Ứng dụng psim trong điện tử công suất

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (642.82 KB, 25 trang )

PSIM –PHẦN MỀM MÔ PHỎNG NHANH
CÁC MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Hà Xuân Hòa
I. GIỚI THIỆU
PSIM do hãng Powersim Inc. sản xuất, là phần mềm mô phỏng được thiết kế
đặc biệt để mô phỏng các mạch điện tử công suất, các hệ truyền động điện. Với
khả năng mô phỏng nhanh, giao diện thân thiện dễ sử dụng và phân tích dạng
sóng tốt, PSIM là công cụ mô phỏng mạnh mẽ cho việc phân tích các bộ biến
đổi điện tử công suất, thiết kế vòng điều khiển kín, và nguyên cứu các hệ thống
truyền động điện.
PSIM gồm 3 chương trình:
– PSIM Schematic: Chương trình soạn thảo mạch nguyên lý, dùng để vẽ mạch
cần mô phỏng (kết quả cho file với đuôi *.sch).
Hình 1: Cửa sổ soạn thảo mạch nguyên lý PSIM Schematic
– PSIM simulator: trình mô phỏng mạch nguyên lý (cho kết quả có đuôi là *.txt).
– SIMVIEW: trình vẽ dạng sóng kết quả mô phỏng, phân tích sóng.
1
Hình 2: Cửa sổ SIMVIEW vẽ dạng sóng kết quả mô phỏng
II. CÁC VÍ DỤ
Để dễ hiểu, dưới đây giới thiệu một số ví dụ mô phỏng đơn giản.
Ví dụ 1: Mô phỏng mạch chỉnh lưu điốt 1 pha ½ chu kỳ. Nguồn xoay chiều
100Vac, 50Hz. Điện áp trên Diot khi dẫn là 2V. Vẽ dạng sóng điện áp nguồn
vào và điện áp ra trên tải, dòng điện tải trong hai trường hợp:
– Tải R-L với R = 10Ω, L = 0,01H.
– Tải R-L với R = 10Ω, L = 0,1H.
Thực hiện:
Bước 1: Khởi động PSIM, bằng cách vào Start -> All Programs -> PSIM 6.0 ->
chọn PSIM
Cửa sổ soạn thảo mạch nguyên lý mở ra như sau:
2
Bước 2: Tạo một trang soạn thảo mới bằng cách chọn File -> New

hoặc dùng con chuột nhấn vào nút ở góc trên bên trái:
Cửa sổ soạn thảo có dạng:
Bước 3: Soạn thảo mạch:
– Lấy nguồn xoay chiều: Vào Elements -> Sources -> Voltage chọn Sine (nguồn
xoay chiều 1 pha hình sin)
3
Dùng chuột, đưa phần tử nguồn đến vị trí gần góc trên bên trái
Kích đúp vào ký hiệu nguồn vừa đặt vào của sổ soạn thảo, 1 cửa sổ VSIN gán
thông số cho nguồn này mở ra, đánh thông số nguồn như hình dưới đây
Đóng cửa sổ lại.
– Lấy điot: Vào Elements -> Power -> Switches -> chọn Diode
4
đặt linh kiện diot gần nguồn sin như sau
Kích đúp lên linh kiện Diot rồi gán thông số như sau:
Đóng của sổ DIODE lại.
– Lấy tải R-L: Vào Elements -> Power -> RLC Branches -> chọn RL
5
kích chuột phải để xoay nhánh RL, rồi đặt gần nguồn sin và Diot như sau:
Kích đúp lên nhánh RL, gán thông số như sau:
khi chọn cờ dòng (Current Flag) bằng 1 thì chương trình sẽ lưu giá trị dòng điện
chạy qua nhánh RL, nhờ đó ta có thể dùng để xem dạng sóng dòng điện chạy
qua tải RL.
Đóng cửa sổ lại.
– Nối dây: Vào Edit -> chọn Wire
hoặc nhấn chuột trái chọn nút trên thanh công cụ Toolbar.
Dùng bút vẽ dây này để nối các phần tử như sau
6
– Thêm thế 0 cho dụng cụ đo điện áp: Kích chuột trái vào nút ở góc dưới
bên trái màn hình, hoặc vào Elements -> Other -> Chọn Ground
đặt nó ở vị trí như sau:

– Thêm đồng hồ đo điện áp: kích chuột trái vào nút ở giữa dưới màn hình
trên thanh Element Toolbar, hoặc vào Elements -> Other -> Probes -> chọn
Voltage Probe:
đặt đồng hồ đo ở đầu vào nguồn và đầu ra trên tải như hình sau:
7
đặt tên cho các đồng hồ bằng cách kích đúp lên mỗi đồng hồ rồi gán thông số
như sau
cuối cùng ta được
Bước 4: Lưu file chứa mạch nguyên lý vừa tạo bằng cách vào File -> Save as,
đặt tên file là uncontrolrectifier1half.
Bước 5: Mô phỏng
– Cài cặt chế độ mô phỏng: Vào Simulate -> chọn Simulation Control
Đặt bảng điều khiển mô phỏng như sau (đặt ở đâu cũng được, miễn nó nằm
trong trang soạn thảo là được)
rồi gán các thông số như sau
8
Ở đây đặt thời gian mô phỏng là 0.04s tương ứng với 2 chu kỳ điện áp lưới.
Chú ý: Trong quá trình làm, nếu cần tìm hiểu kỹ hơn ý nghĩa từng thông số, chỉ
cần kích chuột trái vào chữ Help trên mỗi cửa sổ gán thông số, 1 cửa sổ trợ
giúp sẽ hiện ra giải thích ý nghĩa từng thông số.
– Chạy mô phỏng: Vào Simulate -> chọn Run Simulation, hoặc ấn F8
hoặc dùng chuột trái chọn nút trên thanh Toolbar.
chương trình PSIM Simulator sẽ tiến hành mô phỏng mạch, rồi tự động gọi
chương trình SIMVIEW hiển thị các dạng sóng.
Cửa sổ cho phép chọn sóng muốn hiển thị hiện ra
9
Trên cửa sổ này, ô trắng bên trái liệt kê những sóng có sẵn có thể hiển thị ngay,
ô trắng bên phải là những sóng sẽ được hiển thị, ô trắng nhỏ góc dưới bên trái là
sóng kết hợp các sóng có sẵn bằng cách sử dụng các phép toán học
Kích đúp lên Vd và Vs để hiển thị sóng áp vào và ra trên cùng một đồ thị

10
rồi chọn OK.
Sóng điện áp nguồn Vs (màu xanh) và sóng điện áp trên tải Vd (màu đỏ) sẽ hiển
thị trên cùng một đồ thị như sau
chọn nút, hoặc vào Screen -> chọn Add Screen để hiển thị thêm sóng
dòng điện chạy qua tải
kích đúp lên I(RL1), rồi ấn OK
11
Sóng dòng điện chạy qua diot hiện ra như sau:
Kết quả ta có dạng sóng điện áp nguồn vào Vs, điện áp trên tải Vd và dòng điện
qua tải I(RL1) như sau
12
– Thay đổi tải R = 10Ω, L = 0,1H (tăng điện cảm tải)
Trở lại trang soạn thảo mạch, kích đúp lên nhánh tải RL1 rồi gán thông số
Nhấn F8 để chạy mô phỏng lại ta được kết quả khi tăng điện cảm tải như sau
hình dưới đây
13
Ví dụ 2: Mô phỏng mạch chỉnh lưu có điều khiển dùng Thyristor 1 pha ½ chu
kỳ. Nguồn xoay chiều 100Vac, 50Hz. Điện áp trên Thyristor khi dẫn là 2V. Vẽ
dạng sóng điện áp nguồn vào và điện áp ra trên tải, dòng điện tải trong hai
trường hợp:
– Tải R-L-E với R = 10Ω, L = 0,01H; E = 0V.
– Tải R-L-E với R = 10Ω, L = 0,01H; E = 50V.
Thực hiện:
Bước 1, 2: Làm tương tự như ví dụ 1.
Bước 3: Vẽ mạch
– Lấy nguồn xoay chiều hình sin 1 pha đưa vào cửa sổ soạn thảo: Vào Elements
-> Sources -> Voltage chọn Sine.
14
Đặt nguồn vào cửa sổ soạn thảo. Kích đúp vào ký hiệu nguồn Sin, rồi gán thông

số như sau:
– Lấy Thyristor đưa vào cửa sổ soạn thảo như sau: Vào Elements -> Power ->
Switches -> chọn Thyristor
Kích đúp lên Thyristor, gán thông số như sau
15
– Lấy nhánh tải R-L: Vào Elements -> Power -> RLC Branches -> chọn RL
gán thông số RL như sau:
16
– Lấy nguồn một chiều để mô phỏng sức phản điện động của tải: Elements ->
Sources -> Voltage -> chọn DC
gán thông số cho nguồn DC (tải sức phản điện động)
Dùng bút vẽ dây điện nối mạch điện như sau
– Lấy cảm biến điện áp: Elements -> Other -> Sensors -> chọn Voltage Sensor
17
– Lấy bộ so sánh: Elements -> Control -> chọn Comparator
– Lấy bộ điều khiển góc mở α cho Thyristor: Vào Elements -> Other -> Switch
Controllers -> chọn Alpha Controller
18
gán thông số cho bộ điều khiển góc mở như sau
– Lấy 1 nguồn áp một chiều làm tín hiệu điều khiển góc mở
gán thông số cho VDC như sau
19
Đặt góc mở của Thyristor là α = 30
o
.
– Tạo tín hiệu cho phép bộ điều khiển góc mở làm việc, sử dụng nguồn bước
nhảy Step:
– Lấy tín hiệu nối đất GROUND đặt ở các ví trí như hình dưới đây
– Nối dây, dùng bút nối dây wire ta được
20

– Thêm các đồng hồ đo điện áp tại đầu vào nguồn và đầu ra tải (làm tương tự
như ví dụ 1)
Bước 4: Lưu file chứa mạch nguyên lý vừa tạo bằng cách vào File -> Save as,
đặt tên file là controlrectifier1half.
Bước 5: Mô phỏng
21
– Cài cặt chế độ mô phỏng: cài đặt tương tự như ví dụ 1.
– Chạy mô phỏng: ấn F8
chương trình PSIM Simulator sẽ tiến hành mô phỏng mạch, rồi tự động gọi
chương trình SIMVIEW hiển thị các dạng sóng.
Cửa sổ cho phép chọn sóng muốn hiển thị hiện ra
Trên cửa sổ này, ô trắng bên trái liệt kê những sóng có sẵn có thể hiển thị ngay,
ô trắng bên phải là những sóng sẽ được hiển thị, ô trắng nhỏ góc dưới bên trái là
sóng kết hợp các sóng có sẵn bằng cách sử dụng các phép toán học
Kích đúp lên Vd và Vs để hiển thị sóng áp vào và ra trên cùng một đồ thị
22
rồi chọn OK.
Sóng điện áp nguồn Vs (màu xanh) và sóng điện áp trên tải Vd (màu đỏ) sẽ hiển
thị trên cùng một đồ thị như sau
chọn nút, hoặc vào Screen -> chọn Add Screen để hiển thị thêm sóng
dòng điện chạy qua tải
kích đúp lên I(RL1), rồi ấn OK
23
Sóng dòng điện chạy qua tải hiện ra như sau:
Kết quả ta có dạng sóng điện áp nguồn vào Vs, điện áp trên tải Vd và dòng điện
qua tải I(RL1) như sau
24
– Thay đổi tải R = 10Ω, L = 0,01H, E = 50V(có sức phản điện động tải)
Trở lại trang soạn thảo mạch, kích đúp lên nguồn E rồi gán thông số
Nhấn F8 để chạy mô phỏng lại ta được kết quả khi tải có sức phản điện động

dương và bằng 50V như sau:
25
hoặc dùng con chuột nhấn vào nút ở góc trên bên trái : Cửa sổ soạn thảo có dạng : Bước 3 : Soạn thảo mạch : – Lấy nguồn xoay chiều : Vào Elements -> Sources -> Voltage chọn Sine ( nguồnxoay chiều 1 pha hình sin ) Dùng chuột, đưa thành phần nguồn đến vị trí gần góc trên bên tráiKích đúp vào ký hiệu nguồn vừa đặt vào của sổ soạn thảo, 1 hành lang cửa số VSIN gánthông số cho nguồn này mở ra, đánh thông số nguồn như hình dưới đâyĐóng hành lang cửa số lại. – Lấy điot : Vào Elements -> Power -> Switches -> chọn Diodeđặt linh phụ kiện diot gần nguồn sin như sauKích đúp lên linh phụ kiện Diot rồi gán thông số kỹ thuật như sau : Đóng của sổ DIODE lại. – Lấy tải R-L : Vào Elements -> Power -> RLC Branches -> chọn RLkích chuột phải để xoay nhánh RL, rồi đặt gần nguồn sin và Diot như sau : Kích đúp lên nhánh RL, gán thông số kỹ thuật như sau : khi chọn cờ dòng ( Current Flag ) bằng 1 thì chương trình sẽ lưu giá trị dòng điệnchạy qua nhánh RL, nhờ đó ta hoàn toàn có thể dùng để xem dạng sóng dòng điện chạyqua tải RL.Đóng hành lang cửa số lại. – Nối dây : Vào Edit -> chọn Wirehoặc nhấn chuột trái chọn nút trên thanh công cụ Toolbar. Dùng bút vẽ dây này để nối những thành phần như sau – Thêm thế 0 cho dụng cụ đo điện áp : Kích chuột trái vào nút ở góc dướibên trái màn hình hiển thị, hoặc vào Elements -> Other -> Chọn Groundđặt nó ở vị trí như sau : – Thêm đồng hồ đeo tay đo điện áp : kích chuột trái vào nút ở giữa dưới màn hìnhtrên thanh Element Toolbar, hoặc vào Elements -> Other -> Probes -> chọnVoltage Probe : đặt đồng hồ đeo tay đo ở đầu vào nguồn và đầu ra trên tải như hình sau : đặt tên cho những đồng hồ đeo tay bằng cách kích đúp lên mỗi đồng hồ đeo tay rồi gán thông sốnhư saucuối cùng ta đượcBước 4 : Lưu file chứa mạch nguyên tắc vừa tạo bằng cách vào File -> Save as, đặt tên file là uncontrolrectifier1half. Bước 5 : Mô phỏng – Cài cặt chính sách mô phỏng : Vào Simulate -> chọn Simulation ControlĐặt bảng điều khiển và tinh chỉnh mô phỏng như sau ( đặt ở đâu cũng được, miễn nó nằmtrong trang soạn thảo là được ) rồi gán những thông số kỹ thuật như sauỞ đây đặt thời hạn mô phỏng là 0.04 s tương ứng với 2 chu kỳ luân hồi điện áp lưới. Chú ý : Trong quy trình làm, nếu cần tìm hiểu và khám phá kỹ hơn ý nghĩa từng thông số kỹ thuật, chỉcần kích chuột trái vào chữ Help trên mỗi hành lang cửa số gán thông số kỹ thuật, 1 hành lang cửa số trợgiúp sẽ hiện ra lý giải ý nghĩa từng thông số kỹ thuật. – Chạy mô phỏng : Vào Simulate -> chọn Run Simulation, hoặc ấn F8hoặc dùng chuột trái chọn nút trên thanh Toolbar. chương trình PSIM Simulator sẽ triển khai mô phỏng mạch, rồi tự động hóa gọichương trình SIMVIEW hiển thị những dạng sóng. Cửa sổ được cho phép chọn sóng muốn hiển thị hiện raTrên hành lang cửa số này, ô trắng bên trái liệt kê những sóng có sẵn hoàn toàn có thể hiển thị ngay, ô trắng bên phải là những sóng sẽ được hiển thị, ô trắng nhỏ góc dưới bên trái làsóng phối hợp những sóng có sẵn bằng cách sử dụng những phép toán họcKích đúp lên Vd và Vs để hiển thị sóng áp vào và ra trên cùng một đồ thị10rồi chọn OK.Sóng điện áp nguồn Vs ( màu xanh ) và sóng điện áp trên tải Vd ( màu đỏ ) sẽ hiểnthị trên cùng một đồ thị như sauchọn nút, hoặc vào Screen -> chọn Add Screen để hiển thị thêm sóngdòng điện chạy qua tảikích đúp lên I ( RL1 ), rồi ấn OK11Sóng dòng điện chạy qua diot hiện ra như sau : Kết quả ta có dạng sóng điện áp nguồn vào Vs, điện áp trên tải Vd và dòng điệnqua tải I ( RL1 ) như sau12 – Thay đổi tải R = 10 Ω, L = 0,1 H ( tăng điện cảm tải ) Trở lại trang soạn thảo mạch, kích đúp lên nhánh tải RL1 rồi gán thông sốNhấn F8 để chạy mô phỏng lại ta được hiệu quả khi tăng điện cảm tải như sauhình dưới đây13Ví dụ 2 : Mô phỏng mạch chỉnh lưu có điều khiển và tinh chỉnh dùng Thyristor 1 pha ½ chukỳ. Nguồn xoay chiều 100V ac, 50H z. Điện áp trên Thyristor khi dẫn là 2V. Vẽdạng sóng điện áp nguồn vào và điện áp ra trên tải, dòng điện tải trong haitrường hợp : – Tải R-L-E với R = 10 Ω, L = 0,01 H ; E = 0V. – Tải R-L-E với R = 10 Ω, L = 0,01 H ; E = 50V. Thực hiện : Bước 1, 2 : Làm tương tự như như ví dụ 1. Bước 3 : Vẽ mạch – Lấy nguồn xoay chiều hình sin 1 pha đưa vào hành lang cửa số soạn thảo : Vào Elements -> Sources -> Voltage chọn Sine. 14 Đặt nguồn vào hành lang cửa số soạn thảo. Kích đúp vào ký hiệu nguồn Sin, rồi gán thôngsố như sau : – Lấy Thyristor đưa vào hành lang cửa số soạn thảo như sau : Vào Elements -> Power -> Switches -> chọn ThyristorKích đúp lên Thyristor, gán thông số kỹ thuật như sau15 – Lấy nhánh tải R-L : Vào Elements -> Power -> RLC Branches -> chọn RLgán thông số kỹ thuật RL như sau : 16 – Lấy nguồn một chiều để mô phỏng sức phản điện động của tải : Elements -> Sources -> Voltage -> chọn DCgán thông số kỹ thuật cho nguồn DC ( tải sức phản điện động ) Dùng bút vẽ dây điện nối mạch điện như sau – Lấy cảm ứng điện áp : Elements -> Other -> Sensors -> chọn Voltage Sensor17 – Lấy bộ so sánh : Elements -> Control -> chọn Comparator – Lấy bộ tinh chỉnh và điều khiển góc mở α cho Thyristor : Vào Elements -> Other -> SwitchControllers -> chọn Alpha Controller18gán thông số kỹ thuật cho bộ điều khiển và tinh chỉnh góc mở như sau – Lấy 1 nguồn áp một chiều làm tín hiệu tinh chỉnh và điều khiển góc mởgán thông số kỹ thuật cho VDC như sau19Đặt góc mở của Thyristor là α = 30 – Tạo tín hiệu được cho phép bộ điều khiển và tinh chỉnh góc mở thao tác, sử dụng nguồn bướcnhảy Step : – Lấy tín hiệu nối đất GROUND đặt ở những ví trí như hình dưới đây – Nối dây, dùng bút nối dây wire ta được20 – Thêm những đồng hồ đeo tay đo điện áp tại đầu vào nguồn và đầu ra tải ( làm tương tựnhư ví dụ 1 ) Bước 4 : Lưu file chứa mạch nguyên tắc vừa tạo bằng cách vào File -> Save as, đặt tên file là controlrectifier1half. Bước 5 : Mô phỏng21 – Cài cặt chính sách mô phỏng : setup tương tự như như ví dụ 1. – Chạy mô phỏng : ấn F8chương trình PSIM Simulator sẽ thực thi mô phỏng mạch, rồi tự động hóa gọichương trình SIMVIEW hiển thị những dạng sóng. Cửa sổ được cho phép chọn sóng muốn hiển thị hiện raTrên hành lang cửa số này, ô trắng bên trái liệt kê những sóng có sẵn hoàn toàn có thể hiển thị ngay, ô trắng bên phải là những sóng sẽ được hiển thị, ô trắng nhỏ góc dưới bên trái làsóng phối hợp những sóng có sẵn bằng cách sử dụng những phép toán họcKích đúp lên Vd và Vs để hiển thị sóng áp vào và ra trên cùng một đồ thị22rồi chọn OK.Sóng điện áp nguồn Vs ( màu xanh ) và sóng điện áp trên tải Vd ( màu đỏ ) sẽ hiểnthị trên cùng một đồ thị như sauchọn nút, hoặc vào Screen -> chọn Add Screen để hiển thị thêm sóngdòng điện chạy qua tảikích đúp lên I ( RL1 ), rồi ấn OK23Sóng dòng điện chạy qua tải hiện ra như sau : Kết quả ta có dạng sóng điện áp nguồn vào Vs, điện áp trên tải Vd và dòng điệnqua tải I ( RL1 ) như sau24 – Thay đổi tải R = 10 Ω, L = 0,01 H, E = 50V ( có sức phản điện động tải ) Trở lại trang soạn thảo mạch, kích đúp lên nguồn E rồi gán thông sốNhấn F8 để chạy mô phỏng lại ta được tác dụng khi tải có sức phản điện độngdương và bằng 50V như sau : 25

Source: https://bem2.vn
Category: Ứng dụng hay