一款好用的新能源电力电子及电机控制模拟软件

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电力电子及电气驱动仿真


; N+ E( V/ e1 M/ j3 B  `CASPOC是一个针对电力电子和电气驱动的功能强大的系统模拟软件。使用CASPOC可以简单快速地建立电力电子、电机、负载和控制量的多级模型。这个多极模型包括交互式电力供应的电路级模型、电机/负载的部件级模型以及控制算法的系统级模型。
　
$ B2 }" a' g: d$ D目前所有商用软件中，只有CASPOC结合拖放建模的易用性、建模语言的高效性、仿真结果观测的实时性和最快的仿真性能等等于一体，而没有任何收敛性问题。CASPOC是最容易学习使用的高性能可视化建模和仿真软件。
　
5 K0 {/ T' U- L, o  kCASPOC应用于复杂电力和控制设备、系统的设计和仿真，例如：整流器，直流转换器，交流转换器，谐振转换器，动力工程，感应机，矢量控制，机械结构，有源滤波器，谐波，直流机械，步进电机等等。CASPOC在以下行业有广泛的应用：航空，汽车，运输，商用电子等等。
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9 E! S9 F3 ^4 o6 R8 _# @0 i7 S◆运动控制与变速驱动装置
5 t0 a7 s9 `" p% \$ t' r使用Caspoc软件可轻松进行马达驱动系统的分析与设计。Caspoc标准及专业版包含了电机和变速驱动装置的建模功能。它提供了一种简便有效的马达驱动系统建模与仿真手段。
& w/ ]  S% [- j2 J( v只需将电机连接到电力电子装置和机械轴，即可快速高效地建立起驱动系统。

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: ~9 V" x" Q& C
+ K* `6 }+ r# a2 z2 W
1 V- O+ S( X' S4 W7 ]% P电力电子装置、控制回路、电机和机械传动装置的建模均在一张原理图中完成。同时有全部基本类型的机器与机械部件可供使用。
只需将PI控制器、磁场定向控制器等综合控制库部件连接起来，即可快速、方便地建立起电气驱动装置。甚至还可使用C/C++等建模语言，创建出自定义的机器/负载模型。



# Q0 i! @: }$ Q+ y( p7 _ 特色：
•通过运用abc-dq转换器、PI控制器和数字/模拟滤波器等现成部件，可极其轻松地建立起任何驱动系统的模型，并得到清晰明了的系统布局图。
•具备大量样例，图中所示的磁场定向控制器就是其中之一。感应电机矢量驱动装置（上图）和磁场定向永磁同步电机（PMSM）驱动装置均可直接实现。
* g1 R$ }3 m) w0 L% C•如有需要，可采用Simulink耦合，将电力电子及电气驱动装置与任何Simulink控制模型耦合。
•可结合知名的有限元（FEM）仿真软件进行协同仿真或与之交换数据，任何新型电机均可应对自如。
5 J' {; h( ]; j/ i- o电机：
, k: a% F( Q; u" z' ?/ S•永磁同步电机
•感应电机（鼠笼式、线绕转子、单相）
•同步电机与发电机，永磁及外励磁
•永磁直流电机
0 l* K( B, _, b" q•无刷直流电机
•串励及复励直流电机
: a3 G! R% X* U•开关磁阻电机
. H- F# Z; S6 g5 D- S. Q: z7 Y•同步磁阻电机
•步进马达
7 Z* U8 \7 R: o, f  G4 _1 G4 Y•车载发电机（直流及三相）
机械部件：
) z9 k- @1 O8 I' t1 J/ m•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮
; q# [' F( ]3 r' ?0 p5 }2 ^•恒扭矩、恒功率与常规机械负载
% w* d8 K9 s2 p# ^( u+ D4 r•速度、扭矩和功率传感器

总结：任何类型的电机均可简便、快速地建模。
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5 a3 k1 v0 Q7 C# y& Z& b◆数据交换与FEM协同仿真
运用详细的马达模型，可从电气驱动仿真中获取更多功能。Caspoc能与各种FEM软件包耦合使用。
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Ansys中的开关磁阻电机

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' i$ e# n# n' F* }1 V7 A2 A

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SmartFem中的永磁同步电机
$ a0 a1 X5 d; e- n) Z- ^8 c
2 I# u1 y3 \, W


! ?2 P1 {6 U5 e: n
+ a5 |5 C6 ]" ]$ Z9 T: i- s3 T
% i" q8 O% `5 j: W7 \: PCaspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。

  v5 Q, k2 v# l+ f9 G! L+ N

特色：
• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真
• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗
• 通过FEM模型确定非线性机器模型的参数，然后采用后一模型进行控制优化
• 静态参数、查找表和暂态协同仿真
• 可结合知名的有限元（FEM）仿真软件进行协同仿真或与之交换数据，任何新型电机均可应对自如。
线性执行器协同仿真
在Ansys中对线性执行器进行建模，在Caspoc控制下进行协同仿真。既可在Ansys中采用FEM和（或）多体动力学模型对机械系统进行建模，也可在Caspoc中建立一个基本的机械模型。
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% U! s  @8 H/ ?1 m; l

7 H& Q; W, l; A总结：可通过Ansys和SmartFem简便、快速地得到任何类型电机的准确结果。

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4 Q! D7 X% l' d7 a+ f
! b9 B2 N) }0 O/ P* [; ^◆详细、快速的半导体建模
采用Caspoc“功率损耗快速预测模型”，优化电力电子设计。

/ u9 x) P8 i2 }, B: OIGBT逆变器损耗的快速仿真



* O% |' R" Y. b

半导体损耗快速预测模型
+ k! p$ h2 z5 Z+ U
) \( Q2 e+ q' `; p5 I


+ t8 E8 `9 W! ^! C; Z# C; {
) L! R( G1 h! c# m- X7 e4 WMOSFET详细建模
Caspoc中的MOSFET详细建模，其中显示了上升与下降波形。
! S5 [9 T- e) f  H1 p
- P9 T+ X8 a0 {/ ]. H& e% `, k2 x
3 q0 G$ Y. I% m& d$ [5 O3 a! ~" U
特色：
•MOSFET非线性电容详细模型
•IGBT拖尾电流模型
•二极管反向恢复模型
7 b6 g+ L  f, a+ X( B4 k" x•以快速损耗预测模型实现快速仿真
•与热模型耦合
. r4 I4 \$ m, c( Z& f9 ?* v) n) W•包含电路中的导线寄生电感和母线电容
; c1 i3 G0 }2 R: d) F5 p二极管反向恢复
7 N. Y8 w: J: o; D( E二极管反向恢复取决于最大正向电流以及关断期间的斜率。在随后各次仿真中增大电感，可提高关断电流的斜率，进而降低反向恢复电流。
# P0 E( i+ \. a
3 S" `/ C, [( _8 T, \8 `* h* `. @2 k
7 }" [1 t* u, F


% q; ^" B* ^+ [9 B总结：可以简便、快速地使用半导体详细模型或者损耗预测模型。



7 V7 D$ W+ k' `# V) a◆散热片建模
依据详细的散热片模型，对电力电子设计进行效率和发热估计。依据基本散热片模型或者Ansys的详细热模型，准确预测所做设计的热行为。
带散热片和隔热层的TO220
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' v, ~3 v6 {6 \& _& r

* s! ?  s/ G) [
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IGBT结温详细模型
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5 h8 }9 c; ^6 d0 n" V
8 {0 N/ l: i$ q3 M( |. c: K% c
特色：
•散热片模型与半导体模型直接耦合
•预定义导热材料特性
7 b7 V1 T- R/ ~$ l8 B& K•现成的散热片模型
+ x" l' I+ x2 F! b•热模型可从Ansys直接导入Caspoc
" @- ]) U9 w+ F3 `, }: g; d热模型
需要热模型来准确预测半导体损耗。半导体损耗依赖于结温，而结温又是半导体自身以及周边半导体功率损耗的函数。在Caspoc中，可以使用现成的散热片模型，也可以使用Ansys中的详细模型。


7 X% F9 h- A2 ^( r
( g# J# M" Q; X7 A
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3 X) D- s0 O& j( B: I4 _3 C( ]0 r
; i$ [, H* K2 a; D0 b总结：既可使用预先定义的热模型，也可简便快速地定制热模型。
. D! Y5 b4 R4 _5 E
4 ]; W3 ]* v" Z/ q9 ^
: {/ ?; i  A% Q" G; D
◆汽车动力管理
针对多种负载应用进行汽车动力管理优化与测试。同时针对所有用户，对整个电力网进行建模。可观测蓄电池充放电以及发电机产生的谐波。此外还可建立负载突降以及模拟电力网的稳定性。

汽车动力管理（含负载突降）

( C3 @' P7 k& A* Y


8 U% W: X* @1 h5 p, B9 k
0 x2 T! Q6 k  @, W+ xIGBT火花塞点火控制


! d$ a9 N+ M0 Q3 l
0 K; I& ~* z& F$ t4 L
  l0 \2 V3 u; m0 @; k特色：
•发电机详细模型，包括六脉冲整流器和控制器
/ G7 L" S/ L7 n! D3 P7 }! D•蓄电池荷电状态（SOC）及充放电阻抗模型。
6 _: v, i& z% S5 n5 o. I! T& I! o/ f•高压火花塞模型
•双向直流电源的限流与电流效率模型
6 {8 @9 w* r3 h, V) t4 o3 y•动力管理传动循环
' r# O4 u  \; k& m6 \7 }4 i双向直流变换器
3 ~9 p, z/ g$ {. k9 F  Q电力电子装置在汽车领域的应用初见端倪。除控制发动机、交流发电机和闪光信号灯外，还可控制马达及其它车载执行器等几乎所有装置。下图是HEC（混合动力电动车）中双向转换器的详细模型，该转换器用于在蓄电池电压与总线高压之间进行转换。


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1 ?: V3 u) [. J* ]6 M0 L, \0 ?+ O5 y
总结：简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。
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6 L) B+ ^7 _5 T4 u- D◆绿色可再生能源
绿色可再生能源是今后的发展趋势。采用Caspoc进行绿色能源仿真，可帮助您始终走在时代的前列。提供太阳能电池、风轮机和燃料电池等模型。

% f0 \& P# g& d* D/ E8 B带逆变器的太阳能以及电网供电线路

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1 R: N4 W4 O5 r; G( J! Q' d0 p风轮机模型
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双馈感应风力发电机
1 L2 N( Q; I, T1 `& l9 o风轮机经刚性轴和齿轮箱连接到DFIG（双馈感应发电机）。发电机转子通过逆变器取电。DFIG发出的电力被输入主电网。



8 O1 s' A6 ?. X% }% w' ?2 v0 o  特色：
. K& m4 O9 x% _1 T• 负载依赖性太阳能电池模型
• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性
. X* x( g# u" _3 ^3 y• DFIG（双馈感应发电机）
' s9 q% y% M& L0 w• PMSG（永磁同步发电机）
" {! g+ B; @9 X+ l. d9 H  K( a$ B• 行星齿轮、刚性轴
• 风速特性
• 采用CFD方法得到的负载依赖性燃料电池模型，或燃料电池详细模型
, Q1 h5 L& e+ z+ \! h- t1 |5 k燃料电池
4 b6 f% S6 d8 ]& Z, U' i6 F% ^5 w可采用CFD软件包，基于电压-电流关系建立燃料电池模型；也可建立包括氢气压力和温度在内的详细燃料电池模型。
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+ @* u/ d& e! c' t总结：简便、快速地位居绿色能源设计的前列，构建更加美好的未来。


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