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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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% ^2 o) ?1 P: H; v( W; o& F7 ]0 A% c# L# }
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。/ f0 D( ^" `6 H' R7 k% O) s
4 Y3 u5 u. B' g: _- P" L" x
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。
4 A$ [# D! n) H& T: B. O
6 }: l1 D6 M8 h5 K, ~8 Q/ G4 xCASPOC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。
, K# U+ D* m) a; a8 i
" ]6 [( G9 |4 ~& c4 W/ j! @0 D7 I, B {/ q: a
◆运动控制与变速驱动装置; L$ k: ~% [8 Y O% a
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。
0 V ^- e* D. U$ ~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。0 l7 o- a' f$ N( g
/ }* i, H( B" v g9 J) P/ q/ e/ B, [2 u: i" g$ w e+ x% D
k3 B9 n, q# c& K9 v1 }, O
/ F. w& T) S1 T# k& X
3 s* d/ ~0 v* d+ }$ L1 ~9 y7 X
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。
4 @0 k9 D5 f' x* a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。
( a( `6 q7 Z% N! k) O& u3 |! \( e' S; e
+ Q' ?; U# t3 ]3 I7 N J% B
, |1 k% L8 d; K0 X ?特色：
6 y3 N" {4 n/ Y& P•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。
1 |& d; F) J% u* K7 w4 n•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。
; v- G$ n* E9 D4 r0 n. _•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。
- M1 O# |+ h ^) i& A0 `( K: R•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。' U# \; X/ A0 t3 a' M4 K2 W# K! R
电机：
$ l* q, }2 M7 `: X. W" X9 z•永磁同步电机
# A4 R+ \3 Z* M•感应电机（鼠笼式、线绕转子、单相）- y9 [0 ~' L' f6 q
•同步电机与发电机，永磁及外励磁
1 C; j- R1 J6 W% ~6 a" n/ L•永磁直流电机, `+ p6 n. d( y
•无刷直流电机
- S3 u2 m. m6 d. w* ?% M0 Z/ O1 m•串励及复励直流电机5 J9 o, P3 u! d) n' Y+ P- O
•开关磁阻电机+ N$ O; I! l4 T* X$ X, w& M3 }$ y
•同步磁阻电机
* s5 I0 U* L7 S•步进马达( r& D- Y: |) |/ w. O: V
•车载发电机（直流及三相）
5 I* }4 y* w# u机械部件：
8 N" h, ^! d" N6 H7 L9 p7 U; c% A•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮
7 v; q8 t! f# J•恒扭矩、恒功率与常规机械负载9 h0 [8 }: J) H/ k
•速度、扭矩和功率传感器, X6 Q; f6 \4 V9 U
- P3 h: `- V& M% G2 M% q总结：任何类型的电机均可简便、快速地建模。
2 c8 j# p5 T# M2 O( P. X; b" C* G) c8 {# ~# D! l
+ h4 o; p0 A& K
' y3 Y- I! r. \. i+ t- f0 B' J, D◆数据交换与FEM协同仿真
* M' T+ _* V, g; N2 c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。
( s. q$ w6 J% Q$ l+ s6 b& n( ~0 |+ f9 [9 p0 d5 V1 A/ m8 B8 J) H- p
Ansys中的开关磁阻电机
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( b' O4 j3 V c: G) l% _/ w$ T. i. g" A3 B n$ H, E2 }
& h0 T+ g4 o% E" S2 L
7 C9 s4 e$ L% F" d2 _. _
5 h; _& r+ j+ k) t) B
SmartFem中的永磁同步电机
# y, x' k; [9 W o4 b4 w5 ~- B$ H/ y" T
" I) I6 Q& u! s' V
; v( W) v% S+ Z0 f5 X/ e
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Caspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。 ; G3 R8 h9 [2 P. t
4 P! p t" ]' E' L8 W) K; C- [5 C
' w5 m7 o3 p1 H8 M$ P0 V+ p. M3 A7 ]7 ^$ N. O0 W
特色：+ a1 n5 M( n- Y) Q
• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真2 U) K2 G+ C: Z4 B
• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗
2 a1 w. V. e; J$ m2 Q& A- 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3 m4 s8 s. d4 e
• 静态参数、查找表和暂态协同仿真
+ w- X( i' ]% V9 K# r" T• 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。* I D6 J, i; g8 r8 k
线性执行器协同仿真& D9 l" c; U! \6 ^
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。 r' B& Q f& O
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H8 j7 t+ c3 h7 T; Z# I8 y+ k$ ?0 U* R8 |3 H
, |/ Y+ @, [* E; d0 h& r: ?/ Y, t
/ g" n* q: A C2 ?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。2 Q; N+ J0 Z" L1 U0 m# x
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% s, O3 G: l: U/ p; J- v
5 _/ S& J5 W. G◆详细、快速的半导体建模- ^; j# [& D' w% ~( J& J
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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5 e0 j- [; V5 c- lIGBT逆变器损耗的快速仿真* e" C+ l" x) O% ?/ J1 k6 Y1 p I
( F( i$ Z% z' i' @* K
1 n+ J$ C, {5 [3 S9 `' c- L' x0 G* T( A4 G7 i3 D3 h' y7 `" ?% W
! D6 c( b# M- o' k8 A1 V
, ]1 r5 m2 a! Y2 p. a半导体损耗快速预测模型* J( J/ Z) ?9 j( [* F
* q" l M& g# n* S
; \3 x* Q: y2 ^4 o
. ?$ [1 \: b- O# g7 y0 q; F7 Z9 s* U/ t
, F+ S* r% a+ w. s7 k4 W( L2 F3 HMOSFET详细建模
1 ]/ P9 \! ?, gCaspoc中的MOSFET详细建模，其中显示了上升与下降波形。 R l2 k$ y: D. E. g- g
G _# m1 L% X6 M1 A
- g$ e) T2 K" C0 u6 e! \8 y
* [6 H* F; A3 c0 |" _特色：, I R4 x: e+ h- y% }9 a- i7 H
•MOSFET非线性电容详细模型/ e; N V9 v( g8 X
•IGBT拖尾电流模型' U p! a9 n6 i
•二极管反向恢复模型4 Z7 M- ~1 F& N, Z" ]) D T
•以快速损耗预测模型实现快速仿真
; c8 j0 `9 [( |% @0 W•与热模型耦合
5 Q! U7 k: {6 s% n# t' u2 \0 b•包含电路中的导线寄生电感和母线电容$ l9 n% [3 b- b6 F0 ~
二极管反向恢复2 P1 P1 y* a& m. o: ^: F' R
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。
# u) {0 L& ~6 e% W
0 v. b" ~/ j x
; |8 |: O; e4 P2 `- y
5 P$ t' y9 Q( Y# g
4 d: Q) P3 I5 y' q/ r6 m0 l! @
/ [2 ~+ I1 p2 S0 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。7 C1 ~+ h* C( T0 g4 c" C
n. f' F% q' w/ e- _" G# s8 |' U7 B
1 W4 w1 }6 T7 ^
, B6 U% ?3 g) U( V& u. P$ n◆散热片建模$ M0 S. j- G& ~ s! e4 F! m4 t- v
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。0 ^3 P' Y( A) @0 {* E7 c
带散热片和隔热层的TO220$ ]) ^% c, M6 {3 W+ h, u
" h1 s4 ~7 e' i
9 `# z4 y2 h7 ^8 M$ s7 d, Q: _5 w' O- H' a
0 A1 [* T& t0 K5 C* A' b
8 s* P4 J& P4 R/ _ e* K8 bIGBT结温详细模型# O: `9 I7 m; |5 l9 U
6 }9 Q; V# H2 o2 l2 N, R
0 ~- f5 Z$ K) P9 q
' i+ z+ q- X. K( A$ o9 X; T特色：: m: u/ R3 |- e2 B
•散热片模型与半导体模型直接耦合
/ q( O" M; H/ D* z•预定义导热材料特性
1 @" S8 m, E5 E8 P% ^•现成的散热片模型: g$ y$ v8 T" J% h) p5 [. c4 o& T
•热模型可从Ansys直接导入Caspoc
/ x3 ?5 t5 ^* y1 B热模型9 T1 l* ~3 t. H0 {
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。
1 A. \8 Z% r6 C5 ]4 E- q4 j" w2 k1 {: Z* k2 L
' A7 i: G: P i7 @
* D \/ ?$ D# z
7 Y2 ?3 G* t: w* W4 |- l* D& z" d3 Z( O, d
6 j# Y/ H/ [. k; L9 G+ g
' R& x) U; M' w
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。% Z( k \! C! S- }2 j8 S5 T' R" \0 |# n
: P1 i" n# I4 Z0 H2 d6 \9 s p% q, D( K
; i, N7 b! h/ Y0 g! N0 s* e◆汽车动力管理
2 v" O& q4 x& i/ Y' 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。
* M0 g) x* p; U3 M- b* W' }! x+ W" J1 @
汽车动力管理（含负载突降） G' I( k4 Q u; I
* u7 H j+ H+ H3 V7 J7 v' w
0 i' @& w& }7 S2 F) @' ~' m: T, E3 A, G, j& ^/ [" r
( v( d5 V0 e' V4 G V
9 M( M* k3 d2 C% Q( h! |1 U$ b
IGBT火花塞点火控制' T ], W) H" ?6 ~7 B
1 ^. p0 ~6 D6 w! w5 w- [6 ] a9 Y
/ R3 R) H; B2 E
" r! z4 L: L/ A% G$ y
+ J) y! V5 S, z( N2 s( ?特色：
8 F+ W# Y4 d( a6 W, m# g3 o•发电机详细模型，包括六脉冲整流器和控制器! {/ I& m S0 u; K p3 z r) h
•蓄电池荷电状态（SOC）及充放电阻抗模型。1 \+ l. R6 v, X4 t
•高压火花塞模型
/ M3 E9 o1 \! x6 J# h•双向直流电源的限流与电流效率模型0 i: w$ y4 H4 `1 [2 f; m
•动力管理传动循环; [; V2 ~2 w% G' s( I
双向直流变换器: U6 u6 l+ _! B/ N3 c. G: C$ D
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 i5 F' U1 o& z0 I N6 J1 X, J1 C, z2 D: d( [
8 J* `6 `6 ^! w) }+ ]" Z* [5 ^
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( Z0 w: b- _2 t- _7 O5 r) e4 a9 {4 f* h2 e6 i0 V
总结：简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。7 j0 O) Z' Q* w# D4 _* s/ i
: M6 m5 a/ M5 r4 `( P( R1 N
8 i# p9 ]+ p: O, c* J* l9 \6 O9 [% z9 g4 r% J& W" N
◆绿色可再生能源
J. J+ |, h5 K. L3 Y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 x7 A G5 F& H- A7 D9 C
: V1 ^4 \1 ]; y [3 C带逆变器的太阳能以及电网供电线路- s8 d9 a* P+ J3 H4 ]- K) R
0 ~; k$ ]! j3 ^8 b% A
% L: R7 r1 @6 F( z3 z, u0 b0 a
3 F. l$ E. b( |0 c" j/ M( f: ?& Z- O5 b0 G, B' f
; q9 @" m& t$ M3 x$ O% _风轮机模型( @. q% e) j1 }3 }6 x" N6 ]* W
" X# k; D" J+ E: q7 ~5 C
' }) e6 z0 x! \( N' A3 Q
7 f# F; l& c D6 R# P: t) N1 ?
4 X6 C& N' v; }( @0 c5 g0 ~) N双馈感应风力发电机- T$ g+ D9 I8 i5 q4 b/ f& A: @
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。2 f; H3 h1 F$ T, h3 o/ ^( J
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5 h, N1 v* U _& U0 r+ _) a8 @0 L9 a, W& [; v
特色：
( ^8 J0 c: j3 p: D6 E$ Y• 负载依赖性太阳能电池模型
& _) J( V9 c- l! L% @! V4 p2 D• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性
. o1 v- V( I4 I$ E* d+ C7 O• DFIG（双馈感应发电机）
7 |+ H% l/ A# L: Z) s8 i• PMSG（永磁同步发电机）
* t1 X, |$ C# B9 A3 f+ Q4 H: y• 行星齿轮、刚性轴' _8 e/ B% a9 W+ j6 `6 j; a# c X
• 风速特性5 \2 _ h2 [) `. g
• 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
! F, t) g: U, g1 b燃料电池9 D# w6 F8 U2 ]/ b" q8 R
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+ S( T8 t. U! B! E
3 j; O. ]6 \; ?* R/ `0 e/ f2 A2 _1 g8 D. Z5 [( z2 W
: I* \" V5 e- ^9 C- t5 J$ H
8 h3 m% |1 x0 m3 ?. m; Y- Z& 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