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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
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* n6 ?( o, l/ V4 [( @ 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。
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+ m9 f" D# G2 C4 j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。
' }; ~( k0 l- N) n3 K 3 r, z# S; O, S* }
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。 I9 U5 S9 T' U. Y
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( w; H# \8 a( y◆运动控制与变速驱动装置9 }# n+ Q; k$ C* M; Z
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。% Z/ u3 t" f4 o5 m# \5 L
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。; b2 e3 s0 z1 Z! ~) m k/ T; `
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7 Z9 B2 |/ ~: |3 C# s/ h& J2 g
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' J/ U( v& {! M. x7 G3 \7 @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。+ [( W5 l7 Q4 p
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。, o! \" V) q3 M& {2 N
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- k9 N. l; x( R1 t特色：
; `: p$ C3 u0 Q ~0 B* e9 x" L•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。
, X: r6 e9 w5 _; e7 ~) v( Q•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。% D& _' j0 @; D; h9 t4 T
•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。
3 Y0 r% g. C2 f# Y: N•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。
8 b: M5 V8 Z# C8 t电机：( w8 j0 Q/ y! P6 p" e
•永磁同步电机/ X7 m v: M7 w0 k
•感应电机（鼠笼式、线绕转子、单相）% W E* T; f' N4 R v" x' u- @
•同步电机与发电机，永磁及外励磁; F9 b4 f, {- _7 B
•永磁直流电机* \' ?& _9 A* a2 H) d" k5 L3 F
•无刷直流电机
6 K0 d- H# I2 s•串励及复励直流电机& F- _. C6 f! N5 n$ Z) S$ q
•开关磁阻电机$ t0 _9 l P2 Y
•同步磁阻电机) ]4 W3 Z8 |7 r; n" X; h p
•步进马达
: T- N) \7 R' V) X$ }% l" P•车载发电机（直流及三相）
6 w% {% o% s8 O9 y O9 V机械部件：) |( ?' ~4 s: l/ _3 u
•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮+ `/ t* P" ~9 W) u5 R( |, I/ _ o6 I
•恒扭矩、恒功率与常规机械负载* c& b, t7 q0 m4 m
•速度、扭矩和功率传感器
1 x/ s- @9 d6 r; @- e% d9 e9 r
( m- U* S' i8 b- j0 g6 q: y, k) D总结：任何类型的电机均可简便、快速地建模。
- n( X7 n' Z9 O* ]8 K E; o2 ]. u9 q. ?" |4 F$ ^ J6 y
+ I) q6 C9 R2 i6 b4 l5 q0 B0 b* \! e+ k9 D
◆数据交换与FEM协同仿真, @+ ^0 b+ i& }: B! F d7 R, T
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。- ^2 u9 }+ ?* H! R: Z* ?; d
8 N, Y: T3 \. CAnsys中的开关磁阻电机8 L. F, X7 F3 H& X
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& r. C6 F; C3 W/ X$ w" ] t+ y7 r3 v
8 e6 m1 c& f; L# F0 }7 P6 Y0 M( ]' I' K2 C
SmartFem中的永磁同步电机8 E1 o* B* G+ u! ?
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, V+ ]: \) m6 H
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( z% e" D2 u1 C7 w" @Caspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。 % P$ ]6 g+ o) B& j. S
3 Q, \5 d& u) c1 n/ \$ t! I
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6 k6 v+ K0 g. @+ N4 N" e3 Y% Q
特色：- b" [9 o# d' T8 }/ L. R" ]8 _
• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真. N$ ~& [. A: y% @
• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗
6 P! f9 r; o6 K& `; W• 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
7 `& J& g% M! W2 N% F• 静态参数、查找表和暂态协同仿真
* A- F2 V5 u$ J! s+ [• 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。. } O- O! C9 r. ]
线性执行器协同仿真
; z* k) F3 r8 _2 w& D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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1 v# l1 p4 Z3 i' g: r" Z9 P
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: Y9 O8 }1 Q0 \; P
p( u; t$ N$ g4 ~. X, h5 o: B, X
8 n/ x& J2 U4 @! G3 U1 k 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。
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) K8 x# @3 r3 }$ A" b( e! ~4 ^% I4 b: ?* j6 f
( Y( w) z/ [6 l% [5 Z( u! t: `0 L
◆详细、快速的半导体建模' n5 N5 g& o8 V& I5 Q" G" m
采用Caspoc“功率损耗快速预测模型”，优化电力电子设计。
8 y8 P( e) Y i' w
& o$ _& ]8 q) x: x* U: I) _IGBT逆变器损耗的快速仿真& C' h* F& T& E& a$ a
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- w4 N% w7 M; K0 j) b, b8 r
0 \; X* z3 G1 { n4 ]# Z7 [3 y
- Z! \3 x( E' y7 q/ V: x( ?( A: N5 ~* x- `4 ]; h6 [$ f [6 n
半导体损耗快速预测模型
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4 O: \: d9 C+ ~* ^3 X: IMOSFET详细建模
! Q* ], D9 n9 x/ QCaspoc中的MOSFET详细建模，其中显示了上升与下降波形。6 I7 J7 o( ~7 P6 H7 D# {
/ N- T# h' G8 }* u7 e/ ~- x% N# t; [1 r
* p; H4 e( l4 z特色：( s) V8 @5 ]# ~% k
•MOSFET非线性电容详细模型. J B; k' J4 r' e$ h% _# u
•IGBT拖尾电流模型
% o- R# \5 m6 b6 z8 N. g/ Y•二极管反向恢复模型
0 ? \% c2 c+ B3 B0 v! x9 T•以快速损耗预测模型实现快速仿真+ D! w) J( i4 D$ d
•与热模型耦合, Z( m! r! R+ B. T
•包含电路中的导线寄生电感和母线电容8 ?* s$ a; @- H, i5 K7 ~7 Z8 i) V
二极管反向恢复
( v) ]4 t2 ?2 n0 l9 i- O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 V6 o# A8 C+ Q( J/ |( N6 ?# ^
: v- {# d" D" D* r3 Z' p; |. T
: F/ H( v5 w: Q. o
, k* }4 u1 N7 I0 s* X O
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。 m) S7 b) g0 T5 p: t# s
: b! E* d! q" s6 p- u1 z N
' z v& e: K/ [( w1 U+ O$ |% h! _3 D7 ^. C
◆散热片建模+ u) u3 t3 c2 I
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。
5 A5 ?: M6 ~% s3 Y6 B" U带散热片和隔热层的TO220" ?5 L$ m1 |+ |7 d5 T: c/ [3 U
/ q& \) E) U9 I [- b+ `5 v) Y7 @- _, R r( N2 b
( j2 H1 K* G" G4 z. I
6 e( N Q1 D ?/ T$ ?, |* `& Y: [! i+ E+ |2 q6 i
IGBT结温详细模型% i+ J( m! I+ w1 k! d
& Z: K2 C+ ~; _9 B
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& p8 {+ Z7 f4 I+ n, t
特色：2 @) A( z ?* n3 b5 L* ?
•散热片模型与半导体模型直接耦合3 D$ A2 S. v! W
•预定义导热材料特性3 o/ @" a5 K; W- Q% o
•现成的散热片模型
, D# W y9 n; z( _9 E) K•热模型可从Ansys直接导入Caspoc. j3 s- h3 S& ]$ U% |
热模型
% p" O% ~6 V" J2 i! `' 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。
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) ]% z, p$ F [. U- n- W1 e+ z
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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4 ]9 R( F$ @ Q6 W" s# j◆汽车动力管理
: R5 \% S4 I# [6 m! 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。: u' E* t+ J8 T8 A/ d6 D* X
9 W z" Y6 Z, P1 L" y- H4 T, x
汽车动力管理（含负载突降）2 S% X3 G i P$ H" B" n
, b+ B4 r* [. \6 G- [! W5 _* r2 X9 z" z! V
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8 I/ R6 n, n, K3 ]- N" B# YIGBT火花塞点火控制& U4 J7 f8 m1 }
4 G; A* z9 o1 ]2 d: N+ ]( `" H5 M. U D3 m# d& i
* N4 g( h9 s2 |5 x0 m& D
% f: W& r, f+ t E t; _$ X) o7 y6 \特色：$ m" }0 `) E. ^; O |0 r% M- q
•发电机详细模型，包括六脉冲整流器和控制器
4 V3 n! A6 P; B; f/ t8 ~. \& J•蓄电池荷电状态（SOC）及充放电阻抗模型。
$ [3 S+ d" \5 L6 b+ C/ D•高压火花塞模型
3 `9 K4 y4 @& X# M. E5 [( r+ u•双向直流电源的限流与电流效率模型
) B6 Y) v1 j/ ]•动力管理传动循环. {( M& e' R4 l+ D2 c, Y. i( D$ q9 J
双向直流变换器. s/ ]; s* G7 m6 p9 m' ^; S. M
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。5 s1 ]# d4 n' L O( o3 @0 x
; ?. n* N0 ~/ d5 u' ]. u. r2 w- \& b( S2 O. j$ h! F) }
5 z4 o8 w$ o0 n0 M. z
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总结：简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。
; t. y# l7 u" M5 C7 T' x4 E! w( k1 K
4 M2 @& O9 p. i# B: H6 M; m2 d# x9 K! `
4 n. g) H' ^- f" W: g! Z
◆绿色可再生能源8 T- [* O( e9 i5 g
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。3 K) k ]0 a# V* k6 ?
) ? E% a/ T/ h9 N5 f带逆变器的太阳能以及电网供电线路/ S5 f, {* ^. i2 u
$ A, F3 p } X; t2 N, Q3 z6 w
+ L& Z7 S, |8 T0 R: c
6 P: G! j5 b2 |2 I' `; h
1 k. R, F- p' ]; ]8 ^& m
+ [# E+ v# s% v, h' y8 p
风轮机模型
5 F( v- @3 T4 V) i$ T, x) R* |6 i, r" {( ^8 A; c9 P; b
5 C% k- l4 }% J% y6 |1 G
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0 o' @0 |. z4 W& F, a) B
双馈感应风力发电机
. p c4 H" y$ @# U% @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。& S$ Y( S+ V( q, X) b. P
4 g7 Y, \3 N0 b9 C" l) d6 z5 W
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2 m6 Z; [0 j: R+ c& f 特色：
9 n- g/ v& f- n( F1 U! a; j• 负载依赖性太阳能电池模型+ e3 n# r; z5 y: t# E
• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性
, p! f( t& m( \, X+ _• DFIG（双馈感应发电机）( r' r! J) K- v+ e
• PMSG（永磁同步发电机）; A& L- }$ `( Y1 ]8 r
• 行星齿轮、刚性轴( M5 T& a9 S% @8 x: {# O
• 风速特性& T: k* A9 Y, h8 u2 {+ `' e/ `
• 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
8 o& P: T& a. P C4 {1 b燃料电池
. }% _0 s+ V5 M* U" 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。- J% T1 b; l! h- _/ q1 `3 ?4 P) t
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j6 l7 X/ |8 L1 f, C: h/ P2 g4 d
8 e2 a3 M9 f/ P% E' F! I
) I$ [9 x( _+ g6 B- F/ m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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