del motor deben someterse a prueba para comprobar el comportamiento preciso y rápido del motor conforme a la entrada de control. El análisis de transitorios permite determinar la respuesta del sistema de propulsión a cambios repentinos de las condiciones de carga o de alimentación. La identificación y reducción de distorsiones armónicas del sistema es importante para mejorar la calidad de potencia y la fiabilidad en general del sistema de propulsión eléctrico. El enfoque de todos estos aspectos en conjunto permite analizar a fondo cómo se comporta el sistema de propulsión y ayuda a optimizar su rendimiento.

Solución Rohde & Schwarz

Para obtener resultados precisos ante estos requisitos de medida complejos se necesitan diversos instrumentos. Tanto los analizadores de potencia como los analizadores vectoriales de baja frecuencia o los decodificadores de bus son muy útiles para medir con exactitud. También los osciloscopios son esenciales a la hora de visualizar relaciones de tiempo y amplitud, y ofrecen además muchas herramientas como FFT, funciones matemáticas, análisis de armónicos, decodificación de protocolos de comunicación digital y análisis de la respuesta en frecuencia.

Cuando se trata de optimizar sistemas de propulsión eléctricos nada supera a un osciloscopio de última generación como los de la serie MXO, que ofrecen análisis básico de tiempo, la más rápida captura de formas de onda disponible actualmente, resolución HD de 18 bits, funciones de espectro con FFT ultrarrápida y longitudes de registro de gran profundidad. El MXO serie 5 es el primer osciloscopio de ocho canales para análisis trifásicos con medidas de tensión y corriente simultáneas.

Ventajas

• 4,5 millones de formas de onda por segundo: la más alta tasa de captura de hasta un 99 %
• modo HD de 18 bits: no existe otro con mayor precisión
• 400 Mpts/500 Mpts por canal: mantiene altas frecuencias de muestreo durante más tiempo
• 45 000 FFT/s: capturas rápidas de espectro para análisis de EMI
• sistema de disparo digital: la más alta sensibilidad de disparo con 0,0001 div

El control del inversor requiere más canales

La conversión de la energía de corriente continua de las baterías a la corriente alterna del accionamiento del motor eléctrico es un elemento esencial de los sistemas de propulsión eléctricos. Para mejorar la eficiencia, mediante puertas de inversor temporizadas («totem pole») se conmutan los pulsos de CC a diferentes anchos con modulación por ancho de impulsos (PWM) filtrados a formas de CA para accionar el motor. Los motores trifásicos eléctricos necesitan tres conjuntos de puertas de inversor, cuya lógica de conmutación y temporización afectarán al rendimiento del accionamiento. La tensión y la corriente se miden en cada fase del inversor. Los sensores que miden el par y las velocidades de accionamiento del motor permiten el análisis detallado. El MXO serie 5 cuenta con más canales que permiten capturar una visión de conjunto de los controles del inversor.

Desafíos de las puertas de conmutación

Para alcanzar una mayor eficiencia y una respuesta más rápida del sistema de propulsión, los diseños con transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) se están sustituyendo por otros que utilizan la tecnología de banda prohibida ancha (p. ej. de carburo de silicio; SiC), que facilitan una conmutación más rápida. Y, lo que es más importante, estos transistores tienen una resistencia de encendido dinámica que proporciona una mejor eficiencia de conducción.

Los flancos ascendentes/descendentes más rápidos constituyen un desafío para el diseño, ya que pueden causar ruido de EMI en el sistema. Las señales parásitas pueden intensificar el sobreimpulso y provocar cortocircuitos cuando las dos puertas, alta y baja, están activadas. Para los transistores y los circuitos del inversor se necesita un análisis temporal adicional.

El sistema de disparo digital de la serie MXO es sumamente útil para detectar glitches en las puertas de transistores. La resolución HD de 18 bits tiene una forma de onda con disparo de alta precisión y alta sensibilidad de disparo que facilita la depuración de los diseños. La FFT rápida ayuda a detectar emisiones EMI y a mejorar los diseños de filtro del circuito.

Resumen

Para mejorar los sistemas de propulsión eléctricos son necesarios distintos enfoques de medida, desde mejoras de armónicos trifásicos de alto nivel hasta el análisis de conmutación del excitador de puerta. Al contrario que los analizadores de potencia, pensados para medidas de especificaciones de alta precisión, los osciloscopios pueden aportar una visualización temporal que ayuda al usuario a entender comportamientos variables en el tiempo para diferentes controles de temporización. Los osciloscopios son también herramientas muy versátiles, con funciones de test en el dominio temporal y frecuencial para medidas de eficiencia de potencia eléctrica, depuración de EMI, análisis de armónicos y decodificación de buses.

Los osciloscopios de la serie MXO incluyen de forma estándar longitudes de registro de gran profundidad que los convierten en la elección ideal para sistemas de propulsión eléctricos, que por general se caracterizan por una respuesta lenta. El sistema de disparo digital, la precisión en HD, el seguimiento de medidas, el análisis de espectro rápido y la capacidad de ocho canales abren infinitas posibilidades de medida para evaluar el rendimiento de sistemas de propulsión eléctricos.