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发表于 2010-5-5 14:31:09
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电力电子及电气驱动仿真 ) y, T+ r7 `$ I8 [, j2 @/ d" Y
- P6 ?5 J) X/ ?# G% G3 ?, W, T! F# B# q S# i4 \9 n
CASPOC是一个针对电力电子和电气驱动的功能强大的系统模拟软件。使用CASPOC可以简单快速地建立电力电子、电机、负载和控制量的多级模型。这个多极模型包括交互式电力供应的电路级模型、电机/负载的部件级模型以及控制算法的系统级模型。. T$ P0 P* @" P
4 f( e2 x+ C2 M: @5 s% |目前所有商用软件中，只有CASPOC结合拖放建模的易用性、建模语言的高效性、仿真结果观测的实时性和最快的仿真性能等等于一体，而没有任何收敛性问题。CASPOC是最容易学习使用的高性能可视化建模和仿真软件。" V% Z" O4 G9 v
" j$ z, K& }- ~. `1 L* _
CASPOC应用于复杂电力和控制设备、系统的设计和仿真，例如：整流器，直流转换器，交流转换器，谐振转换器，动力工程，感应机，矢量控制，机械结构，有源滤波器，谐波，直流机械，步进电机等等。CASPOC在以下行业有广泛的应用：航空，汽车，运输，商用电子等等。. u, V$ |0 q# e0 k: [1 @* B" V0 x
" M/ I7 u8 J4 M% z7 f$ L Y5 K/ s* ]" X' M+ A4 k
◆运动控制与变速驱动装置
- P% _; G% ]2 o* } r0 A' ^4 M+ s* S使用Caspoc软件可轻松进行马达驱动系统的分析与设计。Caspoc标准及专业版包含了电机和变速驱动装置的建模功能。它提供了一种简便有效的马达驱动系统建模与仿真手段。
7 }2 B! a' N' N. g6 N% [! N只需将电机连接到电力电子装置和机械轴，即可快速高效地建立起驱动系统。
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- S/ Q) ]/ A8 N* L/ ]
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8 {0 @+ z: q K* d" T3 D
电力电子装置、控制回路、电机和机械传动装置的建模均在一张原理图中完成。同时有全部基本类型的机器与机械部件可供使用。& J7 ?1 h' I! p: S+ H( M
只需将PI控制器、磁场定向控制器等综合控制库部件连接起来，即可快速、方便地建立起电气驱动装置。甚至还可使用C/C++等建模语言，创建出自定义的机器/负载模型。
3 T1 s' C8 N' p" i! h0 ^
* ^9 O& Y& ]1 [* }7 d( ? J8 F+ F) x" j5 ]
4 z# R4 d8 L! K3 d
特色：
9 N& q& w( t3 H3 m. B! y- q•通过运用abc-dq转换器、PI控制器和数字/模拟滤波器等现成部件，可极其轻松地建立起任何驱动系统的模型，并得到清晰明了的系统布局图。
: O1 M$ m3 x! u" P' s•具备大量样例，图中所示的磁场定向控制器就是其中之一。感应电机矢量驱动装置（上图）和磁场定向永磁同步电机（PMSM）驱动装置均可直接实现。% ^0 y0 l! f/ F( J& p. h2 B
•如有需要，可采用Simulink耦合，将电力电子及电气驱动装置与任何Simulink控制模型耦合。
/ [, Z3 @# `* k•可结合知名的有限元（FEM）仿真软件进行协同仿真或与之交换数据，任何新型电机均可应对自如。
1 n. _5 M0 \6 l# W. L' j0 A4 ?7 j电机：3 e( V- k8 R: g! M& k+ T3 [! |! u
•永磁同步电机
V8 j: c! z! M1 E) t+ Z* _•感应电机（鼠笼式、线绕转子、单相）; e- ^. F; |. P7 N9 I! I) ~! K
•同步电机与发电机，永磁及外励磁
! W# h! [" B4 x•永磁直流电机3 q" r$ d6 N% H/ Q* u7 K Q
•无刷直流电机5 z6 _& J, n6 L3 e6 n5 p+ \- d% h
•串励及复励直流电机
8 s: v G! x. j6 j( @; g# `8 o1 V•开关磁阻电机
; T* L9 O. u8 D7 R+ T9 X% o- z•同步磁阻电机
- D J8 y; J; ]! t& a2 J•步进马达
5 h5 M9 E( h/ `+ N- r•车载发电机（直流及三相）
2 M4 C( b; G: L2 y; P1 O! T" D3 q; b机械部件：$ o) N7 R( q0 p: }& J6 C+ J
•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮
( o1 K" i( p1 u4 j3 s- k# ~•恒扭矩、恒功率与常规机械负载5 s. P+ G) ?+ d6 x! w( {* P
•速度、扭矩和功率传感器5 c6 M( T' d1 B0 G G
, @% f* }4 A; n8 J* b# \总结：任何类型的电机均可简便、快速地建模。# r9 p. w6 |, r! c4 l5 u+ }
* ]6 Z4 ?* w# N" q. A) f3 ]8 x% c& m
* t) N! ^1 N8 g9 N' s
◆数据交换与FEM协同仿真5 J, c8 s/ J# W' O
运用详细的马达模型，可从电气驱动仿真中获取更多功能。Caspoc能与各种FEM软件包耦合使用。( x. [! I8 |; Y0 _9 C- G* o$ g* ~
) D/ ~$ u' J) W# T" E% C j( ~
Ansys中的开关磁阻电机
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/ B% G3 Y8 U; _$ h4 x; v
! u( z/ D, l# i+ c
7 V) U$ x! k- w0 E/ L/ \# s+ p% F' s V# L6 Q
) y4 _ m% a4 ?7 O
SmartFem中的永磁同步电机; M0 n$ O9 [! Z2 a6 i; F7 R
+ O4 W# ~6 w6 ^$ W
0 M. v' x# ?' T8 k: U- M; d B9 p# g1 Q- |6 j) G9 Q
; w5 e* O0 c" c( A& ~1 d, @% J* Q& { w
. r: B3 K& H4 u9 W
/ p9 ^* i1 @2 d6 d) cCaspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。 3 a# R \+ y; I) l3 O. ]& ^% y
; F2 U; I+ H V0 g
' j9 p$ q) E. ^; M! G" [& J) Z# A
: M; g" j4 N; R
特色：
- P+ Y A ]) k6 l) [• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真' x! B: C/ q# k( f
• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗
% l$ w- w, e" U: n w6 _" e$ _• 通过FEM模型确定非线性机器模型的参数，然后采用后一模型进行控制优化4 ]0 t+ Y9 l: Y7 I) I% C0 y- J
• 静态参数、查找表和暂态协同仿真# ^" o9 t8 h0 w" B9 h
• 可结合知名的有限元（FEM）仿真软件进行协同仿真或与之交换数据，任何新型电机均可应对自如。; {" e/ ^, J/ d1 z9 Y- [) v/ k
线性执行器协同仿真
7 K, d; V$ A0 W1 p/ T6 d$ s: ~在Ansys中对线性执行器进行建模，在Caspoc控制下进行协同仿真。既可在Ansys中采用FEM和（或）多体动力学模型对机械系统进行建模，也可在Caspoc中建立一个基本的机械模型。: c. l5 B1 N" o' W) M* @% B
9 o( z# `9 U( t: w( d: x- h L7 @- W& N9 A: o8 N, j
8 @5 F0 d: S: J o! ]' V
& O# o2 ]; W, Z! s) ]& F
9 D2 K* s6 U# N3 _
总结：可通过Ansys和SmartFem简便、快速地得到任何类型电机的准确结果。+ q$ i4 j- Z, P3 J& k
l! H9 r) F0 q) {, Y1 N
+ R/ }8 Q* R% w" D8 c
) O2 J) P, F8 W◆详细、快速的半导体建模0 K+ g) u% y9 N7 U H
采用Caspoc“功率损耗快速预测模型”，优化电力电子设计。8 g2 R2 L% n2 \1 Z3 e6 D
5 z& z" ^1 V0 M9 x& f
IGBT逆变器损耗的快速仿真
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4 v9 ^& d; [' N- ^; h1 X
0 v3 H9 B& l: I3 B2 e/ L, K2 D# }& x% J( Q; g2 W8 f# o4 c
2 O, ]! W+ a& Q6 B* _
( W0 R) l2 F% Q, O
半导体损耗快速预测模型0 R, ~+ D* E/ d9 s- s5 `
& A# c; X$ m8 d# G2 F& L
; {7 [$ m; n6 E+ h) h% }9 }
P1 m+ S8 C) f# h# F) d4 u" X/ r/ \0 J) l. r& W0 U! u
0 Z- k: i c; n" l
MOSFET详细建模( ?0 r* d k( d) w
Caspoc中的MOSFET详细建模，其中显示了上升与下降波形。" @5 L0 E8 c1 S8 q! n. j2 C3 R
1 ]' b) R* i& j E. _$ i
3 U, L& x3 X# N4 R+ t
% A# m; s; h7 E$ I( I
特色：
0 \3 }# b6 w' I' W•MOSFET非线性电容详细模型
2 {2 E% ~2 T k6 z7 Y9 y•IGBT拖尾电流模型
3 \, P7 P+ N/ z& ?•二极管反向恢复模型5 J0 x' S; a" @( U
•以快速损耗预测模型实现快速仿真
: K. F9 b7 O& y: l/ t: O) ^•与热模型耦合# ]# q# @/ r* @- M( p/ v6 k
•包含电路中的导线寄生电感和母线电容8 S$ m) _/ A7 O8 E1 O' z1 q
二极管反向恢复9 J1 R6 p7 e L# q7 L. Y1 o: E
二极管反向恢复取决于最大正向电流以及关断期间的斜率。在随后各次仿真中增大电感，可提高关断电流的斜率，进而降低反向恢复电流。
1 m, r3 z, T* E7 a, j& b/ Q+ G/ S7 N
. e; h. B5 U8 b7 U, h% F
$ e) n5 _ }, Y% E7 g; ^
. R- w! g+ C% ^0 j' L: p1 [* v$ X0 n' M' c: I \
总结：可以简便、快速地使用半导体详细模型或者损耗预测模型。
+ i) Z! L o, | D3 u6 L% E8 u% j& ^, b, C' d$ ]
: k; h6 d3 O' c0 `$ U }% ?. j/ G5 f$ l! L x4 G" ]( r
◆散热片建模
- P% h8 W- x( e3 Z2 d1 f依据详细的散热片模型，对电力电子设计进行效率和发热估计。依据基本散热片模型或者Ansys的详细热模型，准确预测所做设计的热行为。
1 l6 {- ^+ e. L+ v! o带散热片和隔热层的TO220. G1 I) _; Z7 V- D5 E7 Z0 w
3 h, |% Z# b6 q/ D( j( d2 |3 i( ~/ X# _
' L6 O! G. Y D% H- P8 @
' c+ `8 C$ l ?3 I
5 K- W k$ F r9 Z# V0 z5 dIGBT结温详细模型
8 s" p& }9 h& E5 l; X) f
7 z: R, v6 Y k( z3 [$ T+ R, p$ B
; L& N% G; t* B9 H, }特色：
% t. a" a' R# j•散热片模型与半导体模型直接耦合
f+ Z1 O- l# q* c, Q•预定义导热材料特性
' O1 _( t5 U' F, k3 M•现成的散热片模型8 i% e& E+ l/ r5 u2 z1 g
•热模型可从Ansys直接导入Caspoc1 Y- c. j) }" u" p) r* j
热模型
" Q& Z4 k( `* z- J# w/ J需要热模型来准确预测半导体损耗。半导体损耗依赖于结温，而结温又是半导体自身以及周边半导体功率损耗的函数。在Caspoc中，可以使用现成的散热片模型，也可以使用Ansys中的详细模型。
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6 ~7 W0 ^$ Y; m8 E5 t' L) l& |6 H% i
( [$ M x9 A/ p+ u
) P' v! z7 X2 D# \/ Y- c- O& p @
" y# D' v# ~# W' W! ~
总结：既可使用预先定义的热模型，也可简便快速地定制热模型。
+ a+ ~; a# j! c- p. H
! ?. J+ x* a% F% V+ k. ?3 K
8 M6 V* o/ i% r
& K3 Z, b$ x0 }+ P) x/ A5 Q, M' r◆汽车动力管理
; w/ X1 h. H) [9 }针对多种负载应用进行汽车动力管理优化与测试。同时针对所有用户，对整个电力网进行建模。可观测蓄电池充放电以及发电机产生的谐波。此外还可建立负载突降以及模拟电力网的稳定性。4 ]/ j9 M1 _+ K, M% P$ d1 d5 S- P/ _
6 L/ a- f9 z! J& F2 k4 Y' _
汽车动力管理（含负载突降）
6 D2 a2 p$ [- R' R; `1 V+ C' n! u% \6 I+ R" o5 M7 e" `
4 ^, | t9 A0 k. L( J) H+ C& c* m( a2 o' F# m @
7 b* I. G5 L8 T9 X
6 |% H& {8 g+ TIGBT火花塞点火控制
* \; l, K/ J& l4 U) W, Y: v& t
4 G6 |* }& f, `
6 G: T4 D, C2 [2 l7 Y$ }# h- T8 B. i1 F- V" h0 T' W
* X5 Q6 b# |2 I3 D# P0 G/ `: j3 L
特色：) i, A2 w4 y7 i- h% ?5 A2 E
•发电机详细模型，包括六脉冲整流器和控制器
8 C1 j6 s. C0 |•蓄电池荷电状态（SOC）及充放电阻抗模型。9 v! j0 T2 L2 b' k% G, u y
•高压火花塞模型& L S! m5 x5 w; P" A# h/ r5 q3 t7 q
•双向直流电源的限流与电流效率模型* N) F' j" Q* H3 a0 _( \5 t
•动力管理传动循环
' P7 \+ k6 J, w# I8 ~+ x, r# z双向直流变换器
) z& T2 J$ K2 o* }0 k电力电子装置在汽车领域的应用初见端倪。除控制发动机、交流发电机和闪光信号灯外，还可控制马达及其它车载执行器等几乎所有装置。下图是HEC（混合动力电动车）中双向转换器的详细模型，该转换器用于在蓄电池电压与总线高压之间进行转换。
9 C& O$ s1 @& y. o/ O0 r n" q6 ?1 n- A( Y( L; \
7 d: H* r& W; C$ g! q. ~5 k7 [2 w- `" r" c6 W1 B8 c) Q
4 A5 {) |2 a) X) s/ F9 o$ x
, f7 i; }7 [9 ^4 I. g8 I2 {; W% \总结：简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。
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4 G+ D7 P- b7 `) N7 a8 Q
0 W# J7 T/ T* e4 k% ]4 r) Z◆绿色可再生能源
% d1 b. o; U9 S, V3 H绿色可再生能源是今后的发展趋势。采用Caspoc进行绿色能源仿真，可帮助您始终走在时代的前列。提供太阳能电池、风轮机和燃料电池等模型。: _& z+ N) t1 E) @
- f3 J: d5 R! ^0 f) v9 [带逆变器的太阳能以及电网供电线路) a8 ~7 | w' [+ M$ I. X
6 X& }* E* Z2 \* r) t
4 N# L' X; }/ e. n% _) V; }' X
7 U# f5 {7 Q3 @% }, E) g5 |- r
8 t8 {8 X) D3 @
1 Y) g% K( I5 `' S
风轮机模型$ a* b G. d) c/ v: b5 `
* G; c7 v$ o$ L
5 r- _& P- n- f7 @; U5 k1 w5 p. Q
! @8 }8 z }% Y# Z) J! M3 t双馈感应风力发电机
: R1 C# S0 o! h0 M风轮机经刚性轴和齿轮箱连接到DFIG（双馈感应发电机）。发电机转子通过逆变器取电。DFIG发出的电力被输入主电网。 s# E j; n3 {, h" S- H
; u4 {- q" O0 y+ |4 W$ q. P: n% a% c. n' T% b* S
; ~& u8 D- J X/ @) ^1 b$ M M* \
特色：
% V8 Z1 M2 |# X! o, _0 a+ H2 l• 负载依赖性太阳能电池模型4 q, G1 l2 k6 ?% | _
• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性
" {7 _! ?, |3 j1 ]$ p• DFIG（双馈感应发电机）6 E3 ^$ ?( k& B) n* D- z$ Z. S
• PMSG（永磁同步发电机）
8 O3 u% \& m2 O. E* E• 行星齿轮、刚性轴
5 o! k( |- `# Z! ^+ W• 风速特性$ z+ {* v1 S$ i3 v# k6 k6 h$ y
• 采用CFD方法得到的负载依赖性燃料电池模型，或燃料电池详细模型; y/ w7 P* m1 v9 y+ I+ p
燃料电池
9 g( a- }3 o0 A9 y; f可采用CFD软件包，基于电压-电流关系建立燃料电池模型；也可建立包括氢气压力和温度在内的详细燃料电池模型。8 J4 f- Z1 C+ C# p' r: ?
# j. P, b4 b& X$ x# p2 X/ @9 |
2 Y4 Q, w' d0 s: a/ t
; g& ~, C; j* K- g' o) _% o: f W7 ~& `# K, m: |5 S" t4 g5 q
总结：简便、快速地位居绿色能源设计的前列，构建更加美好的未来。 |
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