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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
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" V$ ^- F) ~( ?- I- [/ X) ICASPOC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* }% b0 @0 O+ |! C. N
+ _" K/ s6 b3 |+ O* K7 M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。
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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。/ `9 I+ Q) l v8 u6 y
; k3 G0 g+ w2 E4 g7 L5 g( W4 b) g$ E' Z3 \ ]
◆运动控制与变速驱动装置* h8 c! I- Q# B( O
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。$ l/ t" J0 d6 X) ]: g
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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' V7 n$ d2 p" C i
( Y0 h' Q* m- n% z. G& o! w; L- G( c8 g4 r3 v5 q: S; R
) b+ ]) K2 Q' n* f$ O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。
$ S4 D8 I2 J2 [9 c' \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。8 r* X% p0 }, R( N" H! T8 b; H
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特色：
9 ]& S7 l& D! [$ M5 [% L•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。
: u: b2 I) C" `, b9 P- x, t. y•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。
, p! s1 ~5 X# E& P" t1 @# ?•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。
, ?0 r1 ~4 Y4 `3 @•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。
+ [3 g/ y$ F0 ~+ B电机：, Y% R9 t0 _4 k% e+ X% ~
•永磁同步电机5 Q$ ~- c$ k) I; A1 ?/ t: I
•感应电机（鼠笼式、线绕转子、单相） e+ A& c5 @* L& m% w6 h
•同步电机与发电机，永磁及外励磁0 S& x3 i/ f; P/ p# s8 k- ?
•永磁直流电机
1 C" |" y- |8 F& T2 f7 V•无刷直流电机
: R: G0 Y' T' ?+ R; h0 V•串励及复励直流电机$ o) O) J0 P0 k1 r* f3 D: O) E
•开关磁阻电机, b" u# o9 N- H' }8 {% `6 p& h( B
•同步磁阻电机
2 u/ z! ?2 r: U$ \•步进马达
( Y/ n! t7 {7 o/ s( C•车载发电机（直流及三相）
' E- R' W0 q+ W% a3 c7 t) M机械部件：: o; p7 R5 N4 M9 u0 c
•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮
% L! ]( M6 `4 _# q) Y w•恒扭矩、恒功率与常规机械负载% o0 G% l# u% i/ T9 U* j
•速度、扭矩和功率传感器
4 t) y) O! z/ t( _+ p# e4 N' k" o% A# O0 f
总结：任何类型的电机均可简便、快速地建模。* v9 j- \/ C7 J& Y9 S
5 g+ I+ x3 K& @" R! q. S. P G' O
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◆数据交换与FEM协同仿真% c! ]9 t- Q7 n
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。
2 \1 J6 ^! v1 n+ ^8 T9 }( O
' V" A( |3 d8 s, TAnsys中的开关磁阻电机% q z8 O0 J' |0 l# q& Z
+ L& G1 U3 A$ t2 j5 s' ?/ U2 P* A/ D5 Y* h
' {8 f, z* {0 V% I! F9 H' H3 T& q
8 _ v7 A' V. w7 u5 g3 R3 H. i
SmartFem中的永磁同步电机5 v; _+ u( [# v8 m, }
. r/ ~+ R# m0 A7 _0 z& Z# ^- [7 @8 W5 C9 `& x) ?8 d
& P3 s/ y! v& b2 ^& D( P% g5 z
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z7 t2 t- R( j# g# q- M9 d- U1 P
Caspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。 8 m9 z9 u) |& ~0 _' w: v6 ?* V8 P" O$ j
0 d5 k7 d# b( O2 C! x
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特色：
% _/ [, |, Y. {9 f) K- i5 c, {• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真
6 ~' g) E- {! m( S3 w ?• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗
" `: g3 D) C: Y8 }1 {9 ?• 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, O% E4 j0 ?' K2 C: `. ], I
• 静态参数、查找表和暂态协同仿真* B8 [6 e- z- f/ 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。
4 | U- t! o4 S( f9 I线性执行器协同仿真* A; w+ _* c) l7 Q
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。! G4 o* b& S1 ~9 O, `. G
- B9 e% v4 z- @4 p2 ^, t5 }: Q& n
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9 {& ]" b* e2 a
$ v6 X, C6 u& ?0 V( `
, m, P! P1 m0 E5 F% i" I
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。, L! {6 ~, U$ F: ?' u* X' @ _( N
1 v: V- M$ x T) E$ J6 U5 b
$ M5 G, b$ @' J+ M
8 M/ j! L3 b* x3 S% M+ e
◆详细、快速的半导体建模# L6 S% I' N7 i) |6 Z x
采用Caspoc“功率损耗快速预测模型”，优化电力电子设计。/ X# D' S: t0 \, ^3 H' H* x
3 [$ s5 l% W/ s, M8 A$ JIGBT逆变器损耗的快速仿真+ ~ [2 m# H% L% |% c
' v3 r) E1 C, \: i5 a' u$ o; t( `0 [
( w1 R& \$ {5 a% {* F
: Q8 Y+ M0 L3 j( i
( o% Y4 s2 ~+ s8 G1 C
半导体损耗快速预测模型' c$ L- d2 g( J( k# @
$ `0 ~- Z% x/ H f5 j2 r; Q5 [
2 X0 c3 S% T+ W# X( ?3 ^) l# V' P
$ F. h ]2 x* E7 g5 w6 h& Y
* a: k3 q: e2 ^; G4 r, p+ ^' [5 _
MOSFET详细建模
5 J* p6 ]! B. _Caspoc中的MOSFET详细建模，其中显示了上升与下降波形。
5 q: @' ~" |2 X$ O
2 n: z8 Y' m3 p
5 X/ r) U, c. J% I6 R" I& }
1 P. z' Q: p8 u4 }/ N3 c2 B& N特色：" ]: i8 z+ X% a) n8 k; [0 n
•MOSFET非线性电容详细模型" L8 P3 [# L5 x( L
•IGBT拖尾电流模型$ F& f# A9 s% d8 [
•二极管反向恢复模型
9 d' e4 @9 S3 p: r: q•以快速损耗预测模型实现快速仿真
+ A7 T A" p8 ~( e( G# W•与热模型耦合! p( f6 d" P9 w: ]) ]2 g/ m) \
•包含电路中的导线寄生电感和母线电容; F/ W8 V9 w) z) Q; o# ^ I
二极管反向恢复* V& h4 w7 E( h$ |2 N
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。 L% v1 M0 A' F: ?% S g- p
: m6 ]: G' \' R1 O3 c9 L# n( s6 c. I6 f
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: z7 t3 X% m5 ?
% ^! Y; _6 a3 G' j) u
0 D) e3 C, m2 N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。
% n0 n0 A- D' X9 L' |( u5 v: A
, X$ o+ K2 ^8 f: r7 \9 N* B+ u+ j b3 T( U0 x
8 R% b+ X7 V3 M) ^$ W4 Q: K
◆散热片建模
" `1 s. [2 ~+ L: R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。
+ E& T; n8 A! o7 K0 l0 O带散热片和隔热层的TO220$ k: U3 U1 m" Z" h- |
" [3 O$ ]( x6 [+ ?5 Z% c3 W( U) {& r' u, M) C0 t
5 R1 D+ V. V' n7 f
# ^) [3 m- F! F5 c ~
1 q5 _5 @) z9 K9 R- x% |/ E# oIGBT结温详细模型
* }; l3 Y/ y" s& }- y
2 ~) u4 i; z/ e; P# y6 y9 p1 u- z! g) d' j1 h
, U& d2 t. n$ ~- k a" X特色：
# W! D% K; u7 A; w5 K. i•散热片模型与半导体模型直接耦合/ W1 ?3 L3 r* k
•预定义导热材料特性& l" A0 P) w% A& h5 E
•现成的散热片模型
; \1 Y" s4 O- ^- s: ^8 C•热模型可从Ansys直接导入Caspoc5 s1 {. {' g$ H- L$ |4 x% K
热模型/ G, b) t% S- V
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。, n' P7 b( T3 ]
, W; Q! J9 c, f( _5 |( g) W7 H% R( y2 R8 A& V* b: F# U
2 V4 }/ w7 \% M% c) e
" G: U- n- S k) P- N7 z7 Z0 H- M; n
0 J; c) e* u- X# K
2 e2 N% l! c- L# ~, z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。( E1 _0 r3 ^- C; P( t3 Q% X
1 E9 d; h/ i/ ~% P" x
. u' L: e, E3 Q* z9 M2 S7 m" G. g* _
3 g ?' l( c! s' g◆汽车动力管理
' M' d4 i+ J, `1 N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。/ L8 R5 A2 j7 D+ J5 f
6 F5 t7 `6 j5 [) r汽车动力管理（含负载突降）" n) b. [! q9 M$ x- K9 o
8 j6 [0 o1 p) m5 _- |. Z6 y p% F/ t* J
7 a* n7 l) _/ x) B
( ?' P0 h' F. s }! Y8 j
4 v0 G+ e3 q5 A! i
) o. h& Q/ l& ^! g1 j7 L% K% P" xIGBT火花塞点火控制 T& d: Y [9 ^+ k" e* L! a, \
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: Y# L5 k* [3 A$ D5 q: x
0 q; X, K. X3 o! Q7 H特色：
7 K: ]1 C! |! f& b: x J/ R5 I•发电机详细模型，包括六脉冲整流器和控制器
5 ^9 F6 d4 b4 X. h( m; r•蓄电池荷电状态（SOC）及充放电阻抗模型。
! z3 d& x9 a1 l$ h% E9 I. V8 @1 T2 q•高压火花塞模型
- K) x4 p) H5 N0 \" t; R•双向直流电源的限流与电流效率模型
- [# e# S K( d5 I( S•动力管理传动循环
B' k( |4 C3 }& ~! Y) T/ h双向直流变换器) S4 l& G: N6 |: I' X$ K. ?% j1 \, i
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。
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3 N% u1 H8 z; K" E5 t1 X3 J) d& e6 W9 P+ T+ o
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+ u6 r+ |3 u+ P$ O7 M1 i' B- c9 f总结：简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。
4 M3 b. e# }( T
: S5 c7 z N/ g! x/ X6 _6 F) G' C1 g/ c6 @# |9 Y
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◆绿色可再生能源
+ | \) r9 s1 `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。
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* Q, w }: w- ?带逆变器的太阳能以及电网供电线路: M, K4 j) T5 Z4 D' \( ]
0 x7 H# y1 w, o
5 z" [7 `2 Y0 @
* T! V1 P7 u2 G0 n/ v6 k) v' U% j# ]; L* t ?
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风轮机模型
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* t$ P. a# Y& Q' U. o1 p
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双馈感应风力发电机; m- j* J9 {) q/ i# F4 g% k! |4 ^
风轮机经刚性轴和齿轮箱连接到DFIG（双馈感应发电机）。发电机转子通过逆变器取电。DFIG发出的电力被输入主电网。
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. T9 y, d6 \) Z! m+ g0 R I+ n7 q- D$ l+ U1 V2 ?
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特色：
8 g( U4 W6 T+ E3 |( C• 负载依赖性太阳能电池模型
4 P$ W3 ~) X6 e4 J• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性7 q7 z2 [. p8 v. o
• DFIG（双馈感应发电机）
. B2 e' x9 w7 j2 B( g• PMSG（永磁同步发电机）1 T; L/ o/ G; l1 {, I& o
• 行星齿轮、刚性轴8 C7 l/ L% w @* e
• 风速特性
" h# H2 j+ E+ {• 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
2 g6 j) I( h# N, |& n; V0 Q' A燃料电池: q- g3 H) O2 B
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。- E, T6 }. ^" @
2 Q; U4 D; M8 \8 |* L; a! _, F+ J) q; R2 u2 P5 M: B
5 x+ o+ u& H$ B+ t* c
8 |0 B1 J, F0 j C8 v, H$ c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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/ P! n9 R, c: ~0 w# s# p2 Z/ v. W$ N
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