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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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0 R" _6 S' ?! @: A. r+ r1 P3 G X
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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7 E7 ]2 m# w. @) _$ cCASPOC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。$ q% ^5 r+ H) a: P( v
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◆运动控制与变速驱动装置0 ~9 L( w6 } J# s2 A9 J; S' R
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。
1 d- K; X( V+ 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。 l8 g0 u5 {, f. |$ u+ h, q6 h9 t
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2 q7 S0 E1 \: G$ a% b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。6 Q+ O" r# i! C- l- S% d
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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/ {: T7 Q I# g9 o7 u! T特色：4 k, r: H6 |! Y ] L! p4 E
•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。
# R) P* V3 t) 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。
" k& j+ X! @- |8 c" w# Q+ M, p" f•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 e! ^% q5 T0 W
•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。
$ S5 L ]' E3 C1 a( X9 Q$ U电机：, Q: |/ K/ m3 O! N& b) G
•永磁同步电机
1 ?- t Y" s3 D" l•感应电机（鼠笼式、线绕转子、单相）$ x/ T, T) u. E( Z
•同步电机与发电机，永磁及外励磁. z0 J% o, e" }& o, l* H9 d
•永磁直流电机
# w- I3 ]$ ^/ h1 D5 _% _ ^. a•无刷直流电机. L$ R- I9 N% b) Q" w2 z
•串励及复励直流电机
3 R( c/ n" q; @% ]1 r•开关磁阻电机; h5 d9 |# x/ g5 s
•同步磁阻电机
! O! F1 ~( S3 M+ q; D4 _) p•步进马达
2 ^3 j. x' ~ i# {4 M+ i•车载发电机（直流及三相）3 T" u7 D2 I6 J* W4 G
机械部件：$ { P2 o& ?1 c! {
•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮
1 l; J: E x! k6 z+ n•恒扭矩、恒功率与常规机械负载
) Z, m) X( m p3 z4 G$ ^7 F•速度、扭矩和功率传感器
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J5 Y' G5 I3 b6 j- q总结：任何类型的电机均可简便、快速地建模。
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) K( X' A( D7 W/ _7 B3 c; Q" I% v" m; _
◆数据交换与FEM协同仿真
( q! y" v4 P! g5 D9 b& }1 g% S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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Ansys中的开关磁阻电机( [8 a( k d4 f* m! B
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; z% ]8 m9 ~' _5 ?: [
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# R* c$ S( L, L0 X; K, ?( O
SmartFem中的永磁同步电机
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# D( h; v3 M+ z1 x- m* y, x
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Caspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。
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- c0 F) |) u* V+ H8 n) S: ^特色：
# W! \0 x: T/ R8 n• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真
. v# E) i. g4 ?5 q; b• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗+ \8 V8 t: U! I; ^$ I" 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! {: H, I: ?# y6 Z4 o- ]
• 静态参数、查找表和暂态协同仿真9 d* l4 b) e8 n- L
• 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。/ [7 X3 x; R/ e P% i0 j5 U
线性执行器协同仿真
% M+ r: P, I! {% G6 u8 q9 e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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$ D* v+ R/ g! o: ]) a
" x) k/ m9 B. U/ t. F4 |
# I2 E, L" E K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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* e4 j. w9 L* t; k3 q( i) D! J8 P- q8 {% b$ k& v
◆详细、快速的半导体建模7 L9 w5 B8 H ^+ ? i1 @" 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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IGBT逆变器损耗的快速仿真! B* [$ x+ O& X s. [5 q
* z1 E+ Y' K2 P6 q
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- x/ c% M- L8 e( a4 p3 g# ~
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3 `- K8 K8 |: D半导体损耗快速预测模型
) R) C& f% c4 B8 P: ]7 k( [% q3 _' C' \
3 P- G) j: L/ {
' M \; q- {, p( H1 S4 T
. D O( ~; P" {' b# f$ @' @. l2 R1 O* \7 F& T
MOSFET详细建模
f! K- P" ?& GCaspoc中的MOSFET详细建模，其中显示了上升与下降波形。: ^9 a0 A. t* g
9 _; I) K6 g, |, j5 C& S" f% l& y4 b1 ]5 U& v" ]
# g* k& O$ ^/ F" L8 B' v6 x; R特色：7 A; M% @" J) z1 {& u* F; t
•MOSFET非线性电容详细模型8 C8 I" T+ v u G9 M+ E' K
•IGBT拖尾电流模型8 a; \+ L$ i" S( H/ Z+ H! z# c
•二极管反向恢复模型9 i) }. v/ F" I: M. t1 x2 w$ [
•以快速损耗预测模型实现快速仿真( D; b4 C0 t) ], [/ k
•与热模型耦合
9 a& ?8 N: g [0 f" x0 r* |•包含电路中的导线寄生电感和母线电容" v/ i0 x$ K, G5 M; p
二极管反向恢复0 |2 c/ y$ R' 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。
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$ ?' H3 Y2 Z6 g: [8 [9 ^. J* s( |/ V4 t! r
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。. h2 c8 B# q/ y- G
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◆散热片建模
; s$ j, H2 P7 f8 v/ G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。
% ]' [, X; H1 m1 H带散热片和隔热层的TO220
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9 s, S8 U. E1 `* I3 O3 L9 S7 }; O6 x0 A4 z9 Z1 ?% f
$ C9 b4 {5 a6 p5 D5 Q3 t; e+ L( i- G) _' m- C
IGBT结温详细模型1 P2 N8 v3 I1 M
: k6 V8 }/ v2 p# x- Y
, R; y/ n+ K2 L, Y9 S
, Z @3 x3 o* ], U+ a! D. @. K7 F, i特色：* o+ x- f. G. \% N$ S" {; |
•散热片模型与半导体模型直接耦合
5 K$ M) F; x& I* I, c0 s1 s8 U2 D•预定义导热材料特性7 z3 ]! w! ^3 _8 p
•现成的散热片模型
3 ~) d4 E, u& \, H' d2 s+ b7 T•热模型可从Ansys直接导入Caspoc
& O1 O+ N- v# b' r+ e/ \ N! ?热模型' f) D% {" K0 O! i+ c7 S3 E9 w
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。; N1 {& z; X [0 @4 O
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# \# x9 J& ^. I+ f" u0 n- C9 j, F3 o: O" `) x
! Z% g# W/ n% ^ ]
" r* z9 r: p! M. }. ^4 _' K1 a) ]7 u9 R6 e5 l8 w' z
. j9 J4 }4 K! w, `8 @" F, C$ 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。& Y N6 F. e7 G; V. a' Y+ Q
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7 N7 N: }# s4 }. w4 ]( ^) \% ^$ b
+ T- y- n$ L/ V' V
◆汽车动力管理
" {; C7 E: i3 m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。( {( D# S. I$ x( ]: v. m( }
, G+ w2 R, P) r' D7 u+ J5 o$ a汽车动力管理（含负载突降）: W l- q. P0 k" Z7 E& l6 Q
1 Y" c: p7 Q! D1 l% x" M
0 H# A& n8 Z9 n
, B+ s) I/ ~9 U! ~0 k) t1 L9 f( @$ l6 u9 H$ L" X3 w+ H$ K% p- {
" l' A5 N0 T Y U, I, wIGBT火花塞点火控制
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2 U; ~) E4 D$ o7 Y# N
3 c7 C1 G7 C* e$ M8 G0 L
* P4 ]' M! K \$ B( L特色：
% W+ l [( Z4 |6 `•发电机详细模型，包括六脉冲整流器和控制器/ p8 x5 |( s3 v1 A' {7 k
•蓄电池荷电状态（SOC）及充放电阻抗模型。
5 ?( r% H2 u: k, F( {; ^: }•高压火花塞模型. ~" ]6 a' p5 w( O* M* O$ w
•双向直流电源的限流与电流效率模型
* S5 ^9 s0 U+ e9 T•动力管理传动循环
5 b0 Q; o' h. ]5 m9 M: Z# p% b双向直流变换器! N4 D: }. ^) @4 i
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。6 Z; q. E5 }+ q# b( Q% L
5 ?1 U6 ^( z0 W) T7 J2 \) z1 l" E
* h/ X5 X0 v6 V7 b
( _4 _% p; `$ H+ c0 }% e: X
- e2 Y+ y4 ~5 t7 R; k" X! v' h; H0 U
总结：简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。3 j) e+ K! E" b5 |" p: R
5 t4 C. r$ ~; q
4 r8 r5 Q- d' @: I0 A
* X# I, _- B7 C0 ?! {5 U
◆绿色可再生能源' c$ @+ m0 y- d; N: o, 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。+ U/ C; h/ D/ j( Y" a1 V
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带逆变器的太阳能以及电网供电线路
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& V# E ]1 n0 G' \; F+ X7 b7 v& s4 y) Q7 N/ k A- }* L
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" P. M, }/ ]: I" i% X/ I: n" Y% N+ z5 o
风轮机模型) l5 Z6 Y3 B* L# z% l5 B
* t; @+ F# G' f+ O$ \6 T6 X* Q
; k) I5 r3 W, V. X7 n! b
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双馈感应风力发电机3 ~. @% e. \4 ?' [; ~5 F. ?
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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) d9 |" n& ] Q9 Z8 k5 g 特色：
$ H8 B3 C7 ]/ h. V! V2 K/ j• 负载依赖性太阳能电池模型+ y0 a( {- D" c$ e6 L4 W% t! T6 H
• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性
. U( Z; ]' m' w• DFIG（双馈感应发电机）
$ f/ s* O" a4 B9 m# u• PMSG（永磁同步发电机）
! s9 s2 y3 p. Z8 ?7 U% t• 行星齿轮、刚性轴
# C# }$ m9 j) Y# @• 风速特性
, f6 B) v. O l+ j7 Y2 t7 L$ x• 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4 N, w7 M# ~% H1 c
燃料电池' o) n& A2 E- n3 l+ {7 r+ X
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。* w% |# ~- T7 J5 N) _1 @# X
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+ b) a: D [( m5 I4 G& m2 `
) F& _- \, O" l3 U) h. 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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发表于 2010-5-7 13:24:28