測試是最復雜，最關鍵的部分之一任何新產品或系統開發過程。如果調試對于提高產品的可靠性，通過“白盒”方法分析其內部行為起著根本性的作用，那么在重要性方面，功能測試無疑是最相關的，能夠驗證是否已滿足并正確實施了每個應用程序并評估產品的整體效率。在任何電子領域，效率都扮演著越來越重要的角色，其目的是通過開發具有更好的熱管理，更低的功率吸收，更長的壽命和可靠性的應用來減少能量損失。測試自動化在解決這些關鍵問題和擴大測試覆蓋范圍方面起著根本性的作用，

效率測試

效率在大功率電氣應用中起著至關重要的作用，在大功率電氣應用中，必須管理從幾千瓦到幾十兆瓦的功率。正如我們在前面的文章中已經看到的那樣，電力電子學包括各個領域，例如電動汽車（EV）的設計，相關的電池充電系統和電網應用。

如今，電網是一個非常整合的行業和基礎設施。必須正確測試連接到網格的所有設備，以確保可以取用電源而不會對網絡基礎結構造成不必要或意外的影響。絕大多數測試都集中在這些方面，以及評估可將功率傳輸到消耗大量功率的工業設備，電器和其他設備的效率的能力。

同樣重要的是變頻電源應用，其中包括電動汽車，可再生能源發電系統和智能電網應用。所有這些應用的共同因素是能夠將可變頻率產生的功率傳輸到具有已知和可靠可用功率的輸出上，反之亦然。前提是存在能夠調節功率并改變其頻率的復雜控制系統。

考慮到單位時間內發生的大量電力傳輸以及將功率損耗最小化的需求（在許多情況下，這也是法規規定的義務），效率在所有這些情況下都起著重要的作用。在電動汽車中，鑒于可以存儲在電池中的能量有限，因此有必要充分利用可用電量，以最大化車輛的續航里程或性能，例如巡航速度。即使不能完全達到相當于效率100％的最佳條件，由于使用了能夠提供非常高效率值的制造技術和材料（例如氮化鎵和碳化硅），取得了巨大的進步通過減少功率損耗和散熱。效率測量可以表征電池下游的所有特性，從而幫助電子設計人員開發可以盡可能高效地傳輸功率的設計。

另一個重要的例子是使用可再生資源的清潔能源生產系統。在這種情況下，功率會定期發生從可再生能源到電網的傳輸，因此，減少甚至最小的能量損耗，最大化系統效率就變得至關重要。

使用LabVIEW測試效率

例如，請考慮設計為向電網提供從可再生資源獲得的最高15MVA功率的風力渦輪機（其模型如圖1所示）。此類系統的效率在世界上最強大的可再生能源測試設施（代表電網研究創新與發展的Duke Energy eGRID）中進行了測試，能夠在受控且可控的環境中測試原型的機械和電氣特性。校準的環境，然后再將其部署到實際的網格上。

圖1：將在15MVA電網模擬器中測試的風力渦輪機原型

15 MW電網模擬器包括不同的電氣組件，包括NI硬件和與LabVIEW系統設計軟件結合的FPGA，從而獲得了能夠進行真正的硬件在環（HIL）控制的系統。FPGA和LabVIEW Real-Time模塊具有確定性，因此可以為DAQ，通信和控制提供靈活而可靠的系統。

在LabVIEW的電力工具包提供了所有需要建立自己的能效測試的功能，而且還配備了預建的例子是讓你快速入門。牽引逆變器就是一個很好的例子。功率和效率測量與記錄示例。該VI應用程序演示了如何使用可同時在八個通道上采樣的NI DAQmx硬件在牽引逆變器上實現功率測量和效率。本示例測量牽引逆變器的直流母線和三相交流輸出側的電功率參數，例如有功功率。為了獲得更高的精度和與電角度的相關性，將對信號進行整數周期處理，這些整數周期由A相電流通道上的電平觸發器確定。計算的測量結果符合IEEE 1459-2010測量標準。

LabVIEW EV牽引力逆變器示例

一旦安裝了LabVIEW Electric Power Toolkit，就可以使用“示例查找器”找到示例（從LabVIEW工具欄中選擇“幫助”，然后選擇“查找示例”。該示例位于“工具包和模塊>電力> EV功率測試”下）。 > Traction Inverter。是Traction Inverter文件夾中的三個之一，它結合了硬件采集和對采集數據的后期分析，其他兩個示例分別顯示了這些任務（圖2）。

圖2：如何選擇牽引逆變器示例

圖形用戶界面顯示所有必要的配置設置，并在采集過程中顯示數據，而所有硬件連接設置都位于該示例的左側（請參見圖3）。VI可以與不同的硬件驅動程序一起使用，但是該示例使用DAQmx驅動程序進行硬件連接。對于電壓通道，您具有電壓輸入范圍和預期電壓輸出范圍，它們會在圖表中為您生成該比例。當前輸入和輸出具有相同的比例計算。

圖3：硬件連接配置

如圖4所示，圖形用戶界面的中間部分具有用于在應用程序運行時獲取的數據的圖表。頂部的圖表用于觸發信號，底部的兩個圖表用于電壓和電流。

圖4：通道圖

在用戶界面的右側，我們具有“觸發器”設置，以及要計算多少次功率測量的周期數。下方是有功功率，有效視在功率，非有功功率，功率因數和逆變器效率測量值。所有這些測量值都記錄到您選擇的位置的文件中（圖5）。

圖5：用戶界面的右側

在圖6所示的框圖中，我們可以看到該應用程序的所有邏輯。應用程序的三個主要任務分為三個主要部分。第一個是與硬件建立連接，執行數據采集并配置觸發的位置。一旦識別出滿足觸發條件的段，這些數據段便被發送到下一個任務。發生這種情況時，所有原始數據仍在流式傳輸和記錄。第二項任務是功率測量分析。它具有一個循環緩沖區，該緩沖區采用觸發的段并執行功率和效率計算。三相功率測量使用功率函數計算，直流功率測量使用直流功率函數計算，效率使用效率函數計算。

圖6：框圖

本示例使用3相3線輸入設置（圖7），但也可以設置為使用1相1通道或3相4線輸入設置。最后的任務是記錄在采集過程中收集的所有原始數據以及執行的所有計算。

圖7：三相3線有效電壓計算

可以對此類示例進行定制和修改，以滿足用戶自己的電力應用需求。所使用的所有功能都是開放的且可修改的，因此，如果需要，可以使用不同的計算方法。通過使用LabVIEW，還可以將功率測量和分析與其他傳感器進行同步，以了解整個系統如何影響效率。

電力電子效率

在電力電子應用中，可以通過使用寬帶隙（WBG）半導體（例如碳化硅和氮化鎵）來實現效率的重要提高。除了提高效率外，SiC和GaN在熱管理方面也具有挑戰性，因為它們具有較高的結溫，同時在管芯上占據的空間較小。與WBG材料相比，基于硅的器件效率較低，結溫更低，并且發熱量更高。相反，寬帶隙半導體效率更高，結溫更高，發熱量更少。此外，它們的面積最多可以減小75％，這意味著可以增加熱通量。測試效率是一個復雜的主題，在測試熱效率和WBG半導體時可能會變得復雜。基于WBG的設備可以以更高的頻率開關，可以在更高的溫度下工作并且泄漏電流比硅低，因此其測試需要更高的電壓和更大的電流測量靈敏度。開關電源（SMPS）是WBG器件的首批電源應用之一，需要高頻和高性能工具，以及用于表征較高頻率下的部件性能并分析其性能和效率的電源分析軟件。

編輯：hfy