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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( E) l3 X1 t
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& Z# k6 b- t& O$ Y6 I2 N* `) Y, \- fCASPOC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。- s6 X8 {7 c# R) {- o$ l4 S5 \* S
% i. i. H* f1 L9 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。
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1 X2 Q6 [" C3 W5 @, e0 QCASPOC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。' G1 ~' p, Y! M; S. A: G. Q; J4 S
- B% \( x* t' r9 J [/ C
4 z1 e% y4 c& R; M- x0 I& v◆运动控制与变速驱动装置) j/ n; Z, j. @! z& 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。
( S g! q: M3 \6 J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。
0 t" `1 j5 t# [$ j6 c' k- u& C6 Z, R3 ]- h- z& }: ]1 h1 G
$ [* m1 d3 a" k/ W
x2 b% R! {: O' t# l' h
% v/ ]: y8 x2 x* K3 D( H8 `" l/ r- R% S+ g0 `
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。
( T: \+ E" `8 F/ I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。, y) l; z; F- x+ a& ]( S* }& S
6 R! ^. H+ G# {1 a
6 @, m9 [0 h1 Y5 ] ^5 J
* P, y4 `- o# r% T8 C+ |特色：
) g; L W. w% x/ M5 s7 O•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。
{' x. C5 O% g5 a9 S$ M. b( ~•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。7 n2 _% X& o: C6 ~: {
•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。* S$ B0 V: D) X& ?8 `1 k8 ]
•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。# U" S- S, _# [* P
电机：
2 ^9 o& X$ i. D1 H2 ~' O! x: v% P•永磁同步电机1 \6 A% G+ }/ ] p/ Y p: M
•感应电机（鼠笼式、线绕转子、单相）7 u" z6 W! r( p: h
•同步电机与发电机，永磁及外励磁& I; [6 |; q; A
•永磁直流电机
& Y1 }: I& ^+ C3 z7 ?0 T; W9 q•无刷直流电机- w' d* t* x2 Q H. y
•串励及复励直流电机. A9 w! K- d x, x' S5 p1 n
•开关磁阻电机6 \7 c3 R# T+ g: `% ^( `
•同步磁阻电机( P9 X$ ], _: J8 e( V6 r
•步进马达
" H. k; L- ]5 I5 Q( N0 B7 ?•车载发电机（直流及三相）
5 F0 V% n' \+ u机械部件：% {! [+ W' Z1 {
•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮
/ Z( c3 r5 V& g2 D0 O9 O•恒扭矩、恒功率与常规机械负载
8 l" d7 V1 w) H% O# T. m F+ ^•速度、扭矩和功率传感器) Z* g2 O: T. N* d
7 [' N: o* x( }( u0 A7 E
总结：任何类型的电机均可简便、快速地建模。
2 L o. D/ Q# e; t- \2 L3 Z: o4 a% E* V7 ?$ P& a
- | `- u, ]; i+ }/ w, E
/ E. ~! p" o4 W2 _5 I◆数据交换与FEM协同仿真
$ K) Z) q9 l' F# 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。7 s( p) u+ B$ }
+ n/ ?$ u* ^: ^0 JAnsys中的开关磁阻电机6 F4 K: }3 _4 M% h9 x- I
4 L7 x; K+ O/ _$ ~/ g. V0 r* M" y& J% D
, Q, e2 p3 \$ ? X. ~( w* V e* ]! v' v( [0 P
- L$ u# z; e5 @4 ]; m4 tSmartFem中的永磁同步电机
+ ^) y# ^% h$ K, p6 _9 L8 w3 j, L( b+ E: y2 l" i- t2 N
* O; H0 f% L. ~4 g: Z, w. u& f* F2 ]
. Z7 x- L* D5 b9 T$ C
+ B5 M5 G; N4 v1 Y0 p }% {, E2 l( U8 S. B
- k# L# O2 n Z! \/ o! [, @Caspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。 ) T& k* Y: b& A% F. Q; O; y+ r
" S( j, e+ J/ U5 e$ u6 H2 C9 f' g ^' P: g3 ^3 A3 R3 j+ I+ ^
& {9 U3 Y; q0 p2 S( _1 ]! i+ F) L
特色：
1 P- S% L! C* ^* h1 @• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真( W- W3 d, v1 j) X. _5 Q) ]
• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗
+ C( ~2 @# C6 J% ^, N/ R2 b$ H• 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# ?5 @9 C; K# {( k9 |+ s3 v0 W, a
• 静态参数、查找表和暂态协同仿真
7 ]1 x% G9 f8 d* r* L/ w• 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。
% R$ V) X* R$ V& t* a6 ]线性执行器协同仿真" C3 ^/ ?) D2 F6 x. K& ~
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。5 m+ i3 Z- `, g T- N
. |' ~ X T6 Q- G# ~" r
& I; X# |# G2 _. C. X
3 @8 _' | v8 R& a+ S3 z
0 X: b. t' Y! H9 |7 z+ N2 S, [- t6 v$ ]; \' 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。
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. d/ p+ y# C1 z: h% d' x* |& S; _1 R+ b4 q( r. L
◆详细、快速的半导体建模
0 Y4 ^' c: x5 F, t& _0 Q采用Caspoc“功率损耗快速预测模型”，优化电力电子设计。; }- y% g* C7 F9 p- y. ` s
- A! O K0 ^# |1 Y! X1 NIGBT逆变器损耗的快速仿真
" ^2 Y2 Q# [6 w$ |; E9 b8 w3 |4 O) y: q
4 D& ~/ Z0 w" u! h D
- D# l8 z( V' f! X% [
0 j0 E4 r1 L0 u( a
. v. s [$ r0 V5 B) `半导体损耗快速预测模型" ^6 v g1 c9 ^4 y
0 Z3 k$ D0 h( ~$ C# D" T
' |, I: ?# |9 V8 d, b. i% {
4 P+ `5 @9 B! A: K: _
# ]6 m8 f& q" d8 T" B
$ h: u) \" {" tMOSFET详细建模
7 P/ {7 T* m* z" R2 iCaspoc中的MOSFET详细建模，其中显示了上升与下降波形。
% `4 l7 c% a; F, E0 [7 C& G- V0 c+ x6 p# Y' B
) I! `# ]0 L: r# {* {: Y
9 [6 _/ c6 e3 u2 j特色：) g4 S7 {4 K- ]1 l5 x
•MOSFET非线性电容详细模型
, R. l0 v' M) R+ g7 |3 O F•IGBT拖尾电流模型
3 }+ p4 M0 Z: W* h. h% z•二极管反向恢复模型
# e0 h; h2 i' D0 u( A' r•以快速损耗预测模型实现快速仿真$ Y; p( [1 H- L+ E/ V9 i; `
•与热模型耦合
- R- Z) e9 o" F( q•包含电路中的导线寄生电感和母线电容
( g) `7 E6 N( C4 x* \5 [6 [8 S二极管反向恢复3 t2 Q' {+ g: x% L! u& 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。
1 K: _) c" A$ |' i. A# X* A. ?# t1 V. @5 ?
5 q% {" N8 d/ [/ A* X" E( z& ~ h$ p6 {
* i; V8 m/ R9 A) D
. @ K4 M) }1 }; `! Q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。
1 A1 C4 }% ~8 B
# ?. t5 I: K: J8 P- L# v1 c k- s2 b( O4 n" G* P- e
& R2 z R: ]) w4 x8 h# R" y
◆散热片建模% |6 q8 u. p) _* q; E
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。
z4 \3 [4 s9 b& z* G$ t带散热片和隔热层的TO220. i" j& L; E/ b+ C" u1 H
5 W' v6 c& o6 o
' P9 Y( Q- q) x
9 O m- M8 Z$ ]3 `; ?. K& P/ c; \( t2 R; ~' C9 X
1 E$ c* h) R+ p! j
IGBT结温详细模型
/ @ b& L6 n, _% h& I7 ^4 W. H* g& T, f8 \! k
/ u% B4 U! J; q5 O2 ?
8 w& B' y2 g+ p3 `9 |* x* \% b a
特色：
1 M! w: }8 Z" o$ y) T•散热片模型与半导体模型直接耦合
% d0 O3 [1 A1 s' H6 c& ]3 c. k•预定义导热材料特性' F! `( i' ?) t, t, P1 D
•现成的散热片模型
$ c8 i% N6 M8 X# [6 _" h: |/ C•热模型可从Ansys直接导入Caspoc
: H; \% I0 [; O2 e" L3 ^, Z, ^热模型8 S* r/ b) C6 x% q; `
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。
; p' P, g$ t& X% u% g4 \4 j% I6 N: l6 c) G) e) C9 @9 O. z
- M4 Y+ T4 d. {" ]) T
4 J S9 W, ^% U% s* K- x: Q: ]8 W# _
! Q2 M n3 K+ u4 ^. E, i8 q% H1 i6 y/ M) c3 V! C
3 N! F$ M/ b4 m$ e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。. z8 i- Q# ?4 s, [# N4 ]4 V
; L1 n3 k( I ]( G. N8 x8 v1 w7 Y/ `2 o# G, p
6 p! W5 \7 z, f7 S9 i* e% w' n
◆汽车动力管理* p4 T$ _1 a# f- r1 M
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。- m; q7 i9 L/ u' w0 f. w8 N% [
+ m, M. u4 V0 ~- E9 m- w
汽车动力管理（含负载突降）
# D+ S2 I* d4 B& q ?2 W) W3 }; Z) t
: e, W, e" f5 b7 j
p" q3 t8 L, j y" u
, G% i9 P z/ {. G: e, G
6 ]8 n* A+ a9 o: k3 Q1 L5 a
IGBT火花塞点火控制
: g2 Q. H, G& N0 D! g V
( e9 w* ^; j, f: d$ h
; j% |: j4 M4 k( X" `
! D% H% ]# X0 m# [
3 Q) M: m/ K `特色：; V2 t) |" \5 ^
•发电机详细模型，包括六脉冲整流器和控制器3 _3 x# y. `3 B- ^2 Z; G
•蓄电池荷电状态（SOC）及充放电阻抗模型。/ L+ ~: p" N2 c$ m1 l
•高压火花塞模型4 ]% m# g! u- {6 h; A' h
•双向直流电源的限流与电流效率模型% u* C0 S1 S9 i1 x
•动力管理传动循环+ ^4 A, _# |8 P6 ^- ]$ ]! G
双向直流变换器! c& N( r9 h" i: [1 r7 b) C
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。
* G/ _- \$ }, W2 y- l& _ \3 C% Z( ]: q# j/ y
& k9 v" s0 p$ s/ [) Z) Q$ K
; P) m: @2 |/ P( F3 b! l
; K0 I4 z3 Y$ }; ]) R9 ]4 Y* O" l) [- {) A+ L$ n8 k3 p
总结：简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。+ m# r t( t2 _9 d) L
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% } }1 a2 m B Q% C& n
9 V* T0 i k6 c; i6 R. Z◆绿色可再生能源/ {9 x) G3 ~7 q
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。1 [6 u4 I; ^ R) {
) O. b% i) t4 z% W9 z8 L
带逆变器的太阳能以及电网供电线路$ D& k& X7 Z+ k* z
6 }8 p$ [9 a F2 P1 p. i. [
+ f6 q- n, d, c# f& G! O$ t9 j. b1 n0 ?) t# J, f
% M$ [7 \0 \/ y+ b$ H& ^1 o+ j5 P
0 F# h8 G3 v) E* |! O+ V5 o% ^+ e N
风轮机模型# R) W0 V( l( I2 r7 N/ b3 c- a0 B
p W# _+ M# Q# W6 d. f
! V& p4 D3 q+ Z1 v: M0 F
/ S. S+ O# `* K! c0 {
2 W9 K0 E6 f' j1 D3 G* _8 c9 j双馈感应风力发电机" F) k( X/ N0 ?0 S% C- e; ?( m4 z
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。
! O% ^$ h; [% p- }
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; G) t/ R. U: g+ v) D4 o8 q8 a& A5 ]: J1 Q# e8 D
特色：' p X+ v2 L1 @. f0 q6 h' i& u
• 负载依赖性太阳能电池模型
( H8 l2 L- |# ]" J+ O• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性
( v. F8 E! Z' u- B& j/ b1 ^• DFIG（双馈感应发电机）3 _1 }3 o* l: H5 Z% { l$ M- F* S
• PMSG（永磁同步发电机）
0 O% N! V( D6 a: ^8 P7 T• 行星齿轮、刚性轴& |1 b$ n5 g |; y
• 风速特性
6 [+ I6 l. H3 c" d• 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 r H; p+ a A/ L4 P* O燃料电池
. E1 Z3 I1 N, E) e5 f K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。6 ~& s% P$ q, {6 C0 Q6 c' p7 N; M" D
. w/ r# B; `& F: b( |
! V3 W3 ]% h, A& p. y& n
$ p9 L) w/ r" K7 q- u! W O+ C
; z' t# V' e$ P r/ O. y' z, z( z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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