電機及其控制器仿真的案例
永磁同步電機控制系統仿真 附電力電子、電機控制系統的建模和仿真下載
仿真模式1：控制器通過中斷觸發方式運行：電機電流波形（整體）
仿真模式1：控制器通過中斷觸發方式運行：電機電流波形（峰值）
仿真模式2：控制器通過非中斷觸發方式運行：電機電流波形（整體）
仿真模式2：控制器通過非中斷觸發方式運行：電機電流波形（峰值）
仿真模式1：控制器通過中斷觸發方式運行：電機電流波形，電機電流采樣波形，三角波
仿真模式2：控制器通過非中斷觸發方式運行：電機電流波形，電機電流采樣波形，三角波
差異如下：
采用中斷觸發方式建模和仿真，電機電流的峰值有大約3A（0.83%）的波動；
采用非中斷觸發方式建模和仿真，電機電流的峰值有35A（9.72%）的低頻波動；
采用中斷觸發方式建模和仿真，電機電流的采樣值在三角波的底點和頂點；
采用非中斷觸發方式建模和仿真，電機電流的采樣值與三角波的底點和頂點無關；
如何大家觀察電機轉矩的波形可以看到更為明顯的低頻波動現象。
展開 基于ANSYS的水冷電機控制器散熱仿真分析
摘 要：
電機控制器中的主要散熱器件有電容和IGBT等,其散熱性能直接關系到電機的輸出。以控制器中的8個電容及3個IGBT為主要熱源,采用有限元分析的穩態熱模塊及流體模塊,分別對其進行溫度仿真分析,分析對比在使用水冷散熱前后主要發熱器件的散熱狀態,得出水冷散熱的仿真效果比常態下的溫度降低約27℃,為實際產品的設計生產提供支撐。
關鍵詞：控制器;水冷;熱仿真;
0 引言
隨著電子產品小型化的發展，控制器的尺寸隨著元器件的小型化逐漸減小，但元器件的熱功率密度越來越大，其運行時會產生大量的熱，為此研究主要元器件在狹窄結構空間的散熱，保證其不超過耐熱極限[1,2]。水的比熱容是空氣的4倍，選用水冷板對其進行散熱處理，可以提高散熱效率[3,4]。以5.5 k W控制器為例，對其主要發熱器件電容及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵極型晶體管）進行熱仿真分析。
1 控制器的前處理
1.1 控制器結構降階處理
對5.5 k W控制器進行3D建模，顯示控制器有1215個部件，控制器模型如圖1所示。若全部仿真會使模擬計算量和時間增加，一般需要進行模型降階處理[5]。
圖1 控制器模型
保留控制器的主要發熱器件為8個電容及3個IGBT，保留殼體及水冷板。將殼體外部的航空插頭、發熱不嚴重的電路板及控制器外殼的螺紋孔全部填補完整。將水冷板的殼體與水道使用布爾減的方法進行分離，防止后期網格劃分時，將殼體和水道劃為整體，導致網格劃分不合適，計算失敗。模型降階情況如圖2所示。
1.2 控制器網格設置
網格劃分的好壞直接關系到計算的結果和計算時間的長短，所以在進行網格劃分的時候，優先選擇曲面狀的物體進行網格劃分，這樣在網格劃分的時候就可以保證曲面的完整性。
展開 電機及其控制原理介紹-BLDC & PMSM
在基于傳感器的電機中，霍爾效應傳感器可以完成這項工作。
在 BLDC 電機中，轉子位置通常由一組 3 個霍爾效應傳感器檢測。換向是通過六步過程實現的。這會導致換向中的小中斷，進而在每個步驟結束時導致扭矩波動（電機扭矩輸出的周期性增加/減少）。
相比之下，PMSM 電機只需要一個霍爾效應傳感器，因為換向是連續的。因此，轉子位置在任何情況下都會受到監控，并由傳感器測量并傳遞給 PMSM 電機控制器解決方案。
PMSM 電機的優勢之一是沒有轉矩紋波，這使得這些電機比 BLDC 更高效。
BLDC 和 PMSM 電機在汽車行業有哪些應用？
BLDC 和 PMSM 電機都廣泛用于汽車行業，因為這兩種電機都可以滿足不同類型的用例（有時可以互換）。
無刷直流電機經久耐用、效率高且成本低。它們可以高速運行并且可以電子控制。所有這些特性使這些電機成為連續運行的汽車部件的理想選擇。
另一方面，PMSM 電機具有 BLDC 電機的所有屬性，并具有更低的噪音和更高的效率的額外優勢。
讓我們看看這些電機的一些常見應用，從無刷直流電機開始：
電子動力轉向系統：能夠在高速和固有耐用性下工作，使 BLDC 電機成為電子動力轉向 (EPS) 應用的首選。基于傳感器的 BLDC 電機可以檢測轉子的位置并施加最佳扭矩來驅動方向盤。
HVAC（供暖、通風和空調）系統：由于在現代車輛中引入了自動化，HVAC 解決方案變得越來越智能。這種自動化是由電子驅動電機，尤其是無刷直流電機帶來的。這些電機由脈寬調制 (PWM) 控制，使其可靠、高效且環保。
混合動力汽車動力傳動系統：大量混合動力汽車都集成了無刷直流電機控制器來驅動動力傳動系統。有幾個相同的原因。最重要的原因是轉子冷卻的峰值效率和簡單的方法。
展開 新能源汽車驅動電機及其控制詳解
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Ansys電機及其控制系統解決方案
的多物理場優化平臺
Motor-CAD電機多學科優化
optiSLang參數敏感性分析與優化
電機驅動系統分析
電機ECE模型抽取
IPM電機MTPA控制
不同控制方法仿真結果比較
嵌入控制代碼仿真
旋轉變壓器及其控制器仿真
電驅動系統仿真分析流程
開關器件物理原型建模
開關模塊建模
母排寄生參數提取
? 母排表面電流由于“集膚效應”與“鄰近效應”的影響，明顯分布不均勻
? 通過Q3D可提取模型在不同頻率下的RL/CG矩陣，替換掉理想模型的走線
電機驅動系統傳導干擾分析
深圳市優飛迪科技有限公司成立于2010年，是一家專注于產品開發平臺解決方案與物聯網技術開發的國家級高新技術企業。
展開 步進電機的技術參數 控制及其應用
步進電機的運行性能與控制方式有密切的關系，步進電機控制系統從其控制方式來看，可以分為以下三類：開環控制系統、閉環控制系統、半閉環控制系統。半閉環控制系統在實際應用中一般歸類于開環或閉環系統中。
反應式：定子上有繞組、轉子由軟磁材料組成。結構簡單、成本低、步距角小，可達1.2°、但動態性能差、效率低、發熱大，可靠性難保證。
永磁式：永磁式步進電機的轉子用永磁材料制成，轉子的極數與定子的極數相同。其特點是動態性能好、輸出力矩大，但這種電機精度差，步矩角大（一般為7.5°或15°）。
混合式：混合式步進電機綜合了反應式和永磁式的優點，其定子上有多相繞組、轉子上采用永磁材料，轉子和定子上均有多個小齒以提高步矩精度。其特點是輸出力矩大、動態性能好，步距角小，但結構復雜、成本相對較高。
按定子上繞組來分，共有二相、三相和五相等系列。最受歡迎的是兩相混合式步進電機，約占97%以上的市場份額，其原因是性價比高，配上細分驅動器后效果良好。該種電機的基本步距角為1.8°/步，配上半步驅動器后，步距角減少為0.9°，配上細分驅動器后其步距角可細分達256倍（0.007°/微步）。由于摩擦力和制造精度等原因，實際控制精度略低。同一步進電機可配不同細分的驅動器以改變精度和效果。
步進電機的技術參數
1、步進電機的基本參數
（1） 空載啟動頻率：
即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發生丟步或堵轉。在有負載的情況下，啟動頻率更低。如果要使電機達到高速轉動，脈沖頻率應該有加速過程，即啟動頻率較低，然后一定加速度升到所希望的高頻（電機轉速從低速升到高速）。
（2） 電機固有步距角：
它表示控制系統每發一個步進脈沖信號，電機所轉動的角度。
展開 Simdroid-EC：液冷仿真新星，助力新能源汽車電機控制器高效散熱
電機控制器在新能源汽車中對于保障動力和安全性能扮演著至關重要的角色，其核心部件IGBT（絕緣柵雙極型晶體管，一種電壓驅動式功率半導體器件）在工作時會因自身的功率損耗而產生大量熱量，一旦溫度超出規定的安全范圍，其性能就會顯著下降，嚴重情況下甚至會造成器件的永久性損壞，影響整個新能源汽車的動力輸出和行駛性能。
基于上述問題，鑒于液體的比熱容較大，能吸收大量熱量而自身溫度升高較小，因此該行業廣泛采用液冷技術實現IGBT的有效散熱。此外，冷卻液可直接接觸IGBT模塊，使其溫度分布更均勻，避免局部過熱，進而有效延長IGBT模塊的使用壽命。
伏圖-電子散熱模塊（Simdroid-EC）能夠精準模擬IGBT在不同工況下的溫度分布情況，從而有針對性地優化散熱方案，確保IGBT始終處于安全的溫度區間內，保障其可靠運行。
Simdroid-EC功能亮點
Simdroid-EC是基于伏圖平臺（Simdroid）開發的針對電子元器件、設備等散熱的專用熱仿真模塊，內置電子產品專用零部件模型庫，支持用戶通過“搭積木”的方式快速建立電子產品的熱分析模型，并利用成熟穩定的算法計算流動與傳熱問題，對電子產品進行高效的熱可靠性分析；可廣泛應用于通信設備、電力電子、半導體產品與設備、汽車、航空航天等工業領域。
本文通過某電機控制器的案例來說明Simdroid-EC的功能亮點。
1. CAD模型導入
通過Simdroid-EC導入接口，可以直接導入液冷流道和IGBT的.stp模型文件，無需打散，可完整還原導入體原貌。
導入模型
2. 便捷多流體域劃分
Simdroid-EC的多流體域仿真功能非常便捷。只需將智能元件流體標記點放入流體域中，軟件即可自動識別到連通的腔體，并形成流體域，無需繁復地用體積區域搭建流體區域。
展開 新能源汽車講解丨驅動電機及其控制
新能源汽車講解丨驅動電機及其控制
集成式電機控制器選型設計與控制策略
圖1 集成式電機控制器電氣架構圖
圖2 集成式電機控制器接線原理圖
3 元件選型
集成式電機控制器（MCU） 包括HCU （高壓控制單元）、IGBT逆變器、PDU （電源分配單元） 等3個部分，下面分別介紹。
3.1 HCU
HCU （高壓控制器單元） 主要由電源電路、控制芯片（DSP/FPGA） 及其外圍電路、控制電路、檢測電路、I/0電路、CAN通信電路、傳感器組成，負責檢控三合一電機控制器內部元件，以及與外部設備通信。檢測電路負責收集控制器內部霍爾傳感器（L1、L2）、電壓傳感器 （V1、V2、V3、V4、V5、V6） 發出三相電流和接觸器前后端電壓信號，用以判斷當前控制器內部元件狀態，以及收集電機內部旋轉變壓器、溫度傳感器反饋過來的旋變和溫度信號，了解電機當前狀態。控制芯片處理檢測電路收集的信號后，通過控制電路對接觸器、IGBT逆變器進行控制，以達到高壓配電和驅動電機的作用。
展開 集成式電機控制器選型設計與控制策略
圖1 集成式電機控制器電氣架構圖
圖2 集成式電機控制器接線原理圖
3 元件選型
集成式電機控制器（MCU） 包括HCU （高壓控制單元）、IGBT逆變器、PDU （電源分配單元） 等3個部分，下面分別介紹。
3.1 HCU
HCU （高壓控制器單元） 主要由電源電路、控制芯片（DSP/FPGA） 及其外圍電路、控制電路、檢測電路、I/0電路、CAN通信電路、傳感器組成，負責檢控三合一電機控制器內部元件，以及與外部設備通信。檢測電路負責收集控制器內部霍爾傳感器（L1、L2）、電壓傳感器 （V1、V2、V3、V4、V5、V6） 發出三相電流和接觸器前后端電壓信號，用以判斷當前控制器內部元件狀態，以及收集電機內部旋轉變壓器、溫度傳感器反饋過來的旋變和溫度信號，了解電機當前狀態。控制芯片處理檢測電路收集的信號后，通過控制電路對接觸器、IGBT逆變器進行控制，以達到高壓配電和驅動電機的作用。
展開 先進PID控制及其MATLAB仿真
先進PID控制及其MATLAB仿真
今晚 | ANSYS官方永磁同步電機電機的降階模型抽取和矢量控制電路仿真直播
在電機型號確定后，性能優異的電機控制器將最大限度地發揮電機的效能。比如：
相對SPWM，采用SVPWM調制方法可以減小逆變器的開關損耗、提高母線電壓利用率；
采用單位電流最大轉矩控制方法（MTPA）,將在不增加逆變器容量的情況下，使電機輸出最大的轉矩。
ANSYS提供使用方便、高精度的電機本體及其控制系統開發仿真平臺。用戶先采用ANSYS有限元軟件，設計出性能優異的電機本體，然后采用ANSYS特有的電機降階模型抽取方法，基于有限元精確仿真的結果，提取出高精度的電機ECE模型，無縫輸入到ANSYS系統仿真軟件，在系統仿真軟件中搭建矢量控制電路等控制電路，做到控制算法和系統與電機本體的最佳匹配，在開發初期就可以對電機本體和控制系統作出有效評估。
對于只設計電機控制系統的用戶，也可以向其電機供應商索取與實際電機對應高精度的電機ECE模型，進行控制算法的仿真和優化。電機ECE模型只高精度體現電機外部特性，而不會泄露供應商實際的電機設計參數，在有效保護各方知識產權的同時，又促進了電機設計生產廠家和控制器設計生產廠家的高效合作。
主要內容綱要如下：
1. ANSYS電機本體及其控制系統仿真平臺介紹
2. ANSYS永磁同步電機電機的降階模型抽取方法
3. ANSYS 結合電機本體高精度降階模型的矢量控制算法實現方法
報名方式
手機端請掃描二維碼報名
或者點擊報名：http://event.31huiyi.com/1727650456/index?c=jishulink
展開 ANSYS永磁同步電機電機的降階模型抽取和矢量控制電路仿真丨附招聘
本期研討會：《永磁同步電機電機的降階模型抽取和矢量控制電路仿真》將于11月28日 20:00-21:00舉辦。
直播主題
永磁同步電機電機的降階模型抽取和矢量控制電路仿真
日期/時間
2019年11月28日（周四）
20:00 – 21:00
課程受眾
永磁同步電機設計單位
電機控制器設計單位
新能源汽車研發部門
變頻器研發部門等行業人士
講師簡介
楊俐輝
ANSYS機電系統仿真軟件專家，對電機本體及其控制系統、開關電源、機電系統的電磁兼容有豐富的實際項目實施和仿真經驗。現任ANSYS中國機電產品線資深工程師，負責機電產品線的方案推廣和項目咨詢工作，對ANSYS機電產品及平臺方案等有全面的了解和經驗。
課程簡介
隨著新能源汽車行業、高性能工業伺服系統的發展，電機本體設計和其控制系統的關系日趨緊密。性能優異的電機是電機及其控制系統的基礎，比如：
采用新型原材料和先進的磁路設計方法設計出高功率密度的電機，電機占用的幾何空間就越小，電機的有效材料的利用率就越高；
電機的效率越高，則可減小電機本體的發熱，提高電機的壽命，提高整個電機機電系統的效率；
齒槽轉矩越小的電機，將減少電機控制算法設計的難度，同時減小最終整個機電系統的NVH。
在電機型號確定后，性能優異的電機控制器將最大限度地發揮電機的效能。比如：
相對SPWM，采用SVPWM調制方法可以減小逆變器的開關損耗、提高母線電壓利用率；
采用單位電流最大轉矩控制方法（MTPA）,將在不增加逆變器容量的情況下，使電機輸出最大的轉矩。
ANSYS提供使用方便、高精度的電機本體及其控制系統開發仿真平臺。
展開 用于無刷直流電機的汽車電動直流電機控制器的工作原理
用于無刷直流電機的汽車電動直流電機控制器的工作原理-博揚智能
直流電機控制器的具體細節取決于電機類型（有刷、無刷、步進）和使用該電機的設備的功能。例如，與有刷電機的工業直流電機控制器相比，用于無刷直流(BLDC)電機的電動汽車直流電機控制器具有不同的設計和工作原理。
控制器分為數字和模擬版本。數字直流電機控制器與其模擬變體之間的主要區別在于前者包括基于微控制器(MCU)的硬件和固件。
一些直流電機控制器類型可以接收來自電機的反饋、檢測錯誤并糾正它們，使值與設定值一致。它們被稱為閉環或反饋控制器。
或者，即使發生故障，開環或非反饋控制器也不會影響這種情況，因為它不會檢測到故障。您可以在不需要自動控制的簡單系統中找到此類控制器。
開環和閉環系統是控制理論的基本概念。根據電子設備的要求或復雜性，您可以實施帶或不帶反饋的控制系統。例如，步進電機可以與開環控制器一起運行。用于高性能應用中精確定位的伺服直流電機控制器是一個閉環系統。
圖中顯示了閉環和開環控制系統的示例。在第一種情況下，機器人的電機控制器接收反饋并根據景觀條件調節速度。在非反饋系統的情況下，電機控制器得不到反饋。因此，機器人的速度在到達平臺時會降低。
展開 對輸入進行脈寬調制來控制電機轉速的刷式直流電機驅動器-SS6548D
刷式直流電機驅動器由定子、轉子和電刷三部分組成。定子產生固定磁場，轉子攜帶電流在磁場中受力旋轉，電刷則負責將直流電源引入轉子繞組，實現電流換向。當電流通過轉子繞組時，會在磁場中受到安培力的作用，從而驅動轉子旋轉。
刷式直流電機驅動器的結構相對簡單，但具有較高的效率和可靠性。其中，電刷是實現電流換向的關鍵部件，通常由碳材料制成，具有良好的導電性和耐磨性。此外，直流有刷電機還具有啟動轉矩大、調速范圍廣等優點，使其在各種應用場合中具有廣泛的適用性。
在刷式直流電機驅動器運行過程中，電流需要不斷換向以保持轉子的連續旋轉。這一過程是通過電刷與換向器的配合來實現的。換向器通常由多個銅片組成，與轉子繞組相連。當轉子旋轉到一定位置時，電刷會接觸到下一個銅片，從而實現電流的換向。這種設計使得直流有刷電機能夠平穩、高效地運行。
工采電子代理的SS6548D是一款刷式直流電機驅動器，專為工業及消費電子設計的40V/16?A大電流直流有刷電機驅動芯片，采用帶散熱盤的DFN5*5封裝，支持40V電壓應用，內置電流調節將電機電流限制到預定較大值，H橋由兩路邏輯輸入控制, 內置低導通內阻的P+N溝道MOSFET；適用于健身器材，智能化辦公，智能家具，按摩椅，工業設備及其它機電一體化電機。
能夠在寬電壓范圍（6.5?V?~?40?V）內提供持續8?A、峰值16?A的電流輸出，并通過低導通電阻（典型 45?mΩ）實現高效能驅動,支持PWM調速（0-50kHz）和低功耗休眠模式（待機電流僅1μA）適用于對功率密度和系統可靠性要求較高的場合。
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