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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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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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. O/ { p% |* g; l8 `◆运动控制与变速驱动装置) @3 ]$ e8 ~$ K% F
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。+ c7 ^# Y9 J$ ]. 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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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。
: D9 S ]& s7 b z* g1 v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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# W( b9 u; v# e$ H; _% j1 S9 p% L, s. q% |
特色:; W7 X! Y6 o! a4 _
•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。; P+ |! D6 Y3 Z( E% D+ K
•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。) c4 w0 \- ^+ Q. [+ \% R
•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# j! ]) R' x( d1 ~
•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。
- V1 A- r+ I" ~; p0 V电机:0 v6 H! M$ ]+ n4 q
•永磁同步电机
2 x; q- ]( H$ D: h( {$ f•感应电机(鼠笼式、线绕转子、单相)
0 R2 y! Y! n3 y- b. l B7 o5 ^•同步电机与发电机,永磁及外励磁( N% J. X: y) Z0 y. n
•永磁直流电机
3 n# ]/ i7 C0 e: l7 W' \. { t•无刷直流电机' y3 V& s+ V$ b$ ?
•串励及复励直流电机
5 q: ?" t5 {# r4 f1 x `4 ]2 [•开关磁阻电机 X! E# Y9 G& H$ A/ }8 d2 r
•同步磁阻电机- _9 y. ^2 s9 t0 ?
•步进马达2 N d2 L( r3 x" ?& h+ k
•车载发电机(直流及三相)
# Z1 h$ ?; G7 O4 u' ?9 Z机械部件:
- s; I* D2 `% C Y•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮/ @* v7 F+ D; M! x1 [
•恒扭矩、恒功率与常规机械负载' G; j; q; _4 Z: s
•速度、扭矩和功率传感器2 p7 j4 l) s, x8 P) _( R/ r
2 ?4 p) v' e% z; |+ H' F: y总结:任何类型的电机均可简便、快速地建模。6 z# D U" h+ F5 p1 O' t3 K
* D2 z9 c& ]3 X1 r0 a( `) Q9 C8 z/ Y) K
+ s R9 e1 o5 B3 ^◆数据交换与FEM协同仿真
, q, e2 u$ q3 v' u3 x3 N8 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。
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* @7 T* U0 K4 Q6 H b: rAnsys中的开关磁阻电机
6 v+ V. k' U: I a2 a7 a) c7 P0 o3 E) e/ K; d/ r- q$ F( z3 U# j
J- c( K" f& ^& ?; j8 V% O. y3 K- }$ a3 B* r* Y$ n$ G: a
- {) ^6 F5 ~3 R- F+ ?
/ j0 y" H; p# o- U, h, _( n! g1 MSmartFem中的永磁同步电机- O+ m& C d! a& i8 o7 a8 W
- G* Z, e6 v5 D9 J) i# c
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+ w7 }' y7 `$ p! N9 u. ~% r9 a7 u% V1 o
: ~% F G+ R3 _5 h1 Z) n/ p' D9 }) o7 {; B- ?/ k; D
Caspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。 6 y( R' z/ I! p+ ?0 |& Q
- B7 J( q* t2 ]6 g; s
# `) p4 y6 ?6 q, ` q/ `" W
% r+ \1 m$ K: k) `. e特色:
+ ]& n& X! B3 G8 R• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真- x( S- ]) y+ w" S( I
• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗% x2 i0 Y* S# p; D: u
• 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
( \' S5 B8 U `4 R• 静态参数、查找表和暂态协同仿真: F z- T' V7 j: z$ H
• 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 h8 O6 Q, T8 l J; q* v
线性执行器协同仿真
) y2 l4 x6 q( n. E4 V t- f5 X5 X. `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 a$ G) E$ v/ Z; g
0 G; K. C& ]$ i2 a G" r8 p: p! Z9 K3 g3 U: V) B1 Y
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。 w6 U( P. ]7 {7 Y
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$ u$ T S; }! Z! T+ P2 a3 s
( U0 E! y$ z/ m: U) B5 t◆详细、快速的半导体建模- ]8 T! b) W. d2 a/ c% h$ z
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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# [# g( v4 J, wIGBT逆变器损耗的快速仿真
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! c0 `# ~* y$ R0 A# M4 W5 X7 I
% K0 B. { o* z, p
9 p. N9 P1 ]% K" [. L
* q5 u; J/ s, H8 J半导体损耗快速预测模型) K; }6 v* y4 `/ u9 P$ q' Z/ i
: Z4 J3 y& E2 E4 y q
* s5 a( D8 O& `$ E0 f- @
' Z3 ` t4 i7 o5 m1 w1 o8 b" e# V; k' {/ T0 |
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MOSFET详细建模
; R4 g% J5 B! j! F/ vCaspoc中的MOSFET详细建模,其中显示了上升与下降波形。
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4 B) F N) \6 q7 p" X
6 O" c: {2 E9 p. U( ?1 ^% {- Z
特色:/ p% M1 K% R% L; K
•MOSFET非线性电容详细模型
* @+ o1 l! u# E- `•IGBT拖尾电流模型9 t W5 o' i3 [/ f' n
•二极管反向恢复模型
+ \4 f( E* }$ ~2 P/ I•以快速损耗预测模型实现快速仿真
) [! |" m! H- S% b9 {! \$ N6 H8 L•与热模型耦合2 g3 u7 E8 _0 F2 U+ U
•包含电路中的导线寄生电感和母线电容" ]( y: a, ~- T# O, d
二极管反向恢复
?) s0 u; `- D6 N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。6 t: n; ~6 K$ u
' N, t! U- o I" E% P/ [& @
0 w z J0 p* D+ L8 j3 a. D2 g
" c! w2 p2 O* q6 X6 }& l9 ~) |/ O- A* a1 q1 L5 G% ?
% {& {% ]) V/ [
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。0 r, \4 ^# E+ ~' _5 d
v2 m6 d8 L" {1 S! K* x( N: `) ~) O1 O* Q/ U6 t
, `: Y/ I$ I- S: x4 u; G◆散热片建模
$ }' R# F; T0 u$ x" l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。- Y' t& w% W1 }" R- J5 _+ r0 b
带散热片和隔热层的TO220
/ R' Q+ @5 \1 I! e( I
. r$ y C2 n% u2 ~, A9 r* a3 H2 D! [; o$ q. r$ G8 q
0 c G6 c8 W2 n3 A1 _4 f/ K
' l5 ]9 i: Q W# c; E8 ~
" K$ \! Z/ m9 r- WIGBT结温详细模型" c; j6 }3 \5 K
2 |/ w& G- _9 A, H+ V- y/ A- |$ c' P, q# Y; [! Y
+ C% Y& A+ J; {
特色:$ X) M7 }5 {- w4 }9 |2 ^$ l
•散热片模型与半导体模型直接耦合5 Y4 ~5 ^* M! |) t" p! i8 s8 X
•预定义导热材料特性
9 Y# s' L+ q3 Y3 p1 m•现成的散热片模型
1 v& \: G$ V: Z& }•热模型可从Ansys直接导入Caspoc
|1 D. W, F1 d Q热模型5 ~* ~1 S; n% _; e
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 n3 G% [; l& `6 k
1 d" G3 q( n! c" ~ @' J2 _' k7 l1 c( j/ x
9 H; d& I, S/ Z* B
* I" F0 N# @; H& d: K
! {3 T1 o$ |/ z. Q% b2 F& A5 w% n1 J3 j3 M" q" [6 J! V, ]
+ ?( l+ X% c. t% l ^. o" k) Y! A P
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。
! Q) H7 W3 O) n9 u# J$ M
- a. w1 X3 }1 r+ o
. H) Y' S' x Z: t7 V, D- e' y( g- ~& S
◆汽车动力管理, c; L4 k1 f) O0 B5 Q. U6 t4 x
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 {7 L* ~# J) f6 B: u4 X/ ]
- `: M" g8 p# `, O' b, ~$ c汽车动力管理(含负载突降), h. Y& e5 i+ s5 U$ C, z! h" d
' U: X9 R3 i0 a
6 w+ l4 j' e2 Z5 ]$ O2 @& ~, n( C
; E5 L& l K& h4 B
4 E3 d& f0 }# t& E( Y
t D8 r: Y$ S# JIGBT火花塞点火控制8 c( s# c7 i- ^& A- G' Q) D
; K5 d# {; b7 z/ }
5 B# }* j. P# ?$ d1 W2 O2 d
6 D* _* x W1 r: E/ U; |7 Q- X* J/ S% m% H9 _; f* ?' N
特色:
6 r; M0 f% k$ j+ r4 r2 c: `: q1 a& T•发电机详细模型,包括六脉冲整流器和控制器" K! w+ p) }. l$ A
•蓄电池荷电状态(SOC)及充放电阻抗模型。
! O \ _1 k$ m; S! @* Y- K•高压火花塞模型( A$ N5 N) X2 b' S6 R
•双向直流电源的限流与电流效率模型0 w3 g1 P( k+ E: @! F
•动力管理传动循环
: Y! W; P( A/ x5 _3 t: \: Z双向直流变换器
% p; R$ y! o: a: i, X- 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。
; F0 z1 a; v+ |2 V" `0 H
) {; B4 \9 F) V8 `7 A: k$ K# S3 ]# a5 J X
2 A9 B$ F: V% g% N: e% P
' W, o+ y: H* m5 U! e* K: J' X
$ [0 e$ z2 R" r3 W+ K) ?5 C! ?
总结:简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。
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, r# l. D( a% e+ a1 W/ b7 n! }9 I3 A/ Z/ \" _4 A! [% }' v* T$ ~
◆绿色可再生能源7 C* `& S* ~8 A4 ]2 u& M
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
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& T" X8 V$ x2 y6 u/ H4 i
9 L b: p r( F风轮机模型
; U P( T7 {. B8 `- f2 j3 P% d W( s) |: Z6 L
! v( p! A ?5 a+ }5 Z7 [- @8 K
9 d: V5 o0 G. ^) D: U! w. n1 X7 H
& N% m4 t. B1 E3 V4 J% H" u双馈感应风力发电机7 d2 y! l$ ]* J/ x( d0 h
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。 T2 I+ b0 h( G
( O+ K, v9 k, `/ g6 H5 {" u/ q6 _2 U) ^
+ U. d# T ?. B+ m& {1 b* l
特色:
2 }% x3 G) Q- |% h! @• 负载依赖性太阳能电池模型( o+ k) k5 y( g, j
• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性
r. m& o) i( Y3 [! N" B• DFIG(双馈感应发电机). {% G9 J* u8 t9 x c+ Q
• PMSG(永磁同步发电机). B, o. L, X1 _2 ?4 A
• 行星齿轮、刚性轴) S4 t' t9 x3 }5 q# K. o
• 风速特性9 f! f# u3 Y4 N% z+ G N
• 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
) Q, |- M: ~+ `$ c6 t燃料电池
3 I. \8 `3 E! A, X2 p+ S# c6 J$ I1 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。8 F: M4 s7 v- d
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! X; ^7 V2 ^. n& s2 e
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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