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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8 {$ \$ @% d% ], pCASPOC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。
　
  J( ~7 t/ G* ]' O+ j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。
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* t6 ~+ @! z% E$ D
5 x% V3 k' q6 V6 }( j◆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。
/ h* `6 U# A" \; t. F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。

, b+ R" C+ |' ~' }



: \1 q- n# S" s. t/ s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。
3 ~' o1 A7 `" w! p6 w* \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。



特色：
% Y( j( b+ X& V•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。
+ R- b4 ?! J, N•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。
; ^  ~+ |# J1 ^7 E1 K+ m& V0 h电机：
( _4 b3 s, p( }3 K0 D•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
- U& c0 c& u, t# a•无刷直流电机
•串励及复励直流电机
. r6 p( s/ A: a5 B- n" @7 J•开关磁阻电机
' W6 h. Z( f. k% w5 W$ |- f•同步磁阻电机
•步进马达
7 s6 p& @: |- \( V9 h! v•车载发电机（直流及三相）
机械部件：
•轴、质体、弹簧、轴承、齿轮箱、差动齿轮、行星齿轮
, W! e8 L! z2 ^•恒扭矩、恒功率与常规机械负载
/ [( a- \) e) y0 ]( g; _7 w•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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◆数据交换与FEM协同仿真
# C9 ^( t* L7 @3 h+ S2 \, N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。

4 m  H! N5 A) l! {' F" qAnsys中的开关磁阻电机
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6 [( @0 d% z' J! h* d) N0 _- S
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8 S, m  F( k  @4 y; @5 YSmartFem中的永磁同步电机
' a& L; C* S6 }- @! e9 m) X9 `% ^

8 ?) \* Y5 c& M2 G" b



Caspoc驱动仿真中机器数据与机器模型的耦合。
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7 L" V5 w7 f( u
特色：
3 w4 L# v; ^6 p# V• 真正实现复杂电机与线性执行器的协同仿真
* p* D0 r6 M9 O2 J! ~• 协同仿真中包括涡流和涡流损耗
' G( I/ E0 k6 \; A$ q$ g0 n* F• 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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( W: e9 a9 X9 C$ W

( z$ Q2 O4 T8 s
; Y: P  f" i6 C& `+ l! A( |% N- q
& J% N/ Q0 s# [/ }/ {0 X5 O/ T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 {. s: e8 ~' Z( z1 q' w
* m7 t0 [4 W3 b+ a) C$ M
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◆详细、快速的半导体建模
5 n/ |1 m% f) s! L# i8 G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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! C5 H9 X1 o8 v' r+ o1 U5 G0 ~IGBT逆变器损耗的快速仿真
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, w# o9 x, q3 o$ A- g9 K% ^# T% m  n
半导体损耗快速预测模型
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: g: e  G: c) e# r2 v2 j: i

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! S1 h" E. a4 i% b. y: g' w8 b
, M+ c- S+ v3 u2 d3 A* O3 mMOSFET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：
9 T* d: d# n& ^9 e# E8 b# B3 ]•MOSFET非线性电容详细模型
; N3 r( Y$ o' q•IGBT拖尾电流模型
' L4 Z( h* a$ w•二极管反向恢复模型
•以快速损耗预测模型实现快速仿真
5 h1 C7 K( H% c•与热模型耦合
•包含电路中的导线寄生电感和母线电容
5 q( E& i! c% v0 ?3 K二极管反向恢复
5 `+ s; R# N8 |0 o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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, r& E- A6 S% L6 S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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2 j; F$ f- {+ w$ m% z( j7 C6 Y◆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。
4 S0 ?: R6 o6 R8 G带散热片和隔热层的TO220
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0 }7 I2 \2 D$ E' c2 Z# X

- Z& I2 n2 d2 ~1 Q) ^) g4 a) q, s
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IGBT结温详细模型
7 E; a) M' H/ G- V2 g' a9 Y/ v


4 P( g0 l4 W6 {, v3 l特色：
•散热片模型与半导体模型直接耦合
  l5 I0 H# n, O  Y  W3 h•预定义导热材料特性
5 p3 s2 C8 b+ h2 U5 V; y) H•现成的散热片模型
* m& C$ }! {9 M! p; L. j6 e2 t•热模型可从Ansys直接导入Caspoc
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。
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" r6 v) T! p3 B, E' Z: r

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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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' S/ z9 ]5 m( \! a  g. c4 ], i( b/ H

8 ~' P1 f3 R5 h5 K' H3 @1 h  t◆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。

3 @+ f3 T; m: b* b+ X" N8 G" f$ B5 O汽车动力管理（含负载突降）
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IGBT火花塞点火控制
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特色：
•发电机详细模型，包括六脉冲整流器和控制器
; [& q- c, @, A( T" I•蓄电池荷电状态（SOC）及充放电阻抗模型。
6 J. k. g7 f) n4 [, W  i& q& G0 H•高压火花塞模型
0 y, Z' a# N3 }4 m) Y•双向直流电源的限流与电流效率模型
•动力管理传动循环
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。

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4 x  U4 |/ m; |' h4 o总结：简便、快速的汽车动力管理和发动机管理。



$ I3 N# K: r! g& |◆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。

带逆变器的太阳能以及电网供电线路



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5 |  g1 \* e. L+ ^% O风轮机模型
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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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8 Z' g" n) `+ I3 {# d/ f, n7 v5 g  特色：
/ I3 x4 t4 _( Q' C* A! X0 @• 负载依赖性太阳能电池模型
  c( N) o$ o1 l1 E* [• 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）
& Z2 _- Y$ e$ J/ S5 [• PMSG（永磁同步发电机）
0 m2 n: ]& k3 A• 行星齿轮、刚性轴
• 风速特性
/ y8 \2 ?$ K9 _4 w# O) E. w• 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
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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) X, d( q& k* n+ C, B! A


8 F* P4 G8 j2 s, s( g  X9 d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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