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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
* V# E% M. J1 @$ o0 N- i, D& L5 E
% x! E6 c1 x0 z& s/ s% }
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。( |2 p$ h3 [* J* k) l/ x
/ [8 n: H) ~; t/ V2 I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。
6 C! r; e* P D ' \5 o4 j* A* d8 I {& `+ l6 y
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。3 U. Y) }' x) v: ^7 H
1 ^7 O: K$ v ]( L& v, Q- O
5 d. t% t! ~0 d \6 ?
◆运动控制与变速驱动装置' r1 L/ R8 n6 q
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。
( E2 \7 p0 w! O9 ] r+ j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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) D; C0 |3 D) T+ a" q& T& D8 S _, E- i1 v
1 @% e$ c9 D) b2 D
4 g) @. ~' Z- j0 x
# Z0 r8 |% P$ @! p, c% T% 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。/ O' Q- j' q5 w4 `0 G6 ~
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。( t1 n+ l0 n$ q2 G, ]
/ ]) D( U/ u, N9 ^% y9 S0 ` g2 p( |4 i2 e& \
" Y8 _) B V5 ?! Z, ~特色：& b# C6 q% ], f; h
•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。
' U* E3 B$ G' f8 J8 e/ [•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。
3 b2 k K" W0 z1 K0 P•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。' M7 H) Y1 l2 ~7 F# D& U
•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。
/ G( {- G( S/ S" }8 F# i6 u* ~电机：2 E! W, S9 x' X/ F
•永磁同步电机
; H1 T, ~% U/ U•感应电机（鼠笼式、线绕转子、单相）
9 q3 C, C3 f9 E7 [" |) b•同步电机与发电机，永磁及外励磁# S8 C- y- I$ a% F' p8 N/ @$ d1 _
•永磁直流电机
- W8 s9 d1 W" [, j•无刷直流电机 d( e: Z1 H! u" }( E
•串励及复励直流电机
! k! n8 x# H) r% ^- t6 M•开关磁阻电机
# G9 R9 k0 }* F' g$ w•同步磁阻电机
b$ t) M" T6 \8 J0 C•步进马达
8 e2 ~8 t# z, @•车载发电机（直流及三相）
9 R7 r# J6 H1 }5 i8 f$ G机械部件：( E9 {- R: g+ W4 f# A2 X
•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮$ ^' }1 d& F$ q
•恒扭矩、恒功率与常规机械负载! z- t: c* N7 z" Z \: y% C4 M
•速度、扭矩和功率传感器1 S- ?' e7 D) {, L/ {* ]. s) _% {
4 {- h; _* q) c" o% u总结：任何类型的电机均可简便、快速地建模。# {! i- T n9 X R
- k- @% _; o: ~( V0 \* S- d0 \
0 E+ T( u$ G4 V% ~9 F
7 X' J# o, M( }; Q
◆数据交换与FEM协同仿真- N: V" U5 a. ]: w) l, A
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。) R; ]2 ~9 P Z7 {" I
- |; ^1 f, T" z/ x# }( e1 xAnsys中的开关磁阻电机
) y0 [- _* m3 y! [' u
) ~0 F, P! Q3 o; Z1 q0 f5 b
' i4 y* I g9 K0 O- s. [
: [9 `3 m; C+ b# |/ ?4 \3 A) y
) _% o6 M, B. p y ?- d& ]4 N7 u3 f, e( a7 Z }2 D
SmartFem中的永磁同步电机
& X4 x: j2 d3 @5 H! [9 \& X- V
( D/ D8 O+ M" }
# i) I2 E t$ X2 S+ |; H8 V) r( U
" B- t1 w7 y( u. v9 k, B# G1 } R: |& S! N
& Z% N, J) X) P) {' O6 i: Z" k" P1 t$ O q
Caspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。
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5 M& m( l9 _" W, O- T; ]
0 p: H! R( R/ g5 s( M8 i
2 Z$ {$ k9 ]1 @1 b- z0 o7 W$ d: L/ E+ Y特色：3 \* N1 u, R) d# }: F
• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真. Q" B! ]5 ]- _- X6 [
• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗$ z& ]' Y* v5 z# O I
• 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
8 F2 m" n$ c T7 i• 静态参数、查找表和暂态协同仿真# ~& T! y( X3 ~2 W( n4 K
• 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。% s6 N2 k+ x5 g+ d0 L* R
线性执行器协同仿真 M/ P! W0 Q7 v4 `2 _7 |
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。/ W" L; Y" b- c- |% j5 N8 Q8 Z
% x' {( }# g8 `) \5 K! _
* ^. `# W$ Y( o1 C; C: }
9 w! W8 H+ q W5 E) F' I( d1 G6 l9 d) w7 X
; c6 U! f/ W% x' l; c( j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。
b) g" I8 u+ Z! I
. I6 Z0 F' Q( O: i. T+ d- z" N5 V, D
! [# Y1 w' c$ u# U1 E/ O N
◆详细、快速的半导体建模% l+ W* W- M4 o& @2 @( ^6 M
采用Caspoc“功率损耗快速预测模型”，优化电力电子设计。
7 U% ]$ @( y! ?: z, O0 @7 B
( o5 u( A* b3 q8 h9 T1 hIGBT逆变器损耗的快速仿真
6 \' n/ d. t6 R% @ F4 [* b s' H0 A9 U6 R( u' }7 b, S# G
+ Q) N+ U9 U) x
9 H' K* z, Z" R8 X$ P
! [6 m2 ^1 r6 R( ]7 V, H5 T0 O2 F2 b& }: S9 M
半导体损耗快速预测模型
3 v6 B+ O+ x( o) ]/ |- U+ ?( r- [4 Y7 ?7 Z' `- _! H
* [8 B7 E( K: E/ {3 V
0 ?4 _8 g Q+ Y8 D9 [* X+ ?5 k- R. Y9 ]4 L
; F8 y4 [5 L& m7 r8 \& S8 d N
; r! T$ g G+ }MOSFET详细建模& F0 k& m6 K+ l3 x4 Q
Caspoc中的MOSFET详细建模，其中显示了上升与下降波形。
$ P, M, [0 p5 v' @. C3 F: L
# C4 ~" F4 C2 p6 Z, U2 n3 F6 ~! W+ }4 C$ P
$ K, k/ |- m" \4 C! Z特色：, L9 t; s# L/ _# o) f: X1 z
•MOSFET非线性电容详细模型* c/ f& z- H, r- \* p- ~9 @5 p& ^
•IGBT拖尾电流模型/ M' W k, A4 S7 U8 |
•二极管反向恢复模型9 a: A; b9 q% J# o
•以快速损耗预测模型实现快速仿真
9 d5 }* T! B2 I z6 N5 X5 m2 }•与热模型耦合
, c3 R( {. _: ^( A; g•包含电路中的导线寄生电感和母线电容
8 M8 k5 ?9 e9 m6 t) c& j, J, G二极管反向恢复
/ X* ?, x! y$ _6 M, ^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。. Y' W4 r+ [. G3 Z+ ]; f
' D, R4 Z7 q8 L9 ]$ v/ q2 M+ I
$ P/ z, w* p% ]& O5 S& O3 k; P0 V( B2 w0 j) M3 L) E. D% S1 W9 I
! P9 T: K( d3 o: ]2 [0 b: w
8 ]0 W9 T( v) w9 ~6 Z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。
( n+ f E7 p& f* \* J: `
* r$ j% V1 M/ U1 p- s5 \
' E% U% J2 h" ?/ {: r$ d0 F. B: w5 f% |
◆散热片建模
+ z/ A+ `9 P9 X. n K! c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。
9 c2 w' T4 N2 j- o带散热片和隔热层的TO220+ R5 D' Y7 v' E0 p
' ]' I0 e9 p- b. S, S0 W& y
2 G- j. q$ L# g% S! q* x+ f1 w/ c& ^' @7 q$ n: |
( G0 l( L+ ]$ ]/ S
+ w9 l- L' X6 S* m. j4 d# YIGBT结温详细模型
1 P2 ?1 R% ~) c* E1 I: V6 F U6 c4 Q$ K) y0 N' d
: R8 S; B: y- A
f6 L+ L& S# g/ Z( k7 ^7 @
特色：' r0 p* D0 z7 N7 J. ~2 o5 o, u
•散热片模型与半导体模型直接耦合
2 N( m) r* f6 ~•预定义导热材料特性9 j- S' v7 l5 Z! y( Q% {
•现成的散热片模型: B( \2 k) r3 D% e
•热模型可从Ansys直接导入Caspoc1 b- z0 G1 s, c/ w, D0 v5 g4 J
热模型
: S8 w& }! l) ~ y" j }$ a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。
2 N% P; E" Y# e( ?1 g
- n/ V/ p% [7 f1 R: ?' A( R4 x8 S5 e: s& v3 Z7 q# d
- P9 D. Y, J! k/ T
0 t: U; n9 _4 e0 p" p7 Z C- K4 ~( k: X
- X4 }2 T) x/ Z8 w( `, _/ O6 \
, k. w% L2 j5 g9 W8 _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。4 V0 Z' Q- y6 D5 l* ^% E# `
# l; H3 D& C8 ]0 {. }
/ ?3 N, } a* J) @* C! y8 A/ |( m% a/ |2 X7 b/ x
◆汽车动力管理) T, P8 p5 J5 [" ]& T
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 r/ ]* ?, F; I* E' Y! p" j' ?, j; x! b% G _+ k$ h7 j
汽车动力管理（含负载突降）
) ?. b9 w! Q- W0 V& U! |4 B1 A) z9 V4 ?8 Y! C6 ? ^
9 L/ H- D5 n3 y7 V! \! v
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. a: w) F$ J9 d! V5 j
# m1 d7 f- A d/ U5 G/ fIGBT火花塞点火控制9 U' H( |; t4 O7 t
- \1 O* U9 D, I2 L1 a2 s1 Y' b" s/ q. A% \3 a( I2 Q3 k3 a
) P3 V# }, u+ G$ w8 T% o, c" k1 W" d _* T& k
特色：
/ ?$ Q$ w2 f! c# `•发电机详细模型，包括六脉冲整流器和控制器8 X; X' \) H0 p
•蓄电池荷电状态（SOC）及充放电阻抗模型。
7 d1 p& e" `1 U" `•高压火花塞模型: D O- Z9 G# Z) h V$ H4 J6 l8 ~/ h
•双向直流电源的限流与电流效率模型
" M! e) b0 C& _+ {$ a•动力管理传动循环
2 c1 w3 p7 b) D1 R& _双向直流变换器
' t$ ^7 U# q% N5 G& A# c9 A1 J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。8 y) G+ ]! Q, o4 H: k
6 L8 l$ T5 L- H5 e" q# C# k3 h9 |/ m5 F3 r8 I) p0 {+ O4 c
( J( K. \. n8 h8 q; I" H$ X5 T6 {& Q/ _
( D( I1 ]" w; `. O* F, x3 q2 k总结：简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。
v w' R: y' i! R+ f9 d( ?- R
8 s5 O \6 v* o I
- c+ m( s: k& o
$ Z! E/ H* u D6 C( w" T/ |" G9 i◆绿色可再生能源 v( ]6 Y: Z8 S9 |3 D3 r
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。" a3 w! L, U9 z3 s8 x4 m# Q' R, d
! ~, j) m! ^# e G1 A3 ~) K带逆变器的太阳能以及电网供电线路4 r" |- O% |8 y& d, U4 j
" G0 a$ c- T+ f" i3 p9 r
" \. `2 p/ A2 K
! |! s) }% Y$ _) f. p e) m
9 R7 o! @2 ? L! l2 f8 H. M0 \/ s1 n: D6 @6 L
风轮机模型
% z& ~$ u% Y1 v$ r |1 n5 m0 V1 s! q ]" z4 }8 N K
+ j4 r7 b% i1 t+ Q2 i* _0 e& W- @) d0 a
/ i3 C. D" i6 W" v双馈感应风力发电机
4 B9 r" t- {6 x9 S$ b& z6 u5 G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。7 o0 l4 t$ A% F a
* I; s/ n. b* l, p, n& D3 E- ]/ N# L+ c2 {4 k% Z) R a
, ~7 y9 }( F R6 B7 h0 e
特色：- V, V/ {; ~/ A) `% ^
• 负载依赖性太阳能电池模型
$ \) q% ]) G; ~& X" J• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性
+ J0 O( S* ^7 T _; C( P) \( x8 c• DFIG（双馈感应发电机）" ?0 W0 T5 { D8 U
• PMSG（永磁同步发电机）
. Q4 U% \4 Q/ p0 {0 [$ D; |• 行星齿轮、刚性轴5 B7 M4 `* T! ?' U5 }
• 风速特性! n0 ^! P# I- A% t
• 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+ b- t! T) o# }9 a3 H
燃料电池
/ b( y" U: ^& n8 y; q' \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。# p( b r- ]1 @! |& c
1 H, l, ~! @/ a4 g: x) }
1 E5 |' j; L s, T4 R x. m+ U6 _0 P- z: G3 O5 |1 {5 w
9 _2 F- W% x. u! r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