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发表于 2010-5-5 13:43:56
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电力电子及电气驱动仿真
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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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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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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。
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◆运动控制与变速驱动装置( E, p& n/ j6 e- T
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。3 ^3 Y8 k4 b$ k7 @0 W2 A! T2 g: _3 Y
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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( z8 P4 [6 D2 Z F$ D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。* Q# ~+ I8 |, `+ s; o% o/ Z
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 h; o) m X6 L特色:
1 W% ]' @: R1 }- B% O" }•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。
4 [( e( [, H" E" W M•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。4 y& _! S# H% a
•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。
) a+ t! u4 z; N. 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。
7 x0 g) m- o+ L# Y+ ]' e电机:
1 n7 } o; l" ~+ @3 @•永磁同步电机! R5 ^$ Z6 D+ M4 ~% U
•感应电机(鼠笼式、线绕转子、单相)
. a4 L. C( p- S9 J) o, ~% e. l4 A* p•同步电机与发电机,永磁及外励磁
`& g5 H; y+ U! G6 b P& C•永磁直流电机
5 {2 \& e. e: O3 y: p$ K•无刷直流电机# n) s0 n" C- u3 L5 U) P% Z3 p
•串励及复励直流电机
" Z; l$ i8 x. h5 b! Z0 q1 }- x9 Y•开关磁阻电机
8 I8 ]' D: ~3 z4 }6 C s' v$ Z•同步磁阻电机7 W: X+ U6 q# Z4 ~
•步进马达
_ f+ v9 `7 `' G; T•车载发电机(直流及三相)
. {0 D$ A* A$ K/ O% i机械部件:
8 S* L; F2 f9 Z3 J! l•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮9 [0 {# a6 E1 j' M' e
•恒扭矩、恒功率与常规机械负载
3 x( E' k! t& w% C) \•速度、扭矩和功率传感器
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4 R- g6 F+ I- y6 V6 ~总结:任何类型的电机均可简便、快速地建模。1 q) w. m- V, H5 G
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' I' e3 X9 ]& [$ p3 w1 m◆数据交换与FEM协同仿真
; O, j% c5 V7 F/ A+ ~$ a2 N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。
6 H% h% H0 @$ m- o) z5 M7 T
' l) g3 v0 k9 z8 `6 b- J6 MAnsys中的开关磁阻电机
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4 V9 h" K: D( q* b& q9 c' c7 A! x+ r' L2 P `- ~
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( s6 O) R' H( c: m9 I7 O4 M- `SmartFem中的永磁同步电机. Q4 Q' f! Y& |4 S- q& A: K
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Caspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。 # }/ k6 ?2 C, Y5 _
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特色:7 E" S- G4 X& o7 L) l1 {
• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真
3 H2 P/ O6 _& [( b1 {" L• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗; l7 f4 q; L8 T) h# K: m0 t
• 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8 B$ p6 {9 x: l! L' z
• 静态参数、查找表和暂态协同仿真
/ A4 C3 r/ Q: M- Z# 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。
0 l7 X* [$ S, e2 x/ G/ | b线性执行器协同仿真
1 n4 ?( g- r5 I8 H( K" M3 L+ v/ 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。+ E2 _- t, x) {' K& ]
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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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6 a7 k* A& z2 }◆详细、快速的半导体建模
" d! y$ y1 s* ~3 T2 g3 t; o采用Caspoc“功率损耗快速预测模型”,优化电力电子设计。5 I# h9 ]1 U; X1 }4 A. B* i
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IGBT逆变器损耗的快速仿真& y/ I6 G3 p6 s8 k! _# Y
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半导体损耗快速预测模型
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# y$ D) n8 |$ k1 TMOSFET详细建模5 ~0 ~/ F4 H/ p! _; q
Caspoc中的MOSFET详细建模,其中显示了上升与下降波形。2 D- i2 z1 N! I/ |+ d
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特色:
! M( P, K6 l# F% ?6 y6 y•MOSFET非线性电容详细模型* t; r: R( S- R& j- M
•IGBT拖尾电流模型3 J% u8 J$ V: M, u5 B+ j
•二极管反向恢复模型+ g& A- M( ^( x i5 E- w: O
•以快速损耗预测模型实现快速仿真, M7 K+ ?6 P1 v& A4 \2 A3 a
•与热模型耦合
5 ~1 k: h5 f$ _3 s•包含电路中的导线寄生电感和母线电容% R2 _ @# c# ]1 V$ _9 `
二极管反向恢复! N$ x% e; A! r8 Q
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。2 C* ^& L- l& \! w9 B
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2 J) R& r- e( a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。. n; D1 i$ O5 c; z
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; p. J+ }' b" M" V1 @ P( K
9 B; R f) d0 ^: |◆散热片建模 a) ?! M. ^) V/ ]
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。+ c8 r& o( A, S5 ^' P* j2 t
带散热片和隔热层的TO220, o: a9 s- R. e7 L9 v. f" j
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1 P! S1 u- {8 E. c8 r3 {IGBT结温详细模型
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9 H; e; J5 h' G! Z特色:/ e8 P, {# ^$ N' p2 p
•散热片模型与半导体模型直接耦合1 m, N" \: E# G
•预定义导热材料特性
. F' J' c/ R' l0 @•现成的散热片模型. F( g) v2 U5 i! g: |. H) n
•热模型可从Ansys直接导入Caspoc
+ h9 a3 ~5 u5 v( C+ N1 L热模型% s: A' }5 c' X, U" {" \, G
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。6 F# J. _; c y
L* P5 r" G% f/ D, d
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g# U! \$ f6 B. D+ Z
7 g( i' H2 l# c/ Y- 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。! B9 m1 o- e4 ?5 t) ~8 j" ^2 U
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1 p' b* P, v2 S' @. b7 E2 b
◆汽车动力管理
: \$ U* k+ b8 b! |% K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。. Q$ o8 w2 x1 Y) W( t
. A+ y0 P) L* a% a z7 F: K+ P汽车动力管理(含负载突降)
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9 }& S7 f0 S0 l- b) Y. c; s3 R7 i9 Q1 _, g" J8 e* D: N$ l' V
* l7 t/ g( b8 Q+ I+ W- a: b
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IGBT火花塞点火控制% ]" y. M/ I2 k& u8 I, r. {
( z6 n' F8 P/ v m9 q- |' H' O( n8 ~; t
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0 e" T4 n' g, h. ~9 B特色:* d1 k% t- v$ S p* w4 ?* f
•发电机详细模型,包括六脉冲整流器和控制器
. w. N) f2 N! F+ s6 r, K: l8 D•蓄电池荷电状态(SOC)及充放电阻抗模型。5 W! R8 [8 C2 l
•高压火花塞模型7 z+ J$ H: Z5 \, |( b7 e* @+ K
•双向直流电源的限流与电流效率模型
9 C7 g7 q5 R8 z$ y- r•动力管理传动循环& y3 F; Y- ~, {0 ?
双向直流变换器! a4 V5 F" B/ e1 _ 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。! x3 c, F+ W; a) L9 { h
0 E/ h+ Z4 }6 g3 J2 U* F8 d8 X& w- U' M! J
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5 J1 d# f+ W- _4 r! D
总结:简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。
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, t1 M) b& C4 r' f) o/ }5 p: ?
' ~1 o$ k% k. }) t, p' ^5 A$ ^ ?' O7 P
◆绿色可再生能源* d( t5 I0 D& h6 M" 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。
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带逆变器的太阳能以及电网供电线路% H( \& `) r6 z2 S
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风轮机模型' w5 Y, w& i% Y! D. e/ n
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( x# j1 E6 `! n* m: {1 R3 F% `9 ~( f: B( d/ r
双馈感应风力发电机
4 Y( H7 i! c* O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。- W7 ]& H& M$ t6 L2 _' o
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特色:
" @8 x6 N; g r( ?9 w7 ^; d& }1 Y' H• 负载依赖性太阳能电池模型
* D9 {2 ?' R$ X; z! z5 k- I/ z+ F% K- g• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性6 p @! O* J; J6 T( U
• DFIG(双馈感应发电机)
/ {% ]/ |* r- w% I• PMSG(永磁同步发电机)' a% \- L4 u$ h+ P
• 行星齿轮、刚性轴4 z. [- W! @- R/ t: K' @/ ]
• 风速特性
! s" t+ T- D7 ~, U0 O• 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
5 k" T' U* l/ j燃料电池
# `3 J' \0 w. t5 b7 t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。" q f$ y5 X! Z+ v. v0 C4 x* X- H4 t
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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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