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发表于 2010-5-5 14:07:05
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电力电子及电气驱动仿真 / u- t9 A q7 \6 r
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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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4 b4 [- ~1 t* ~1 `8 ?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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! v/ P) z5 v0 \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。
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. r- R3 e v& K$ }◆运动控制与变速驱动装置6 L$ s3 f# H4 N0 g m' 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。# ]3 h1 o- b5 j! b; a# o# W
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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( P& `7 T' {* P" T, w1 s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。
7 X+ {8 p) A4 l; 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。& F# E6 X' E! A+ D @
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% [. T* G' l1 p; M, A: G特色:, y( e" ]/ N% k0 H( t! `1 I
•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。
7 U; M& R' _/ R3 C•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 \: {& I. v( H•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。8 [$ T- I1 V9 r: O
•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。
. ~$ E! N* h k* M8 y5 ]: O电机:
' U; H' ^0 L5 d/ t3 R•永磁同步电机
" @: x6 q7 N/ I9 x. E& M" I•感应电机(鼠笼式、线绕转子、单相)
4 e, U D0 u! j( i g* g•同步电机与发电机,永磁及外励磁
g/ L4 B V" Q7 z: i•永磁直流电机
: T6 m4 B2 k3 x9 |, @•无刷直流电机
7 t2 m3 _& j' ]% z•串励及复励直流电机
$ g0 g3 [) D5 F•开关磁阻电机' w! Y3 R5 M" c
•同步磁阻电机
0 p5 _9 F2 K* w9 J7 i7 X•步进马达
! _! Y1 U, ?1 `- {( ~•车载发电机(直流及三相)
/ H: ~/ H! ?9 h/ q2 V- B, O( a: ~机械部件:
0 k8 q# `" }2 U7 m$ s. k. ~( J•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮
' l1 S! c1 {: h2 J+ u2 M% ?•恒扭矩、恒功率与常规机械负载, j1 |8 Q- F6 X1 l3 l/ U
•速度、扭矩和功率传感器1 ~" }; Z7 p0 o' k2 z# ?
# {7 E, H; e+ S2 @. [ P0 B* F总结:任何类型的电机均可简便、快速地建模。
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+ @& E! t. Q% I
3 D" K" G! O, p% S- z
◆数据交换与FEM协同仿真
4 ~. p/ @6 V3 B5 }" c/ w* x6 F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。- v& `' i* O2 m* R8 n% F" {
! ]; a- N& q- E8 v/ W' R9 L! T- g1 j$ rAnsys中的开关磁阻电机' R4 a, M( B$ ~4 T" Z" ^, ^
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R/ {7 g& s0 u' s3 m
4 m- g M" i; \0 l* f0 \
1 N! ?6 `& G# ?, k1 T3 M% k g
' j( u# H+ m6 I* l" `6 g) D9 eSmartFem中的永磁同步电机
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4 O2 `- h7 k2 {7 v0 p& \# D
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1 s& D% P1 J" z. q/ s, S- Z; ~/ S p+ u7 ~7 ~% q
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' V+ G& [8 K) a/ v* VCaspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。 ; r% B" p, x$ h! B" R
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2 {& \# t* H% k: K9 M7 P
) q6 M- f# w d5 [2 y% u8 t# b0 d特色:
9 t; ~4 x; m7 J% v# L• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真, Q$ w7 V0 b$ P+ p1 i# @6 D* Y5 W3 ?
• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗
8 ~5 S0 P* f( ?3 V• 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% X% `% V, D$ C6 B
• 静态参数、查找表和暂态协同仿真$ ^0 c$ w: b# Z& L% 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。
8 h4 L" _6 Q6 u线性执行器协同仿真
I Z C6 j; r- w. l8 n 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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1 y, L% i: z5 ^0 R7 x" ^( u* W. z# e# e" y+ {
# f3 W8 u: w" M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。, n4 ]+ n+ l& c; ?4 U; k$ x& @1 H/ r
0 f1 G. E: l( Q I, |0 N- E
: P1 M/ H; W2 H+ k' y: P
+ l9 o5 V7 Y6 }* N# ?2 e, ~8 ?◆详细、快速的半导体建模
4 ~2 d& K, t$ q! o& y3 ~采用Caspoc“功率损耗快速预测模型”,优化电力电子设计。+ l- [2 P r1 x
: q; O6 p; Y7 w, H' f& k1 gIGBT逆变器损耗的快速仿真2 l0 M5 F4 U7 k+ P: p
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$ m- E# y) F2 }: f6 h+ P5 C8 L" O9 z S3 x/ |+ ^9 Y Q+ l$ s7 m
: E' j9 d; d c0 `) \! F9 p: D半导体损耗快速预测模型8 P* `: P8 o0 d8 W
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" O0 G. B+ _' |6 r
; V! H1 O( i% |- R9 ?
" ~% V* U- `5 N" W% zMOSFET详细建模
/ [! n# Y' S- I# qCaspoc中的MOSFET详细建模,其中显示了上升与下降波形。
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' P8 _3 e9 w3 k9 x" |
特色:
" q, A8 N: r# ?" K" e' z+ b•MOSFET非线性电容详细模型& R$ l( z; V: F- H, p
•IGBT拖尾电流模型8 v' L+ v* E5 C& R8 a. n, x) Y
•二极管反向恢复模型
1 _2 w9 K$ t& u* b6 C, V/ o- {•以快速损耗预测模型实现快速仿真
; ]5 N' X! i4 Q" {•与热模型耦合7 t0 T3 E9 m9 S! @9 H
•包含电路中的导线寄生电感和母线电容
( n( x- y( `/ H0 _4 W1 _二极管反向恢复
8 k$ L, `9 ~6 o; R3 O- v" f6 ^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。; O, j- {- g' A; G: b. t4 q
6 M, Q& M8 H) u% ~" c( L, Q) N! H4 w' \
+ q4 `1 L N9 h, ~8 Y/ ]* Q% L- d& k# E+ ` G* q% Q
3 V# O+ R/ C( u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。
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2 @) o( J6 C8 i5 H! J% [% }( E
* p7 Y& e9 t. P2 O5 r, m- q◆散热片建模
9 K; B5 B; o% u* @0 T) M) r8 G7 ]) o S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。" T/ x5 B* G+ _' Z4 m8 F6 M* E
带散热片和隔热层的TO2205 e! I9 n6 U$ p" \
7 A! x# d& z* G5 [. `3 H
2 S" \2 n( i [: \* D
9 U& q; |& @, N& H1 O/ ^, [; O" e4 L/ m8 ~ ]8 r
+ N0 x3 Z& t0 mIGBT结温详细模型
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# R5 Q1 H8 ]2 O1 e I9 k2 Y
! E; O2 J4 p& S1 t) S$ P) s% C& ]( s* `/ F8 d! j. `( z
特色:3 v9 l3 \$ n/ J* |5 d# c9 x
•散热片模型与半导体模型直接耦合; T0 G5 e4 _) Z! X' g9 a
•预定义导热材料特性5 V$ Z$ r( ~' k, a
•现成的散热片模型
K# z4 H5 b7 }% o( H0 m/ v9 ?+ J•热模型可从Ansys直接导入Caspoc
* e* R G6 q/ D( K* A3 O5 S热模型7 I8 b B. k; O! H
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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# Y9 ^; v0 h7 X3 {* C/ T1 g
& H, i( p( z T* w, Y, C7 s9 V- x7 f1 s5 l
) D! C3 U" t& I+ n: a
0 }+ h& A( t, r. m7 y5 z0 O0 k
; l, _/ G5 |0 D% e$ k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。
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: u* G+ K! W* _4 r, i! y1 Y* {: ]" P0 b( _$ h5 v5 w
* L: w8 T3 F) `. e, E◆汽车动力管理; r2 N G5 q; B5 M) ]+ Z* 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。" N( ^- {( \6 L, k! q5 \
' l; E) H/ J5 ] w
汽车动力管理(含负载突降)
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) P' V/ R# n( Y- m: d
7 h8 {4 [0 b6 s m! \% Y, bIGBT火花塞点火控制1 I1 F, j4 K4 [
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4 P8 q6 J% \$ Q; S- f K& |1 d! P
5 s( M# C9 m- X' x
! i1 u- K& F* U/ a4 l
特色:
r) z, |, x( `3 }* e6 W•发电机详细模型,包括六脉冲整流器和控制器
! ~7 U5 X- j4 o, s% y5 z•蓄电池荷电状态(SOC)及充放电阻抗模型。( }7 V7 i; Y7 V* O* x
•高压火花塞模型
! R2 _+ B( r4 F2 k& K•双向直流电源的限流与电流效率模型. N" F8 D# }/ T j) Q) W
•动力管理传动循环
' l. \' _8 |% ~- B ~3 ~! G6 v双向直流变换器
6 ?' @; p" [/ u8 \" b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。
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; h0 w% A2 f" L# x1 Q$ K: y5 V
总结:简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。: p6 s/ y3 q7 s+ P
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* p: P6 p% x$ v# M+ J+ g
3 s+ Z. v4 Y0 R- i6 J
◆绿色可再生能源
+ d: a5 c- `' j, b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。
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带逆变器的太阳能以及电网供电线路+ _" n6 _7 O* }
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! [! t% _2 j) `8 r: ^7 f7 s/ H风轮机模型
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双馈感应风力发电机
, Z; K+ B( I# \2 E- F2 q9 w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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9 a# v2 S0 i. p0 z* v4 e: a8 D* }
特色:
4 g0 h3 r4 N. j5 W/ l• 负载依赖性太阳能电池模型1 ^4 n3 t+ _7 X+ U
• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性6 o) j& E+ G1 n3 b3 J4 T" i
• DFIG(双馈感应发电机)8 k7 ^9 r& ]- R& L
• PMSG(永磁同步发电机)
- t7 f$ r: D+ x2 K2 W% N# K J• 行星齿轮、刚性轴
1 E4 n% D( p/ R+ G• 风速特性
) }$ p5 g& O5 ~1 H9 C d4 h• 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
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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。
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3 x$ \% T# u' f) S3 r$ v: C
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! M+ g- P& T: N% 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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