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发表于 2010-5-5 11:45:15
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电力电子及电气驱动仿真 + J+ m" {- K6 ]! S2 p2 \( J, J4 r6 ~
$ a/ m- W" h3 R$ G$ G 6 g1 E8 O+ A. w3 w
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。
" D/ b& ]! z0 x0 P, ^3 F6 x' _ & ~, R! c& G+ V1 z) G
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。& w( ~0 w5 r$ N. ?% Y( T) Y
8 i! f! h& q& @& w0 V8 N$ mCASPOC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。
- a6 s$ @. I$ r$ n8 I+ U ) @& I4 W9 x1 w8 j$ ?4 M8 W
0 C! p3 d9 G3 h8 L4 P c( f◆运动控制与变速驱动装置
4 d8 a9 L% V5 Y/ L* t$ F; t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。
. t5 X& ^0 q, \( L8 q$ R& c6 x, i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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1 ^ y$ l# P0 a
* G1 I# r( O# m* P6 f. M- m9 s( N2 [9 o- P
3 O: N5 _; P" K2 G
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。+ _5 ~9 T% ?. N2 ]+ j- l
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。/ K3 l$ W s5 ~" ~& Y$ G
* T( b d% V0 V8 L; ? S4 l* R- v1 _7 S9 ~4 n. }. W
* _0 O/ u) P: i, X; E) O% g
特色:' c# ?# |' [" f$ z& z& B/ k7 S* `
•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。
4 j" `$ R3 a: |8 _+ Z•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。# c0 o t3 H* l4 m* Y
•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。
5 I {3 p& {, h& v! R7 S; T•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。
- c$ w, ?! `; Q5 z电机:3 t+ V' F* B2 ^1 B$ Z; Q
•永磁同步电机0 `, a* G- Z6 t
•感应电机(鼠笼式、线绕转子、单相)
, e6 e: Q3 }8 o+ Y$ @4 j: G& J: b•同步电机与发电机,永磁及外励磁
( m. B! n# }" H1 n: j K•永磁直流电机+ j0 ]/ M' P( p+ a5 [: P
•无刷直流电机 o' Y4 e ~" a$ q$ f+ i9 ~
•串励及复励直流电机
. r1 m, C4 I w' t* ?% r•开关磁阻电机
; ?( F4 D( y% ?•同步磁阻电机
0 I0 W$ G5 k8 y•步进马达; |! ] @9 `$ `
•车载发电机(直流及三相)
% J9 L* L2 y6 ]* ]机械部件:
# L4 J, _, r' `% d$ r$ X) e3 P•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮+ G# h4 I, g( @- R6 @+ e
•恒扭矩、恒功率与常规机械负载& B6 J0 G# P1 o0 _+ p
•速度、扭矩和功率传感器
. d% Y+ V6 d0 ]! z, X% ^9 B& w5 O* W8 u' e! a$ z* M& o# N
总结:任何类型的电机均可简便、快速地建模。
- }4 M6 g" |8 K+ a2 S
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6 P L+ d4 Y* t& ]7 ^" j( k4 O3 F: G1 s0 l# ^1 I
◆数据交换与FEM协同仿真
9 M( A0 T3 W/ L" x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。- y6 r3 H. {/ F- _ ~
) A- L! r2 G- N3 j0 RAnsys中的开关磁阻电机! E; f# G; G, \6 ?4 C+ ?+ n
& t: a9 O+ e5 ~
+ S; f4 U' C6 l: B. ?4 T+ l: b5 O
, b9 j- Q) U5 W C, C% A
( b* Z k. E3 {+ M5 @
SmartFem中的永磁同步电机' T2 S( u" ?, r) K$ p% d
, Q5 j$ ~6 O2 @
1 }; G! l# p) K8 R( u; G
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/ R" n9 m3 u, X n
' v8 |" p" p7 ^- S* x0 u3 R3 t0 F
3 D: O3 e3 P; V# `5 NCaspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。 / s# U, D2 M9 m, m6 D( {
: W; M5 l: w- Q: x" X! S
# d! }1 r! L# g% h; u5 G6 V5 U) ^- a- ^# k6 V& a: ]" L0 f. w+ k9 x7 y' y
特色:
3 ?" R* q2 ], m; T6 C; h4 n7 S• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真( K0 A( Z: ~6 w* n( k/ @
• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗
# x: S) W) ?2 A) o4 A• 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 O6 Y6 N0 w4 m# c& e% r% u
• 静态参数、查找表和暂态协同仿真
) B K1 G( U4 [8 [• 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 Z0 c" r8 l5 v1 ~
线性执行器协同仿真. ?! G! ]$ O! x
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。0 n' }* d7 P7 `: B1 p( ]
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7 B! W( o' A3 ?1 M( D" e: k5 l
$ _1 G3 \* }* U' B7 a
7 R1 q% x0 ~7 I2 L9 R" J t" {4 ?7 U
+ l1 c# a( T- Q- ?. P' M" ~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。
! U: Z/ z1 H% t7 {& y; t5 e0 O. F/ y" U* |4 k
- U7 f0 h/ ^- P7 H _
M3 y" Q7 b! i3 b. k
◆详细、快速的半导体建模! r" f4 R8 F7 h! [, k
采用Caspoc“功率损耗快速预测模型”,优化电力电子设计。
4 b o' f5 f; [8 \! E3 H; V' W" ~* }( {: D2 Z0 @" z
IGBT逆变器损耗的快速仿真& v2 O- n: M# v
- \& B) f9 y4 |& z1 ?1 N, T) \
6 E" \0 X5 e2 M) D$ E* t8 d/ k. h
, m8 }' B R( W/ H4 ^
- L* t2 s3 B- S; V( V
1 L1 ^+ q: t4 e半导体损耗快速预测模型
+ x$ N5 {- s' |- Y3 y 1 i2 B$ ?# p7 K8 K- c6 `
! X$ B7 a& E! ^% `5 m
" r/ ~' z# ~9 n5 P1 o' v3 \* G
; h) d' ~: G/ h2 _# o4 U* c% D9 E' o; N) U4 C; [
MOSFET详细建模
" @5 E4 a7 L# l9 D4 aCaspoc中的MOSFET详细建模,其中显示了上升与下降波形。5 p2 m. d ^) U/ u/ t+ T- T
9 a" W ]; p8 E6 _
* ]& ~& l5 C# a- X
! S1 ~7 x3 M! _# s x C
特色:9 O# G0 m5 p+ v
•MOSFET非线性电容详细模型
; j' X+ ?+ l' J•IGBT拖尾电流模型
+ z6 R: W) a; E: P2 f•二极管反向恢复模型, I+ P) f0 f) o- ~7 b; h( b$ r# C
•以快速损耗预测模型实现快速仿真
4 \1 i8 P' K" M% T T•与热模型耦合 P8 K: y6 q. l
•包含电路中的导线寄生电感和母线电容
4 {# R- K# I& H/ J8 x二极管反向恢复* B, k" {5 |7 {6 M6 N( L
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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1 y! e) F8 Q/ w! R* V
& U$ l" {' ?& ^6 b5 O- C, d7 d" }
: t& z5 q" A. E( S3 T3 h. r" N3 j
' }4 C/ i# t+ A# F X5 T
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。
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@( o r! N/ ~8 R1 v) |7 j# |! M
) F( k8 _ k7 I2 _
◆散热片建模: G" y6 }* T% j% g) A
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。
/ A: M9 W, V! {) @; P+ o$ a带散热片和隔热层的TO2207 o' ]1 N) x2 J& x2 k, q% F
$ }$ D9 v/ N. I( H7 ?$ t) m
: N; @5 T" A/ P/ T5 ?! d7 B V% E& ?* o0 m6 b
% m) C$ H3 N" y" S
+ ?' t" H& P! K
IGBT结温详细模型" r2 o9 O2 K, w1 D3 V- n
; ~" U$ C! ^+ r# o
; r+ J6 e1 ]+ L
( s; [/ N1 n; o2 j0 G% U特色:
* b: R. q1 X6 {% m' B4 q# ^•散热片模型与半导体模型直接耦合
8 S* n, f% D% d5 w•预定义导热材料特性4 q0 ]$ {! Q4 l6 M
•现成的散热片模型/ T' R' u) w- o0 O% Z8 G5 e, }
•热模型可从Ansys直接导入Caspoc
' P% h/ ?' c& K! c" G, t+ H# c) v热模型
0 \8 F* B! n i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。# \) B% m$ ]! D% S
& x3 ]2 \. Q; Q! v# T
1 W" U3 v4 p; ?( D
# V& [3 F- A( `9 I+ k; R4 H' Z9 \
5 m4 \3 Z+ D, i0 Q/ j4 I
% O- G1 i% n6 t l# p% G0 z% b: m
5 p( S3 N6 K. I! D$ l$ U: C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。
* }9 l/ X! X" ^* i- h$ C0 A7 N, _4 f8 g2 N# m+ _# n
# W: n7 U' o) N1 W9 x3 a
0 R! n) }: _7 m! m0 n' q
◆汽车动力管理* f) I6 Z4 @' d6 Y" b: M, a) b( B
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 w0 t7 l9 I! @' p* O; T
1 J0 G: K+ L, o' \汽车动力管理(含负载突降)5 i' s$ @8 u, m E4 a
o9 S, ?$ ]9 d+ }7 j: t7 O, a$ A/ s1 A9 B1 H! f; s
1 c2 M; S( L$ R' U0 h# ~: V5 x5 J8 I9 L4 e3 I8 t3 N$ e! C
# ]4 z# C8 o, {, v1 m% h
IGBT火花塞点火控制5 _) M, @' X( h5 ]+ X
/ K7 d8 f$ \! s+ t- |5 r2 \/ d" p
9 G- i3 I( ~; |# }& C& w$ l1 B/ H& k- y2 [1 v
$ W3 L" m8 a1 E: K5 E6 \
特色:
, D! \2 u k8 R( _•发电机详细模型,包括六脉冲整流器和控制器
4 B. r% M2 u( P" U ~ g( a1 g3 ~$ b•蓄电池荷电状态(SOC)及充放电阻抗模型。
0 T+ r0 D L7 d, T' K* C•高压火花塞模型
/ A: o4 h& Z6 [; c•双向直流电源的限流与电流效率模型1 j4 H5 }; z/ S& r# a) W, E" v
•动力管理传动循环
) w. S9 d- c ^. ?" h9 o双向直流变换器: d- `- L7 }! R: M: h
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$ c2 }6 ]& [7 }% X4 E( |" l
* e; X5 G0 y6 i) p, {+ g
" @# K4 r% z( Z/ _' c/ A- e' g4 i- ~7 u* H/ @! D
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0 A4 f" q& g+ p! B H2 |- `* t9 ]
总结:简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。! H6 m/ a& e+ z- I8 J" e0 w
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+ E6 N8 ]7 S& P' F! t$ \4 M/ l+ h
3 v( |! J2 L$ @+ A6 [& K, B◆绿色可再生能源
0 B z, Z9 c- G) Q& f) S0 d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。6 U, z, ^/ F! l, g6 H6 X
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带逆变器的太阳能以及电网供电线路
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1 K2 W. W! c2 J" G0 {) }风轮机模型
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% S2 U! j( q0 R* @$ F5 u& B& @' b
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. i4 ]$ G3 Q/ g8 p5 P, r4 x 双馈感应风力发电机
! E/ T) H6 c& D l% 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。3 f" p- o: E( C4 t- M
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( b8 I6 B! V" r- }, [" l! P; M
特色:0 M* ^( ?# i; [$ O7 [1 U. Z
• 负载依赖性太阳能电池模型) v1 a9 m$ A0 s- H* P$ h! T
• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性4 I5 _) Q+ a9 Q3 d$ B/ ~: \8 I
• DFIG(双馈感应发电机), v/ `5 W s4 k( {( p* e
• PMSG(永磁同步发电机)
! T$ [4 p* Q8 `& I) I* A• 行星齿轮、刚性轴# q& u3 i' Z! p$ y# Z6 Y4 I5 S
• 风速特性
$ w0 C' e1 U; ~* h• 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1 O4 {/ ~5 X8 S5 D% @
燃料电池8 ^3 k1 o; B" I% S4 e- |: ]2 D
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。
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8 H: }+ N/ a% i, g. F* r
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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