PSIM入門手冊參考文檔

PSIM6 0用戶手冊 1 2 1基本信息 PSIM是專門為電力電子和電動(dòng)機(jī)控制設(shè)計(jì)的一款仿真軟件 它可以快速的仿真和便利地與用戶接觸 為電力電子和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供強(qiáng)大的仿真環(huán)境 本教程包含了PSIM和它的3個(gè)其他模型 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模型 數(shù)字控制模型和連結(jié)模型 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模型已經(jīng)在機(jī)器模型和為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究的機(jī)械裝備模型里建立起來了 數(shù)字控制模型為數(shù)字控制分析提供了離散的元素 如零狀態(tài)監(jiān)控 z domain轉(zhuǎn)換功能blocks 量子化blocks 數(shù)字濾波器 連接模型為共同仿真在PSIM和Matlab Simulink之間提供了相互基礎(chǔ) PSIM仿真軟件包括3個(gè)方面 電路示意性的PSIM PSIM仿真器 波形形成過程項(xiàng)目SIMVIEW 2 2020 4 21 1 2電路結(jié)構(gòu) 一個(gè)電路在PSIM里表現(xiàn)為4個(gè)部分 電力電路 控制電路 傳感器和開關(guān)控制器 一下圖標(biāo)展示了這些部分之間的關(guān)系 電力電路包括轉(zhuǎn)換裝置 諧振分支 變壓器 連結(jié)感應(yīng)器 控制電路表現(xiàn)在圖表里 S域和z域里的元器件 邏輯元器件和非線性元器件被用于控制電路 傳感器測量電力電路電壓和電流 并把數(shù)值傳送到控制電路 門信號經(jīng)常有控制電路產(chǎn)生并通過開關(guān)控制器反饋到電力電路來控制開關(guān) 3 2020 4 21 1 6元器件參數(shù)說明和格式 PSIM里每個(gè)元器件參數(shù)圖表窗口都有三個(gè)圖表 Parameters OtherInfo ColorParameter里面的參數(shù)被用于仿真 從另一個(gè)方面說 OtherInfo里的信息不適用于仿真的 它僅僅用于報(bào)告信息 將會(huì)出現(xiàn)在PSIM里View ElementList的部分目錄中 一些如 設(shè)備的額定值 制造商和部分?jǐn)?shù)字等信息被存儲在OtherInfo里 元器件的顏色可以在Color里設(shè)置 Parameter里參數(shù)會(huì)是一個(gè)數(shù)值或是一個(gè)數(shù)學(xué)表達(dá)式 例如 一個(gè)電阻可以有以下幾種說明方法 12 512 5k12 5OhmR1 R2R1 0 5 Vo 0 7 Io其中R1 R2 Vo和Io是參數(shù)文件定義的符號 如果這個(gè)阻抗是在支電路則他們是被主電路定義的符號 4 2020 4 21 PSIM允許10的n次方的數(shù)值 一下的后綴數(shù)值如下表示 一個(gè)數(shù)學(xué)表達(dá)式可以包括括號 但不區(qū)分大小寫 可以同如下功能 見下頁 5 2020 4 21 6 2020 4 21 2電力電路的組成 電阻器 電容器和電感器在PSIM里提供了獨(dú)立電阻器 電感器 電容器和集成RLC支路 電感器電流和電容器電壓可以定義初始值 所提供的三相對稱RLC支路R3 RL3 RC3 RLC3用于三相電路 三相支路的電感電流和電容電壓的初始值全為零 7 2020 4 21 可變電阻器可變電阻器就是帶分接頭的電阻 如下圖所示 8 2020 4 21 飽和電感飽和電感考慮了電感磁芯的飽和狀態(tài) 如下所示 2 2開關(guān)PSIM中有兩種基本開關(guān) 一種是開關(guān)模式 它運(yùn)行于區(qū)域 導(dǎo)通狀態(tài) 或者飽和區(qū) 關(guān)斷狀態(tài) 另一種是線性模式 它可以工作與關(guān)斷 線性或者飽和狀態(tài) 工作在開關(guān)模式的開關(guān)包括 DiodeandDIACThyristor THY andTRIAC 9 2020 4 21 自關(guān)斷開關(guān)GTONPNPNPIGBTMOSFETMOSFET PSSWIPISM的開關(guān)模型是理想化的 導(dǎo)通或者關(guān)斷瞬間可以忽略 開關(guān)導(dǎo)通時(shí)電阻10 5歐姆 關(guān)斷為1兆歐 開關(guān)不需要緩沖電路 線性開關(guān)包括 NPN 1PNP 1二極管 雙向二極管和齊納二極管二極管的導(dǎo)通取決于電路運(yùn)行條件 當(dāng)它正向偏置時(shí)二極管導(dǎo)通 當(dāng)電流低于0時(shí)關(guān)斷 10 2020 4 21 晶閘管晶閘管的導(dǎo)通可控 關(guān)斷取決于電路條件 開關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊開關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊決定了開關(guān)的驅(qū)動(dòng)模式 驅(qū)動(dòng)模式可以直接指定 用驅(qū)動(dòng)模塊Gating 或者放在一個(gè)文本文件里 驅(qū)動(dòng)模塊Gating 注釋 開關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊之可以連接到開關(guān)的門極 不能與其他器件連接 11 2020 4 21 開關(guān)點(diǎn)的數(shù)目定義為一周期內(nèi)開關(guān)的作用總次數(shù) 無論開關(guān)開通還是關(guān)斷都算是一個(gè)開關(guān)點(diǎn) 例如 如果一個(gè)開關(guān)再一次循環(huán)中導(dǎo)通和關(guān)斷一次 那么開關(guān)點(diǎn)的數(shù)目為2 單相開關(guān)模塊PSIM中提供了集成單相二極管橋模塊和晶閘管全橋模塊 BHY1 與單個(gè)晶閘管類似 晶閘管可以通過一個(gè)門控模塊或者alpha控制器控制 三相開關(guān)模塊類似于單相模塊 三相模塊中只有開關(guān)1的驅(qū)動(dòng)需要指定 其他開關(guān)的門控自動(dòng)獲得 對于三相半波晶閘管模塊 BTHY3H 兩個(gè)相鄰開關(guān)的相移為120度 其他橋式模塊的相移為60度 晶閘管橋模塊 BTHY3 BTHY3H BTHY6H 可以被alpha控制器控制 類似的 電流或電壓源變換器可以通過PWM查表控制器控制 12 2020 4 21 變壓器理想變壓器理想變壓器沒有漏磁和損耗 如下圖 帶大點(diǎn)的繞組是一次繞組 另一個(gè)為二次繞組 其參數(shù)中Np 初級 表示初級繞組的匝數(shù) Ns 次級 表示次級繞組的匝數(shù) 匝數(shù)比等于額定電壓之比 每側(cè)的繞組數(shù)可以用額定電壓代替 三相變壓器PSIM提供兩繞組和三繞組變壓器模型如下 三相變壓器 繞組不相連 TF 3F 三相Y Y和Y 連接變壓器 TF 3YY TF 3YD 三相然繞組變壓器 繞組不相連 TF 3F 3W 13 2020 4 21 三相三繞組Y Y 和Y 連接變壓器 TF 3YYD TF 3YDD 三相四繞組變壓器 繞組不相連 TF 3F 4W 運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器用電力電路器件模擬 dv dt模塊dv dt模塊具有象為分歧在控制電路中一樣的功能 此外它還能應(yīng)用于電力電路中 dv dt模塊的輸出等于輸入電壓對時(shí)間的倒數(shù) 控制電路部分傳遞函數(shù)模塊一個(gè)傳遞模塊可以表示為如下多項(xiàng)式 14 2020 4 21 PSIM提供了兩種傳遞函數(shù)模塊的元件 一個(gè)是零初值元件 TFCTN 另一個(gè)是以輸入的參數(shù)作為初值的元件 TFCTN1 比例控制器比例控制器的輸出和輸入成正比 如下圖所示 其參數(shù)只有一個(gè)Gain 即增益 15 2020 4 21 積分器積分器的傳遞函數(shù)為有兩種積分器 一種是普通的積分器 一種是可復(fù)位積分器 16 2020 4 21 可復(fù)位積分器的輸出可以被外部的控制信號復(fù)位 在元件底部 對邊沿復(fù)位 重設(shè)標(biāo)記為0 在控制信號上升沿積分器的輸出為0 對于水平復(fù)位 重設(shè)標(biāo)記為1 當(dāng)控制信號保持高電位時(shí) 1 積分器的輸出為0 為了避免飽和 在積分器的輸出需加一個(gè)限幅器 例如 一下電路說明了可復(fù)位積分器的作用 積分器的輸入是直流量 積分器的控制信號是個(gè)脈沖信號 在每個(gè)循環(huán)結(jié)束時(shí)重設(shè)積分器的輸出 重設(shè)標(biāo)記為0 微分器微分器的傳遞函數(shù)為如下圖所示 其可調(diào)參數(shù)只有一個(gè) 延遲時(shí)間T 17 2020 4 21 比例積分控制器比例積分控制器的傳遞函數(shù)為 如圖所示 內(nèi)置式濾波器模塊PSIM中內(nèi)置了四個(gè)二階濾波器的模型 這些模型的傳遞函數(shù)如下 低通二階濾波器 高通二階濾波器 帶通二階濾波器 帶阻二階濾波器 18 2020 4 21 圖形如下 其參數(shù)設(shè)置如下表 19 2020 4 21 計(jì)算函數(shù)模塊加法器單輸入 SUM1 和雙輸入 SUM2 SUM2P 加法器的輸入可以是數(shù)值或向量 三輸入 SUM3 加法器的輸入只能是數(shù)值 如下圖所示 如果輸入的是數(shù)值 那么加法器的輸出被定義為 如果輸入是向量 那么兩個(gè)加法器的輸出也是向量 被定義為 20 2020 4 21 在三輸入加法器上 帶點(diǎn)的輸入必須是第一個(gè)輸入端 乘法器和除法器乘法器 MULT 或除法器 DIVD 的輸出即為兩個(gè)輸入值的相乘或者相除 如圖所示 開方器開方器計(jì)算輸入的開方根 如下圖所示 指數(shù) 冪級數(shù) 對數(shù)模塊 21 2020 4 21 它們的圖形如下 指數(shù)計(jì)算器的輸出被定義為 冪級數(shù)計(jì)算器的輸出被定義為 功能模塊LOG給出輸入數(shù)值的自然對數(shù) 基于e 而LOG10給出數(shù)值的普通對數(shù) 基于10 22 2020 4 21 均方根模塊均方根計(jì)算輸入值在一段時(shí)間內(nèi) 頻率為fb 的有效值 輸出定義為 其中 輸出只能在每周期開始時(shí)更新 如下圖所示 絕對值模塊和符號模塊絕對值模塊 ABS 求出輸入的絕對值 符號模塊 SIGN 給出輸入值的符號 比如 當(dāng)輸入時(shí)正數(shù)時(shí) 輸出為1 當(dāng)輸入為負(fù)數(shù)時(shí) 輸出為 1 23 2020 4 21 三角函數(shù)模塊PSIM提供了六個(gè)三角函數(shù)模塊 分別是SIN模塊 ARCSIN模塊 COS模塊 ARCCOS模塊 TAN模塊 ARCTAN模塊 ARCTAN元件的輸入端中 帶點(diǎn)的是實(shí)屬端入口 另一個(gè)輸入口是虛數(shù)輸入口 輸入為實(shí)數(shù)與虛數(shù)值之比的ARCTAN函數(shù) 如快速傅立葉變換 FFT 快速傅立葉變換模塊計(jì)算輸入信號的基波成分 FFT的計(jì)算方法基于基數(shù)為2的10頻方法 在一個(gè)基波周期內(nèi)采樣個(gè)數(shù)應(yīng)該是2N個(gè) N為整數(shù) 取樣點(diǎn)最多為1024個(gè) 24 2020 4 21 輸出給出了輸入基波信號的振幅 峰值 和相位角 輸出電壓 復(fù)數(shù)形式 被定義為 模塊如圖所示 有標(biāo)點(diǎn)的輸出端輸出的是振幅 注意到相位角的輸出已經(jīng)在內(nèi)被調(diào)整過 因此正弦函數(shù)的輸出相位角將為0 25 2020 4 21 比較器當(dāng)正輸入端的電平比負(fù)輸入端的電平高時(shí) 比較器的輸出為高電平 如果正輸入端的電平較低 則輸出為0 如果量輸入相等 則輸出不確定 保持原來的電平 26 2020 4 21 限幅器當(dāng)限幅器的輸入超過上限或者下限時(shí) 限幅器的輸出被限制在上限和下限內(nèi) 當(dāng)輸入沒超過上下限時(shí) 輸出等于輸入 梯形波模塊和方波模塊梯形波模塊和方波模塊是特殊的查表元件 輸出和輸入的關(guān)系或者為梯形波或者為方波 屬性 見下頁 27 2020 4 21 梯形波參數(shù)設(shè)置矩形波參數(shù)設(shè)置取樣和保持模塊當(dāng)控制信號從底到高時(shí) 從0到1 取樣 保持模塊從輸入的數(shù)值中取樣 然后保持此值知道下一個(gè)取樣點(diǎn) 延時(shí)模塊延時(shí)模塊把輸入的波形向后延一個(gè)指定的時(shí)間間隔 它能被用在邏輯元件中 用來模仿傳播的延時(shí)等等 28 2020 4 21 它只有一個(gè)參數(shù)需要設(shè)置 即延遲時(shí)間 單位s 總諧波失真率 THD 交流波形的總諧波失真包括了基波和諧波 被定義為 29 2020 4 21 例子 30 2020 4 21 邏輯門元件基本的邏輯門有與門 或門 異或門 非門 與非門 或非門 RS觸發(fā)器 JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器有兩種RS觸發(fā)器 一種是邊沿觸發(fā) 一種是電平觸發(fā) 數(shù)字控制模塊數(shù)字控制模塊是PSIM程序的一個(gè)附加程序 它提供了離散元件 比如零階保持 z域轉(zhuǎn)換模塊 數(shù)字濾波器等等 用來進(jìn)行數(shù)字控制系統(tǒng)仿真 31 2020 4 21 零階保持模塊零階保持模塊只在取樣點(diǎn)取樣輸入 輸出在兩個(gè)取樣點(diǎn)保持不變 其只有一個(gè)參數(shù)即采樣頻率 單位是Hz 和其他離散元件一樣 零階保持模塊有一個(gè)自動(dòng)計(jì)時(shí)器來確定采樣的時(shí)刻 取樣時(shí)刻和仿真的時(shí)間是同步的 例如 如果零階保持模塊的取樣頻率是1000Hz 那么輸入將會(huì)在0 1ms 2ms 3ms等時(shí)刻被取樣 32 2020 4 21 其他部分 電源PSIM里可提供幾種獨(dú)立的電壓源和電流源 電流源的符號可以描述為 電流從高壓端流出 經(jīng)過外部回路 流回低壓端 注意 電流源僅可用于電力電路 時(shí)間時(shí)鐘元件是分段線性電壓源的一個(gè)特殊情況 它可看作是一個(gè)接地電壓源 其數(shù)值相當(dāng)于仿真時(shí)間 直流源直流源的幅值不變 直流電壓源VDC GND和VDC GND 1的參考地位是地 開關(guān)控制器開關(guān)控制器與實(shí)際電路中的門極或者基極驅(qū)動(dòng)電路有相同的功能 它接受來自控制電路的輸入信號 然后控制電力電路的開關(guān) 一個(gè)開關(guān)控制器可以同時(shí)控制多個(gè)開關(guān) 33 2020 4 21 通斷控制器通斷控制器用于連接門極控制信號和功率開關(guān) 輸入時(shí)來自控制電路的邏輯信號 并傳到功率電路作為門信號 以下的電路實(shí)現(xiàn)一個(gè)負(fù)載的階躍變化 在電路中 通斷控制器用來控制雙向開關(guān) 階躍電源連接到控制器的輸入端 在12ms時(shí)由0變?yōu)? 開關(guān)閉合導(dǎo)致與開關(guān)并聯(lián)的電阻器短路 電流增加 34 2020 4 21 控制器它的作用是控制晶閘管開關(guān)或橋的延遲角 控制器有三個(gè)輸入 值 同步信號 門控信號 同步信號從低到高的轉(zhuǎn)變 0到1 提供了同步 并且與延遲角等于0的時(shí)刻相一致 會(huì)產(chǎn)生帶有角度延遲的門信號 角的數(shù)值將會(huì)及時(shí)更新 35 2020 4 21 延遲角的輸入以角度為單位例子 下圖顯示如何利用延遲角控制晶閘管電路 在電路中 與晶閘管自然導(dǎo)通叫時(shí)刻性對應(yīng)的vs過零值 用來提供同步信號 延遲角被設(shè)定為30時(shí) 門極信號將從同步信號上升沿延遲30度 36 2020 4 21 PWM查表控器一個(gè)PWM查表控制有4個(gè)輸入信號 調(diào)制索引 延遲角 同步信號 門控信號 門控模式的選擇是基于調(diào)制索引的 同步信號提供了門控模式的同步 當(dāng)同步信號從第編導(dǎo)高時(shí) 門控信號將會(huì)更新 延遲角定義了門控模式和同步信號之間的相關(guān)角 例如 延遲角為10度 門控模式將會(huì)超前同步信號10度 37 2020 4 21 ABC DQO轉(zhuǎn)換功能塊功能塊ABC2DQO和DQO2ABC執(zhí)行ABC DQO轉(zhuǎn)換 它們把3相電壓值從一個(gè)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到另一個(gè)坐標(biāo)系 這些功能塊可用于功率電路 也可用于控制電路 注意 在功率電路中 在電流轉(zhuǎn)換前 電力值必須通過電流控制電壓源轉(zhuǎn)換為電壓值 分析說明書瞬時(shí)分析交流分析電路或控制環(huán)的頻率響應(yīng)可由交流分析獲得 PSIM里交流分析的關(guān)鍵特征是 電路可以使用它的原始開關(guān)模式 不要求平均模型 然而 有平均模型的話 進(jìn)行交流分析所需要的時(shí)間會(huì)短一些 以下是設(shè)置交流分