- Les développeurs de systèmes de puissance doivent optimiser l’efficacité de leurs conceptions électroniques tout en garantissant leur sûreté et fiabilité de fonctionnement. Cela nécessite la réalisation de mesures et d’analyses de signaux spécifiques.
- Les oscilloscopes de la gamme MSO de la Série 4 B de Tektronix offre notamment des fonctions de traitement et d’analyse des signaux bien adaptées aux test des convertisseurs de puissance, des variateurs et des systèmes de commande moteur.
- L’automatisation du processus de mesure permet également de racourcir les temps de développement.
Auteur : Andrea Vinci, responsable marketing technique senior chez Tektronix
L’analyse de puissance des systèmes d’alimentation et de contrôle des moteurs nécessitent l’utilisation de plusieurs sondes et la réalisation de divers calculs. De ce fait, les configurations de test peuvent s’avérer complexes. Les logiciels d’analyse proposés par les oscilloscopes de nouvelle génération peuvent aider les ingénieurs à effectuer des mesures plus rapidement et de manière plus reproductible. Le nouvel MSO de la Série 4 B fait partie de ces oscilloscopes. Lancé sur le marché le 5 décembre 2023 et commercialisé à un prix accessible à de nombreux concepteurs électroniques, cet oscilloscope est équipé d’un processeur plus performant afin de permettre aux concepteurs de convertisseurs de puissance d’accélérer le processus d’analyse des mesures.
Mesures de puissance sur convertisseurs AC/DC et DC/DC
Les progiciels de mesure et d’analyse de puissance facilitent les mesures sur les convertisseurs AC/DC et DC/DC, depuis les étages d’entrée jusqu’aux étages de commutation, en passant par les boucles de contrôle et les étages de sortie. Le progiciel optionnel Advanced Power Measurement and Analysis (4-PWR) en est le parfait exemple. Il permet d’automatiser le processus de configuration des principales mesures de puissance : fréquences en entrées des ligne AC, tensions et courants efficaces, facteur de crête (tension et courant), puissance réelle, réactive et apparente, facteur de puissance et phase. Des mesures telles que la perte de commutation et la perte magnétique aident les ingénieurs à effectuer progressivement des modifications pour améliorer pas à pas les dispositifs de puissance à large bande interdite de dernière génération. Cette application logicielle permet également de mesurer en circuit la zone de fonctionnement sûre (SoA) des dispositifs de commutation. Les diagrammes de Bode peuvent être utilisés pour évaluer la stabilité des boucles de contrôle de l’alimentation. Les capacités de traitement plus rapides de la nouvelle version des oscilloscopes MSO de la série 4 B accélère en outre les calculs sous-jacents à ces mesures et donc leur mise à jour.
Des solutions adaptées aux mesures de dispositifs à large bande interdite
La transition des dispositifs de commutation à base de composant en silicium vers ceux à base de composants en carbure de silicium (SiC) et de nitrure de gallium (GaN) met les systèmes de mesure face à de nouveaux défis. Pour ces dispositifs, l’évaluation avec précision du processus de commutation nécessite une largeur de bande de mesure beaucoup plus importante afin de prendre en compte des vitesses de balayage plus élevées. Jusqu’à récemment, les mesures de commutation sur le côté haut des étages de commutation en demi-pont étaient presque impossibles. Toute mesure relative au nœud de commutation souffrait d’une distorsion due aux signaux de tension de mode commun élevés qui empiètent sur le signal différentiel. Une relativement nouvelle classe de sondes met en œuvre un système d’isolation optique afin d’obtenir une réjection de mode commun de 80 dB à 1 GHz et bien davantage à de plus basses fréquences. Ces sondes à isolation optique IsoVu sont compatibles avec l’oscilloscope MSO de la série 4 B qui est donc capable de mesurer des signaux de commutation de 100V/ns voire plus rapides.
Un logiciel d’analyse spécifique aux tests à double impulsion est également disponible pour accompagner les concepteurs qui adoptent progressivement les technologies de commutation à large bande interdite. La puissance de traitement de l’instrument est mise à profit pour automatiser le processus de configuration, de synchronisation, de mesure et de calculs pour aider les concepteurs de systèmes de puissance à mesurer les paramètres de commutation et la résistance entre le drain et la source, et de tracer les courbes de recouvrement inverse de diodes.
Analyse de la puissance triphasée et de systèmes d’entraînement de moteur
Les concepteurs de variateurs de vitesse et de convertisseurs de puissance sont confrontés à des défis similaires. La plupart des systèmes modernes d’entraînement de moteurs utilisent la technique de modulation de largeur d’impulsion (PWM) pour contrôler la fréquence et donc la vitesse d’un moteur. La modulation de largeur d’impulsion rend difficile l’obtention de mesures stables sur de tels signaux. Il n’est pas facile de déterminer manuellement la bonne combinaison de filtres et de fonctions déclenchement pour obtenir des formes d’onde stables. Ce qui est pourtant une condition préalable pour effectuer des mesures cohérentes.
Les variateurs de fréquence et les convertisseurs de puissance sont souvent pourvus de sorties triphasées. Ce qui peut compliquer la connexion des sondes et la configuration du système de test. Le type de câblage détermine les calculs qui seront mis en œuvre pour l’analyse de puissance. Il est donc important de comprendre et de sélectionner la configuration de câblage appropriée afin d’obtenir les résultats escomptés. Ces configurations concernent les entrées et les sorties des variateurs de vitesse. Une mauvaise connexion des sondes de mesure au système de commande moteur et une mauvaise intégrité des connexions sont des sources d’erreurs courantes lors de la réalisation de mesures sur les systèmes de commande moteur.
Outre les mesures en sortie du variateur, il est également important d’effectuer des mesures pour évaluer les performances des étages d’entrée du variateur, telles que les harmoniques, la puissance et le facteur de puissance. Il est possible d’exporter des formes d’onde brutes dans un tableur ou un autre logiciel d’analyse. Ce processus est cependant chronophage et nécessite des calculs minutieux.
Pour analyser correctement les signaux d’un système d’entraînement de moteur à l’aide d’un oscilloscope, il est nécessaire de procéder à une configuration minutieuse, de disposer de formes d’onde stables et d’utiliser un logiciel d’application exploitant de robustes algorithmes de mesure conçus à cet effet. Les hautes performances de l’oscilloscope MSO de la série 4 B en font un instrument bien adapté à la réalisation de mesures triphasées sur des systèmes d’alimentation et de commande de moteurs. De telles mesures n’étaient auparavant possibles qu’avec des oscilloscopes haut de gamme.
Utilisation de six canaux pour effectuer des mesures sur des systèmes triphasés
Les systèmes d’entraînement de moteur et des convertisseurs de fréquence sont souvent des systèmes triphasés. Ce qui signifie qu’ils ne disposent pas de conducteur neutre ou que le système est équilibré et qu’il n’y a pas de courant neutre. La puissance de ces systèmes peut être mesurée avec précision en mettant en œuvre la « méthode des deux wattmètres » avec un oscilloscope. Cette méthode nécessite l’utilisation de seulement deux voies pour les mesures de tension et de deux voies pour les mesures de courant. Les voies de mesure de tension étant connectées d’une phase à l’autre, l’une des phases servant de référence. Cette opération peut être réalisée avec un oscilloscope doté de quatre entrées.
Cependant, les entrées d’un variateur de fréquence industriel (VFD) sont plus susceptibles d’exploiter un système à quatre fils comprenant un conducteur neutre. Dans ce cas, il convient d’utiliser trois wattmètres. La configuration à trois wattmètres nécessite l’utilisation des six canaux d’un oscilloscope : trois pour les mesures de tension et trois pour les mesures de courants. Bien que plusieurs modèles d’oscilloscopes du marché soient dotés de huit entrées, le MSO 4 Series B est l’un des rares oscilloscopes professionnels équipés de six entrées analogiques.
L’automatisation des tests
Comme tous les instruments de Tektronix, les oscilloscopes MSO de la série 4 B sont équipés d’interfaces de commande et de bus de communication standards tels que USB et Ethernet. Ils intègrent en outre des interfaces de programmation d’application (API), des outils et des logiciels à haut débit pour optimiser le temps de développement des processus de tests et leurs temps d’exécution. Pour faciliter le contrôle des instruments, Tektronix donne accès à des pilotes d’instruments natifs qui traduisent les commandes des instruments en instruction courante dans un langage de programmation donné. Les utilisateurs peuvent choisir entre Python, LabVIEW®, CVI, MATLAB, C, C#, .NET ou tout autre langage. Ils peuvent également accéder gratuitement à des tutoriels, des scripts, des exemples et des vidéos et obtenir des informations supplémentaires en utilisant nos guides de référence relatifs à la programmation.
