分享一款好用的新能源电力电子及电气驱动模拟软件

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电力电子及电气驱动仿真
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: C6 }5 l' w/ N2 a0 h& Y+ NCASPOC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。
　
9 e5 L9 y6 [  B5 H& r% |- Z, {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。
　
CASPOC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。


◆运动控制与变速驱动装置
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。
1 j9 K, u* b; m0 U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。


2 N' M- M* K) |3 c1 ~7 c3 g
& u2 k; t5 p! d0 E6 n2 G. Q2 `
/ `* |$ u9 M1 j( U% f
/ F# R9 r5 A, T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。

3 E! u! U% |$ a
- m/ M8 `! f+ Z+ i5 W+ B
, `6 n+ J7 N( U5 R$ a  X, m 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。
8 F/ |; l+ h# |3 ]. d•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。
•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。
电机：
2 k! t& H" \+ U+ T) y•永磁同步电机
* \! L& Z7 F2 B- a" J( N•感应电机（鼠笼式、线绕转子、单相）
* f- f2 a. p8 O6 S7 B$ f/ Y) g5 w3 `$ x•同步电机与发电机，永磁及外励磁
•永磁直流电机
•无刷直流电机
) O0 A+ C) n( x! o•串励及复励直流电机
•开关磁阻电机
! Y# [/ ^+ d' ]! V; j7 J* D/ d•同步磁阻电机
" G: X/ J4 w/ u9 k1 A. d$ p•步进马达
2 Y/ ~" j1 `7 f, B7 y0 `•车载发电机（直流及三相）
机械部件：
•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮
% B3 n( L! V+ x7 S  |. O•恒扭矩、恒功率与常规机械负载
" c/ \: W  w6 W1 f# _  j•速度、扭矩和功率传感器

, D) d  z- r8 Y6 i6 y总结：任何类型的电机均可简便、快速地建模。

' U8 s& s8 I% \

◆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。
5 D3 N5 j& i' q( x
Ansys中的开关磁阻电机
" j" A2 r& O7 s


9 s  \  f) m1 C1 |8 u# O" L9 f; p

SmartFem中的永磁同步电机


9 S1 g. L3 E+ D" B6 w
& h, X2 C, l9 r. H' I# F

, x& k- Z; T* I* H: {8 C
Caspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。

: r/ O5 p# j* v. N( s$ g$ R1 Z
) e+ f* C8 A, I' E' C
: D) S# E; P& Q& t  q: f特色：
0 }7 X8 l. d. x* [* \  Q2 m! q2 f- w• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真
( j- `) m/ }3 E; E9 P• 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。





/ g* d  s1 M1 t& b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。


8 `" z- n, m/ ]( L/ \9 o" V
◆详细、快速的半导体建模
) _! I2 U* X4 @采用Caspoc“功率损耗快速预测模型”，优化电力电子设计。
0 b& F( L% b4 G
IGBT逆变器损耗的快速仿真

" f. |: [+ m* H$ S* Q8 y' ]) H4 X

) Q5 f' J7 [2 q
6 t/ {  M# S6 d# {
0 y( T2 i& P4 I8 V* ^) F半导体损耗快速预测模型

0 h# S; w8 X( [% B, P4 c: W



  N8 {( t  ]' j$ e  vMOSFET详细建模
Caspoc中的MOSFET详细建模，其中显示了上升与下降波形。


, J, `( m9 n) H
特色：
4 _, P4 r0 O/ S  P- |% k•MOSFET非线性电容详细模型
( C: T6 G4 ~! ]* ?0 \" Z•IGBT拖尾电流模型
, j6 U9 s; h1 w# c7 N•二极管反向恢复模型
8 R( ~; C5 G0 M2 Z% [! }; A* ^( j•以快速损耗预测模型实现快速仿真
•与热模型耦合
•包含电路中的导线寄生电感和母线电容
二极管反向恢复
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。

( T" d' V7 g6 v/ q( V



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。



) w% j7 X  D7 O% V% T- t7 ?◆散热片建模
8 \, [' V3 }2 r8 N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。
/ n( ~) a9 c' s# V带散热片和隔热层的TO220
. h6 H2 ^7 o0 C4 u" F/ n
( Q* G4 t% x% n& K+ |6 ^7 T$ O
4 }% D8 i2 t5 C: v$ E
( G- B3 i  G+ m  a; f( Y! G0 ~

( k! U8 v$ h$ `* m* i  u* m( }IGBT结温详细模型
. I2 E/ b0 D6 h
+ _3 A0 E$ `4 x, J- a

  b9 m4 ]: N3 [2 e特色：
  P* S& {: C" t6 o•散热片模型与半导体模型直接耦合
. X; v  T. d2 K) S•预定义导热材料特性
1 M0 z! E, X0 T•现成的散热片模型
5 J5 U2 S0 `$ v) ~- K/ Y•热模型可从Ansys直接导入Caspoc
热模型
$ _& g4 p1 B- R& c7 q7 p- i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。

$ z  U; f6 P6 Y" J8 _1 l
% ^4 s; i) S8 q$ i  X& f+ T1 V' J

( h& ?1 Z& _+ n& M+ J
  c2 ~* ~- |3 v. j4 b9 ^# W! i
3 g* T) O" o, C7 \" J
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。
. o% I" T, A% s6 a4 F
# T, L% o  y, G
( G# i! H; F, d1 K, g7 i3 z0 z- ]
◆汽车动力管理
7 b, T( }3 _" P. O6 }- [8 J) S- l  J1 _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。
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汽车动力管理（含负载突降）




& l. q) Y) C% \
& G% _8 Q, `8 vIGBT火花塞点火控制
  ^4 Y9 e, D# }4 J$ Q


& a- t, O/ A( L2 z: Q) n9 e
6 \% X! S) j9 q& Q& d* G" E特色：
•发电机详细模型，包括六脉冲整流器和控制器
•蓄电池荷电状态（SOC）及充放电阻抗模型。
' V% G8 k% D. v& x•高压火花塞模型
) h: A$ |# N8 j•双向直流电源的限流与电流效率模型
6 Z8 r, c( t0 Y3 O8 n9 h0 |•动力管理传动循环
" G& r" @5 m  ^3 n双向直流变换器
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。



$ `; s0 ?% }5 s* p4 \7 a

总结：简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。
" g% g' ^  x8 P# M1 ], Y


◆绿色可再生能源
7 f, \1 Z( ]; x; P8 G; A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。

$ `" {+ e9 c6 V. l8 S% y7 p带逆变器的太阳能以及电网供电线路

% Q4 v' i0 [; A  W4 J+ U
- \- {! F  `+ M$ p1 P1 i$ O9 K
. j* o! A5 A0 @- l! X
8 H5 g0 v/ g3 {6 k# k: _3 n, ]
8 Q0 S3 s6 m/ j6 p9 Q1 g风轮机模型
, W/ `4 s" B6 \* {8 i

: m6 _! s% U* v# u3 z9 H; E
: I! D" }2 L" t; C1 `
双馈感应风力发电机
$ m) X! X" ^0 p. }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。

0 e7 p& X' p; g' E; }9 V

& f) m, `) B0 K) |  特色：
• 负载依赖性太阳能电池模型
. m! v4 ^2 V4 j4 X! w1 t+ W• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性
• DFIG（双馈感应发电机）
  s( z, v9 T& X1 D5 I. Y/ o• PMSG（永磁同步发电机）
' a/ {* c9 R1 W9 X& M+ ?1 C/ T• 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
+ n7 a% {( F7 f& s5 A! A. V燃料电池
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。

" Y' q9 f1 I! w
! [8 N, ~: T: y* S  L3 V

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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