O software moderno de análise de osciloscópios pode ajudar os engenheiros a realizar medições mais rápidas e repetíveis. O novo osciloscópio MSO Série 4 B é um desses modelos, lançado recentemente com um sistema de processador mais potente para acelerar a análise para os designers de conversores de potência, a um preço acessível para muitos profissionais da área.
Alguns osciloscópios de bancada, como o MSO Série 4 B, podem ser equipados com três pontas de prova de tensão diferencial, três pontas de prova de corrente e software de análise para medir a saída de controladores de motores industriais.
Medições de Potência em Conversores CA/CC e CC/CC:
Os pacotes de medição e análise de potência facilitam as medições em conversores CA/CC e CC/CC, desde os estágios de entrada até aos circuitos de comutação, malhas de controlo e estágios de saída. A opção Advanced Power Measurement and Analysis (4-PWR) é um desses pacotes. O software automatiza o processo de configuração para medições de potência essenciais, incluindo medições de entrada de linha CA para frequência, tensão e corrente RMS, fator de crista (tensão e corrente), potência ativa, reativa e aparente, fator de potência e fase. As medições de perdas de comutação e perdas magnéticas ajudam os engenheiros a fazer ajustes incrementais para obter melhorias significativas com os mais recentes dispositivos de potência de banda larga. Permite também a medição em circuito da área de operação segura (SoA) dos dispositivos de comutação. Os diagramas de Bode podem ser utilizados para avaliar a estabilidade das malhas de controlo da fonte de alimentação. O processador mais rápido da nova versão da Série 4 B acelera os cálculos subjacentes a estas medições, proporcionando uma taxa de atualização mais rápida.
O software de medição e análise de potência realiza cálculos automaticamente para medir as perdas de comutação nos conversores de potência. A linha vermelha representa VDS e a linha verde representa ID. O software configura a linha laranja, que exibe a perda de potência durante a comutação.
Medições que apoiam a transição para dispositivos de banda larga.
A transição de dispositivos de comutação de silício para dispositivos de carboneto de silício (SiC) e nitreto de gálio (GaN) aumentou ainda mais a pressão sobre os sistemas de medição. Para estes dispositivos, a avaliação precisa da comutação requer uma largura de banda de medição muito maior para acomodar tempos de resposta mais rápidos. Até recentemente, as medições de comutação no lado de alta tensão dos estágios de comutação de meia-ponte eram praticamente impossíveis. Quaisquer medições relativas ao nó de comutação sofriam distorção devido aos elevados sinais de tensão de modo comum que impactavam o sinal diferencial. Uma classe relativamente nova de sondas utiliza isolamento ótico para atingir uma rejeição de modo comum de 80 dB a 1 GHz e superior a frequências mais baixas. A Série 4 B da MSO é compatível com sondas IsoVu com isolamento ótico e, por conseguinte, é capaz de medir sinais de comutação de 100 V/ns ou mais rápidos.
Um software de análise especial para testes de duplo impulso também está disponível para auxiliar os projetistas na transição para a tecnologia de comutação de banda larga. A capacidade de processamento do instrumento é utilizada para automatizar configurações, medições e cálculos que ajudam os projetistas a medir os parâmetros de comutação e resistência de condução, cruciais para o projeto de potência, temporização e características de recuperação inversa dos díodos.
Os testes de duplo pulso são normalmente utilizados para avaliar o desempenho de FETs e IGBTs em circuitos, sob condições que se aproximam ou ultrapassam o funcionamento à potência máxima.
Análise de Potência Trifásica e Controladores de Motores:
Os designers de controladores e inversores enfrentam desafios semelhantes. A maioria dos sistemas modernos de controladores de motores utiliza a modulação por largura de pulso (PWM) para controlar a frequência e, consequentemente, a velocidade do motor. A modulação por largura de pulso dificulta a obtenção de medições estáveis destes sinais. Determinar manualmente a combinação correta de filtros e gatilhos para obter formas de onda estáveis é um desafio, mas é um requisito para medições consistentes.
Frequentemente, estes controladores possuem saídas trifásicas, o que pode complicar as ligações e as configurações. A configuração da cablagem determina os cálculos utilizados na análise de potência, pelo que é importante compreender e selecionar a configuração correta para obter os resultados esperados. Estas definições aplicam-se tanto às entradas como às saídas dos controladores de motores. A sondagem inadequada do sistema do controlador de motor e a deficiente integridade das ligações são causas comuns de erros ao realizar medições em controladores de motores.
Além de medir a saída do controlador, as medições são também importantes para avaliar o desempenho dos estágios de entrada do controlador, como os harmónicos, a potência e o fator de potência. Embora seja possível exportar formas de onda brutas para uma folha de cálculo ou outro programa de análise, o processo é demorado e requer cálculos cuidadosos.
Por estas razões, uma boa visualização de um sistema de controlo de motores utilizando um osciloscópio requer uma configuração cuidadosa, formas de onda estáveis e algoritmos de medição robustos fornecidos por um software de aplicação desenvolvido para este fim. O desempenho melhorado da série 4B torna-a ideal para medições trifásicas de sistemas de energia e sistemas de controlo de motores, que anteriormente só eram viáveis em osciloscópios de gama alta.
O software de análise trifásica pode ajudar a obter medições estáveis nas saídas PWM dos controladores de motores. O diagrama fasorial exibe rapidamente a fase relativa e a magnitude das três tensões e correntes.
Utilização de 6 canais para medir sistemas trifásicos:
A saída dos controladores de motores e inversores é tipicamente um sistema de 3 fios, o que significa que não tem condutor neutro ou que o sistema é equilibrado e não existe corrente neutra. A potência nestes sistemas pode ser medida com precisão utilizando apenas 2 canais de tensão e 2 canais de corrente nos osciloscópios, empregando o "método dos dois wattímetros". Isto requer dois canais de tensão e dois canais de corrente, com os canais de tensão ligados fase a fase e uma fase a funcionar como referência. Isto pode ser feito com um osciloscópio de 4 canais.
No entanto, as entradas de um variador de frequência industrial (VFD) utilizam provavelmente um sistema de 4 fios com condutor neutro. Nesse caso, devem ser utilizados três wattímetros. A configuração com três wattímetros requer seis canais de osciloscópio: três para tensões e três para correntes. Embora diversos osciloscópios ofereçam 8 canais de entrada, o MSO Série 4 B é um dos poucos osciloscópios de qualidade profissional disponíveis com 6 entradas analógicas.
Estamos a elevar a automação de testes a um novo patamar.
Como todos os instrumentos da Tektronix, o MSO Série 4 B está equipado com interfaces de comando e barramentos de comunicação padrão da indústria, como USB e Ethernet. Inclui também APIs de alta velocidade, ferramentas e software para otimizar o tempo de desenvolvimento de testes e o desempenho da execução. Para simplificar o controlo do instrumento, a Tektronix oferece acesso a drivers nativos que traduzem os comandos do instrumento em construções familiares na linguagem de programação escolhida. Os utilizadores podem optar por Python, LabVIEW®, CVI, MATLAB, C, C#, . NET ou praticamente qualquer outra linguagem e aceder a tutoriais, scripts, exemplos e vídeos gratuitos, bem como aprender mais utilizando os nossos guias de referência de programação.
Em conclusão
, as ferramentas para medições de conversores de potência, testes de duplo pulso, sondas de precisão e medições trifásicas ajudam os projetistas a obter medições rápidas e repetíveis, permitindo-lhes lançar os seus projetos no mercado mais rapidamente. O desempenho computacional melhorado dos osciloscópios profissionais, como o MSO Série 4 B, traz os níveis de desempenho computacional dos osciloscópios de ponta para a bancada do engenheiro, acelerando ainda mais o processo de design e melhorando a facilidade de utilização.
Sobre o autor:
Andrea Vinci é Senior Technical Marketing Manager na Tektronix. É mestre em Eletrónica pela Universidade de Pádua. Antes de ingressar na área de marketing, trabalhou como projetista de RF, gestor de testes, engenheiro de aplicações e, mais tarde, na área de vendas como business developer na região EMEA. A sua experiência inclui soluções de teste para semicondutores, eletrónica de potência e aplicações de armazenamento de energia.
