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发表于 2010-5-5 14:31:09
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电力电子及电气驱动仿真
S }. R" @5 {! T8 [3 N5 ~$ c# L4 [. `# c+ v( _
) R6 M) v- T! r" H) B: Z; D2 o) TCASPOC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。. k" j3 ^8 K; c' f5 S
9 z* L% ?' \# 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。( S, Y; E1 u( i- O4 J
! ] y7 S8 s% o* y, b3 P: Q
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。& L7 D" X# q q
% C. s+ \: m( Z7 W0 Y1 `$ m. S0 k8 X2 B
) z: Z" Z+ T3 ^1 v
◆运动控制与变速驱动装置9 S8 p3 X# L$ Y$ N
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。0 Y4 O: ^/ M4 _; a
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。$ V9 E5 V: `3 C5 x# |
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: O. t" j, I' j5 F- _. t, f" C6 g) Y7 X1 y6 I4 {3 t
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。0 s# u" p) v& n! I3 M9 A% \3 K7 F
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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特色:; |3 p7 q0 |" U* h) |8 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。
5 \1 X) n& v5 l( t! P•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。
, {: p1 X4 N* J# |•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。
0 s1 X& p- L! y7 Q5 j+ y: e•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。
b# l5 n; w+ s9 P: ~8 g+ R电机:
! P) c% k' H: W1 H•永磁同步电机5 ~ H6 ]- V) R6 m5 x
•感应电机(鼠笼式、线绕转子、单相)7 z3 s' {, R! x1 f% z$ ? [+ P5 a
•同步电机与发电机,永磁及外励磁
( P5 ~0 [3 o2 \$ `) \2 f•永磁直流电机 m0 p2 \* e9 W0 }
•无刷直流电机# X7 }) H3 L6 N$ o0 O
•串励及复励直流电机- T3 U% M( r1 G6 s) u: S8 m3 H
•开关磁阻电机
* y6 l3 e! i$ W5 Y, g% S- g$ e•同步磁阻电机
! [6 v0 ?; P H; J•步进马达
4 _# N3 r, M4 R$ Y- |+ s•车载发电机(直流及三相)
$ z* Q3 h% k3 `& b/ g: Y机械部件:
4 l6 E. _' F- \* \/ c8 {•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮
1 ]2 r5 F3 I8 e' Q* _1 G5 q& ~•恒扭矩、恒功率与常规机械负载 Y" f5 n& K6 Q' p
•速度、扭矩和功率传感器+ x' E6 p7 j/ b2 S0 \
: O. @1 S& r/ k0 j* i5 V% C
总结:任何类型的电机均可简便、快速地建模。
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$ x; a: D) Q/ T$ t5 l
: Y& K+ {4 U: k& b' D$ c◆数据交换与FEM协同仿真
1 G6 h) e: |& S1 H z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。* K# ^' O" I/ e# |- p) ~+ U8 c1 \* z7 p
& r" V: i! q% T
Ansys中的开关磁阻电机, a2 v/ r& S/ n3 H2 M% }) {
& B- {8 [# I4 J9 I$ ?
% U8 `) _/ U- K3 W$ D6 i& F4 H" K; B5 x; \/ S
: D* L- Q( \( a' G
( z( S* t( v6 YSmartFem中的永磁同步电机
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4 c8 \- e" L- h% P1 V" e* ^& R1 e' p# F. v1 a9 R& [3 U9 X" {
! ?, N9 t% g, M3 a9 \8 J
' H# h, i1 H' B. W( S! s$ v4 D4 Q; C+ k; T7 I, n0 t- X( T
Caspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。 3 ?0 Y, u4 Z4 l! S2 O# G
( }7 O% T% i( N% d# g* {, Y. m/ M& ?% B: E7 l
% q" u; t* A& G: ?$ F- H
特色:
- b7 c4 X$ h- j E$ a7 q5 F• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真
: H6 ?3 H( T& I" Y• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗9 }( I' ^$ k* I; f
• 通过FEM模型确定非线性机器模型的参数,然后采用后一模型进行控制优化. T; }: `* n* `5 u" q% }
• 静态参数、查找表和暂态协同仿真) v7 O! _- Y8 |1 ^, m
• 可结合知名的有限元(FEM)仿真软件进行协同仿真或与之交换数据,任何新型电机均可应对自如。. l" E. C0 ^0 t
线性执行器协同仿真8 ^+ ^" N5 _* n
在Ansys中对线性执行器进行建模,在Caspoc控制下进行协同仿真。既可在Ansys中采用FEM和(或)多体动力学模型对机械系统进行建模,也可在Caspoc中建立一个基本的机械模型。
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b% _0 n+ ]; g$ A( s- s/ `
7 p3 r+ d% R4 \7 w5 r" ]4 g
( ^& ]6 \, n$ C1 S6 F$ {( B& b- ?' O Z; f/ u
总结:可通过Ansys和SmartFem简便、快速地得到任何类型电机的准确结果。, }$ Z5 J% B$ O6 U
0 ~ ~4 F" l! J* k n5 R" `% g3 q5 n) K y& g: J
6 s5 B0 K, P; q0 U$ h◆详细、快速的半导体建模! F6 }* N; c# j4 T7 K7 c% j, Y- O
采用Caspoc“功率损耗快速预测模型”,优化电力电子设计。' K+ t# O' Y: c; r( [$ H4 h
9 E) k& d; T0 O# t6 AIGBT逆变器损耗的快速仿真
0 c1 N2 w/ c) V2 Z+ d7 W+ A6 \
! g3 y% G! }) v) \3 j
4 P2 I) @6 ~0 o8 x/ E( l
4 H) W( d/ @/ k: u4 U, D2 `, M0 B. B
6 j2 i/ R+ f+ r; V5 t2 _* J半导体损耗快速预测模型
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8 m" q" k y( d ?* ]8 A$ @0 y' i8 Z- M1 R2 [
; n/ Z9 v/ Z1 _& ~( R- O# C
8 Z& k& }; W5 F' G# U. b0 ~4 X2 a; c0 u6 m
MOSFET详细建模) A! s/ O& b# _5 H$ ^( Z4 \
Caspoc中的MOSFET详细建模,其中显示了上升与下降波形。0 @+ V9 m! ]; e) K9 @) j' o
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: C" f1 C: W/ a. _2 m0 |4 M+ r* @% T6 u" e( X2 B- k, n- |
特色:
6 B/ y. v; J( E5 R9 G, x! u•MOSFET非线性电容详细模型
5 P7 y' ]2 d6 U ~( M" @7 q•IGBT拖尾电流模型
% c9 C- E6 G+ {2 t# }•二极管反向恢复模型. l6 ~& ~4 f0 Y+ {+ o1 \) i
•以快速损耗预测模型实现快速仿真) U$ P9 Z- p1 o1 k) g
•与热模型耦合/ I2 d4 s6 M- \5 t1 ]2 ^
•包含电路中的导线寄生电感和母线电容
2 g% p! E1 l7 o8 c* V' Q6 f二极管反向恢复, M I! I9 p8 y/ Z( `9 x; D
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。
( k5 m) x0 m" O' e, S
$ d3 a3 t* i7 _# L' u5 e4 C9 [% p8 T; M* Y6 h- K
. M, s1 |5 W4 B' V6 }2 }) j6 r8 u; k* Y/ E" \- a3 f
6 x. w" S; h; w% W1 m" 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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1 u4 g# n+ M% `/ G/ a; l. O- V& \- [$ J( E) R" Q5 Y# |
◆散热片建模
3 R7 S8 h- c% f/ i$ u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。
# }% t( n+ J: u9 S. X: X带散热片和隔热层的TO220# V; _1 X1 M2 {; {" t3 e
% L* g: H1 b+ p3 Y8 w) P9 G: T/ F* ]
* p* ~- f) F, j& k3 t& h( L" n1 O# W4 w% t9 S- |/ R% |
8 H- u- k* Y3 S+ f7 N- ]! i8 ]" D
K9 e$ e0 u( F2 }: k f7 U( DIGBT结温详细模型
' s! U' B0 D* ^% {" d0 ]5 k: @6 E
5 a2 O" U5 z: F4 P0 g# k* c( ^; ]8 \2 C9 _
特色:
( |/ O( X: a) N) a* p1 e' j3 L0 e•散热片模型与半导体模型直接耦合
/ v* v" w! z$ B# u3 Z•预定义导热材料特性; N! E, u: |9 l q: ^6 F
•现成的散热片模型8 L6 z0 P W! O* G, u
•热模型可从Ansys直接导入Caspoc$ P( e o; I- }+ ^! n7 m) G
热模型
! L) W" J; u4 |: ?: ]% |8 S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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- n2 ^6 M5 P0 N4 s4 i0 g3 M9 B+ P0 S) U) N0 I+ o
- T; Q) ?; ]( V; ], C# ?& w7 e: }! P9 T
0 e/ r6 l! i) Z/ y3 u5 b) i3 L" x* t
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。
6 G0 b7 e6 X! M
$ T9 k7 h/ D# ?: M
0 n, m0 `* @" U: K7 P. v) I2 {3 L
/ T3 W* d6 N: M3 L◆汽车动力管理
6 o s3 M: k" V3 v9 _, 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。
- C( I# J r( L- ^
5 s* ]: p. }& M汽车动力管理(含负载突降)
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. n* `, z$ Q; p
& z3 w+ A2 i: k& I- i% c3 X1 k7 f
. z0 K( G9 Y) B4 l. y
) b! k! ~+ ~' {' m. ]. ^2 G7 \+ X+ p8 |5 ?1 k4 x; t% P9 C
IGBT火花塞点火控制
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8 G2 b# U M3 A" o
8 O1 \8 F! U$ }7 Z) |- z5 `; b' m4 G% w5 X
) L$ j1 A! \& E# O. F* H
特色:
; X. z/ c- o# c1 X•发电机详细模型,包括六脉冲整流器和控制器' _- \$ g: H/ Y. C0 M- F
•蓄电池荷电状态(SOC)及充放电阻抗模型。! X K0 v, E/ X* j$ _* E7 w
•高压火花塞模型
3 t) d9 w7 s& `& @2 ^•双向直流电源的限流与电流效率模型
+ q3 f3 S( l! H$ E•动力管理传动循环
1 S) `- V" w/ `) h6 m Y双向直流变换器
, |0 J4 q' M4 A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。/ |. b: q/ g q% O
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% l8 N8 }8 [6 R
3 o4 a7 P P' E \ x
" a. j/ c2 i6 r- q E* _
' a+ J6 t8 C# m9 P
总结:简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。
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1 B) I1 h$ \& K# H9 i' P% a! z4 p/ b' `$ ~8 A+ W, G
◆绿色可再生能源
" ^, T; K1 l( _1 J- C% }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。: g( R9 ?) d/ S: d
) q4 ^2 P3 J+ n* A3 @: d: Z带逆变器的太阳能以及电网供电线路8 R$ X) h; E$ P
# r8 J% ]5 `$ Z4 g
$ o5 G* n( k7 x0 |7 K' f1 P; I; f
; N$ J V3 X1 U% f* {! K
0 u' c, A% y0 g# |8 r风轮机模型
6 m8 a; ]- T1 ?" C5 E- N0 S# a# F) Q# s1 x" z& ~" E% g
9 M2 a! q, E2 Z$ m( D- m0 N( g; T# }1 G! o! D4 X6 b1 y- I
/ d2 X+ K. Q; f3 W9 \- \/ p1 e9 ?8 Q双馈感应风力发电机
: p2 y3 ~4 t( C' s; g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。, k6 L$ A' d3 s6 h
$ K- q+ @% S# Q2 u* d% y
+ C2 _5 \' x4 s5 |2 H. l9 M L1 ^( @# x; U4 g' k
特色:$ q1 {4 v- [3 w
• 负载依赖性太阳能电池模型, x. w* R3 N2 d! ]6 A1 D' c
• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性
+ J8 L, J+ A7 u8 |• DFIG(双馈感应发电机)9 ?: p$ B" Y* f7 {
• PMSG(永磁同步发电机)
5 H$ v) S; c1 A$ Y• 行星齿轮、刚性轴1 w# s% q& _$ m- R$ w- F
• 风速特性
, j6 }7 }; T4 m8 }• 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
+ r3 A* ~0 E( e: X燃料电池
8 D0 {5 E) @- g4 R: n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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) t+ g* m3 Y- M" p
, c# q" x. g/ R( v& b5 v
% k) O6 n: C: e! K; b$ k3 v1 b; b7 }, N
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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