PLECS中文版本.ppt

1、1,1,电力电子的系统仿真,Plexim GmbH,使用PLECS进行仿真非常符合电气工程师的思维：直接的建模和可靠快速的计算 Dr. Ralf Juchem, head of SMAs department of simulation technology,2,2,电力电子系统级的仿真,快速和高效 易于使用 开放式的元件库 热建模 分析工具 PLECS Scope PLECS Blockset PLECS Standalone,3,3,电路和系统级的建模,瞬时开关 电路的优化状态空间表示 近似元件级简化行为描述模型取代物理模型,= 从而实现了快速高效的仿真,4,4,易于使用,Blockset

2、: 将PLECS电路放入Simulink模型中，然后把库中的元件拖放入该电路 Standalone: 直接拖放元件,5,5,开放式的元件库,所有变流器，电机和变压器的模型都是开放的 定制化非常简单 可以实现用户自己的元件库,6,6,热建模,为了实现快速仿真，热模型基于查表法 直接输入开关和通态损耗的描述 在仿真中损耗进行在线计算，温度信息反馈到查表法中 内建稳态分析工具以计算最终温度,7,7,分析工具,稳态分析 控制分析工具 AC扫描 冲击相应分析 环增益分析,8,8,PLECS Scope,高级的缩放和转换功能 在仿真过程中缩放 有效值和THD等的直接测量 方便的打印和导出功能,9,9,PL

3、ECS Blockset,与Simulink直接集成 PLECS在Simulink中呈现为S函数 由Simulink直接解析 与所有解析选项都兼容 PLECS解决开关过渡过程,10,10,PLECS Standalone,独立的仿真工具 与PLECS blockset兼容 主要特性： 控制与电路元件 采用优化的解析方法，仿真速度更快 降低了总投资和维护成本 比PLECS blockset快了2.5倍！,11,Blockset与Standalone模型的兼容,11,12,从Blockset向Standalone导入,12,Blockset,Standalone,13,从Blockset向Stan

4、dalone导入,13,Blockset,Standalone,14,从Standalone向Blockset导入,14,Blockset,Standalone,15,15,我们的部分客户,航空: Goodrich Saab,汽车: Bosch Chrysler Opel Skoda,自动化与传动: Danfoss Hilti Rockwell Woodward SEG,电子: Infineon Panasonic Philips Tyco,大功率应用: ABB Bombardier Converteam Siemens,GE Aviation US Air Force,16,16,应用实例：

5、效率比较,ABB的项目 空冷中压传动系统 测量损耗存在困难 PLECS用于仿真 开关损耗 滤波器损耗 谐波,Source: Y. Suh, J. Steinke, P. Steimer: Efficiency comparison of voltage source and current source drive systems for medium voltage applications, EPE 2005,Photo: ABB,17,17,关于我们,独立的公司 从ETH Zurich分离出来 由创始人私有 从2002年12月开始销售PLECS仿真软件 现在最新版本是2010年10月的3

6、.1版 PLECS Blockset或者PLECS Standalone 在超过40个国家有我们的客户,18,18,电力电子系统,电力电子系统通常包括 功率电路 模拟/数字控制系统 以上两个部分相互作用并决定了热损耗,19,19,建模与仿真,建模 找到目标系统的功能体系 对元件的描述尽可能简单（在这个阶段只有必要的时候才对元件进行细节的建模） 使用建模语言对设计进行输入 仿真 把模型转换为数学方程 在一定误差范围内解方程 给出数据结果 = 仿真结果的准确性取决于模型,20,20,数字仿真存在的挑战,功率半导体器件引入了极端的非线性 仿真程序需要解决开关过程 时间常数相差几个数量级 例如电气传动

7、系统 仿真步长小 仿真时间长 准确的模型有时候难以得到 例如半导体器件，磁性元件 要求具备足够准确度的行为描述模型 控制器与电路一起建模 例如数字控制器 混合信号的仿真,21,21,不同详细程度的仿真,功率电路用线性传递函数进行仿真 小信号行为 没有开关过程，没有谐波 控制器设计 功率电路用理想器件进行仿真 大信号行为，电压和电流波形 整体系统性能 电路设计与控制器验证 功率电路用制造商特性器件进行仿真 寄生效应（磁滞） 开关过程（二极管反向恢复） 器件应力（电应力或热应力） 对器件进行选型,Power converter,Controller,Load,Power input,Power o

8、utput,Control signals,Reference,Measurement,vi,ii,io,vo,22,22,不同详细程度的仿真,控制 电路 元器件,PLECS Standalone,Saber & Spice,Psim,Simplorer,23,23,比较SPICE和PLECS,无源器件模型相似 R, L, C 主要区别在于半导体器件模型 MOSFET 模型 - SPICE 详细的物理模型 47个参数 MOSFET 模型 - PLECS 简化的行为描述模型 两个参数: Ron and T,24,24,半导体器件模型的比较,详细的物理模型SPICE 用于对运行于线性区的半导体器件

9、的行为进行建模，例如音频放大器 要求计算能力强，仿真步数多 需要知道器件和电路的参数 简化的行为描述模型PLECS 在开关过程可忽略的时候，用于对电路和系统级的开关进行建模 快速高效瞬时开关,25,25,用理想开关进行高速仿真,传统的连续的二极管模型 任意静态与动态特性 常常需要吸收环节 PLECS中的理想二极管模型 瞬时开关特性 可选的通态电阻和前向电压,26,26,比较：二极管整流器,用传统和理想的开关模型进行仿真 仿真步数：1160 153 计算时间：0.6s 0.08s,27,27,状态空间模型：Buck变流器,状态空间描述,开关导通,二极管导通,28,28,PLECS的运行规则,电路

10、变换为状态变量系统 每一种开关组合由一套状态矩阵代表,PLECS S-function,Simulink,u,g,y,29,29,变步长与定步长仿真,变步长 最高准确度 步长根据时间常数自动调整 在包含很多独立运行开关的系统中，仿真会变慢,定步长 对大系统可以提高仿真速度 硬件控制系统通常都是定步长 非采样开关事件（二极管，晶闸管）需要进行特殊处理,30,30,变步长仿真：Buck变流器,晶体管导通 二极管阻断,31,31,变步长仿真：Buck变流器,晶体管关断 电感两端产生冲击电压,32,32,变步长仿真：Buck变流器,冲击电压关断了二极管,33,33,变步长仿真：Buck变流器,晶体管关

11、断 二极管导通,34,34,变步长仿真：Buck变流器,开关时间问题： 二极管关断太迟 电感两端产生冲击电压,35,35,变步长仿真：Buck变流器,过零检测： 步长缩小 二极管在过零的时候关断,36,36,定步长：非采样事件,Diode current,Sub-cycle interpolation,37,37,对非采样开关事件的处理,Diode currents,Diode voltage,Backward interpolation Diode 3 starts conducting,Forward step,Forward step,Forward step,Backward interpolation Sync. with sample time,Forward step,Backward interpolation Diode 2 stops conducting,Backward interpolation Sync. with sample time,Forward step,38,38,PLECS中不同的二极管模型,二极管关断,测试电路:,39,39,包括反向恢复的动态二极管模型,在不同阻断条件下的反向恢复效应,40,40,包括受限di/dt的动态IGBT模型,Variation of vCE:tf an