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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 - Y r0 U7 q1 V6 X+ c! Y! |
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+ K* Y7 C% I8 ?9 a ^/ I! R _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。3 c7 \* u4 Y) ]& M" P5 k% Y4 D! H/ L. ~
4 H, z6 P- L5 M. N3 m/ b$ T
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。6 n- }& K6 L I& c' V
0 N7 S1 S6 t3 _4 i9 vCASPOC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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) a. @4 c6 y6 ]/ P2 j; \
◆运动控制与变速驱动装置
3 m7 s% t% o$ q5 o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。2 R v$ o( z3 \! b- O& [" _/ b
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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, Z: g' Q9 ~; f" a, M* K
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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。/ J1 `; v% e& f) r
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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; |6 O9 C6 G/ w' A) y. L- d& t: {/ ?: R, `: }
0 `5 x. P0 o" A2 z/ K1 }特色：
; h4 a) d, M" m•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。
1 j; m( D: T% y1 A. K& R* 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。
: i$ L+ S- ^. r) i•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 m7 G) H% z* f1 g$ Q•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。
( ~ {" \: o0 g6 A% v电机：* G7 g+ Q, b$ {2 {$ ]( H
•永磁同步电机
9 e( c7 C9 R: n; O! Z•感应电机（鼠笼式、线绕转子、单相）, ~) \+ P7 ^! O$ l9 n: ^3 k
•同步电机与发电机，永磁及外励磁
7 e n3 P3 {& x0 s% }' B•永磁直流电机 i/ \6 z5 F/ ^" u9 U( N7 K
•无刷直流电机
) a" j* x2 V5 [0 i% x; @•串励及复励直流电机- o* q. b$ @" \0 E2 ?7 @
•开关磁阻电机
% P1 r0 H# p& A$ c: N V' S* {•同步磁阻电机
& ]3 \1 y. v5 s, ~•步进马达7 F5 E$ M. ~- ]8 X+ S
•车载发电机（直流及三相）/ u' K- |% @( i) y( |
机械部件：. ^$ J2 }1 i9 ?# V3 R/ C7 Y
•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮6 ]6 m& D9 }( Z3 {; L( ]
•恒扭矩、恒功率与常规机械负载4 p z7 y6 j2 u9 F
•速度、扭矩和功率传感器
; B4 m( o4 X9 ` }3 z9 f6 V3 X
+ o: }2 H7 T. J总结：任何类型的电机均可简便、快速地建模。
: P" T! y' a: ]. n4 C
5 m7 k* P" B' S( }! g6 b x) z% t- d' v/ \/ G" R
/ t3 `6 q/ G) d( N& ^$ D) Y) {- M◆数据交换与FEM协同仿真1 f# x" O- ?. N8 e
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。
, U. H' H: B( e) C! Q+ N) X m+ A% P' {( Y% ]& K+ z: Q! t
Ansys中的开关磁阻电机
/ M3 w0 l5 J! _& Z# e# X$ w# I( n7 z' f. A+ W* P. O
( s. H/ O! R% }
5 \, Z4 E* h2 {6 x( ^9 ]- t5 [& z7 E! e$ A/ f( l F
( E) t; i6 }2 d
SmartFem中的永磁同步电机8 q5 `3 {; l: z3 J
+ x) h9 k% I! {
) K0 J% }6 f& {. @# U
, m$ h% G+ t, o1 z* G$ O$ }1 D/ ]
6 i9 `5 G/ o/ b- w+ v3 M& c2 p" A/ E$ }5 }8 n
Caspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。 1 X$ Y/ h9 S( I4 H
7 K1 L i% p! k, L- u
, ?. Q7 c; O) Q S5 G) k8 L& o" y
特色：9 V8 d* p$ |. C+ G
• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真
; O; J# L/ r4 R+ i2 Z0 G• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗4 z) H( {' O* ]1 v! m
• 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
/ ^5 W! \' l6 M5 j. |% ?, u• 静态参数、查找表和暂态协同仿真
( W5 ] l7 `. K" s; u4 {7 _; 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 s4 @. ~* }% k1 a* p& s线性执行器协同仿真
% q/ E8 P+ r2 G) 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。$ k: U' o! b5 P; I6 X
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- Z' B7 L& f V( x. q- n
; o' N; S7 _" s& W5 z" p6 g" Y) n+ v) \9 U9 X
* {) Y4 ` x% K' k) 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。& a% X3 P2 D0 x9 r; p% q
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/ s5 h/ R) T0 l$ V6 ]- A. h! e0 ]% F- I* G/ @9 P! b! `7 o
◆详细、快速的半导体建模
4 c+ h: i$ G1 q& D, n2 ^+ b) h6 i/ F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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: c% X+ B' X4 r% j z. EIGBT逆变器损耗的快速仿真
) T5 s- X5 `, b/ j
) y/ Z5 t: |/ g* v5 Y7 U- r9 I! N
) M3 ]5 Y; [$ i3 }2 n
; t% q# X! O" b' c
% k, r+ o! d) ?+ v6 G2 Q半导体损耗快速预测模型
& p9 ~( \/ P, v$ G3 }4 s5 ?/ A) e% }1 \0 ]4 v2 g* U
2 o, ?# w8 s6 R) A0 G
0 @! T1 |% h8 [( `, G
) I: ~' \8 G( N# n$ e5 m* w7 v# B$ H) X ?7 d& a
MOSFET详细建模
0 y* g* m+ \0 a7 t/ X% J* u+ YCaspoc中的MOSFET详细建模，其中显示了上升与下降波形。6 C6 t/ T+ F4 w$ {. [ f! M
! r0 @/ u5 G0 t3 J, P- `; ~
: A- E7 d1 M$ @1 Z7 u+ r3 p! o9 z
特色：
) O0 p& S+ X4 |•MOSFET非线性电容详细模型: |& T4 i" I( q7 w5 b0 V
•IGBT拖尾电流模型
( U: _- m( q0 H3 h' J•二极管反向恢复模型
5 Q! {) u! R& O•以快速损耗预测模型实现快速仿真, [# x9 p+ h' P9 d
•与热模型耦合
# {1 D( Q( T7 G3 p•包含电路中的导线寄生电感和母线电容; R+ b: R$ n% ?: \2 i9 i# ^
二极管反向恢复. @* ] U: i, K8 R. r; o7 r4 C
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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2 z/ L9 x+ P3 C3 v3 Z% |0 x, L2 f9 K0 k6 c- T) W3 `8 ?
5 Q7 a/ V4 v7 `, I' y5 M' P
( H, R& q, t/ {. N4 ^9 T% Z* r- B% I+ v7 h# R6 T9 W0 U( ]) s2 z
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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$ T, N3 y0 P' W" i# V" B7 u) d* a' R: O3 |
: t& i# L' V: J# x
◆散热片建模5 r2 v5 b/ b6 \$ H# |3 O5 \
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。3 U$ g! B6 @) B1 u" `
带散热片和隔热层的TO220
) y) i6 e5 t$ j" _& M- e1 t7 e) e w" E; @/ W5 [" N
6 q# E7 B+ p" M4 d9 x" h5 u. f6 W$ _: A4 j+ C3 F
/ b% e, T8 w1 E) X m/ G/ ?6 A7 t; `
IGBT结温详细模型0 g2 s+ [, S$ { j+ P+ P2 _
7 g9 a: \9 Z- P; F4 Y( F9 g% Y# p- E# F3 j5 [2 C. ~
: }1 S8 i) e& p* V% }( \6 I& j# Z. s) h
特色：
8 I) T8 X4 R* {3 ]& x$ X& R•散热片模型与半导体模型直接耦合
( P/ c) W x/ U$ R•预定义导热材料特性
, X. Z/ D6 g; S' R( A0 D5 `•现成的散热片模型
4 P8 Y: Z/ U' L% R/ `# H. y, b/ P•热模型可从Ansys直接导入Caspoc) |! V: k# T2 Z) F6 D2 g& O
热模型/ q3 ?+ c% y0 w0 n; r; 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。, S7 D2 w9 S% h6 |2 w" X/ \
8 F: I( x+ o U) u
, K$ w% T+ {& o( ?, F3 I+ n( A
3 P- A& w: t% G: b6 F _
( I, w+ U! @! t; ~/ s
, o3 K& X/ E; \4 |; u% h
# T& P- u# q# N
* a1 u. y& J, ] u+ f8 H) e! d3 r2 e C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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# U% K/ p+ w9 a/ J
. p1 I3 f* Q5 ^7 g8 ^8 V# b
◆汽车动力管理' G! |" Z. t6 W+ g' v
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）
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7 O3 u. f3 I* r" K+ I, f$ Y- H- N
) O& `. c+ C! r8 J# r
, E# A) D. d6 C- H" dIGBT火花塞点火控制% q3 S% w" r; I) L
# I1 `8 C; X) f2 Y% g8 G$ y
: i7 J; n' Q, [' O8 [. R q4 x. A& c' V( f5 a
; [$ n6 N' x. i7 t1 Z' |' M
特色：
* C* C0 M+ {* _8 z C- V6 a•发电机详细模型，包括六脉冲整流器和控制器* |- k( b# [$ @5 p" N( b
•蓄电池荷电状态（SOC）及充放电阻抗模型。% `5 D, |5 r* ]- Z3 i) T
•高压火花塞模型
8 B; V3 }7 V% |0 x- I% B; \•双向直流电源的限流与电流效率模型. X: y7 N. ?. ^! Y0 e, X
•动力管理传动循环
1 O* T% C: g2 @+ s* A: H4 d9 S/ I4 K双向直流变换器
_$ R' y$ W! ^' ~" `$ A# P) b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。
: R3 i. p% ?- D( o5 y0 S+ H q& P) |( [2 h+ w; ^$ B" ]9 |
& A2 K, ]3 Q/ e& m$ {
! a. Y+ V: i6 G! ]5 x/ s/ N# w$ U: }2 X- R; s% I
9 a( W; |" M6 n9 W5 ]7 G8 }& [4 \总结：简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。
+ M0 H! [0 z8 G9 K" G; R- d( v# o6 o- [5 ~" p; g5 U9 q* G k' v4 e
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- R$ Z" Q! t6 f; a. b◆绿色可再生能源
0 Q) R4 S5 h" S, P1 `8 f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。
! b: B: _9 T6 c( b* e2 F7 k8 [/ J6 D. H' ]# y- y
带逆变器的太阳能以及电网供电线路
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( j7 U) {6 T7 K" j/ U! \) ]6 }. E0 J2 s
n3 o6 J# }' E2 t" _! k) N' ?
风轮机模型
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( q, z" Q' s i
+ B7 h/ w7 g1 }双馈感应风力发电机
3 X# L4 p4 B* _4 H! _6 Q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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! v( Q* s* q% x, j- A6 Z8 W! r+ y: k' ^: o9 R @
# G) t& V; l; f) G) d
特色：, E5 ~% z* t) {3 P. {
• 负载依赖性太阳能电池模型
! G+ b/ X/ [4 l- L• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性
5 r! V y9 W5 i0 H8 s• DFIG（双馈感应发电机）) Q$ l6 W3 x6 [1 \- l/ Y, g5 z
• PMSG（永磁同步发电机）
. x9 u/ |; C" t ?1 i" L6 k9 I: {• 行星齿轮、刚性轴5 a- P- A( }! v8 U2 g. T* G
• 风速特性; L5 l$ i" k: 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. s S( J% f% V2 G( F% z' X4 R" _
燃料电池6 y- [+ R# H! h# U5 `! B* _2 f4 }
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。& v4 Z' ?0 C( l% Q
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* {; p7 ]+ k( @' L: H% j8 U, s
+ M, H8 o9 H: A, q+ Q Q- t- m' c6 H
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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发表于 2010-5-7 13:24:28