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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
9 p- o p% g/ L& N6 W3 @* D6 V1 G+ b. x% h( f. X( D, Q
9 v, k1 r- q" h. N" PCASPOC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。
. A3 S- P6 m M& w . T. e! n6 z$ y* g6 V
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。2 C" W. X( ]( {& r2 i. ]2 w# E
) E) }* N3 r2 U5 w: N8 s) DCASPOC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。7 g K, M5 Q: n) Y/ z
8 U2 d/ N$ q$ `3 O2 h8 S; }3 V
) w; Z* v m/ a7 h
◆运动控制与变速驱动装置
/ W: z1 j! Q: 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。' u8 ?( F, k% z1 l. d: |, I1 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。4 P. @" [# M* N! s8 D. \+ P3 |
/ L1 J1 {; S5 v, ^, k
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* u9 u$ R' B6 D, ?6 x; B* ?4 V) Y( ?" R. c
* F& S- m5 t8 G) c
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。$ O3 ]* B% M6 m( {' g4 a: E9 n- j% `
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。6 ]9 r1 q6 d0 b6 o
Y1 ?& ^& l- r) o2 x$ t1 \
+ O# C# j/ A: }" K7 J4 k& F3 Z* e8 F" ` Y% T1 a3 e
特色：+ U" y3 S" E, V% v" k1 K, j
•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。
, q5 X& g8 H- q: l5 r6 X2 Q8 F' V•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。
; B! A( E/ }' x% 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。) H4 {; Z2 S0 {& z6 ~9 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。
! ^3 v/ t% c1 E* W% c电机：
, G( A* Y+ M4 E: z/ M, G•永磁同步电机1 Q% R! F& Z& H9 i
•感应电机（鼠笼式、线绕转子、单相）- U' {$ w! h; t. i5 P
•同步电机与发电机，永磁及外励磁
$ L( x* J7 v2 W4 Z5 [# {+ ]! t% B; y/ o•永磁直流电机
3 B% L( [7 K) u: G•无刷直流电机
4 J; b9 h* ~" M, h2 t u/ V5 ? o•串励及复励直流电机
, F6 {6 v; q+ g2 m•开关磁阻电机1 b- H0 d3 \1 h2 n* Q1 s$ B) M7 L' A
•同步磁阻电机' G1 \ ^& S+ g8 ]( {- j' E
•步进马达
`5 J3 W& T1 O% J/ a1 }•车载发电机（直流及三相）
: n2 Q& N; H5 r" i/ Z1 Q* s8 b机械部件：9 ]$ k; a/ Z5 d
•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮
. p5 |9 U5 |+ E. S2 s; ^$ n0 t•恒扭矩、恒功率与常规机械负载( u, r' m0 N* c/ M2 Y2 N
•速度、扭矩和功率传感器+ ]3 m' t1 C; p* K. } u% T. P
' Z9 Q. N. x5 a( I5 ~6 k9 O: @
总结：任何类型的电机均可简便、快速地建模。
! W, J& y/ K& i9 i! E' Y! V% j3 n# y h" V: z
) a8 F4 |" W ~. A; R5 V
) C! l- V' x5 A9 y- V2 X7 f◆数据交换与FEM协同仿真: R6 ~, W& ?+ 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。; ~! c0 m# B4 j0 B5 s i m
& m. B6 v6 u; h' b6 N h; [
Ansys中的开关磁阻电机
$ s: n" |. x& H4 X9 o3 R) D' L) H$ a- n% j1 \; i
" n5 o% D: s R0 _% M5 n" Q7 V* v4 {+ z" `
3 g& D+ ^8 {" c. t* ]
* \8 h2 D( E4 n6 t, s# ~- lSmartFem中的永磁同步电机) {0 J* d4 y+ I/ D, J* m G
( x) Y2 `, g1 n; C
$ C- Z& Q7 m' M* u9 f
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7 f' c3 h5 F; F' n( u; A8 h% e; S7 M3 v+ W
$ ?- ~/ _) w4 n9 j& y+ ]. [* _0 uCaspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。
' m4 F m2 h J- d4 h
' b, v$ ^5 X+ v0 A
( X! r+ a: t! U" k' }1 Z- @% q0 }# x3 N$ I+ ~( B
特色：
$ J: k. s" r: e3 `* q• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真
. {7 X2 G1 s5 x; P1 d G7 u• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗
* c; d. S: W/ R% T/ Y4 s$ Q- c( q* {• 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 q: F2 K7 n* X2 U4 t# W2 }/ Z8 g
• 静态参数、查找表和暂态协同仿真) k8 i& _5 ?7 E2 ]
• 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。8 A8 X$ f+ o6 A( t. c0 |$ E. z0 Q( W
线性执行器协同仿真5 Z$ d4 v: y# e. m
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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) C5 I8 M5 V* @, j6 X1 b f A3 q7 f
) \9 t) g5 L0 x9 g- K& s, [. {: t5 c( O: M
, o: {9 {& Z6 }7 H0 H! t. i1 [( A& P, y
2 U0 g% Z4 p3 b, o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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$ {0 \6 z# i+ Y
P7 A/ h, h- d. a2 h4 t◆详细、快速的半导体建模
$ o* p; D. U; ?& u# ^采用Caspoc“功率损耗快速预测模型”，优化电力电子设计。" o* ]9 H0 K9 O- s2 F* U
. L' a. w# v4 l& O1 YIGBT逆变器损耗的快速仿真9 ^, v u9 R4 B" v
- D) } E0 G1 J! a l: Z9 M$ D
) C6 a" |2 d0 x& W+ G# U5 ?5 D# V6 [9 z& Q
4 \5 M9 h; U- p- b9 r% U( ^: t8 D E7 _ L; e5 L
U$ T, b* R8 }" U$ ^
半导体损耗快速预测模型
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6 u" T. n( u% [8 @- I: v$ v
4 Q* a3 E8 X3 N& q! O* s1 k) |) w$ Y8 h) u& I; G; U
4 S$ n! J! G5 A. v2 y% L+ r( m) t- N
MOSFET详细建模
8 d% ]. j1 C( `+ E# K, M6 HCaspoc中的MOSFET详细建模，其中显示了上升与下降波形。
4 _: p+ D) S( V# p2 k; Z
! n4 \" E6 H' Z+ u( X: o5 D
* y3 V+ v( J0 s& L3 P. F" L
3 H8 b: R9 j2 x) s特色：( c h* }* x( D3 \# D o
•MOSFET非线性电容详细模型
( T% u- V/ C7 U) v' p! b•IGBT拖尾电流模型# q( Z. @/ {, i
•二极管反向恢复模型$ f" Z" U# Q6 X. i y
•以快速损耗预测模型实现快速仿真
6 z1 u" Q8 E* a' a# X5 e; l* }•与热模型耦合 L; J5 U! _3 p0 ]2 `5 U
•包含电路中的导线寄生电感和母线电容* I% |9 x2 J3 S! c: b8 q
二极管反向恢复* I/ q0 x1 Z: Q1 t- b
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。& b' d( d4 |6 |% r/ e; `2 M% p
6 L* A% w" y; m# R
, N& K3 Y M" q# C; b% h
0 R2 C/ g5 |# A! u
$ l W! p0 {8 H( ?
3 D% d1 U/ c- M* \2 E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 e# e; h% @. I; U% m2 u) U2 F
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9 e8 G7 x( m5 ]" J* O |8 _& M- ~◆散热片建模
) i& U4 h3 B0 U* z5 r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+ L- y& ?" ~
带散热片和隔热层的TO2201 Y6 i9 J$ ^* R# i) Q. o- u
# p( |. D% n4 R/ R
& U! ]6 M' Z: K1 c* R& f! c( @: X( {" I: L8 N. w
9 ~, [: B: j D2 |+ \& k, {% ?4 F$ k
IGBT结温详细模型
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6 V) K$ j$ t: W5 r" Q' p0 G( o1 r1 k: y g$ e8 `! P; I' g2 k
, h6 \1 _1 R( U6 j7 G特色：
& x7 b3 w% R2 f, ]* S& ]•散热片模型与半导体模型直接耦合
5 Y! D& l! t, k/ x( T•预定义导热材料特性/ ?! u( T5 F, q6 V2 X$ K; X P% i
•现成的散热片模型. [& R1 y* h) q- J
•热模型可从Ansys直接导入Caspoc
$ V e8 k E1 P/ n热模型+ }5 r# J7 q3 c! X2 S
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。
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]9 ?3 U: F( q1 Q, G8 l1 Q) j4 K, h# B. ?1 o
! V: k0 ?$ D7 R
9 \5 L4 }) ~' U: M# j
[. M5 T+ m& n3 y
( ~0 k1 z* H6 X; 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。3 Z, h# k" R z8 ]# ?' v% A% s
+ Y3 K5 H6 w5 ~% G
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◆汽车动力管理0 t( A0 v. ] }, 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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+ w! _3 S5 F) i! i! i" [! m0 h h( t7 P- g, R& }; O5 U
) u3 {( f- V$ W1 a& U1 F" U y! L$ P H
& q6 ~- p4 U8 d% lIGBT火花塞点火控制& Z) t g/ s. z# [* l3 f7 H
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3 P- T% `) N; c: _7 N9 A
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. s- L5 n I" ^ v/ w; o1 a. C* x特色：
5 P) i9 W' m& R6 g/ z•发电机详细模型，包括六脉冲整流器和控制器% b: }* C/ y6 {9 F: m9 i* c7 L
•蓄电池荷电状态（SOC）及充放电阻抗模型。
1 ]) ~# O3 [4 @) n, S+ V4 F0 f•高压火花塞模型) z1 u# h% m( n* ]8 C
•双向直流电源的限流与电流效率模型5 x1 a7 d1 x U& |9 Q0 p) V
•动力管理传动循环
/ [( u* L, @1 \双向直流变换器
; G( w. U- E+ z3 o& j S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。
' L4 H9 g- ]7 X# n
7 j( [: G2 B s$ N# E, k: {$ } k5 K' W; q
2 o, V7 a7 q1 h; Z2 o' \0 M
& i) m. ] e l6 i' K
' v; u% o4 P5 a6 X9 S
总结：简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。
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V9 S* Y1 ~ e) p2 F- F [: {% J9 [. \3 m' ]) d3 ^+ R
◆绿色可再生能源* a+ Y; z5 X" W w
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。7 |* T0 R `) t+ c" d8 r
8 Q& j6 J5 \4 d* V+ j" X带逆变器的太阳能以及电网供电线路
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) j& E+ e& p% P& L J' Q5 W! O: C( t" K
3 X2 ~0 p) ?! d6 U3 f8 z" p5 u0 Y% d+ w! {) ^) b- I" H
- T% `; ?. f8 b \1 O5 }风轮机模型
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7 ~6 v9 _4 K" @9 y1 {$ H; y' y4 T/ M. F/ b% ]6 K1 \/ \; B F
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双馈感应风力发电机7 |+ H& E( `0 K0 E4 `
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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, Q0 {, B1 W4 q) T d
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6 N; X9 T5 i% l9 {8 }' s- ]7 g 特色：+ P7 W B6 t: X: K
• 负载依赖性太阳能电池模型
' j' B k6 S: C6 ?• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性/ W5 j$ `4 w) G: s+ e
• DFIG（双馈感应发电机）; j2 ]" A* Q. A; {# f8 r( R2 ~
• PMSG（永磁同步发电机）
( q1 b: z/ ?! B$ Y• 行星齿轮、刚性轴
: S: H0 Q# V$ t2 ^1 x& B: F ?8 l! d• 风速特性
# V7 v h4 ^+ L8 F. Q3 R• 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) F6 t/ F9 V+ ]0 i5 u) {8 L
燃料电池
7 g4 W8 }* {) ^8 `1 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。- @! _6 r. U+ E: s, Z6 N) M4 J
6 L$ N) j0 J# m1 ^) i( G
0 B) C. w! f$ f
& x, X1 g5 O0 u1 c
7 I& L% T/ ^* m: _) |- g" U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