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发表于 2010-5-5 11:47:20
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电力电子及电气驱动仿真
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7 N7 v1 n/ d D8 ~- X0 jCASPOC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。, `) ^! X$ c$ f; B. g2 S6 Q
. z3 M' \. J+ E) d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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2 W" L( m2 o1 e! zCASPOC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。: [) C7 N( ]! j
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◆运动控制与变速驱动装置 f/ C i4 W2 X
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 g- P! p- a, t3 B7 E
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。& u/ a* L% w" ]* p
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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。
9 b2 M) g' [0 `: e' V; R' r+ N8 x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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) q* \# M8 x8 N8 x6 J2 P$ e5 F4 [ 特色:
# G" x. @8 X2 r% ~7 g' p1 K2 K( h6 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。; o& |: f! q3 u+ ?
•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。
# x& J, I3 Y& r7 A# X5 f1 ~•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 e2 M) m2 D8 c, V2 J7 `- X
•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。
2 F2 {) ]* u% Y5 T电机:
6 ]1 E7 p2 n8 ]+ \$ a•永磁同步电机' A( L, j' T7 f0 \( r. {8 a
•感应电机(鼠笼式、线绕转子、单相)
8 H* G& c7 h1 R4 M•同步电机与发电机,永磁及外励磁
3 h4 r% H- q! Z+ m- ]•永磁直流电机% ~6 G$ N3 g1 k+ w( U
•无刷直流电机2 F$ W! \" u% k; l; L
•串励及复励直流电机
# p% v% _! G9 V•开关磁阻电机
& K7 c7 z3 Q: ]•同步磁阻电机. {9 `: A$ P( j1 t8 o
•步进马达
% F8 F) G, g1 p! c3 n•车载发电机(直流及三相)
# L+ Y7 M. l2 r) O5 J3 {# o机械部件:
+ m5 n0 r9 x, H% n•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮
5 I# F6 W# _ _) K7 C9 f•恒扭矩、恒功率与常规机械负载
; D$ B! q2 R f6 c" r9 T•速度、扭矩和功率传感器- n- u: Y. P7 u, M
) P7 x/ ?2 j: `, F4 j$ Y; {总结:任何类型的电机均可简便、快速地建模。8 J s8 `8 w8 D" O6 P" c& V" d# |
# u4 G6 L6 P+ I1 U8 ^
8 _# E4 h0 q& `: q: T& P# g/ n9 U" a# _8 o/ v
◆数据交换与FEM协同仿真# P& e5 }5 A0 v9 w# b: k
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。* T1 R' e- C l+ A7 P z! u
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Ansys中的开关磁阻电机( D3 P9 v9 U0 o* p
) w. z& i0 x9 s4 b5 r9 H8 p( a
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T) ]; P# f, S! n: R2 U. T
8 ~& {* P( p/ G' e
' ^' V y+ z- z% J) _( [SmartFem中的永磁同步电机
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. J0 t* A0 W# F6 |; k1 }, x! [2 ~/ O) D [5 p; p/ v
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* f, b3 j# H7 hCaspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。 % h; N. s! K9 z! N$ E+ w
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6 p# G8 A# s0 ^, b# J6 M9 ]' ]0 P1 M% X1 w# ^: V6 j/ V. U
特色:
. M+ B' Y4 D- S3 R0 R• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真
/ y0 O8 f3 z6 `7 C: P7 R8 D# _• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗
5 J$ S2 a" u6 S1 C/ H& S• 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
3 c0 W: ^* Q1 A' `! s8 E, R1 d• 静态参数、查找表和暂态协同仿真, g" i5 k# z) h' c! `0 S/ a
• 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。
9 @, o8 K0 V0 p线性执行器协同仿真
; C; m! E. x& q& N$ v1 F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。7 S$ I* |& j! E+ }# P2 C
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; d# C- n- P! K; [2 W
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* n: J4 t. J$ o% b/ J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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& A' f2 }9 p/ ?6 `' h' w; [+ N◆详细、快速的半导体建模
I9 K- V" U2 e+ L/ t采用Caspoc“功率损耗快速预测模型”,优化电力电子设计。
; }/ N+ c! D7 p3 Y; X, _
1 K/ ^; ]; B: t. H- p5 bIGBT逆变器损耗的快速仿真4 Z2 `/ g* W) C9 O; M5 o1 R! v/ c
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半导体损耗快速预测模型& B! v; |, i- `( d- m. N' \
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}& u, O/ a0 `3 a7 s; t) O( H0 m% M4 M
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MOSFET详细建模
. m1 L( g Q2 K- ~, f+ pCaspoc中的MOSFET详细建模,其中显示了上升与下降波形。6 G, l& Q" E3 b. H! h
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% U6 L2 D- T" a0 \& A* M( ~; \ 特色:
6 C F( i, T7 m2 R! ]•MOSFET非线性电容详细模型8 _3 {5 U: ?3 g" R
•IGBT拖尾电流模型' Q) U+ f! W" g% B( y
•二极管反向恢复模型
( l; K ~% |9 n! W& N: _•以快速损耗预测模型实现快速仿真
/ G9 c) m! E+ p1 P, B•与热模型耦合# f( e# l( f: ^
•包含电路中的导线寄生电感和母线电容
3 ]( a& }8 n0 X, m. G3 u9 q0 P二极管反向恢复; K: a9 o: F1 B2 a- 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。: y! b: A# u' _ \, s
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c% S7 {2 S% K9 W# i6 U* A3 \7 [& I; O- W, A, Y5 B7 I2 f; p
1 ]* f9 C9 y: z) M) 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。6 }; n. @+ x- v# X$ s0 d
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◆散热片建模. g8 q5 N0 W/ {3 Y: T$ j: N# j! {
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。, w: B; b \" [8 h0 {1 V) [2 z* D
带散热片和隔热层的TO220
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L; G F( l# C6 V+ }
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8 Z( e7 T9 A2 v" F& p" M
" i9 d+ T7 S7 R# wIGBT结温详细模型
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& Z& ]- _6 ?( Q# \8 }4 ?7 I& G" c3 Z2 x5 B. q1 t8 I3 C2 Q( B" S# G
特色:
; H$ o5 }( v$ t6 S& T3 T•散热片模型与半导体模型直接耦合' `7 _ V7 h2 k |9 o) E% e
•预定义导热材料特性
6 H& e6 M& T. l9 A+ I7 L ?" T5 I•现成的散热片模型
# v; h: l5 b( f/ |7 g/ M•热模型可从Ansys直接导入Caspoc
' g; K; v. q% Q# M热模型
0 H; P% r) K% y3 Z* T& b% y/ 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。 Q- Z) V* |/ I a
h) V. e, E0 q3 e0 k
, C$ b, T+ a/ T2 J* Y
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) u+ K6 v% k/ }7 [6 D) ]; s6 X
" \) d5 T2 Z1 N* P! J9 Z 8 K) H6 a/ I. ?% t3 U# k
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。' G' t x% X2 J4 C7 e: L# e
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( {# ^$ r6 _. b5 ~◆汽车动力管理
% j" H% u9 Q5 `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。6 m3 c) W+ v6 P5 F6 I* u; h( y) ]8 z
P: @) A: ~: ?! `5 D& Z
汽车动力管理(含负载突降)! [7 o: ?* q# U+ A9 K
" e, B! n7 P* l
) F4 R; w' o M6 \9 W2 s0 }4 }: ^- m* P; d! Z7 x
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' F; p- `/ O; o8 Z1 |
IGBT火花塞点火控制! S( J( A1 V2 o8 Q9 l
6 c$ P" Y3 _0 \8 J5 d, e+ g0 D4 q1 `' f" ~
7 I7 Q4 u7 n0 J( z0 K
# j, ~9 _! ?" L% r) M特色:: q. M& @. O1 u2 O) d8 k" M
•发电机详细模型,包括六脉冲整流器和控制器6 a3 E9 q" }0 R/ T: |2 @6 Y
•蓄电池荷电状态(SOC)及充放电阻抗模型。+ p- { ^+ T; ], F5 g: d
•高压火花塞模型
! x/ }& X* t7 g& B•双向直流电源的限流与电流效率模型
4 f. @1 Q t9 _* O•动力管理传动循环
: i; L4 H8 P- v' M双向直流变换器" a5 z. G- ]# ^8 E2 ~7 }; ^ U
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。2 i- V! t; g' D1 ]. z9 N
) v2 Z4 a* ?5 g5 E+ c
2 K. q5 K( w3 F* T, _
3 t* `. [1 D) W+ b: s* _% ^7 V7 N$ ^$ n* p
% s2 I% V" k+ \8 Y( t) E7 O
总结:简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。" T9 A7 r A. z" O4 ^( y7 Z- v2 a
5 {0 d! ^! ]7 B2 S3 I& q
* x$ Y( U! R1 l2 w) N
: C' `2 i. [& r4 H8 v3 R4 o+ X◆绿色可再生能源6 t0 J) Z8 Q8 |, w
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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% h6 h% s; c' Q3 G带逆变器的太阳能以及电网供电线路
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1 ]9 _- C5 F8 p% P0 B9 L1 K
3 U1 V2 Q9 _8 U+ r7 R+ E% L3 |- X$ r {- @ h9 P
2 b4 q% `* {: b4 T4 @1 E( S风轮机模型
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& z' ]0 f1 x8 S: W+ u6 d3 M1 [2 P4 I
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3 d7 E! e2 U# j N0 s0 _% c8 ~ 双馈感应风力发电机- }* r+ F: ?! A8 O3 B% D" [
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。' C6 J3 m& ^9 X+ N6 g# }3 g% j
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( @ E' c. A* [) A3 n 特色:
% H$ A0 @8 Z# x9 p4 H• 负载依赖性太阳能电池模型
* ^6 h9 ^6 r7 ]* ?* V) f• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性
0 u$ u! T4 f. P' @! v1 H• DFIG(双馈感应发电机)
% v. U7 J- h8 K- l7 |4 i! U• PMSG(永磁同步发电机)2 V3 E* z# } C( U1 h
• 行星齿轮、刚性轴
% B8 Q1 b) [9 z6 }• 风速特性/ l p, ^# J, C6 h7 C0 m6 j
• 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
* z! H) v* l: D: f0 X3 i) P2 V燃料电池/ {9 B, Z$ [, o0 r r
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。8 |+ r$ r6 {" j) t
: q% G3 Q# S0 j: S% T2 a! M) r4 s) U% y8 _2 P3 V; p( ]3 @5 {
: B% T$ p. i' q I4 b
4 @# j6 D8 V4 F5 e" {6 V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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