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发表于 2010-5-5 14:08:36
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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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! g6 ~0 R: x- Z6 f; n! S( {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。% ]7 a, m$ z# r2 m# o" W I
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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。' ?5 q1 l6 h3 n8 m/ h7 i5 |+ q J) l
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◆运动控制与变速驱动装置' D) _4 p( b' K5 g
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 H# s# E2 J7 [ n+ P. T2 u$ 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。: H4 F5 _: \. l) K! w# h9 Q1 w; |
( i; y0 A% H! S/ W% p/ W k* }5 l) p# t7 y+ x. ^9 {2 _ O
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6 e! o) \4 F! _1 l" s- q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。
; }8 ?( m7 V0 U5 R8 n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/ a( R. F5 W" {$ [3 D! L- F6 T' a
2 ~3 e$ L% G9 z; P4 t0 l
$ w2 e* H' d+ I. z特色:
9 u" s5 A4 g) O" Y0 O/ D$ 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。; v+ h- t2 B: m3 S5 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。
$ X; B6 k3 e# G# c7 r v•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。( j( c3 @) S3 `8 j
•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 g# a) O& Z k' M s3 }
电机:) H4 n, w. z+ j) Q3 x- R
•永磁同步电机: H: r d5 J) S
•感应电机(鼠笼式、线绕转子、单相)- V% h3 e4 \' ~$ ]" T4 o* R- N. v. B
•同步电机与发电机,永磁及外励磁. E" i1 \8 j: W( x& f
•永磁直流电机
' ]3 u$ l- H+ N9 g2 U•无刷直流电机
. a: x2 o6 O4 Q0 |3 B•串励及复励直流电机 R5 y- v9 u3 a/ g
•开关磁阻电机1 T9 @: H# a4 i: M" N
•同步磁阻电机: f0 x6 i' x+ U9 i7 [+ F( i, ~
•步进马达! G8 t- l" F/ }3 e1 a! D
•车载发电机(直流及三相)& A* e- p% c+ g+ Y
机械部件:
4 {! T2 z- j" [9 ^3 ^& J, A•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮
: L4 i$ l- t3 E s8 n# n& U•恒扭矩、恒功率与常规机械负载3 ?1 O9 _2 L' s7 t
•速度、扭矩和功率传感器% f8 u0 J! ?- T# o
1 b5 g/ w- c6 z+ ]总结:任何类型的电机均可简便、快速地建模。
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. j& D" O9 e9 n1 p# r; T( u3 m; O D. W3 S
' K" n3 k- h( ^: S2 H0 w# I8 Z◆数据交换与FEM协同仿真2 O# U% Z1 [: f( ]& U2 b4 g/ R4 [# R4 V
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。
8 d# j# X. O6 N' n' ^; p
5 h& h6 j9 }" L% m6 H, }Ansys中的开关磁阻电机' C) i4 o- b2 ~
+ r9 D! E, _+ m! L4 \. X" m# ?: l. g, T6 k6 Y+ y5 z/ A ]
# l/ }" r$ q6 T. D# [
3 Y) B: S$ a! x2 g1 Z+ I( K) }# i0 |5 r' U- M% w/ [2 K9 x J
SmartFem中的永磁同步电机1 F) _' Q5 j5 h% Q5 C
( V8 e! s/ B. K& D. h) `. Y: P S
$ C0 f& b# w! F* K+ ]" K0 a* [3 y
# t% L$ J3 Y$ _0 s- T. x: O* l5 u) B( b
" ?& I9 T G! n7 c% n$ _2 ]3 eCaspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。
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. v; F& A& M5 {* ^1 C0 t: i- y9 Z: M8 r0 p7 e0 M) U& [
特色:
# L* ]2 |5 R; R' w: h$ ~• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真3 s6 `; i* t0 E0 ^! m. H
• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗' z1 V% ` l a
• 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
$ `+ C4 q) q* k% O4 } q• 静态参数、查找表和暂态协同仿真
& v8 c* ], i& ~ t3 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。3 ?1 k, K( c7 }, P( |
线性执行器协同仿真
0 i, n" ~7 u$ `$ N Y0 Z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。2 X. {1 k! T( ?$ K: r+ t/ p+ n' t* `
' O+ B, G: H' f& _8 Y
$ \9 ^4 H- W; X. s9 t. ]- _0 F
1 m# d9 h: m8 H7 V
8 A* ]8 f$ ?- J
- r/ ?% [2 ^8 j z9 Q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。8 G. c8 u( U$ r# i" e* v
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2 |; v, B2 A4 J8 R4 P
7 n+ T3 ]. t; E& p% T, m◆详细、快速的半导体建模3 n5 [- H- a7 W) o; M
采用Caspoc“功率损耗快速预测模型”,优化电力电子设计。
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IGBT逆变器损耗的快速仿真
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, F1 v, ?4 b/ p1 Y$ O. r0 S; X, i
+ S2 L2 ^' C( I' x; E) m* Y
+ I' h% @0 i. S) @1 W8 H半导体损耗快速预测模型
( S( r5 n) B g2 n/ s: K
* h z$ I5 L. @& a
! Q$ c% z1 _# f2 H7 B# n2 A7 Q: W% s4 T2 r* e' Y. \* G
+ \. U% q# U3 ^1 s$ p6 B# K
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MOSFET详细建模+ I- e- n+ x+ l3 q& N- ^- B/ K% _& z
Caspoc中的MOSFET详细建模,其中显示了上升与下降波形。
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J- c1 Q; H& } o. v
% K( f- z3 T# m h7 g特色:
1 `$ q7 D1 `" Z•MOSFET非线性电容详细模型
# I. _+ l) ~' E' D5 E* Z; D•IGBT拖尾电流模型
5 {$ L; `) Z) n•二极管反向恢复模型* x9 _' u( v. t3 O3 Q" G' C: h- m# l
•以快速损耗预测模型实现快速仿真
" |: S3 [$ ^: N) C" |3 m) x' L•与热模型耦合6 P, W9 D" i7 D7 y
•包含电路中的导线寄生电感和母线电容2 P+ G# s/ e3 i3 Q8 O; E
二极管反向恢复' z9 P- G$ a( L7 i
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。9 s. S# s" u, s$ s ~2 |7 _; j
U& ]1 ^& W7 j( V
W- Z9 j3 x" W5 _; T* V z4 H" L) R6 o+ R8 a5 Z
- C! a0 F1 R/ X. e" X: s. y# r: R/ ^* U/ B: Q4 j
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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4 d1 y a7 t' N
3 l x8 R. ]: r; k/ ~
◆散热片建模
1 |2 L4 _/ y/ W r6 a- J3 Y# 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。2 k! T( H+ q; \3 n' h1 p# O
带散热片和隔热层的TO220
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/ I) I4 Q8 ]6 U" z( @& E
4 Q/ T+ r& T m0 P) H8 |5 M
& k3 m0 p# ?9 d
* @2 C3 T0 }9 l& {0 BIGBT结温详细模型
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6 B- c# A0 b- C2 O6 _+ `' x7 f7 y _5 [. E# J# A
) ]4 i# ]" }# i6 @/ Z' X6 A% F特色:
% J. F! {. w; _•散热片模型与半导体模型直接耦合
! E$ t) C/ `: |! D+ O- M•预定义导热材料特性( H- D8 i9 T% T6 m1 E$ q) L
•现成的散热片模型
8 [( e% w; V' R( L4 d•热模型可从Ansys直接导入Caspoc
3 ]1 B6 S% n. m, h5 b) `热模型
; ]& Y5 e2 _ W3 W4 W, f) h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。; j! ^. S# B5 s0 R4 f
: \' p/ A% C* O8 R
9 c4 G! c \ v j& O" V$ D" d* ]0 H
- u9 @1 P7 z, s5 n2 z# X- ~, Q* s2 p6 J
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8 K* o& S' O: u! q: c) f' [8 ]. K5 U n& Q% {" B2 R
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。. n. X" B5 r/ d. W. u' e: }$ w; ]
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4 V$ _" S& ]: Z( y! g# d3 O2 U% W( k
◆汽车动力管理. O) i/ x( S4 ]+ X6 B# W# [
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。
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汽车动力管理(含负载突降)
3 v. n" \' B# k7 @, l1 k9 u9 w9 _
# U9 i* w5 v. ~6 d2 X( |: d5 D# {+ w0 w* X) r5 [4 Q# o
* l* }/ t. I- P m+ } O
0 F- M- \! Y: d7 ^4 R
4 A8 v6 o+ z2 c: M3 v; r, U$ [, iIGBT火花塞点火控制
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! W. T) e+ T6 I* }0 n: D
) w. p8 C6 U7 T
! {! h; y- s1 u, t A5 E1 m特色:/ E a. z$ x& r, i3 j
•发电机详细模型,包括六脉冲整流器和控制器$ [ h! t+ D8 i6 f6 e" x
•蓄电池荷电状态(SOC)及充放电阻抗模型。
* Q9 s) x; R" I9 E•高压火花塞模型+ H! x. h8 @' R5 N3 r
•双向直流电源的限流与电流效率模型
! E- a$ n' t4 z4 [! F•动力管理传动循环
" w1 t. ^1 K+ P( d. W" X: \双向直流变换器
$ J6 \% A4 [' G( d. G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。
! K: d6 b+ P; c3 G- u' _$ W% v: V2 l6 g. C8 L. ]) W, \
9 e z* R9 `, D1 S" e/ a
9 B% o, V: u! F7 h2 t
& S7 Y: X/ R* k
9 k; r/ I7 I( v总结:简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。7 l- q& u" R( v" S
: R1 L4 Z* a" p5 a" v7 g
+ Y, k/ r& p) I: E0 [: |: r: b$ i7 L+ N9 d5 ^$ B. A( T/ q7 x
◆绿色可再生能源
3 p) e* Z$ J7 r* g1 v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。
' t; A# v8 K2 s' p8 O9 W5 e; P/ y, ^" z6 t3 U+ w1 `7 U
带逆变器的太阳能以及电网供电线路
Y' B2 b/ o4 K& ^ f! `6 Q" R9 L6 {9 g' W
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% f8 s# `5 u! j a; z3 ^' _$ _' D! o7 x5 ~. |
9 [7 ]6 L" B: K+ n风轮机模型
7 Z7 J/ s) z8 Z. q( s$ X. P8 E
7 L- }; ]; A# v* X% j7 [( p3 _' c: u. K- C9 E
) ?" [ m. [, ]" G
2 U+ \1 a. H/ r& v9 f* J
双馈感应风力发电机
! W4 q9 Y c' d! S- A( j5 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。
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8 ?, {& d: i$ A [) M; o6 y% w3 b 特色:. E, p+ m ?2 j
• 负载依赖性太阳能电池模型
* y. U, J5 T# I% }* H, T• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性/ U) O( y! b! s2 H
• DFIG(双馈感应发电机)9 |! E9 S* e0 Q- R
• PMSG(永磁同步发电机) Z' |+ A' ~7 o- o" [9 r
• 行星齿轮、刚性轴
[% o" x6 W+ h( V$ B$ S• 风速特性
3 P, A0 M9 h7 q% C: r: c4 P• 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, @$ f% Z, t4 ~6 N, p
燃料电池
1 R$ w# z' [$ Y& }6 T0 [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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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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