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电力电子 及电气驱动仿真 1 d5 @5 y& I5 m' w4 B+ W" c
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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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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。( b0 N3 O. x. [& y; ~, I- L
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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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7 f1 N4 X- z! V2 c# j ◆运动控制与变速驱动装置
h5 N% {# F* x7 ]4 S4 E1 p/ \ 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。+ W" S! h0 O1 a% _' P8 R% R
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。% S/ n' T( @* O) p# k0 y c* @
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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。
# t5 V7 L: g/ ?3 g9 ` 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。+ v8 T' Q( x7 o! w( H0 X
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特色:
( o0 J4 {# e- U( [' }5 L& q •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。3 f5 X4 ~% O+ z9 Q. k8 ]+ _
•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。
' q; J: M" u) o9 o2 g1 T •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。
# J4 M9 D5 X; s% @2 m •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。
# L& M( \$ G4 @, g$ w1 g# I 电机:* ^8 c# A3 _: t0 t
•永磁同步电机
( ?; \- e/ }, ^# u- g •感应电机(鼠笼式、线绕转子、单相)3 ?5 a- p* I8 E4 J) O5 x7 e
•同步电机与发电机,永磁及外励磁- Y* T: A$ g8 A8 X. x
•永磁直流电机, Z j N& |* L7 ~2 ~
•无刷直流电机
( i1 h2 `) _6 ~. } { V# f( [ •串励及复励直流电机, \3 `# E& y; X- O" ?
•开关磁阻电机- ~9 j3 c/ j, w: U ^# i
•同步磁阻电机
9 R/ p" k* i: |6 J1 a •步进马达7 u$ X2 e X7 o' q
•车载发电机(直流及三相)
* h& f$ b8 x- [0 L: Q 机械部件:% f2 G ~; l' K T7 x9 c
•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮
, U4 W- l. ?; Y3 Q6 O •恒扭矩、恒功率与常规机械负载$ J! x& D+ |+ S4 U# r! m( ~' L
•速度、扭矩和功率传感器
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总结:任何类型的电机均可简便、快速地建模。. v9 f: u( {: w$ G- s5 \' |$ J
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8 K, f3 p: X, |+ K7 k2 d
: u' ?) Z% }2 Z% {% E+ I5 ` ◆数据交换与FEM协同仿真6 {) b- Q: T; z6 m' x
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。
5 b- s( b$ {7 E! F( ~# ~- D% d
) l# {% G; @1 e! C Ansys中的开关磁阻电机
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1 w$ s' j6 s' F1 ^3 P4 L2 R 1 x* M: p+ m" }
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SmartFem中的永磁同步电机8 k4 o( }+ o- A. [ ]7 F& _0 p
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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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3 e0 Y. d- n/ a6 v1 I+ I6 ?/ ~! e
7 z" |( }, B/ C( m( I' } 特色: E% X/ ~7 D; M1 Z# w
• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真9 @* K6 t; `* e3 N* f0 G2 o8 p
• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗
+ e$ s" h- u* z+ ` • 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( J% U' ]* \$ Q9 p
• 静态参数、查找表和暂态协同仿真
9 X; S5 H3 P; C6 O2 b • 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。/ l' g/ M" k7 A0 p& k
线性执行器协同仿真
" V3 O& A( ?+ j* z, Y" Z7 A 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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0 A2 [1 h% D2 v5 n2 F. V
+ O7 n+ y3 `4 Y& B" 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。: U0 Z- g8 f$ k2 e$ i6 Y7 m8 L
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& D1 g x8 C5 k) P # j5 L, R$ C. ^0 [" u% P( n4 H
◆详细、快速的半导体建模' g- C) p6 [& c% I, o
采用Caspoc“功率损耗快速预测模型”,优化电力电子设计。5 ~1 d9 W+ l1 a# b
: V# N4 _. s4 [ IGBT逆变器损耗的快速仿真
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- P' F( R, b+ g8 R3 b4 `5 l) B& M
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+ S ?+ x$ K* }
9 N: {) J: |# L; Y) |
/ }. l0 c/ D( G( g 半导体损耗快速预测模型
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9 P7 u. K: Q. t V8 b
9 Z" z% m9 |0 q7 t$ n% G
7 q/ C! W) q. W; o1 { 0 n0 @; \5 V7 ^) H
MOSFET详细建模9 ~) ~& h3 [ }- j2 p- m6 L" M7 T
Caspoc中的MOSFET详细建模,其中显示了上升与下降波形。 X# [- F8 J9 K1 v3 g
- j+ [8 C6 T. L8 @1 x# l
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特色:7 j( e I. `: x* _+ L4 p( P! ~* J
•MOSFET非线性电容详细模型, d9 r. Q: v1 O: G$ T7 g0 h% B8 n3 }
•IGBT拖尾电流模型
e6 a9 b6 X; D6 h0 K •二极管反向恢复模型
5 ]! d1 ~+ {0 t# X# K! F, I! J4 z •以快速损耗预测模型实现快速仿真
! L4 ~$ |5 r( {, I •与热模型耦合' s! O! W7 I* G
•包含电路中的导线寄生电感和母线电容9 \1 f3 S l5 k) c6 d3 [
二极管反向恢复( C7 ~$ _4 t$ z% A
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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- t! Q- u8 @& j4 N1 w
% S s7 F7 b" r# V* F: \5 |) h
6 a& q0 T2 ]$ ^- C3 m% X* ~
* a' r2 A( x3 m; h3 c9 t. K; \ 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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, z6 V2 s) j8 R- ^# G8 J# v% ?
6 s% N4 j9 B4 F4 j; O. A8 x% y % ]! q! M( E% R6 I
◆散热片建模
" O6 y4 P: \* A 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。
+ |: H& e W/ [( C 带散热片和隔热层的TO220! M- O/ w% B" y( B0 w) {/ {
# g: ~. h5 D6 B/ v* w" L4 Q% N
$ [2 ?# C, Y% S4 N V- U6 k - O0 P+ _. N% E% b. f2 {' G8 |
8 b8 i7 N7 a1 t) w$ f0 G5 v " A* y" V1 B9 M* B- N0 U
IGBT结温详细模型$ t6 F4 h; l: x' B1 q
$ C! C2 d6 k6 X* a- G+ E
# E1 _$ z, g( M0 u' v: V' h
5 X8 l9 A# j5 ]* V 特色:9 z0 G1 l; M4 [7 x' C S9 F
•散热片模型与半导体模型直接耦合% c7 A% _2 f* ?2 n
•预定义导热材料特性0 \* h8 d! I# l5 U$ i
•现成的散热片模型# Z; ^& g8 d2 z
•热模型可从Ansys直接导入Caspoc% @4 S, l. `; S' `3 o; M
热模型
7 ?4 x* S3 L5 |( _ 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。% {6 \3 Y: x$ v6 Y. j5 s8 \
2 T/ A- t8 O! q/ Q; M j 5 a h& f$ h1 k4 P( h
: _7 ?" [% |% b S
9 w% I5 X5 D7 r: ~9 [9 f' D
, e; k- b6 }% j* P
3 w3 x3 B' I3 L3 a+ @/ {
: ?7 a% V& J- l" W9 t 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。
6 Q; l; y0 M- a9 g
3 u* C8 F" t. R) E0 A" ^
5 P0 B; u- P- H2 H/ {
; f7 J; r0 N& l2 O* e ◆汽车动力管理
% N, f. Y! _# @: n' G, g* H 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。$ A* l+ F# H" U8 z( j
# N9 [) ?, z/ ?& W 汽车动力管理(含负载突降)% V; r# z$ I# Z4 Q3 J
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) U9 T) l6 s" y6 ^% D! G. l
/ s, l: n" r' C, W1 n
1 v) k3 A* Q8 I$ A0 P
. N+ j# U5 L8 v, C. v8 i; C% a IGBT火花塞点火控制
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! H0 p4 t- \' H7 c2 N $ C5 n) B2 z# ~' V+ f
1 ]0 s: Q* c$ g
- d9 _5 d, J7 d 特色:' ?/ }7 w- r. U" J0 S; O, d
•发电机详细模型,包括六脉冲整流器和控制器
6 a1 ]6 z" }8 _: d1 n. ] •蓄电池荷电状态(SOC)及充放电阻抗模型。& \' `; A% A3 m2 T2 t+ X
•高压火花塞模型 Y# I+ X( W$ y6 j& h! w7 \6 f+ Q
•双向直流电源的限流与电流效率模型
. q9 C$ b- Y" {; T! y9 I •动力管理传动循环
* h w) j( K- U7 l& g' u 双向直流变换器/ {& T. l; n2 d; t/ H# _
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。
) @ p8 ?3 ?* t: y; e * X' c# \, t9 r) o% j
9 e! @$ Z2 R+ | " m' R; g! R+ a) w- G$ h
- y! ]2 N7 V/ w3 Z; w. A; m
9 ?+ J# J L# C# X- F
总结:简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。/ K/ E" F% g6 b+ G
5 q7 B1 M& r0 W5 v- r# C+ e5 P/ t
9 k+ d& S2 q& P$ a- { ; g+ f$ \! B4 \- E. p# K
◆绿色可再生能源' r# D/ N& E, K: z- a
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。% ^4 i- }4 Y- I* u. r2 q1 N, m
$ \: @. S, c/ S$ B+ I6 J 带逆变器的太阳能以及电网供电线路# C6 B2 [( l9 m) B2 `5 U( N
1 B( \! ]% r; W* Y; P) |( r# n
$ U5 b* J/ j0 u4 ^0 H3 n9 t
, N5 c! d# A/ R, C 1 m$ ]& z& H* O7 J
( a7 m$ } h( z; @4 ~0 M 风轮机模型0 e0 k0 i6 ~$ T6 @1 w
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双馈感应风力发电机8 N6 v1 e, }) Q( ~+ Z2 J( J8 K
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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M/ x, q0 h. l# \! p 特色:! d6 [! k6 M4 d
• 负载依赖性太阳能电池模型
* x; @8 J0 ~4 l7 A8 V, A0 \5 H% {6 p • 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性# _! l& h9 Q- i
• DFIG(双馈感应发电机)
- z9 H s9 b* P/ s- L! ~6 | • PMSG(永磁同步发电机)
: V! ?$ R5 j, Z" | • 行星齿轮、刚性轴
7 Q+ c2 Q/ {2 A • 风速特性* F6 J: t' x5 a5 k
• 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0 J9 W8 J* m3 [) h) M+ I
燃料电池0 c7 A! C4 C6 ~ A/ Q- K
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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6 K5 M7 M2 x9 T3 ^ 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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