Chương 13: MÔ PHỎNG BẰNG PSPICE CÁC MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT III.1 KHẢO SÁT BỘ NGHỊCH LƯU DÙNG Khảo sát bộ nghòch lưu nguồn với đầu ra trung tâm có sơ đồ mạch được vẽ như hình 9.2.1. các giá trò trong mạch cho như sau. V S =100V, L 2 =0, C 2 =0,R 2 =2, công tắc SW 1 và SW 2 (IGBT). (Insullategate Bipolar Transistor không dùng diode. SPWM (điều chỉnh độ rộng xung với tần số sóng mang 800Hz, f=50Hz. Điện áp cổng 12V. Thực hiện chương trình mô phỏng PSPICE dùng IC 555 để vẽ đường điện áp cổng và điện áp tải trong một chu kỳ và vẽ phổ tần số điện áp tải. + - + - + - + - - + - + + - - + DC DC DC DC DC DC DC VS1=100v VS2=100v IGBT Gate Signals 0 [11] [10] [40] [2] [41] [44] [49] [48] [42] [45] [43] 2 8 4 7 6 3 1 5 [1] Gate2 VCVS Gate1 VCVS PULSE m=0.5 f=FREQ EG2 EG1 Gate Subcircuit SPWM - 555 - DRV PULSE SIN VST=12V VRef VC [46] 555 Timer Power Circuit EG1=V(43,40)*V(49,40) EG2=V(43,40)*(1-V(49,40)) R? R R3 C RG Load RL=2 MUSIG SW1 Xác đònh a. Giá trò hiệu dụng của điện áp tải. b. Công suất trung bình tải. *. Chương trình mô phỏng bằng PSPICE. W 9-1-1.CIR SPWM INVERTER WITH A DRIVER. To determine the output responses (Xác đònh đáp ứng ra). . INC OPTIONS; * PARAMETERS of the driver (các thông số của bộ điều khiển). .PARAM VCC=12V; (The gate signal mangnitude and the 555 voltage source). .PARAM TON=1OUS; .PARAM TR=10NS TF={TR}; .PARAM FREG=50HZ PERIOD ={1/FREQ}; .PARAM FREQREF={2*FREQ}; .PARAM NUM=8; .PARAM FRQC ={NUM * FREQ REF}; .PARAM PER ={1/FREQC}; .PARAM VHI =10V VLO=2V; .PARAM VDC={VHI/2+VLO/2}; .PARAM VMAX={VHI/2-VLO/2}; .PARAM DEL =-90DEG; .PARAM CAPT=0.1UF; .PARAM RAT ={VCC/(VCC-VHI)}; .PARAM RT={1/(FREQC*CAPT*log (RAT))}; * PARAMETERS of the power circuit (các thông số của mạch công suất). .PARAM VS=100V; .PARAM RLOAD=2ohms; * DRIVER SUBCIRCIT Fig W 9.2.1A. .SUBCKT SPWM 555 DRV 40 41 44 * SOURCES VST 48 40 DC {VCC} VC 42 40 PULSE({VCC} 0 10NS {TR} {TF} {TON} {PER}; carrier. VREF 45 40 SIN ({VDC} {VMAX} {FREQ REF} 0 0 {DEL} VG 49 40 PULSE (0 1 0 {TR} {TF} {PERIOD/2 – 2*TR} {PERIOD} * VG direct the gate signals to the swithches SW 1 and SW 2 . EG1 41 40 VALUE ={V (49,40)* V(43,40)}; EG2 44 40 VALUE={(1-V(49,40))* V(43,40)}; * CIRCUIT ELEMENTS R3 43 40 1EÏ; R 48 46 {RT}; C 46 40 {CAPT}; RG 49 40 1E5; X TIMER 40 42 43 48 45 46 46 48 555D; calls 555 timer. . ENDS SPWM_555_DRV .LIB EVAL.LIB * SOURCES OF THE POWER CIRCUIT. VS1 11 0 DC {VS} VS2 0 22 DC {VS} * LOADS RL 10 0 {RLOAD} RG1 1 0 1E5; RG2 2 0 1E5 * SUBCIRCUIT for IGBT model. Voltage controlled switch. . SUBCKT IG_ IDEAL 11 10 1 32; SW 11 10 1 32 MUSIG . MODEL MUSIG VSWITCH (RON=1E-3 ROFF=E6 VON=10 VOFF=1E-3) . ENDS IG_IDEAL * CALLS for the two switches and the driver from the subcircuit. X SW1 11 10 1 0 IG_IDEAL X SW2 10 22 2 0 IG_IDEAL X Driver 0 1 2 SPWM_ 555_ DRV * ANALYSIS . FOOR 50HZ 15 V(10) . PROBE V(1) V(2) V(10); . TRAN 50US 20MS UIC .END. Cách giải: Chúng ta có thể dùng bộ điều khiển độ rộng xung bằng số để kích các công tắc của mạch công suất trong vd 921 một số giao tiếp analog sẽ được dùng đến. Cách giải được thực hiện gồm bốn bước như sau. Bước 1: Từ cấu hình PSPICE ta vẽ lên hình 9.2.1a. Bước 2: Tên file trong mạch W9.2.1.CIR có thể được vẽ ra bằng cách dùng cấu hình 9.2.1a. Các giá trò được cho trong bộ đònh thời 555 là c=0.1uf CAPT giá trò lớn nhất VS=10V VHI( cho độ rộng xung lớn nhất và một tần số sóng mang f C =800Hz = {(FREQC} giá trò điện trở R RT được cho trong đẳng thức là. RT= {1/(FREQC * CAPT *log (VCC/(VCC-VHI)))} Tần số ra f của bộ nghòch lưu là 50 Hz vì vậy tín hiệu chuẩn dạng sin có tần số chuẩn f=2f=100Hz. Không có giá trò nào được cho về biên độ của tín hiệu chuẩn vì vậy ta phải lựa chọn. Nguồn cung cấp cho bộ đònh thời là V CC =12V. Giá trò nhỏ nhất của tín hiệu chuẩn sẽ lớn hơn Zero (giả sử 2V). Giá trò lớn nhất tín hiệu chuẩn thì nhỏ hơn V CC (giả sử 10V) để độ rộng xung sóng mang tại ngõ vào của bộ đònh thời khoảng 10us. Các tín hiệu cổng tới SW 1 phải được cho phép chỉ ở nửa đầu chu kỳ của bộ nghòch lưu. Nguồn phụ thuộc FG 2 sẽ được sử dụng. Bước 3: mô phỏng PSPICE có thể chạy với file W9.2.1. CIR trong bộ nghòch lưu SPWM. Bùc 4: Dùng que đo, đồ thò sẽ được vẽ cho điện áp cổng của công tắc SW 1 , SW 2 và cho điện áp tải trong 1 chu kỳ (20ms). Các đường chỉ trong hình W.921b. Trục Y đánh dấu thực hiện bằng cách kích liên tục trục Y (Y axis) trên menu chính. Sau đó kích vào chang=title, đánh vào title và Enter. Phổ tần Fourie của dạng sóng điện áp tải được vẽ trong hình 9.2.1C. Đồ thò có được bằng cách kích vào (X-axis) trong menu chính của PROBE sau đó từ dấu nháy kích vào Fourie trên menu. Kích vào X-axis cho phép chúng ta set-scal. Sau đó đánh vào 0.2Khz và Enter. Thoát khỏi menu chính và thêm vào điện áp tải V(10) như là đồ thò mới. Đồ thò phổ gắn liền biên độ của mỗi sóng hài xuất hiện trên màn hình. Phần a. Từ đồ thò điện áp tải, giá trò hiệu dụng RMS có được là VRMS=67,67V. Phần b. Công suất trung bình tiêu thụ bởi tải p=V 2 /RMS=67,67 2 /2=2,29KW. Phần c. Từ kết quả phân tích Fourie trong W9.2.1.OUT các biến dạng của sóng hài là TDH=48,58%. Bộ điều khiển 555 giao tiếp với bộ nghòch lưu (SPWM) một ph đã được vẽ ra trong mạch con của file này. Để truy cập dễ dàng mạch con này sẽ được đặt tên là SPWM – 555- DRV và được ghi vào DRIVER.LIB . 20MS UIC .END. Cách giải: Chúng ta có thể dùng bộ điều khiển độ rộng xung bằng số để kích các công tắc của mạch công suất trong vd 921 một số giao tiếp analog sẽ được dùng đến. Cách giải. sóng mang 800Hz, f=50Hz. Điện áp cổng 12V. Thực hiện chương trình mô phỏng PSPICE dùng IC 555 để vẽ đường điện áp cổng và điện áp tải trong một chu kỳ và vẽ phổ tần số điện áp tải. + - + - + - + -. Circuit EG1=V( 43, 40)*V(49,40) EG2=V( 43, 40)*(1-V(49,40)) R? R R3 C RG Load RL=2 MUSIG SW1 Xác đònh a. Giá trò hiệu dụng của điện áp tải. b. Công suất trung bình tải. *. Chương trình mô phỏng bằng PSPICE. W 9-1-1.CIR SPWM