Simscape Electrical

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Simscape Electrical

Modellierung und Simulation elektronischer, mechatronischer und elektrischer Stromsysteme 

 

Simscape Electrical™ (früher SimPowerSystems™ und SimElectronics®) bietet Komponentenbibliotheken für die Modellierung und Simulation elektronischer, mechatronischer und elektrischer Stromsysteme. Enthalten sind Modelle von Halbleitern, Motoren und Komponenten für Anwendungen wie die elektromechanische Betätigung, intelligente Stromnetze und Systeme für erneuerbare Energien. Sie können diese Komponenten verwenden, um analoge Schaltungsarchitekturen zu bewerten, mechatronische Systeme mit elektrischen Antrieben zu entwickeln sowie die Generierung, Umwandlung, Übertragung und Nutzung elektrischen Stroms auf Stromnetzebene zu analysieren.

Simscape Electrical kann zur Entwicklung von Regelungssystemen und zum Testen der Leistung auf Systemebene verwendet werden. Sie können Ihre Modelle mit Variablen und Ausdrücken von MATLAB® parametrieren und Regelungssysteme für elektrische Systeme in Simulink® entwerfen. Das Modell kann in mechanische, hydraulische, thermische und andere physikalische Systeme mithilfe von Komponenten der Simscape-Produktfamilie integriert werden. Um Modelle in anderen Simulationsumgebungen, einschließlich Hardware-in-the-Loop (HIL)-Systemen, bereitzustellen, unterstützt Simscape Electrical die Generierung von C-Code.

Simscape Electrical wurde in Zusammenarbeit mit Hydro-Québec in Montreal entwickelt.

Halbleitergeräte

Untersuchen Sie Eigenschaften auf Schaltungsebene, Verluste, das Verhalten auf Systemebene sowie thermische Effekte.

Anpassen von Modellen an Ihre Anforderungen

Wählen Sie einfache Modelle aus, um dynamische Eigenschaften abzubilden und schnellere Simulationen zu erreichen. Fügen Sie ein nichtlineares Aufladungsmodell hinzu, um transiente Vorgänge detailliert zu erfassen und Verluste vorherzusagen. Lesen Sie Werte aus Datenblättern direkt in Ihr Modell ein.

Vereinfachtes und vollständiges IGBT-Modell.

Berücksichtigen von thermischen Effekten

Geben Sie an, wie das Verhalten von Geräten auf veränderliche Temperaturen reagiert. Modellieren Sie die Wärmeerzeugung im Gerät. Verbinden Sie es mit einem Wärmenetz, um die Wärmeübertragung zwischen dem Gerät und der Umgebung zu modellieren und die Auswirkungen auf die Leistung zu beurteilen. 

Linearer Spannungsregler mit thermischen Effekten.

Wiederverwendung von SPICE

Konvertieren Sie Subcircuit-Netzlisten für diskrete Elemente in Simscape™-Komponenten. Verbinden Sie Ihr Schaltungsmodell mit Wärmenetzen, mechatronischen Geräten und Regelungsalgorithmen. Evaluieren und wählen Sie eine Schaltungsarchitektur, bevor Sie eine Parasitenextraktion durchführen.

Konvertieren einer SPICE-Netzliste in Simscape-Blöcke.

Motoren und Antriebe

Entwerfen Sie Regelungssysteme, und überprüfen Sie die Auswirkungen von nichtlinearem Verhalten und von Wärme auf die Systemleistung.

Anpassen von Modellen an Ihre Anforderungen

Wählen Sie einfache Modelle aus, um das stationäre Verhalten abzubilden und schnellere Simulationen zu erreichen. Fügen Sie nichtlineare Flussdichte und Sättigung hinzu, um transiente Vorgänge detailliert zu erfassen und Verluste vorherzusagen. Lesen Sie Werte aus Datenblättern direkt ein, um Ihre Spezifikation abzubilden.

BLDC-Drehzahlregelung.

Berücksichtigen von thermischen Effekten

Geben Sie an, wie das Aktuatorverhalten auf veränderliche Temperaturen reagiert. Modellieren Sie die Wärmeerzeugung im Aktuator. Verbinden Sie ihn mit einem Wärmenetz, um die Wärmeübertragung zwischen jeder Wicklung und der Umgebung zu modellieren und die Auswirkungen auf die Leistung zu beurteilen.

Linearer Spannungsregler mit thermischen Effekten.

Wiederverwendung von FEM-Daten

Importieren Sie Daten aus einer Finite-Element-Analyse, um nichtlineare Flusskopplungen zu modellieren. Verbinden Sie Ihr Schaltungsmodell mit Wärmenetzen, mechatronischen Geräten und Regelungsalgorithmen. Überprüfen Sie die Auswirkungen von nichtlinearem Verhalten auf die Systemleistung. 

Importieren von IPMSM-Flusskopplungsdaten von ANSYS Maxwell.

Stromnetze

Analysieren Sie die Leistung auf Stromnetzebene in Netzen mit erneuerbaren Energien, Leistungselektronik und Antrieben.

Stromerzeugung

Modellieren Sie Generatoren mit synchronen und asynchronen Maschinen. Aktivieren Sie nichtlineare Effekte, wie z. B. eine Sättigung. Fügen Sie Energie aus erneuerbaren Quellen hinzu, einschließlich Photovoltaik-Anlagen, Windturbinen und Akkus für die Stromspeicherung.

Asynchroner Dreiphasen-Generator mit Windturbine.

Stromübertragung

Modellieren Sie einfache und mehrphasige Übertragungsleitungen und Kabel. Schließen Sie Transformatoren ein, deren Verhalten durch Effekte wie die Sättigung, unterschiedliche Kerndimensionen und Hysteresen nichtlinear ist.

IEEE 13 Node Test Feeder.

Stromverbrauch

Integrieren Sie Gleichrichter, Wechselrichter und übliche Wandlertopologien, wie z. B. Inverswandler. Stellen Sie Verbindungen zu elektrischen Antrieben mit Antriebssteuerungsalgorithmen wie z. B. feldorientierter Steuerung, Vektorregelung und direkter Drehmomentregelung her.

Steuerung für Invertierungstopologie mit Inverswandler.

Fehlertoleranz

Minimieren Sie Verluste, Ausfallzeiten und Kosten, indem Sie Ihr Design unter Fehlerbedingungen validieren.

Erstellung robuster Designs

Geben Sie die Bedingungen an, unter denen Komponenten möglicherweise ausfallen. Modellieren Sie ausgefallene Komponenten, wie einen Leerlauf oder Kurzschluss. Konfigurieren Sie automatisch Fehler, um Ihr Design effizient für alle Fehlerbedingungen zu validieren.

MOSFET-Fehler in Abwärtswandler.

Durchführung einer prädiktiven Instandhaltung

Generieren Sie Trainingsdaten, um Algorithmen für die prädiktive Instandhaltung zu trainieren. Validieren Sie Algorithmen mit virtuellen Tests in zahlreichen Szenarien. Reduzieren Sie Ausfallzeiten und Gerätekosten, indem Sie sicherstellen, dass Instandhaltungen genau in den richtigen Abständen durchgeführt werden. 

Fehlererkennung und -klassifikation mithilfe simulierter Daten.

Minimieren von Verlusten

Berechnen Sie die Verlustleistung von elektrischen Komponenten. Verifizieren Sie, dass Schaltungskomponenten in ihrem betriebssicheren Bereich arbeiten. Analysieren Sie spezifische Ereignisse und Sätze von Testszenarien automatisch, und führen Sie die Nachverarbeitung der Ergebnisse in MATLAB® durch.  

Solarwechselrichter. 

Virtuelle Tests

Verifizieren Sie das Systemverhalten unter mehr verschiedenen Bedingungen als mit Hardware-Prototypen.

Testen von mehr Szenarien

Verwenden Sie MATLAB, um Ihr Modell automatisch für Tests zu konfigurieren. Verwenden Sie den idealen Schaltalgorithmus zur schnellen und genauen Simulation von Leistungselektronikelementen. Führen Sie Sätze von Tests oder Parameter-Sweeps parallel auf einem Desktop oder einem Cluster aus.

Modell eines elektrischen Flugzeugs in Simscape.

Genaues Vorhersagen des Verhaltens

Wählen Sie den kontinuierlichen, diskreten oder Phasor-Simulationsmodus, um transiente Effekte oder Spannungspegel zu analysieren. Optimieren Sie Parameter automatisch anhand gemessener Daten. Steuern Sie die Schrittgröße und die Toleranzen automatisch in Simulink®, um präzise Ergebnisse sicherzustellen.

Simulation im Phasor-Modus in Simscape-Komponenten.

Automatisieren von Analysen

Führen Sie Lastflussanalysen durch, um stationäre Bedingungen zu bestimmen. Verwenden Sie FFT-Analysen, um die Stromqualität Ihres Designs zu analysieren. Verwenden Sie MATLAB, um jeden Schritt der Erfassung und Nachverarbeitung von Simulationsergebnissen zu automatisieren.

Initialisieren eines 29-Bus-Netzwerks mit 7 Kraftwerken.

Modellbereitstellung 

Verwenden Sie Modelle für den gesamten Entwicklungsprozess, einschließlich Tests von Embedded-Steuerungen.

Testen ohne Prototypen

Konvertieren Sie Ihr Modell in C- oder HDL-Code, um Hardware-in-the-Loop-Tests für eingebettete Steueralgorithmen und Controller-Hardware durchzuführen. Führen Sie virtuelle Inbetriebnahmen durch, indem Sie Tests anhand eines digitalen Zwillings Ihres Produktionssystems konfigurieren.

Für HIL konfiguriertes Elektrofahrzeug.

Beschleunigen der Optimierung

Konvertieren Sie Ihr Modell in C-Code, um einzelne Simulationen zu beschleunigen. Führen Sie Tests parallel aus, indem Sie Simulationen auf mehreren Kernen eines einzelnen Computers, auf mehreren Computern in einem Cluster oder in einer Cloud bereitstellen.

Identifizierung von Superkondensator-Parametern.

Unterstützen anderer Teams

Nutzen Sie hochentwickelte Komponenten und Funktionen aus der gesamten Simscape-Produktfamilie, ohne eine Lizenz für jedes Simscape-Add-On-Produkt zu erwerben. Geben Sie geschützte Modelle für externe Teams frei, um geistiges Eigentum nicht offenzulegen.

Arbeit im eingeschränkten Modus in Simscape.

Simscape-Plattform

Testen Sie in einer einzelnen Simulationsumgebung, um Integrationsprobleme zu identifizieren.

Modellieren des gesamten Systems

Testen Sie die Integration elektrischer, magnetischer, thermaler, mechanischer, hydraulischer, pneumatischer und weiterer Systeme in einer einzelnen Umgebung. Identifizieren Sie Integrationsprobleme früh, und optimieren Sie die Leistung auf Systemebene.

Anpassen von Modellen an Ihre Anforderungen

Definieren Sie mit der auf MATLAB basierenden Simscape-Sprache benutzerdefinierte Komponenten, die genau die gewünschte Analysegenauigkeit bieten. Erhöhen Sie Ihre Effizienz, indem Sie wiederverwendbare Baugruppen mit klaren Schnittstellen und Parametrisierung erstellen.

Batteriezelle mit benutzerdefinierten elektrochemischen Eigenschaften.

Integrieren von Design-Teams

Ermöglichen Sie es Softwareprogrammierern und Hardware-Designern, schon früh im Designprozess zusammenzuarbeiten. Verwenden Sie die Simulation, um den gesamten Designraum vollständig zu untersuchen. Teilen Sie Anforderungen mithilfe einer ausführbaren Spezifikation für das gesamte System mit.

Elektrisches Netz in einem Power-Split-Hybridfahrzeug.

MATLAB und Simulink

Finden Sie schneller ein optimales Design, indem Sie Aufgaben für das gesamte Systemmodell automatisieren.

Automatisierung jeglicher Aufgaben

Automatisieren Sie mit MATLAB jegliche Aufgaben, einschließlich Modellaufbau, Parametrisierung, Tests, Datenerfassung und Nachverarbeitung. Erstellen Sie Apps für häufige Aufgaben, um die Effizienz ihrer gesamten technischen Abteilung zu erhöhen.

MATLAB-Befehle für die Automatisierung der Modellkonstruktion. Mit MATLAB-Befehlen können Sie die Modellkonstruktion automatisieren, indem Sie Blöcke und Verbindungen hinzufügen, parametrisieren und entfernen.

Optimieren des System-Designs

Verwenden Sie Simulink, um Steueralgorithmen, das Hardware-Design und die Signalverarbeitung in einer einzelnen Umgebung miteinander zu verbinden. Nutzen Sie Optimierungsalgorithmen, um das insgesamt beste Design für Ihr System zu finden.

Optimale Bewegungsbahn für Roboterarm. Optimierungsalgorithmen werden verwendet, um die Bewegungsbahn für einen Roboterarm zu finden, die am wenigsten Strom verbraucht.

Verkürzen von Entwicklungszyklen

Reduzieren Sie mithilfe von Verifikations- und Validierungstools die Anzahl der Design-Iterationen. Stellen Sie die Einhaltung von Anforderungen auf Systemebene sicher, indem Sie sie während Ihres gesamten Entwicklungszyklus kontinuierlich verifizieren.

Kontinuierliche Verifikation von Motoranforderungen. Eine Reihe von Simulationen und Nachverarbeitungsschritten werden vollständig automatisiert, sodass Motoranforderungen nach jeder Design-Änderung automatisiert werden können.

Neue Funktionen

SPICE-Konvertierungsassistent

Konvertierung Sie SPICE-Modelle in Simscape-Komponenten.

Erweiterte Steuerungsbibliothek

Beschleunigen Sie die Modellierung mithilfe vorgefertigter und dokumentierter Algorithmuskomponenten.

Formulierung von Frequenz und Zeit

Erhöhen Sie die Simulationsgeschwindigkeit für Systeme mit einer einzelnen Grundfrequenz.

Visualisierung von Akku-Eigenschaften

Stellen Sie Spannungs- und Ladungsmerkmale für Parameterwerte für ein Akku-Modell dar.

Voreingestellte Werte für Brennstoffzellenstapel-Block

Modellieren Sie eine Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) mit 3 kW oder 25 kW.

Peltier-Einheit-Block

Modellieren Sie die Umwandlung zwischen elektrischer und thermaler Energie.

Details zu diesen Merkmalen und den zugehörigen Funktionen finden Sie in den Versionshinweisen.

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