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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 ( {- x" v% K& B0 d `! `
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" N% H2 P& v' qCASPOC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。' ^% R4 L) m! F! ?6 G- q3 D
0 X$ e' S/ B$ ]# S/ u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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K: i+ O% C0 l+ g6 l7 P5 fCASPOC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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0 N5 i s1 t! s& o4 \$ a% H" {8 p: D9 u& ^& G0 z( y5 R/ C
◆运动控制与变速驱动装置
2 F% G- e% l( `. C: K1 ?# \9 _- a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。
' o* N( _3 L5 h" }$ h: k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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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。
3 F4 s# P& z4 Z5 g, V0 W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。
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0 i1 k" f. F' e8 n# C' L: h& D. T, t3 M) M: R/ t; ]( p
特色:6 Y* v' f4 P# O$ y3 I1 L1 Y
•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。5 f9 D a& p. [: e. X$ `' h2 q/ b5 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。
6 L6 k6 j8 \+ q/ v8 ?•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。4 W% c8 ?, ?! ~
•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。
7 Q! h }: _$ v电机:: J5 V' R# P; K' k' m! ?
•永磁同步电机
5 \1 _+ a: L1 c•感应电机(鼠笼式、线绕转子、单相)5 o' H# O- O* E% l. n
•同步电机与发电机,永磁及外励磁
1 ~; T" _. A/ t- H/ V5 ?/ k( D•永磁直流电机
* I; I- ?4 Q% h; s8 a3 _8 e2 t) B•无刷直流电机
8 @8 l0 O1 \0 J* F/ C [•串励及复励直流电机. D6 `4 K2 Z9 @+ h2 z: N
•开关磁阻电机
+ W/ h2 `6 s0 a+ e- F- D, w3 _•同步磁阻电机' ?9 g8 _5 P6 o
•步进马达5 s/ F2 l- @0 e
•车载发电机(直流及三相)6 Q' r4 `, {+ a/ ^7 ~
机械部件:9 Y: J2 f' y: j# T M; I( e1 i- }7 J
•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮9 A! L9 Y8 J- r" q4 ]& t/ x8 `+ R
•恒扭矩、恒功率与常规机械负载! O$ Q9 e7 G5 m- v% E" t& c
•速度、扭矩和功率传感器
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总结:任何类型的电机均可简便、快速地建模。
* T) z% W' ^! p% z* t& s
: T+ F, N( Q" x+ c. C+ K$ O% _% T
+ m% U7 |- l8 O' c; O$ z& k) j" k5 o4 c6 h; g
◆数据交换与FEM协同仿真7 K) L( i4 ?7 u- k8 V
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。
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$ k3 {0 x5 q# F% Z" I/ {Ansys中的开关磁阻电机
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9 C7 F/ U7 G! l7 o! E8 o/ j! W" a
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SmartFem中的永磁同步电机8 ^1 w" E: u4 a6 d1 Q
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" E4 M2 b2 |! ]4 H/ U
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- }1 F+ ?: I, d$ K% OCaspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。
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, M ?0 s) a. v1 T; R
, A% l3 I% P$ s8 h7 u+ _& c
特色:8 [- v3 ~. P6 P# V6 | l( l
• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真
; w0 g+ i D# l0 H% E' f$ X0 [) \• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗
/ Z6 m7 M" P9 f& ~& R; j2 V• 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9 E$ e: j6 }0 L" v+ h
• 静态参数、查找表和暂态协同仿真- H7 U" }! [! F
• 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。: z% f. k# u5 y3 T9 j1 g0 i
线性执行器协同仿真! k4 S+ }" H n
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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- J& t0 A* ^1 n7 K) n7 j7 q
. Y$ g' Q+ k- X+ S( B6 k6 K ( a0 z1 |. l+ j" w/ ]0 m; g$ 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。
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4 B" o. R: ?: ]9 p9 o◆详细、快速的半导体建模
7 A! w9 R& w& z/ E. }采用Caspoc“功率损耗快速预测模型”,优化电力电子设计。
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IGBT逆变器损耗的快速仿真) m" f: \: u7 N- L
$ c" N7 H% [& l/ C* _0 U; n
0 O& p- t( X; k e; t
6 W; c1 [' F( {6 i8 x5 h" }4 G; n% q' b. _$ p& k- p4 a
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半导体损耗快速预测模型
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) }2 l! ?1 ]- D1 Q
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: C6 _. [1 X, I- K' l* r
MOSFET详细建模7 B4 h0 v$ x9 _* I$ f1 M/ g* d* h
Caspoc中的MOSFET详细建模,其中显示了上升与下降波形。: o# \9 B- h3 C( w5 N
" w* |0 _3 c( W2 A5 m S
3 Z7 d5 w! D& q6 |* U2 \) l J4 l8 y! w
特色:# v& ?- j# t) w+ S8 b
•MOSFET非线性电容详细模型7 r1 H8 h. {6 M4 A6 \
•IGBT拖尾电流模型
& h) H0 p4 _5 H/ ^/ q•二极管反向恢复模型
, H. L! v- y7 o9 s0 ]: C•以快速损耗预测模型实现快速仿真: y' X4 @* I1 I# \% r% j: p* D; J
•与热模型耦合* o! }7 C8 \0 ?6 d
•包含电路中的导线寄生电感和母线电容+ G; Q# V( K F% p0 ]9 S
二极管反向恢复
$ Z7 z }$ O3 c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。 g+ ^+ P! h: E4 |+ h
$ h4 e5 S' M3 N( \
+ t! x) b; Z0 Y6 n; Q6 Z$ x; m8 ]2 T
$ F/ d& A. V1 b9 [0 K% B
; a1 q: ?# e! R3 a; A- 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。: H/ W- M+ e% c. U
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3 M9 d J3 H N. L' E) t
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◆散热片建模9 }4 @5 W6 ]+ Q3 z. e0 L
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。
" o7 N" v; g; `7 ?带散热片和隔热层的TO220
$ a8 R4 M) k6 [1 E# A ( ~& N& e" c; p$ t
9 X+ g: b$ m) S" e6 P! u7 X- m& t
( k& U8 C4 x$ X# t
: m& c- }0 i* X% hIGBT结温详细模型
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1 r$ C( K+ o: `! K3 O4 @
特色:! `, G/ l; P8 ?: L/ q
•散热片模型与半导体模型直接耦合8 V5 L. i% I* O+ U0 `
•预定义导热材料特性
) v, k: j8 L& C! ?) G# ]; a0 S•现成的散热片模型
Y3 c9 H* D. @3 w0 o•热模型可从Ansys直接导入Caspoc
( y2 ~. }+ ^3 b- V! p$ r热模型) F1 \: [* {9 m4 S/ N
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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t5 ]: S" A0 _8 i2 T# \/ H: U6 A" q+ I5 K& T# ^
+ ]8 ^# \! e, |0 `3 z6 {
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! p, D' c" w8 s9 i
7 L6 @5 t L! X" q$ w4 `0 s* s2 P
* Z G& J |: e8 x& c9 p+ }8 H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。7 i8 Z& w* y- U- c
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2 T3 a+ T* [1 g" F5 [; b+ V5 Z
^% |8 B; _5 n: t5 n9 r* Z# P◆汽车动力管理
9 s2 N+ I" h! w; G4 E' S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。% ?/ x' A, q+ ~: g
) A! z3 d3 m* _4 ` w# D4 }% T汽车动力管理(含负载突降)* w4 Q- {+ g& P$ M/ |
* c! L: |3 L: ? k1 e( O6 L' R, E, U
n8 c) M3 s0 O9 C. M3 X3 h, Q; o: ^6 i& c' `2 u, k5 m
7 @$ M. L% S1 u& eIGBT火花塞点火控制
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, g* O1 t+ f# K' K+ N3 {
# [* P- m. d1 N$ @) u, L5 h! H# w7 k% e
4 f8 T9 i8 B! X' f
特色:
2 I$ w% D0 W* G& l1 K•发电机详细模型,包括六脉冲整流器和控制器: l2 R+ N7 J( c
•蓄电池荷电状态(SOC)及充放电阻抗模型。3 W& Z: M- y6 T! k6 G8 |
•高压火花塞模型9 t5 l* j$ e- O" v+ n9 h
•双向直流电源的限流与电流效率模型9 Y0 E4 O( M, x/ ]6 n6 _
•动力管理传动循环7 d8 p, ^, T) {) v+ u9 t1 v. b
双向直流变换器
, g3 v1 @( d$ R" m1 ?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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+ |* v* q; x! s
6 R z. P5 p* Q3 [4 G, c1 I! ?$ s& e [& p+ t8 k; ]6 d( A
! c$ s6 l) h) d' x9 `2 E2 W1 s/ Y1 V
总结:简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。+ w, k: W* h. h8 ~% [2 G1 e1 z
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◆绿色可再生能源- s7 P8 T5 C6 O! c* p8 ~2 `. R
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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带逆变器的太阳能以及电网供电线路9 j1 x- Q) @3 F4 z e" }* {
2 A4 x I9 d$ L6 m8 }" z& P+ I! M9 L* h0 l5 n3 {5 d D
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风轮机模型
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! t. O9 @ F9 x- k- u# i- M5 i5 x. p& l& q% H, C* n! F
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双馈感应风力发电机
7 A. B' ]; _6 I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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& r5 _7 M! L5 q3 `4 L a0 }$ h0 L' C( p# R; z0 N6 P4 O1 Y; r, S
特色: C; b5 l2 Y: o8 ^. R+ c
• 负载依赖性太阳能电池模型
. L5 ?- E( _! V. C& F• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性
4 a4 u1 {" s1 f• DFIG(双馈感应发电机), R5 a- Y0 K3 E' m
• PMSG(永磁同步发电机)3 T: A5 O0 q, X
• 行星齿轮、刚性轴
% w: X4 B% o: F+ H0 Q) k• 风速特性
. E+ m$ T- x h' K- @• 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' \3 r1 E1 z7 t, h8 v2 z5 x% i
燃料电池, J# l/ w$ u2 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。2 u% S; g% m1 F& D, N
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* X& x3 S& ?2 N) d3 n2 Y/ x- ^. W& e' f; m# L3 t3 N" @, h
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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