Transcript BOBINE DI ACCENSIONE - Spin Applicazioni Magnetiche

SPIN Applicazioni Magnetiche
Via Leonardo da Vinci, 17 – Pianello Val Tidone (PC) - [email protected] - www.spinmag.it
BOBINE DI ACCENSIONE
Simulazione PORTUNUS + FLUX
per l’analisi combinata
elementi finiti (2D o 3D) ed elettronica
1
“Ignition Coil”
Introduzione
Si verifica l’opportunità di simulare il pilotaggio dell’ IGNITION COIL
mediante un IGBT.
Per fare ciò è necessario utilizzare una co-simulazione fra il programma
PORTUNUS, con il quale è possibile modellizzare componenti di
elettronica di potenza, ed il software ad elementi finiti FLUX 3D.
A seguito delle analisi fatte sulla carica dell’avvolgimento primario
(FEDERAL_MOGUL_IGNITION_COIL_PORTUNUS_FLUX1.ppt) si
esegue ora l’analisi con il modello completo.
Lo studio prevede i seguenti passi:
1)
Co-simulazione PORTUNUS e FLUX 3D con pilotaggio
“ideale”: Ideal Switch + Diodo Zener
2)
Co-simulazione PORTUNUS e FLUX 3D con IGBT di pilotaggio
2
“Ignition Coil”
Flux Model – Geometry & Physics
NUCLEO
M4T27_NON_RICOTTO
MAGNETE
N35SH
PRIMARIO
R *** Ohm
N = ***
SECONDARIO
R *** Ohm
N = ***
3
“Ignition Coil”
Flux Model – Mesh
4
“Ignition Coil”
PORTUNUS – Pilotaggio
“Ideale”
f(t) xy
LOOKUP1
N1
N6
IN:=VM1.V
+
E
T R:=14
ZD1
VZ:=380
RB:=0.1
RS:=10000
IS:=1.0e-12
VT :=0.8
VM1
I
V2
BATT
N4
V1
P
VM
CT RL:="FLUXCPL1.I1"
I1
+
FLUX
N3
I2
R:=0.1
GND
NUCLEO
M4T27_NON_RICOTTO
PRIMARIO
R = *** Ohm
N = ***
MAGNETE
N35SH
SECONDARIO
R = *** Ohm
N = ***
5
“Ignition Coil”
PORTUNUS – Pilotaggio
“Ideale”
Zener Diode
Parametri elettrici
classici
Time Functions
Lookup Table
definita per punti
6
“Ignition Coil”
PORTUNUS – Pilotaggio “Ideale”
FLUX COUPLING
[MAIN]
VersionFlux = 10.2
Solver = 3D
[INPUTS]
Input1.name = V1
[OUTPUTS]
Output1.name = I1
Time steps auto-adattivi
Output2.name = I2
Output3.name = V2
7
“Ignition Coil”
PORTUNUS – Pilotaggio “Ideale” - Results
8
“Ignition Coil”
PORTUNUS – Pilotaggio “Ideale” - Results
PT IGNTION COIL - Primary Current
1,00
0,80
0,60
0,20
0,00
0,0000
-0,20
0,0001
0,0001
0,0002
0,0002
0,0003
0,0003
0,0004
0,0004
0,0005
PT IGNTION COIL - Primary Current
-0,40
-0,60
7,00
-0,80
6,00
5,00
-1,00
time [s]
FLUXCPL1.I1
4,00
Current [A]
Current [A]
0,40
Imax= 5,92 A
3,00
2,00
1,00
0,00
0,0035
-1,00
0,0035
0,0035
0,0035
0,0035
0,0036
0,0036
0,0036
0,0036
0,0036
0,0036
-2,00
-3,00
-4,00
time [s]
FLUXCPL1.I1
9
“Ignition Coil”
PORTUNUS – Pilotaggio “Ideale” - Results
PT IGNTION COIL - Secondary Voltage
5,00E+03
0,00E+00
0,00340
-5,00E+03
0,00345
0,00350
0,00355
0,00360
time [s]
-1,00E+04
-1,50E+04
-2,00E+04
-2,50E+04
-3,00E+04
Vmax= 28 kV
-3,50E+04
Voltage [Volt]
10
“Ignition Coil”
PORTUNUS – Pilotaggio con IGBT
NUCLEO
M4T27_NON_RICOTTO
PRIMARIO
R = ***Ohm
N =***
MAGNETE
N35SH
SECONDARIO
R = *** Ohm
N = ***
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“Ignition Coil”
PORTUNUS – Pilotaggio con IGBT
12
“Ignition Coil”
PORTUNUS – Pilotaggio con IGBT
* modelling for isl9v3040s3s
.subckt isl9v3040s3s 1 2 3
dcg 12 11 dg
model mos nmos
.model q pnp
.model di d
.model dg d
lg 10 2 7.5e-09
q1 12 11 14 q
+ level = 3
+ is
+ is
= 0.01e-12
+ is
le 3 15 7.5e-09
m1 11 5 12 12 mos
+ vto = 2
+ vaf = 166.764
+ rs
=0
+ bv
= 420
lc 13 1 4.5e-09
e1 16 5 8 7 1
+ kp
= 6.798
+ bf
= 0.258
.model do d
+ vj
= 0.75
rg 10 5 2.301
e2 17 5 6 7 1
+ theta = 0.264
+ ne
= 1.766
+ is
+m
= 0.35
rc 14 13 0.151e-03
g1 7 9 11 10 1u
+ ise = 0.754e-15
+ cjo = 50e-12
re 15 12 0.349e-02
d1 8 9 di
+ ikf = 0.154e-01
+ vj
= 0.75
rf 7 10 1meg
d2 9 6 di
+ br
= 0.447e-02
+m
= 0.35
rx 4 14 800.239
d3 16 4 do
+ nc
= 1.204
cge 12 5 0.744e-09
r1 7 8 1meg
+ tf
ccg 17 4 0.934e-09
r2 7 6 1meg
+ itf = 1
ck 16 4 0.188e-10
.ends isl9v3040s3s
+ vtf = 10
= 0.105e-15
= 0.01e-12
= 0.01e-12
* end of
modelling
= 1e-06
+ xtf = 0.1
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“Ignition Coil”
PORTUNUS
– Pilotaggio con IGBT
Energy
Test of IGBT
BV = 420 Volt
VDD = 24 Volt
VGG (comando IGBT) = 15 Volt con tp = 10ms
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“Ignition Coil”
PORTUNUS – Pilotaggio con IGBT - Results
PT IGNITION COIL - Primary
I= 9,3 A Current
10,00
8,00
I= 6,1 A
Current [A]
6,00
4,00
2,00
0,00
0,00350 0,00351 0,00352 0,00353 0,00354 0,00355 0,00356 0,00357 0,00358 0,00359 0,00360
-2,00
-4,00
time [s]
FLUXCPL1.I1
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“Ignition Coil”
PORTUNUS – Pilotaggio con IGBT - Results
PT IGNITION COIL - Secondary Voltage
1,00E+03
0,00350 0,00351 0,00352 0,00353 0,00354 0,00355 0,00356 0,00357 0,00358 0,00359 0,00360
-4,00E+03
-9,00E+03
Volt [V]
-1,40E+04
-1,90E+04
-2,40E+04
-2,90E+04
V = 32 kV
-3,40E+04
-3,90E+04
time [s]
FLUXCPL1.V2
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“Ignition Coil”
Considerazioni
PT IGNITION COIL - Primary Current
1,00E+01
8,00E+00
Current [A]
6,00E+00
4,00E+00
2,00E+00
0,00E+00
0,00350
0,00352
0,00354
0,00356
0,00358
0,00360
0,00362
-2,00E+00
-4,00E+00
time [s]
V(B2) FLUX SIMULATION
V(B2) PORTUNUS +FLUX Switch Ideale
V(B2) PORTUNUS +FLUX IGBT
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“Ignition Coil”
Considerazioni
PT IGNITION COIL - Secondary Voltage
5,00E+03
0,00E+00
0,00350
0,00352
0,00354
0,00356
0,00358
0,00360
0,00362
-5,00E+03
Voltage [V]
-1,00E+04
-1,50E+04
-2,00E+04
-2,50E+04
-3,00E+04
-3,50E+04
-4,00E+04
time [s]
V(B2) FLUX SIMULATION
V(B2) PORTUNUS +FLUX Switch Ideale
V(B2) PORTUNUS +FLUX IGBT
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“Ignition Coil”
Considerazioni
La co-simulazione PORTUNUS e FLUX 3D permette di evidenziare alcuni comportamenti della
IGNITION COIL altrimenti non simulabili
L’inserimento dell’IGBT permette di verificare alcuni fenomeni legati all’elettronica di potenza
La co-simulazione evidenzia transitori più veloci e andamenti oscillatori non evidenziati nelle altre
simulazioni
Pilotaggio con IGBT (PORTUNUS + FLUX)
Pilotaggio “Ideale” (PORTUNUS + FLUX)
PT IGNITION COIL
12,0
5,0
7,0
0,0
0,00353 0,00354 0,00354 0,00355 0,00355 0,00356 0,00356 0,00357 0,00357 0,00358 0,00358
-5,0
-10,0
-15,0
-20,0
2,0
Current [A] - Volt k[V]
Current [A] - Volt k[V]
PT IGNITION COIL
10,0
-3,0
0,00350
0,00351
0,00352
0,00353
0,00354
0,00355
0,00356
0,00357
-8,0
-13,0
-18,0
-23,0
-25,0
-28,0
-30,0
-33,0
L’Overshootting di corrente a valori
negativi introduce un’oscillazione di
tensione
-38,0
-35,0
time [s]
time [s]
FLUXCPL1.I1
FLUXCPL1.V2
FLUXCPL1.I1
FLUXCPL1.V2
19
0,00358
“Ignition Coil”
Sviluppi futuri
Verificare il modello ad elementi finiti
Ampliare il modello dell’IGBT, implementando quello della
FAIRCHILD effettivamente utilizzato con maggiori dettagli
possibili
Completare il circuito di pilotaggio inserendo tutta la
componentistica elettrica ed elettronica
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