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


* k1 }& A% T  s0 dCASPOC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。
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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。
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6 Q8 x; s# h7 h: y4 aCASPOC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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& u7 [& K& K3 L& q9 r◆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。
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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. z) a8 u; o; ^) U6 p+ {4 ]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。
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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。
•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。
4 j& D0 e  W1 w$ k•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：
•永磁同步电机
* [8 ]( p$ _: s8 @•感应电机（鼠笼式、线绕转子、单相）
% ~- {- s, S3 E, ^3 [1 Q5 K•同步电机与发电机，永磁及外励磁
•永磁直流电机
6 m1 t/ w( h2 b•无刷直流电机
4 _' ~) R8 }5 _+ D. P% z& W•串励及复励直流电机
•开关磁阻电机
•同步磁阻电机
•步进马达
•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
$ |! V$ v" f) @4 j•恒扭矩、恒功率与常规机械负载
•速度、扭矩和功率传感器
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总结：任何类型的电机均可简便、快速地建模。
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* B6 A! u; `9 E3 I% u◆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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. k. ~4 W: A1 P& Z8 r9 q1 xSmartFem中的永磁同步电机
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Caspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。

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, C" O! \0 N# J! ?特色：
6 P7 ]( |+ }: \1 `+ T  F• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真
) k# I& k" s6 E• 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
1 V! Y: f4 {- j& @• 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。
- T+ @2 m% V; x) P% Z. B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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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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- F. r5 R. S: K7 Y. Z, ?# M. l, E◆详细、快速的半导体建模
4 J6 ]# |* A7 A# N8 y. B采用Caspoc“功率损耗快速预测模型”，优化电力电子设计。
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  I/ E4 n: _! t; |IGBT逆变器损耗的快速仿真
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' |/ v# T' T1 o8 b半导体损耗快速预测模型
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MOSFET详细建模
Caspoc中的MOSFET详细建模，其中显示了上升与下降波形。

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特色：
•MOSFET非线性电容详细模型
* L& r7 @& J2 K/ D•IGBT拖尾电流模型
& _) c# T7 d  Y/ V•二极管反向恢复模型
( @7 t  A( I4 @•以快速损耗预测模型实现快速仿真
•与热模型耦合
& @0 p, ?. f9 W' S, f% S•包含电路中的导线寄生电感和母线电容
二极管反向恢复
5 z" [  i6 z2 @8 i9 V2 @) t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。
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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。

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◆散热片建模
1 f1 R3 d0 N8 X% e9 F; Y: w4 M  a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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+ M8 J2 O1 Y1 [: N, `# @' [7 rIGBT结温详细模型


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4 V( p$ H$ O" @. n7 h特色：
8 u  }" d. ~' p$ e+ y: j$ s•散热片模型与半导体模型直接耦合
•预定义导热材料特性
5 e& z: R0 n6 s: l. K1 ~9 G+ o•现成的散热片模型
•热模型可从Ansys直接导入Caspoc
0 ~5 s; l1 r2 ~热模型
6 ?3 c0 l- w$ d' n* v! l8 z- p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。
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  k% \+ n" }  d3 l; Z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。

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# H2 }5 @- v  J' o4 u% o◆汽车动力管理
/ T) c( A. }$ j9 N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）
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" F( S6 _, q' r1 UIGBT火花塞点火控制




" s" `  O1 o2 V  l3 @5 W; S特色：
•发电机详细模型，包括六脉冲整流器和控制器
/ C, ]) Z% k; O3 z, K% z! n6 j•蓄电池荷电状态（SOC）及充放电阻抗模型。
8 q; p8 e+ B: d" M: s; F3 c•高压火花塞模型
4 g4 y' T  p# G) o•双向直流电源的限流与电流效率模型
- T! S9 N2 R* |7 ]- ]•动力管理传动循环
, P" C! f4 p' o5 E" r双向直流变换器
; L) V  |' g6 i$ `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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% B& O/ F+ ?- J3 R总结：简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。
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& A% w! A" O9 n  m& J; @◆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。
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带逆变器的太阳能以及电网供电线路

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风轮机模型




5 V4 l" M6 e$ ?3 o8 l: }9 c/ V 双馈感应风力发电机
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。

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/ P3 m+ G  |6 z' l6 }5 B% ^  特色：
• 负载依赖性太阳能电池模型
4 S- ?& _+ u$ P1 z) x• 风轮机模型具备变桨距控制和风速特性
- i* _4 b; {& z2 X4 A( Y0 `  L• DFIG（双馈感应发电机）
• PMSG（永磁同步发电机）
: T, g  E0 H% I2 n' \0 A5 Y• 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
燃料电池
) S4 {2 O. J' V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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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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