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众所周知,我国工业厂区模型市场仍然“一片晴朗”,值得大众老百姓的关注。自然,伴随着“工业厂区模型-沙盘模型制作”


   建模、仿真和CAD是一种新的设计工具。为仿真电源系统,首先要建立仿真模型,包括电力电子器件、变换器电路、数字和模拟控制电路以及磁元件和磁场分布模型等,还要考虑开关管的热模型、可*性模型和EMC模型。各种模型差别很大,建模的发展方向是:数字-模拟混合建模、混合层次建模以及将各种模型组成一个统一的多层次模型等。


电源系统的CAD,包括主电路和控制电路设计、器件选择、参数最优化、磁设计、热设计、EMI设计和印制电路板设计、可*性预估、计算机辅助综合和优化设计等。用基于仿真的专家系统进行电源系统的CAD,可使所设计的系统性能最优,减少设计制造费用,并能做可制造性分析,是21世纪仿真和CAD技术的发展方向之一。此外,电源系统的热测试、EMI测试、可*性测试等技术的开发、研究与应用也是应大力发展的。


1.前言统计分析表明,通过适当的仿真能够发现电力系统在产品实现过程中50%的设计错误,因此仿真在产品设计和生产中,起着很重要的作用,可以缩短生产周期,降低生产成本。越是较复杂的仿真工具,越能更实际的反映电路系统,发现的设计错误也越多,对电路设计就越有帮助。SPICE是一种传统的电路仿真软件,它的模型库包括基本电路元件(电阻、电感、电容、独立和可控电源、变压器、传输线),开关和一些半导体装置(二极管、BJT、JFFT、MESFET和MOSFET)等。SPICE主要用于对电子电路和普通电路进行直流、交流、暂态、零极点、失真、灵敏度和噪声等的仿真分析。因为SPICE是采用变步长积分节点法,所以可以对开关电力电子电路进行精确仿真。但是在SPICE的模型库中,没有电机、电路断路器、电涌放电器和晶闸管等电力系统和电力驱动的专用模型,为了对电力系统进行仿真,用户必须利用SPICE中现有的元件来构造所需模型,这样就会费时费力。


开始推出的一种使用简便的工程计算语言,到目前为止的最新版本是MATLAB5.3,它是以矩阵运算为基础,把计算、可视化、程序设计融合到了一个交互的工作环境中。在这里可以实现工程计算、算法研究、建模和仿真、数据分析及可视化、科学和工程绘图、应用程序开发等功能。SIMULINK是在MATLAB环境下用于动态建模和仿真应用最广泛的软件包之一。它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统,也支持具有多种采样速率的多速率系统。现在,SIMULINK的版本己经从1.0发展到3.0,功能更加强大,使用也越来越方便,尤其是从2.0版本开始加了电力系统模块(PSB),在电力系统的仿真中显示了巨大的优越性。PSB采用变步长积分法,可以对非线性、刚性和非连续系统进行非常精确的仿真能够很精确地检测出断点和开关发生的时刻,所以说PSB是对电路包括电力电子装置进行仿真的非常方便的工具。PSB是与MATLAB和SIMULWK兼容的,用户能够很容易的在PSB中建立一个图表,利用SIMULINK中的模块进行组装控制系统,也可以利用MATLAB中提供的数字设计和分析工具。


2.电路的建模和状态空间描述在PSB中,电路线性部分的动态描述是通过连续时域状态空间方程来实现的。N个积分器就可以描述一个多输入多输出的N阶线性系统,通过对输入和状态变量的线性组合就得到输出矢量。


在电路中,电感电流和电容电压是状态变量。


由于电力系统中所有的成分都能用这两个量来构造,所以由电感、电容构成的系统是不难得到其状态空间表达式的。例如,一台电机通常包括转子电流、定子电流和磁通量,而对于一个开关装置如晶闸管或者GT0,选择相关的状态变量就不是那么直观,取决于开关的宏观模型。在PSB中,是用一个串联RL电路以及根据不同的开关类型设计的逻辑电路来描述的,在这些模型中电感电流是开关的状态变量。然而开关和电机都是非线性的,除了线性部分可用状态变量表达式以外,它们的模型看起来更象压控电流源。这些电流源的电流作为线性部分的输入。


3.基本元件的模型PSB是用来对电力系统和电力驱动进行仿真的,有七类模型可供用户选择(电源、线性和非线性无源元件、三相元件、联接装置、测量装置、电机和电力电子装置)电源包括交流电压(电流)源、直流电压源和可控电压(电流)源。无源元件包括串联和并联的RLC支路、线性和饱和变压器n形截面线和分布式线以及开关和电涌断路器模型。三相元件是其他类模型的组合,给用户提供一个基本三相库,用户也可参照这些模型来建立其他的三相系统。接头和测量装置是用于不同系统间的联接。电机单元包括同步和异步的几种模型。在驱动和电力转换器的仿真中,电力电子装置模型尤其重要。


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