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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
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( B" m9 D" E! u $ V% ~, X2 m4 _/ s* _1 a. d$ m
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。5 @7 D+ Z( n: s! z, a V
( N) g" F( }# i. f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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( Y! Q; H* c3 ICASPOC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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◆运动控制与变速驱动装置/ U9 c. ]( o* k8 b
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。
8 @- \# _( s C6 |5 h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。' }( g( J3 _9 r: V# ?& ?
% M; t! g! o! d9 T7 C4 q1 p! O* {# L2 E+ n. g0 K
4 l" i' D0 `+ O* A4 D, [' a, g, o% h( c1 p w; }
$ l& p+ Z( u' z8 f8 x. 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。7 @+ i* ^9 f. F/ V
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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5 U& O( g8 K0 ]. C* X 特色：4 o) F, `! v D
•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。
& j& G# y; D. H; {9 v•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。
. z8 _' G, ~6 Q6 s# X; }1 j2 _•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。7 e. O, x0 e9 F4 L5 M. {& B
•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。! X, i0 s+ }) ^1 Y- u
电机：
8 I0 l+ M2 D8 h7 i1 q•永磁同步电机
5 n. s' ?/ T$ J; G' [; t•感应电机（鼠笼式、线绕转子、单相）
* U' v# h7 }' [6 z) y; a; I( I- f& T•同步电机与发电机，永磁及外励磁
& U3 x5 Z# L$ b9 u# R•永磁直流电机& U4 M$ p; d$ s0 J. W9 c2 D* u
•无刷直流电机( B0 T7 q E5 g+ s! n
•串励及复励直流电机1 p/ Z0 |- W2 X/ P$ O# U
•开关磁阻电机
0 X0 G$ t8 {5 t* E2 k; B4 {•同步磁阻电机1 D' k1 [/ s. F! ?; Y& k
•步进马达4 ^: y! o" X" U1 e _2 o# d
•车载发电机（直流及三相）
6 V& _: z3 a* U( w机械部件：8 v( f9 N9 |6 f/ a* _# P& N4 p! t- V
•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮5 X! r5 Y/ m& {3 c( m8 K) g
•恒扭矩、恒功率与常规机械负载# r. f; g }! t. I1 u! c2 X
•速度、扭矩和功率传感器: i1 C( m, b, I) O: ]$ K
# h6 h5 j+ D5 N
总结：任何类型的电机均可简便、快速地建模。3 a* }" `8 h, r6 A9 n) ]
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4 x, d: w* @7 |" I1 W9 k1 ~
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◆数据交换与FEM协同仿真1 q; |8 x- h2 N# u" U$ i4 J
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。0 E' J. R* r, L
2 q& Q( o4 {3 I9 S& a& n0 {$ r/ @- B, e6 JAnsys中的开关磁阻电机2 s( X6 Y" v9 S) W' o
4 v, v# I5 I4 J# N: b6 M0 v3 W7 P" ~7 \+ i" s
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4 _) k. J R, @& S3 P0 j dSmartFem中的永磁同步电机
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Caspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。 ' B" H0 {' `4 j* ^
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) K" ] \3 L4 Z3 @6 i/ Y1 d2 L0 `- z5 z9 G7 |# a; W" J
特色：" v- q' A! G& {# v+ T/ y% i! V% y
• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真
; x' w4 Q# p' g" E. |1 x6 j• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗" n4 Y |. V: B; l+ {2 ]6 Y9 \
• 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
/ G/ P9 d- v6 Y$ D ^1 V, b, n• 静态参数、查找表和暂态协同仿真
& D9 I. t! @- O* p7 r J- i• 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。
" ^+ p n/ a! Q6 `( |' z线性执行器协同仿真/ O9 ~; f- x' C
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。
& Z4 m- o& F; ~3 Q0 h/ u: \2 A/ o1 I/ b) [. h0 W3 [* ~+ j5 u
0 X4 v3 C J H, U p' @4 L
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' C0 k) L3 K1 s8 Q% l+ N9 p
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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◆详细、快速的半导体建模
, h) }2 x6 [) z- D2 b7 @$ W采用Caspoc“功率损耗快速预测模型”，优化电力电子设计。
0 B! Y9 J, r& b6 F$ ~7 E6 {, d. k. O9 D& P! \! X) [
IGBT逆变器损耗的快速仿真( u2 a9 S+ P& k; Q: O
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7 V: D. N3 o# T, Y
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4 Q) ]& a: c a. R3 z, f# f4 A半导体损耗快速预测模型8 f& F: B; F! {' r& R
% t* M6 I9 Q. z* V; e( {8 y$ z; R* _2 Y B/ s2 c* t& w' l. |1 h/ K
. [# `2 [1 g2 R
; O, e# h) }! A5 D4 W* p- D# E
; @: L1 E8 d9 X' K$ F& }MOSFET详细建模
Y2 d1 |. r+ q# `! {( [0 y- R. nCaspoc中的MOSFET详细建模，其中显示了上升与下降波形。9 U9 ^& j- o E5 u6 C4 Q' c
7 Z$ V2 [0 e, f) l
1 X. w5 W; q/ n+ `2 |
: a- `! {( n1 A( y: e1 X( ?4 v 特色：
. h( V) m& ?1 f; q! I•MOSFET非线性电容详细模型/ J1 i: m. \0 n5 K: k8 Y+ m
•IGBT拖尾电流模型! o7 Z- U/ a8 Q' `; y) m
•二极管反向恢复模型
9 E% f# g, b& x# M* C" B•以快速损耗预测模型实现快速仿真* T& U) B: g% q% [" K
•与热模型耦合2 k3 W3 z7 Z! N) g: r6 P
•包含电路中的导线寄生电感和母线电容
3 A4 N$ Z; g' j' @二极管反向恢复
/ X, @) [4 B3 X N, j' S4 x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。
, X# V7 I$ S7 ^2 r0 J. Y, i2 u0 k/ ?* q6 h2 T& |
" D# r8 [( v% a) {1 B& |) ~# B* X& I# F) |2 R7 p& x
$ v f: `, E7 H+ [
e. h3 l9 t0 q$ x$ H K
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。9 H) }5 R# V5 h! A) v W; C, N
% A6 q/ i" x# ^( I- ]5 i3 }
7 f. [! J; ]( p1 `: V1 f
" ?. W" B! Z9 I' O/ s◆散热片建模
1 w% M( @" E8 U4 v: g' 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。
2 N4 I/ G9 B8 Z带散热片和隔热层的TO220
4 E- D* ?9 K! e% }
9 K( \; D' `2 S$ d; q
9 M0 _6 U6 g+ q* q: ]2 T) S9 w
6 P! c" { ?- f0 S
6 b- t" K2 T1 J H! g4 v% K. g# Z4 N8 L6 i, C. ^
IGBT结温详细模型
2 }% [ f$ k: W$ Q [8 n" b8 |7 B. Y9 B8 S0 u2 i/ y+ Q
. I( f- n7 m7 g: f2 v+ r" }& O
7 h8 ?7 q5 e3 y) s
特色：
' k9 W0 X2 a' b$ r1 M5 v8 Z. F& Q•散热片模型与半导体模型直接耦合
/ J2 ~2 K( K6 B4 C' d•预定义导热材料特性, ~- `! P6 H1 c _& B0 ^2 V3 R& g
•现成的散热片模型
! Z: j1 x' O, n) m+ D•热模型可从Ansys直接导入Caspoc
5 W* i/ h8 R* T q# q" [0 m热模型
5 i/ a3 t3 m G* B8 R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( c7 T4 e- S4 b# Z
; A2 w T; A. Z
1 G+ b9 t- L1 F' D
& X, ~, E$ ^' M' J r& h
$ n8 \! \5 ~' G r! W+ L5 m& J- x; H/ K, O r) G0 @
/ l% n" ^6 f/ D$ u v8 n2 T
9 p$ `9 j. u/ P9 }! v( p: H/ b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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0 o" }7 t" B$ n* W$ P2 X# U7 _. a6 w
4 y2 |$ Q' @8 f' S, b2 m; r+ |* o
6 A, T2 h5 X8 K) z9 P9 ~! I◆汽车动力管理2 R) z$ {) n% L1 u/ C1 R
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 z% K+ w4 X1 }5 `" d8 m
; s" |# K7 A/ g! ]# p- P汽车动力管理（含负载突降）0 V- X. K$ O% o, Z1 y( Y' I0 i
# E: m: W8 J7 r) z! O" p8 A
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" _* Q: q; \7 X9 K! u6 i
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) C8 D( w. m6 K3 W. GIGBT火花塞点火控制' Q4 H' h7 H, h* v' M3 B
. \( H8 [! d* M* N
( H( F. a$ i) L* m9 C
9 V, C% t9 _8 ?# h/ `* S5 }
" k1 g5 {; X% o; l: p3 Z" y$ [特色：. Z; t4 ], b! g. w$ X" r
•发电机详细模型，包括六脉冲整流器和控制器
7 r, K3 p. ^( D1 v. X9 t•蓄电池荷电状态（SOC）及充放电阻抗模型。
6 n5 I$ @5 `. `7 M5 z1 K* H•高压火花塞模型% u1 Q$ v( O! j% x0 d9 f! |
•双向直流电源的限流与电流效率模型7 W: M# Z2 G6 R3 [4 j5 J5 w9 V$ {, G
•动力管理传动循环
& C3 @) B2 t R' T双向直流变换器) N- H, m% Q. ~# s' ?
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。$ K5 y3 `0 U, \4 t I
; K) O, ?$ y. h& L: n; j
$ g# P; o6 b8 |
6 W* I$ p: \3 _5 e7 {/ m) q
$ R; a, U1 p' u- L+ D5 j, i" P
; t" j* y1 q E7 ~1 l8 ~+ e总结：简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。
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0 _: ~4 Z; S0 B7 P4 \0 L( x
. R+ S3 j/ G. v+ b! H, V2 h! |
$ v) H E8 |9 h/ d2 w◆绿色可再生能源
( W* k( N2 U; o* h3 J' y9 {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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' |% C% _ n4 R- @3 a带逆变器的太阳能以及电网供电线路
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, e; l7 S! B- D1 ]5 Y; x2 W3 t- _/ O9 r5 T& Q4 g
" V! a; ]* b4 H5 ?( u- n风轮机模型9 D# Z; m% a2 e+ X' a
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9 S( G( k/ u+ s9 {, Z2 i; l3 ^$ ]1 c1 T) {5 o) S
1 N% h2 S. z4 q
双馈感应风力发电机
2 p" z k9 j0 Q3 L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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特色：
' W# R* Y) c( j {4 i• 负载依赖性太阳能电池模型
. P6 r7 u* E& U1 i1 q2 g• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性6 ], e' q5 J5 \3 |
• DFIG（双馈感应发电机） g' b) k3 M5 t2 W: d3 T
• PMSG（永磁同步发电机）! J. N D3 N( L. x2 _: ^
• 行星齿轮、刚性轴
8 q5 E$ i, u3 E% @" U+ A0 Z• 风速特性: B9 d, E+ U$ D& N& T
• 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# V- x: x9 z( s2 b2 s
燃料电池
. M$ ]+ e; G* t: p+ x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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1 F4 n' |& S1 x+ e- h8 a% z; R: \- a; @7 V/ G9 y
* M, ^. p8 C }2 d" q7 C' W
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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