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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
& B9 i6 I7 p5 ?2 u
, Z9 v0 {. H" ^: K) [) i+ Q
2 b( t% R3 [2 Z% i" P6 ]8 }& `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。
N" e# W0 U3 V. h) |6 H5 ]3 w 1 |+ v- x2 @2 d( ?/ x$ Z; A
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。! n9 F$ m( g* l& H0 `# P* S
2 x/ p& |: J3 C. u! [
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。1 w8 s" C# V- ]( h" ^: [- s
# n) p3 \2 `4 e0 R0 @9 c# l) e+ W4 D
◆运动控制与变速驱动装置3 B$ S3 ?3 N1 C* X$ w3 F6 V
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 M: Z; r$ y0 h, D
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。
! H9 g. _8 n3 p) Z' _+ R5 Q& W5 v/ \# a2 I, o' k: `1 ?) S% F t6 t
+ N: A: |% W# j% ?" e$ a; ^6 k$ R5 p& F8 ]0 ]. v' |5 {
1 s- E% R" J/ c0 r2 [' {* z( v+ n3 X0 E4 ]+ K+ i
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。* q1 t; L7 p4 g4 { ^: ~& u$ N0 \
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。
- B& g& J# _4 I5 @9 _* D. U, {$ P/ ~5 v# Q9 `6 m+ o, i
2 u. k% S) j% k0 c$ V9 o- Z7 U
" y8 o/ N4 G4 C% A特色：
* W( \" Q6 ~! ]0 k•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。" z H# S$ |( T- R3 B6 J+ A
•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。9 I6 n' X6 }- K/ Y/ E" T6 Y
•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。4 t: D1 O' 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。
( r8 `$ h% r% l1 c电机：, Z- d* I7 D& |3 Z
•永磁同步电机0 A% V, |7 I+ F8 b0 v- F
•感应电机（鼠笼式、线绕转子、单相）8 A% c* U5 W1 P6 k( r) h9 l
•同步电机与发电机，永磁及外励磁
2 c+ a4 }2 V1 o# C•永磁直流电机2 D& B; `6 a! A. h; Z6 ^& X0 i
•无刷直流电机# E7 e; \& Z/ H2 F h% J. |
•串励及复励直流电机
2 C# j5 f o; w•开关磁阻电机, Z2 J3 v; l! ] Y+ N. J2 h
•同步磁阻电机& W/ g* I8 B( O9 U9 L. Y$ o2 |2 S2 F
•步进马达
6 O! R S6 C z$ `+ [$ E•车载发电机（直流及三相）
: p8 y& n+ w3 ?/ X' z5 q: u! h机械部件：
( T* |4 E# F q•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮
# F3 ]& z) r6 }- v/ m•恒扭矩、恒功率与常规机械负载
# s( ^- n5 u* L: E9 v( j8 B8 k, b•速度、扭矩和功率传感器
) v' w, w% l5 }: D
8 u- w, y1 v. A' j- ]% x* l. h总结：任何类型的电机均可简便、快速地建模。, Z# l! F/ d2 P+ K$ Y$ ~ t7 [
, r5 W h' P0 I: ` p1 s5 m8 C. ~
X M/ f. v% s- r9 e. y
/ Z/ z G% K( x( \
◆数据交换与FEM协同仿真
$ Y" M' h# \6 l) H8 B; V' M. 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。% X5 ]4 v# G* ?
# f3 e% b: ~# T2 q6 R$ f4 |4 HAnsys中的开关磁阻电机. m9 e& O% G' r! k' K/ J
( k; W1 O2 s& C1 N# l, I7 F& O) C$ B* e
. C! t* e$ u* c, L6 v- c% B; b
6 w4 s D: L+ g5 B _
( w9 u, g6 ]& D6 w2 \SmartFem中的永磁同步电机
2 U: ?0 `2 Y- T2 I5 n# ]% H c) F9 b Y" D/ b3 `
- a7 @' o) Y! i7 T0 a6 z+ m' W2 |- e; ]
% h3 g. k; p5 J! T
4 Y6 U# N& K2 |' \; k' M/ G/ B" |; X. w
3 {! E, a: P& \: S( cCaspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。 5 x7 \0 Z2 o+ M6 s7 {
* Q/ z1 M9 F0 n2 V3 p# F
1 A/ M- l+ {; n& M! C; H o" a. u0 e( M4 B- b( h
特色：
( v. P, A, I# M3 U/ F. h9 k/ l; L1 [• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真+ u2 @1 y, t1 [# u8 c& C M* E8 p0 M
• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗; ^& T6 U3 |+ O! e p3 D- O
• 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( M( P$ V z8 k! l2 ]
• 静态参数、查找表和暂态协同仿真
/ Z* N! `4 i* I% 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。
0 N, p2 n" \ z3 K: ?线性执行器协同仿真
3 F! l; M t9 k; [$ M }7 l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。. ^1 }: ]3 s* u; V
$ v2 n! l+ |6 H4 O' ^9 o7 \. s
' V5 r# E( R6 _' a
; ]5 f0 G4 w* T# ~! w' w
9 t; R! B2 k: \$ w; W" t5 K
% ^/ k9 \6 l7 v( t4 T! ~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。
/ G" Q2 Q7 u! S. _
0 n( F- z+ s F3 g+ }4 j2 a
' |3 R8 h8 T. I
2 q5 b7 Y- S( c% U4 c◆详细、快速的半导体建模* g5 c7 r3 [6 s w
采用Caspoc“功率损耗快速预测模型”，优化电力电子设计。
4 v( O$ v" E# j1 `, o% [0 ]; p0 c" H: u9 A- u/ [# N8 d
IGBT逆变器损耗的快速仿真1 z: Q* r5 _5 [$ S) [5 |- }1 T
& R' v7 P: m+ K: T \( R; t( H7 x+ m$ w
4 h0 X/ R+ N: x* @! N+ T
: U$ o# @) l) q0 J$ t4 C
6 ]1 _' i6 |4 y4 @8 r半导体损耗快速预测模型
2 T3 F+ v; ]* c' B3 [5 e0 a) b7 J- o' q! Y/ [$ z* Y
0 C' f, ?) {2 [& A1 [
" M" A- g4 E1 c5 o4 k0 A- c
. k! w, i z8 M F8 e% `+ K& w
+ q4 E9 J' X: F TMOSFET详细建模
k! {/ d# R3 e) TCaspoc中的MOSFET详细建模，其中显示了上升与下降波形。
; L- N7 \- a5 B8 R" d+ b/ i
6 G' q2 |# J/ u& A/ |0 n% \+ W( Z6 j! q4 B
2 w" [1 V3 B% `4 g7 @
特色：
: K- y% E5 r, U) l# G•MOSFET非线性电容详细模型
0 K" D1 Q; u/ x% l9 ?! w5 L- r" V$ t8 H•IGBT拖尾电流模型2 O/ u0 e3 ^; [% o9 S( Y& {
•二极管反向恢复模型
1 o; a% K* k R9 M2 y! D _•以快速损耗预测模型实现快速仿真1 `1 Z" o' A' x5 N- Q
•与热模型耦合
; Y; |! J& M8 [: p# x, Y•包含电路中的导线寄生电感和母线电容
, S* ^6 H' {6 p, I二极管反向恢复
0 o: g* N2 [$ ^ C& |' Z# |& `% \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。
; T9 B: [8 _/ r+ _3 V* U- B
* b* ]$ Q6 L- P- \. e/ f2 G& s u9 G% {$ b( Q5 A: h& p
; g. C m/ q. H5 e. l5 d B
1 l) Y9 g. }' ?4 J. H2 M9 {
9 n$ S& W/ d, [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。
) [5 ?) U9 U) x6 V* c V' @+ ?& r( V: ~# O
1 a4 @) c% w/ u. z+ b* B6 X3 x! w9 M' b4 `+ }" J' J/ X7 _8 b+ A7 }
7 g& G; O5 }4 \. I8 M◆散热片建模
- u& L# X5 h4 l0 r5 O) a6 ]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。& C: r8 ]' C( }/ r! }5 F
带散热片和隔热层的TO220; r8 o2 _& I( s( k; p
3 C3 h' h2 q! g" L* M2 g( I9 D
, [8 I% |( j6 ]) ?* }% u+ g5 S
" L, H3 e. w' l6 R
$ H' ~, [$ Q0 S9 `7 ^' h, h6 w% Q; r1 `
IGBT结温详细模型, H. Y1 i( P. E1 F+ L4 O# L
+ o( a7 W# F. t8 _& B* y
" D$ O Q' h/ A& ~3 `5 F9 I9 S$ S4 H7 ^: C8 |7 _
特色：$ n1 v) C8 O5 I, p6 H4 G2 L* K
•散热片模型与半导体模型直接耦合
K7 X2 \5 H+ p! o9 u* n: {6 b7 D•预定义导热材料特性
* O# n) j* V& [$ p•现成的散热片模型# B ~- H8 `5 A+ M5 L: K
•热模型可从Ansys直接导入Caspoc0 D# X, i( V+ D: ^3 q: D0 L( w# }
热模型* @0 X# ^# o4 P; T: D
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。+ L' J/ |( ]& t
: m) s Z" G& [" @, e
: R" A i" F0 B
8 q% Q5 X! A B+ [+ w5 [; b( _
2 l: q+ R: [7 n6 f) c! V6 ~6 @& g0 D. }/ @! U
0 I" Y. V1 P3 V4 h; ]5 [2 f. T) ~- @6 _" l! V5 o, g! i3 I+ \
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。
. A5 t+ Y% G6 e* T/ ]0 u# j' W; Q2 h8 H2 l. J: X; r" J* w, [
4 K: ^# d* b4 r+ H! |+ _. Q* n6 x" [; N3 c- a( `
◆汽车动力管理
+ c! j3 q, D/ a$ L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。$ s; x7 I( Z, A' e* e
; E% F8 D' b: T, u# q! Q& z
汽车动力管理（含负载突降）
& Q' ^6 I' r+ t4 F! s. V# L! z* @
/ R4 e0 X" z) A* B" [) p0 V4 f( D" |
/ g. }% m5 X3 d" A0 M, [4 A" B) U2 t( k( I7 s
2 ^. e( a2 ^& j" J; ?
: Z9 S2 K4 C/ S& K' p$ M! P: O
IGBT火花塞点火控制3 n, v3 ~: H: U
1 F3 T& c2 y% r/ d) G
. v$ Q3 r9 O( p! I4 T1 Z9 N+ j' ]5 y. Q# A
# E3 A& _9 W; {' I/ t
特色：
) B' m/ h7 y- |" W•发电机详细模型，包括六脉冲整流器和控制器
7 j/ A( B4 e9 x9 b9 N" J•蓄电池荷电状态（SOC）及充放电阻抗模型。
4 X6 @' _8 H, B$ }+ O•高压火花塞模型) S$ t3 e. y8 q, B$ O" W+ V
•双向直流电源的限流与电流效率模型. M& Q" W" v' t& k: }
•动力管理传动循环
. Z8 O c' }1 c3 G双向直流变换器
& u8 C* v) d% m7 z! h1 r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。
* z! d! C, D0 `1 n6 b
; W U' i2 g7 `/ H7 {
' B: C) n9 k4 z G8 B
% X2 ^' h- H9 }& a
: L0 E; v1 i6 I- K, w7 i t0 e9 m* c& ^0 e* A/ O
总结：简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。
' V: E. U- P" N
0 k! L* {5 y8 v! A
8 P2 W8 @6 k1 X0 \% e
0 \& u; g: p' n0 p◆绿色可再生能源
: c- V, y' i- m% Q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。$ q! B) }( i# u" N
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带逆变器的太阳能以及电网供电线路1 i/ p3 P- P+ t5 k% X
/ }& ~9 ^; M1 z; @+ @4 R6 G
: }: H9 N' G1 V
3 k/ P9 X: a8 f- t0 N
3 `# S: _2 v* L' `' K0 ^$ O5 D' Q- f
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风轮机模型
! F s3 ^5 V( P" |
. e5 E+ E+ a/ z3 R' q
h0 f6 g, l' ?. \5 J" u3 e; M5 R5 |# a4 d
% d/ m* e% v: M双馈感应风力发电机
, q+ o( |7 B: Q6 s* N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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) [6 J+ F& `5 g/ ^) F5 r
O' j8 P* P' L- S 特色：
- A' N; M9 y! g0 @7 ]! {( U, f9 }• 负载依赖性太阳能电池模型" w Y, }; R% ]% P I
• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性
. w/ g0 p7 q7 M& T" u; q• DFIG（双馈感应发电机）
5 Y+ {4 ?9 E9 Q• PMSG（永磁同步发电机）
. P( A' T* |( o8 F! k# w1 K• 行星齿轮、刚性轴
# X s2 G$ U& [3 w• 风速特性* F; d! @9 R- F0 @7 k
• 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
% R1 p/ M% g9 i" p7 F( q4 E燃料电池7 x% i( L) Y+ j% j" q' C0 l" ]
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。
7 k2 w" Q* R% E0 V& m' Q; a. a( d1 r! l* k: z
' H& w4 L: p- x. z# y! h2 E$ r; ?, G
) V9 E4 b1 g, f9 ?& s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