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发表于 2010-5-5 11:32:28
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电力电子及电气驱动仿真 0 Y- z" t' O7 ~! u" }, h$ \: Q
. n4 s2 r3 a6 Y& A, ^ & }* z3 J4 l* p9 A7 P
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。8 Y- F1 A0 B$ K' [/ r
) O4 l) C& a$ X; P8 I
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。
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. m: ^6 X" |4 U# X◆运动控制与变速驱动装置& c4 a0 Z8 G/ M# ^' P' J
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。2 o/ w( k! V( v8 Q+ i8 y2 ?7 {
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。$ O& G; d) C& q2 v3 }
F0 F6 S! i# n
" ?& ` `* S& M% j; H9 u5 R+ H
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' C+ g5 s% n2 y
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。
; e) b, l6 J- E) k; S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。, h% l; ~/ ^9 } \: H. o- F, D
) ]0 u/ U7 D% c+ E8 R. h5 N5 O
( w& e7 `- Y1 ^ y) v' Q# v0 W0 ]' J6 {1 |; R8 \4 j( w
特色：
' |2 V& A6 E i D( I% {" V•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。
% l) j" v* q' `% 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。
' A5 H4 S" {+ `/ Y1 B0 d8 {•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。2 G' j' |4 l6 O, N
•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。+ i+ g+ [2 w1 D) n2 N: a7 G
电机：
1 s. V0 T1 Y- v; }•永磁同步电机
) } g, i @" t4 ?•感应电机（鼠笼式、线绕转子、单相） I9 _7 b5 _9 e5 z1 M6 h$ ]$ |
•同步电机与发电机，永磁及外励磁
, h2 K* F! n6 P# C% B$ ~; L& n3 Q•永磁直流电机# ^8 l# Z2 ]* S1 g' u
•无刷直流电机
2 ], k5 x8 F! f) Y/ n$ Q6 o•串励及复励直流电机; M3 V/ `) `! R6 E
•开关磁阻电机1 R S K5 L; X! r8 O5 S
•同步磁阻电机
3 z8 a4 p: M, D+ o1 d/ H, m•步进马达" N5 }4 W1 h& ~/ U8 k% X) A# ?
•车载发电机（直流及三相）
/ i: @% D" h2 _2 x. j6 d$ L5 U机械部件：
3 |/ n; q8 M+ t2 f7 v. j•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮0 X l/ }/ o. S' N0 m& a% N) j
•恒扭矩、恒功率与常规机械负载
- _; ^: Q; H0 j! I0 j; L1 r! x•速度、扭矩和功率传感器
6 u' d% `0 g* Q
X- k8 L' X) G' \总结：任何类型的电机均可简便、快速地建模。
1 c- P" v$ j: t% d1 B Z$ D$ k9 V
7 D; a* s" @* O& @4 i7 c8 D3 M a! l
6 ~ J; d# ?& U) c2 e◆数据交换与FEM协同仿真
: r- A( h6 o. V- e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 _3 V0 E- F! T/ U: Q0 S2 E
+ K' m/ z2 R2 G4 L& a+ CAnsys中的开关磁阻电机
, a' m8 S* }- v/ H# r% Y) k( V: W/ k4 n
( c) B6 z" Y* i& }
; {5 Q4 S. _& d) b- C' W
% k2 k* R# V+ t7 s" ^( c4 v
1 |, R: q4 E/ `! l7 nSmartFem中的永磁同步电机: {: A6 W R- W8 r' o9 k
7 u J! k, L! R* s& m, D8 N$ k( V+ ^, {" _5 W% y. |; D
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8 G; }, K5 H$ o+ S, }
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Caspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。 $ `6 J( j4 d% J9 j
4 G+ c6 j4 h1 y" F& l9 L" B8 B/ B
- x3 D! Q( w7 J
& B" q1 Z. K! ^" u! Z特色：
( O+ o5 Q; n+ m9 T• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真; R" s6 l3 Q F4 C2 q: a" D
• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗! Z$ I! X1 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/ P( W( W/ G i$ [
• 静态参数、查找表和暂态协同仿真
+ R3 H$ J2 y' E6 a% D• 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。: i l! q; j; w7 O
线性执行器协同仿真/ L9 Z, P+ W. {8 F8 p" T0 p1 Y. U
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。
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" T1 O. b a6 I9 V$ B5 P
/ k6 C9 t7 O0 W$ w; x# ]" z9 n% U. {3 T0 U, W
6 F/ c6 p+ [: U
' ?9 J' ]$ w0 V" b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。0 Z- d* U3 r% e3 |3 O1 {
& b! R. e& W6 m% Z: r: D + r; t0 I0 p) V. ^5 I" H
- v9 G5 k+ w8 z5 V, _$ A+ E. j
◆详细、快速的半导体建模
: N/ t4 W W4 }5 D) ^采用Caspoc“功率损耗快速预测模型”，优化电力电子设计。. w3 z7 [% h$ C* H
5 V' @) D. |3 Q. E7 L. WIGBT逆变器损耗的快速仿真
4 `1 Q% C( H: E . o: Z* d1 x. W) a. H, } k
+ e" \1 G* I+ i* s& L D$ }: s
2 r( ]/ [; T" u9 H8 f8 N/ ]
$ |# b2 `( s$ q. a3 ]8 V& N4 V$ d+ e5 g4 q0 V" m1 [# k* ]
半导体损耗快速预测模型
9 ]& ~7 b- x3 C/ M5 M0 E" b2 W 6 |' j2 a$ ~7 U: v: S
8 x+ G1 w6 _+ z' \# C! G
& x) B9 H" S( P2 ~( W" [& E* g6 e$ k& L1 S% A, t3 Z4 c
% v- Z$ N# W' N& c+ {MOSFET详细建模; N2 G, {6 R' y! x; W
Caspoc中的MOSFET详细建模，其中显示了上升与下降波形。. y" W+ m+ t+ z6 P8 _4 S: N- ^1 i1 P/ l
6 f1 ]! P- s2 t5 D2 r6 d
0 y+ S: W5 p! F3 C1 N. B$ x$ e. e; k4 U. u% o; H
特色：. j1 k/ y/ d) X% a% t$ b
•MOSFET非线性电容详细模型1 g! |. n0 u1 _5 m
•IGBT拖尾电流模型
6 A6 V9 K/ `- c1 h•二极管反向恢复模型
3 I: q; w* f( T( h8 ~" ?3 A•以快速损耗预测模型实现快速仿真
, Z0 }7 p: d: d7 m+ w•与热模型耦合" }6 ?0 Q; B. h9 a& c' F0 E
•包含电路中的导线寄生电感和母线电容2 ^2 S% R- F1 z3 y8 |# f
二极管反向恢复, S6 R6 D8 w/ a2 e+ t! 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。
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5 Z0 H* c( R9 d @
( l6 V: l$ y; ~; y0 B7 o- n8 j1 x8 `/ Z2 r" |) i" f) x
' ]$ V5 | \) F! u) Y) [
" s5 I3 F0 ^+ q; m0 Q! ~+ d& r0 l
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。; o0 a# @' A' L" m- O7 l! M
: } K8 z- `& t# I, |- i$ }
( [6 w; `6 T3 ^, y; \! ~
8 C3 l: x* f9 k◆散热片建模
+ ]/ s) E/ ~. \/ K9 {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。
, {6 G4 l' V* L5 U9 j带散热片和隔热层的TO220. X" n! X% V6 J- L; q% m
. x: q5 P8 h9 }, e5 ~5 i2 M6 y3 T: L0 R9 A4 q6 t7 d6 v' D
0 y- f p1 i, f4 |9 E" W
: |: t; S/ Q. ]: p, z' Q3 L, f M+ p- M
IGBT结温详细模型
3 G+ S' E% z5 M4 X1 K
" n( g5 ^: x5 x3 ~& v# x& e5 _
: z. e7 x: j; E& ]* @
7 d5 Z5 K1 [! i特色：
4 d/ d8 x" j) u4 }* B+ g6 ]•散热片模型与半导体模型直接耦合 ~% L7 w) Z& S9 s& w$ W
•预定义导热材料特性( z; V! Y5 n' z" y% l
•现成的散热片模型
/ P; b" w; `1 X3 Y( d- s, \•热模型可从Ansys直接导入Caspoc( y9 K( W4 B6 N. T: B8 B) M
热模型 l' F- a' Z# e$ b& c5 G
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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, ]* d( f' t C/ {# Z5 ]& A4 n9 b# ?" {
- g* Y$ m; P/ o8 D
^7 ~% u' _% o; Q. s; x' @& p* p9 a/ v6 `. b8 {
2 {; @& t" q% E
. L z# m x5 \' A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。
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( I; E8 s0 O. m/ }# z* |8 I: N
1 ?6 X5 g% w0 H- J6 e6 _% H* l: |# b" t
◆汽车动力管理
3 j: Z* u/ ~! v" U5 G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。5 h( X3 b: m. c$ v, [$ `" T% K. i
& _( Y X8 g; _2 Y
汽车动力管理（含负载突降）
, H. O7 Z7 [% [( t
$ W1 N& l# ~/ X; M9 y: R. S" m2 C/ r
1 z0 \9 Z9 J1 g( G) i! X) N
- \! i+ b" ?, e% v
6 n" e% h4 `5 d% [" X
IGBT火花塞点火控制: w& M9 k$ G# K' x
* D/ r) `5 S2 u' a. F2 _
_2 p. m3 ~9 l* k: a% w% X' I0 O0 o! d) ?
3 Q/ z: z5 d$ I- r/ j7 Z
特色：
1 Z" W$ n+ O1 M7 q: {6 P" ~: g1 ^•发电机详细模型，包括六脉冲整流器和控制器
' M. M7 w: V0 x! H; ~( U. j•蓄电池荷电状态（SOC）及充放电阻抗模型。* M3 W$ Y, w: w; l% n
•高压火花塞模型' t; s# q) B7 m2 B% j* |% p
•双向直流电源的限流与电流效率模型
) I& V7 Z- u6 I; v. J/ N3 G- F•动力管理传动循环
/ [+ r; i5 f K; E) h双向直流变换器
6 S$ T. T( q9 x7 {' B, E9 B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。
& z7 @7 @/ {2 z4 n6 k+ n & m$ }* P8 K! j1 r# ]
" ` N: f% j1 Y7 F. J
, a$ d# o4 ~9 v5 T( u9 a& e9 Z8 L1 f" `5 L; ^, A4 p K
1 I2 _" I3 W( e. F5 X8 c) m- ]总结：简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。
4 x( _+ A) x/ z; j3 c$ Q C4 U2 W% `# M4 v5 J1 L, G. t8 _
6 i |* k3 j* U. q& ~& W
; ]- B8 c# p* s0 ]8 I7 _◆绿色可再生能源: U$ `$ `4 w1 U5 @
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。
" d1 k C3 m1 O0 K6 O2 j
$ a. _' }/ C8 Z$ I* |带逆变器的太阳能以及电网供电线路% \) I; [4 n! k6 d) c
9 f8 E, q" P; X! e, m
* H; f2 T6 V' W5 m! ^
) s E R& E: ^: E( ~$ v
4 h, ?3 o3 D" g1 i. r# T% T/ ?
/ p* D& U8 I( s% t2 w风轮机模型
: p* ^- m" W% u/ Y% h: [( j& i
9 @1 k2 f" ?: t" E6 o: ~# M! @9 O- w* [) s5 e5 ?0 \% d
( E9 e6 F7 k& l0 b, v" s& w& \
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双馈感应风力发电机7 s% d4 Q" D+ n& V; e- N& R7 p
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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6 e" d1 ^& w% }' Z' L( R
特色：
9 E S/ R9 i6 z }! u& _• 负载依赖性太阳能电池模型
/ ^8 b3 x2 W# V• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性
' |8 J9 G# x) |# P7 g# }4 ^• DFIG（双馈感应发电机）/ Q4 w% Y% O, `8 s
• PMSG（永磁同步发电机）* j f" e) o# I* U8 z
• 行星齿轮、刚性轴
8 ~, Y) p2 `5 f8 P0 t& ]• 风速特性
3 w% @- D! N4 b2 W$ e# P• 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$ k9 g! N' z5 N4 \: x2 }/ X& ~
燃料电池
) J. b9 d9 T- k+ d4 w( j6 M. u$ z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。4 p' s g) {$ }4 P, g3 ~
v& M5 G* {) t5 D# F( M2 s* M3 N# C! j5 e+ e3 o5 |$ {9 i
9 q+ E& M0 i6 \4 T) m
X( ]2 U! n' A0 k$ d1 p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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