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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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( r, T7 H; ]8 h7 C5 I/ @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。
" c; o5 A) R2 o
1 J! p( r p, f: X* l4 kCASPOC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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* F3 C D! p+ T# \$ l7 d) }◆运动控制与变速驱动装置
4 [/ y; T: U& E3 U2 q' Q1 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。' }4 m( S" S* e; v; v: r' V
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。( o0 Z$ G5 l, E7 p
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1 B6 h% i' h$ U! Q& R- n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。
/ c: \6 `4 H0 T: ]5 l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。
- C1 I# L( j U1 c c% R& D% U# l, z/ L1 r+ e7 c
8 w: d! E0 J' c3 u9 u$ r. I/ Y0 Y+ W6 J Y/ e7 w* O6 F6 L3 Z8 g2 m! @- w
特色:9 J1 @2 V# [6 x
•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。
+ q4 [/ _. k9 A5 F- X" N•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。8 G: ^1 O0 W/ _8 P9 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。2 v3 L/ i" `9 n: F9 T
•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 i7 p6 y/ H" y电机:2 [" `7 ~' `; X) y: C. _2 M, e
•永磁同步电机+ W0 ]6 q% S1 y! O4 s
•感应电机(鼠笼式、线绕转子、单相)1 j C, h% @, W& ], ^* S
•同步电机与发电机,永磁及外励磁
( p- q; [& x3 q; y' u3 E•永磁直流电机5 u0 ]5 d! Z. e, d6 _
•无刷直流电机
( H q u( p' a. z( S2 `6 }# T# I9 A' }•串励及复励直流电机
8 ?' Z/ b$ S8 J•开关磁阻电机
* R; d9 Y5 U! d% U% V! n! H% T: P0 C•同步磁阻电机 |9 y" e6 W1 z
•步进马达6 e; H2 o- i# I1 }; m! D
•车载发电机(直流及三相)
/ c7 \4 X% Q) R- O: Q. ^机械部件:* d0 Z) n( V d) o
•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮3 J: g+ H% q: d& t# Q$ P
•恒扭矩、恒功率与常规机械负载9 q& q7 C1 h& c: V! D4 I: B
•速度、扭矩和功率传感器
, L5 E9 C$ I b' E4 W; h$ a8 T8 V J0 ~ w
总结:任何类型的电机均可简便、快速地建模。
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7 b. }% t7 B+ n5 V
◆数据交换与FEM协同仿真
! V/ ~, v( [/ e4 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。# x! y4 {% ]( K: h) `' k
; ]" I& k+ t# g8 T9 ?0 sAnsys中的开关磁阻电机
M. J1 F8 ] W. f1 s# N
$ N1 s& v- p/ F G) ~9 ~+ x5 e5 W5 A3 c7 E# d
( W* {/ e/ V# Q4 B, g6 l0 z9 h7 Q
' e( I, j0 I+ p
' J# E% y9 O: _SmartFem中的永磁同步电机5 d/ B1 o3 {9 J9 x
( V0 C& F" Z( e
5 i4 Q- x0 t6 Y- S! Y0 k
5 E( r5 o) E0 n) E0 A9 m$ n
) O% J- D1 G$ [6 p' w6 T; }' ?+ x6 z+ y! s' ^- X1 {: }" r7 O
- O' L, P1 N5 r) K$ S/ g6 ?Caspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。
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, Q0 v/ M5 M3 F4 {, [& \+ \; } |' ~# \1 v3 G7 v
8 H* v, b# y3 b" g( [' n7 A特色:: G1 ?. X1 \' e8 M4 w7 R; p1 a
• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真! F( }* o0 J% c8 \% h
• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗
5 D1 P' ? W8 {, z" i& _2 x• 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4 t4 ?6 ?+ R) g. ]& v2 u/ F6 k( m
• 静态参数、查找表和暂态协同仿真
, F: v) |: {: h3 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。# l1 U* l6 l& y( [: u& X' s0 S
线性执行器协同仿真' j3 t' Q; L* N+ o% v$ O" o' t3 |
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。; g C+ h U4 X
$ P' n% k4 F; R( \+ ?) K* K# T
% s# s4 ]9 g6 n
" M m# J4 K, t* X
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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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4 v1 K) T' Q6 b+ V5 {. ~9 f+ ^( E2 ]( ?
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◆详细、快速的半导体建模0 i7 D7 e9 V7 O9 ?+ T
采用Caspoc“功率损耗快速预测模型”,优化电力电子设计。5 c* ?; s+ g7 _8 r* M# E
* B3 ?1 c5 N* h& x
IGBT逆变器损耗的快速仿真
, M. Z* n- W" C& g* ^+ t! D; V% O3 R4 s5 X4 W
! m/ H- Q/ z5 E5 _2 m6 [3 r \* @6 K9 S+ {
8 u @# X0 _2 }8 R
' w# @- M! ~. [; W: Z5 V半导体损耗快速预测模型4 Z- u Y5 N; B5 [2 u$ q$ ]$ `# f, t N
5 r* d! s0 r" M, p* U
( u( Z6 e( E' V4 j! u0 F% x4 V
% I* J: X+ |5 E1 A* i4 x2 e$ m( s( N [) v0 R9 k* c* s* R
# Y; O# _% Z8 H9 n- OMOSFET详细建模. ]0 h( {# e ]8 ]$ w
Caspoc中的MOSFET详细建模,其中显示了上升与下降波形。2 g% N$ p0 k$ s: n' n
, Z8 i8 L0 i4 z% ~3 e& |6 o4 V* |$ P' R* I' g! E
: ^3 ^1 D: W# a* N# l特色:
$ A0 ~ e7 r8 x9 G& S/ ?" ]8 R. B•MOSFET非线性电容详细模型
: q4 E* h( E) q•IGBT拖尾电流模型
" E) ?% |. r# V* z•二极管反向恢复模型
& \" n/ O/ C K•以快速损耗预测模型实现快速仿真& }2 T* r9 q7 l8 d0 j9 t% A; K
•与热模型耦合
1 m' I v' d' g ]' }" F•包含电路中的导线寄生电感和母线电容: Z" _: i6 Q2 ]' N0 u8 o6 c
二极管反向恢复- x9 h6 B- j# I6 O9 W
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。* k. |! i5 V* D L, d* r
8 @9 U" C+ _+ k( r8 i; [6 D: H5 y
y7 @ `4 m3 P" U1 t! U. D( D0 f7 e$ t# Y, i9 U: a
3 _0 A& S1 o* y
) |7 o0 k7 K2 `" H0 w# {! W$ M) i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。% p* g8 f/ x! T( Y
) p3 R; l" v( H, u: x2 g2 [8 S* {; r+ H6 j& @
* N" }8 g1 S) {. x: x◆散热片建模
% e' z" K6 I7 E2 s% R- K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。
8 Z) O I# M0 H/ d3 I带散热片和隔热层的TO220
. w. a5 M9 A3 y. |; P& r$ u3 ^4 o W3 b" I' c" E
: J; R" l5 ^1 Q: Q# r5 x/ M
# l: Y9 x: s/ r+ ?1 f: x8 O
' i5 W! u" C' p: n6 X' S4 P* q" N4 V9 h& Z" _+ |
IGBT结温详细模型
& ^* m' H& O& V( ]' M
1 H: n% t! d- g; t5 }* n. y+ {! y7 n! }
" \- [! |4 G; E! N% s0 g特色:
( i2 A/ |* m+ ?3 i8 {7 p$ y6 m+ {•散热片模型与半导体模型直接耦合* {% l; P4 o$ H, O5 q: S
•预定义导热材料特性1 A( B$ w( _; P8 z9 f! g
•现成的散热片模型) a: s {8 |6 W9 R) z7 W
•热模型可从Ansys直接导入Caspoc
( t- z5 _4 j! ~9 w% M热模型
) y* p3 x2 h$ d3 E7 B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。
5 G) \; t" y& ]$ S A2 ?: f* Q8 ?" v# m) u# s" A. _4 y2 N5 N5 C
3 h. C$ _3 s% Q' q; g
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/ l! g, q* v2 B- W$ F) ?
3 P, Q; c# i+ R4 O
; d3 X0 g N3 k& \& H& t5 ]4 o9 o M3 M( n0 S) n' A# }
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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7 f# S1 t0 d% q3 a* V3 Y% J% r: S5 B" U) N9 ]0 I4 |' Z
" f( X3 j4 z) z$ o- Z. Q◆汽车动力管理; k4 \. D8 H* S: y
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。1 e# |9 D: {! M
7 u7 G/ J! h j; {/ w; H汽车动力管理(含负载突降), o# t& b3 `3 a' k, Z
, x3 M. s1 |1 o1 D2 ?! J- c( e( O1 J
j- v! d) v9 l0 M8 M
: ^" R- v& m4 T; G/ W5 |
8 l, I' b+ u! y% m" `5 ~$ N; A# O' vIGBT火花塞点火控制7 J5 s$ M2 @- G& y) B3 \
( {, |' I5 w, h2 B0 F2 W) C z' L2 c K$ \" t1 q* k: @
5 f) C& \1 @4 j/ Z4 F4 p$ ]
2 R5 J3 o; u$ a, I特色:# |* R) X1 Q* |
•发电机详细模型,包括六脉冲整流器和控制器# }0 L- e% n0 }2 }7 e' |: x: z: s7 Q
•蓄电池荷电状态(SOC)及充放电阻抗模型。5 a2 @% E1 U5 P1 x# I- r0 l
•高压火花塞模型
/ l1 y7 e8 I, \•双向直流电源的限流与电流效率模型2 n( a# q- f$ L; q, Z, U
•动力管理传动循环
2 {% K9 K; i, G2 G/ j' e2 `( s% T双向直流变换器8 c, q4 e F7 E+ w) W
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。; r- u& T, |' N6 t& @
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' W6 s% N" X/ Q0 x, b# x1 ]
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' U2 Y7 _8 _& {; y1 L% U6 {# X/ r4 C
总结:简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。/ y2 H3 ~6 H; |9 B% O
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+ d; Q6 }% x2 X# {3 ?7 g& S9 c◆绿色可再生能源
5 y6 V" S" Y) `; @7 D- S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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% r3 w3 N1 l7 Z# c$ Z带逆变器的太阳能以及电网供电线路
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. W( C" f3 |8 N) U% m3 Z风轮机模型 f% Y& b5 h" x; q/ K: ?* Q+ ]
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双馈感应风力发电机
. h2 r) l" t; 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。
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2 N: x$ C) x" P | 特色:$ N6 n6 g) K1 a& [( y2 F
• 负载依赖性太阳能电池模型
9 E, y, z' n+ W& z) r# ~) T• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性! Q8 A# H* Y) {+ M( r" ]
• DFIG(双馈感应发电机)& ~( i4 k( @" a( u9 P. B" v
• PMSG(永磁同步发电机)$ @: b _. W0 i7 ?: v' i* ^4 \9 F
• 行星齿轮、刚性轴
4 V' B" G: B# X0 L' q- Y• 风速特性; ]( l8 @! b6 P* }; J4 ~0 Z
• 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
% c K3 B# |! c! T) W2 }燃料电池
; \& C& \' C/ F% V# r ^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。6 A# S; J V! i# |' w6 l2 H+ F8 D* ?
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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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