Hướng dẫn sử dụng phần mềm PSIM

GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM NỘI DUNG LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, mô hình hóa trở thành phương pháp hiệu nghiên cứu khoa học, thực tế sản SVTH: LÊ VIỆT LONG GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM xuất phục vụ giảng dạy học tập Trên thị trường giới xuất nhiều phần mềm Thiết kế - Mô mạch điện tử công suất Có thể kể phần mềm : PSPICE, TINA, MATLAB, SIMSEN, SUCCES, PSIM… Các phần mềm công cụ để giúp kỹ sư, nhà sản xuất tối ưu hóa công việc mình, từ tạo sản phẩm điện tử xác, đáng tin cậy giá thành thấp Ở nhiều trường Đại Học Cao Đẳng việc mô mạch điện tử nhiều khó khăn thiếu trang thiết bị thực hành Nhiều thiết bị mô cũ, số lượng module nên không đáp ứng hết nhu cầu giảng dạy học tập Để đáp ứng nhu cầu thực tiễn đặt chúng em lựa chọn đề tài “TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM” Trong trình tìm hiểu thực mô tránh khỏi sai sót.Em mong nhận ý kiến phản hồi để đồ án e hoàn thiện SVTH: LÊ VIỆT LONG GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM CHƯƠNG : LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN 1.1 Khái quát - PSIM phần mềm mạch hãng LAB-VOLT (Hoa Kỳ) - Một nhà sản xuất thiết bị dạy học tiếng viết đưa thị trường Đây phần mềm không mạnh học tập, giảng dạy mà tài liệu cho kỹ sư nghiên cứu, phân tích, khai thác mạch điện tử công suất, mạch điều khiển tương tự số, hệ truyền - động xoay chiều (AC), chiều (DC) PSIM chạy môi trường Microsoft Windows 98/NT/2000/XP với yêu cầu nhớ RAM tối thiểu 32 MB Chương trình thiết kế mạch PSIM chương trình có tính tương tác cao giao diện thư mục phần mềm soạn thảo mạch điện với người sử dụng Các phần tử mạch chứa menu Elements Các phần tử chia thành bốn nhóm là: Phần tử mạch công suất (Power), phần tử mạch điều khiển (Control), phần tử nguồn (Sources) phần tử khác (Others) Thư viện PSIM bao gồm hai phần: Thư viện hình ảnh (PSIMimage.lib) thư viện danh sách (PSIMLIB) Thư viện danh sách sửa đổi được, thư viện hình ảnh sửa đổi tạo lập thư viện hình ảnh riêng cho người - sử dụng Nhìn chung, PSIM đánh giá phần mềm dễ sử dụng, trực quan, dung lượng nhẹ mạnh lĩnh vực Điện tử công suất PSIM có ưu điểm mô độc lập mạch lực khối điều khiển xây dựng sẵn, ta việc lắp ghép Vì vậy, chúng em lựa chọn đề tài đồ án là: Khai thác phần mềm PSIM mô mạch điện tử công suất 1.2 Các phần mềm SVTH: LÊ VIỆT LONG GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM PSIM bao gồm chương trình: PSIM schematic PSIM simulator SIMVIEW Hình 1.1 Quá trình mô PSIM PSIM Schematic: chương trình thiết kế mạch PSIM Simulator : chương trình mô PSIM VIEW : chương trình hiển thị đồ thị sau mô PSIM biểu diễn mạch điện khối: Power circuit Switch controllers Sensors Control circuit Hình 1.2 Biểu diễn mạch điện PSIM SVTH: LÊ VIỆT LONG GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM - Power circuit: mạch động lực - Control circuit: mạch điều khiển - Sensors: hệ cảm biến - Switch controllers: điều khiển chuyển mạch Mạch động lực bao gồm van bán dẫn công suất, phần tử RLC, máy biến áp lực cuộn cảm san Mạch điều khiển biểu diễn sơ đồ khối, bao gồm phần tử miền S, miền Z, phần tử logic (ví dụ cổng logic,flip-flop) phần tử phi tuyến (ví dụ chia) Các phần tử cảm biến đo giá trị điện áp, dòng điện mạch lực để đưa tín hiệu đo mạch điều khiển Sau mạch điều khiển cho tín hiệu đến điều khiển chuyển mạch để điều khiển trình đóng cắt van bán dẫn mạch lực SVTH: LÊ VIỆT LONG GVHD: Lê Quốc Dũng SVTH: LÊ VIỆT LONG TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM CHƯƠNG 2: PHẠM VI ỨNG DỤNG 2.1 Các ưu điểm: PSIM có tích hợp khác mô-đun, danh sách đầy đủ mô tả PSIM tìm thấy Powersim trang web Có mô-đun cho phép mô động điều khiển, kiểm soát kỹ thuật số , tính toán tổn thất nhiệt chuyển đổi dẫn truyền Có mô-đun lượng tái tạo cho phép mô pin quang điện (bao gồm hiệu ứng nhiệt độ), pin, siêu tụ , tuabin gió Ngoài có số module cho phép đồng mô với tảng khác để xác minh VHDL Verilog mã để đồng mô với FEA chương trình Các chương trình mà PSIM đồng mô với là: Simulink , JMAG , ModelSim PSIM hỗ trợ tự động chuyển mã hệ với Module SimCoder mã để sử dụng với Texas Instruments F2833x F2803x cố định điểm xử lý tín hiệu kỹ thuật số từ cácloạt C2000 Với phiên 10.0.4 PSIM, PSIM hỗ trợ cho Freescale Semiconductor Kinetis V series MCU Ngoài ra, mô vi xử lý-In-Vòng PSIM hay PIL Mô-đun bổ sung phiên 10.0.4 Module cho phép người dùng điều khiển mô PSIM với mã thực TI DSP MCU PSIM có tốc độ mô nhanh nhiều so với Spice mô dựa sở sử dụng chuyển đổi lý tưởng Với thêm kỹ thuật số SimCoupler Modules gần loại thuật toán logic mô Kể từ PSIM sử dụng công tắc lý tưởng dạng sóng mô phản ánh điều này, làm cho PSIM phù hợp cho nghiên cứu cấp hệ thống chuyển đổi nghiên cứu trình chuyển đổi PSIM có giao diện đơn giản mô trực quan 2.2 Nhược điểm: - Phần mềm có nhược điểm Proteus không tránh khỏi nhươc điểm : + Phần mềm công ty nước nên tính chất quyền cao, biết đến nên khó kiếm thực tế SVTH: LÊ VIỆT LONG GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM + Trong thiết kế có nhiều phần Proteus chạy không theo quy tắc làm người sử dụng đôi lúc gặp khó khăn + Sử dụng phức tạp mạch vi xử lý hay mạch cần chỉnh sửa tính chất linh kiện (do nhiều tính chất phải điều chỉnh) CHƯƠNG : GIỚI THIỆU PHẦN MỀM 3.1 Giới thiệu chung 3.1.1 Khởi động chương trình Khi khởi động chương trình PSIM Schematic chạy đầu tiên, bạn vào File > New, giao diện sau: Menu toolbar Element toolbar Circuit window Hình 3.1 Giao diện chương trình PSIM Thanh chuẩn (Standard) gồm: File, Edit, View, Subcircuit, Element, Simulate, Option, Window, Help Mọi thao tác PSIM thực từ chuẩn Thanh công cụ gồm: New, Save, Open Và lệnh thường dùng Wire (nối dây), Zoom, Run Simulation (chạy mô phỏng) SVTH: LÊ VIỆT LONG GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM Thanh linh kiện thường dùng điện trở, cuộn cảm, tụ điện, diode, thyristor,… 3.1.1.1 Biểu diễn tham số phần tử Các tham số mối phần tử, phận mạch đối thoại ba cửa sổ PSIM bao gồm : - Các tham số (Parameters) - Các thông tin khác (Orther Info) - Màu sắc (Color) Hình 3.2 Cửa sổ trao đổi tham số PSIM Cửa sổ Parameters sử dụng trình mô phỏng, cửa sổ Orther Info không sử dụng cho mô mà dành cho người sử dụng, thông tin mục View/Element List.Ví dụ thông số loại thiết bị, tên nhà sản xuất, số sản xuất…Còn cửa sổ Color để xác định màu sắc cho phần tử Trên cửa sổ Parameters, tham số đưa vào dạng số thập phân dạng biểu thức toán học Ví dụ điện trở biểu diễn dạng sau: 12.5 ; 12.5 k ; 12.5 Ohm ; 12.5 kOhm ; 25/2 Ohm Các luỹ thừa sau sử dụng chữ để thể : 10 : G 10 : M 10 : K 10 −3 : m 10 −12 : p Các hàm toán học sau sử dụng: SVTH: LÊ VIỆT LONG 10 −6 : u 10 −9 : n GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM + phép cộng - phép trừ * phép nhân / phép chia ^ hàm mũ SQRT 3.2 hàm bậc hai SIN hàm sin COS hàm cos TAN hàm tang LOG hàm logarit số tự nhiên Một số phần tử mạch lực 3.2.1 Điện trở, điện cảm điện dung (RLC) Với PSIM, phần tử R, L, C rời rạc hay nhánh RLC mô tả với điều kiện đầu xác định (dòng điện L, điện áp C) Ngoài mạch ba pha đối xứng, nhánh RLC mô tả với điều kiện đầu xác định bằng ký hiệu “R3”, “RL3”, “RC3” “RLC3” Hình 3.3 ký hiệu phần tử RLC pha ba pha 3.2.2 Các khoá chuyển mạch Có hai dạng khoá đóng cắt PSIM : theo kiểu khoá gồm hai trạng thái (đóng mở khoá), hai theo SVTH: LÊ VIỆT LONG 10 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM CHƯƠNG 4: VÍ DỤ MINH HỌA 4.1 Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha – động điện chiều có đảo chiều Hình 4.1: Sơ đồ khối kênh điều khiển chỉnh lưu tia pha cho động điện có đảo chiều Ta cần tạo nguồn điên áp ± 12 (V) để cấp cho biến áp xung, nuôi IC , bô điều chỉnh dòng điên, tốc đô điên áp đặt tốc đô Hình 4.2 : Sơ đồ tạo nguồn nuôi 12 V *Mô SVTH: LÊ VIỆT LONG 25 GVHD: Lê Quốc Dũng 4.1.1 TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM Khâu đồng pha *Tính chọn khâu đồng pha: Điên áp tụ hình thành nạp tụ C 1, mạt khác để bảo đảm điên áp tụ có môt nửa chu kỳ điên áp lưới tuyến tính số thời gian tụ nạp Tr= R3 C1= 0,005 (s) Chọn tụ C1= 1.6 (nF) điên trở R3= Tr/ C1= 0,005 / 0.22 10-6 Trên thực tế, ta chọn R2= 2500 Chọn điện áp xoay chiều đồng pha: UA = 12 V; Chọn didot ổn áp :12 V để ổn định điện ap 12V *Tính chọn nguồn nuôi : Ta cần tạo nguồn điên áp ± 12 (V) để cấp cho biến áp xung, nuôi IC , bô điều chỉnh dòng điên, tốc đô điên áp đặt tốc đô Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu pha dùng điôt, điên áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi:8v Để ổn định điên áp nguồn nuôi ta dùng vi mạch ổn áp 7812 7912, thông số chung vi mạch này: Điên áp đầu vào : U = 7^35 (V) Điên áp đầu : U = 12(V) với IC 7812 U = -12(V) với IC 7912 V ra Dòng điên đầu :I = 0^1 (A) Tụ điên C , C dùng để lọc thành phần sóng dài bậc cao Chọn C = C =C =Cj = 470 (|uF) ; U= 35 V 4 5 Hình 4.3 : Khâu đồng pha dùng khuyếch đại thuật toán SVTH: LÊ VIỆT LONG 26 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM Hình 4.4:Mô khâu đồng hóa 4.1.2 Khâu so sánh Hình 4.3:khâu so sánh dung cổng đảo khuyếch đại tuyến tính Để xác định thời điểm cần mở Tiristo cần so sánh hai tín hiệu Uđk Urc Tại thời điểm Uđk = Urc, đầu vào Tr lạt trạng thái từ khoá sang mở (hay ngược lại từ mở sang khoá), làm cho điện áp bị lạt trạng thái, đánh dấu thời điểm cần mở Tiristo Với mức đô mở bão hoà Tr phụ thuôc vào hiệu Uđk ± Urc = Ub, hiệu có môt vùng điện áp nhỏ hàng mV, làm cho Tr không làm việc chế'" đô đóng cắt ta mong muốn, nhiều làm thời điểm mở Tiristo bị lệch xa so với điểm cần mở Uđk = Urc SVTH: LÊ VIỆT LONG 27 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM KĐTT có hệ số khuyếch đại vô lớn, cần môt tín hiệu nhỏ (cỡ ^V) đầu vào, đầu có điện áp nguổn nuôi, nên việc ứng dụng KĐTT làm khâu so sánh hợp lý Các sơ đổ so sánh dùng KĐTT hình 8.11b,c thường gặp sơ đổ mạch Ưu điểm hẳn sơ đổ phát xung điều khiển xác Uđk = Urc Khuếch đại thuât toán chọn loại TL 084 Chọn : Nếu nguồn nuôi Vcc=± 12 (V) Thì điên áp vào A3là Uv[...]... LONG 32 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM Hình 4.10:Kết quả mô phỏng SVTH: LÊ VIỆT LONG 33 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM 4.3 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển Hình 4.11: Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển Hình 4.12: Kết quả mô phỏng sóng điện và điện áp phía lưới SVTH: LÊ VIỆT LONG 34 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM 4.4 Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều... HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM Hình 3.19 Ký hiệu xung hình thang và xung chữ nhật 3.3.3.4 Khối trễ thời gian (time delay block) Khối này sẽ tạo trễ một khoảng thời gian của dạng sóng đầu vào, ví dụ như chúng được sử dụng vào mô hình của phần tử truyền sóng có trễ hay phần tử logic Để mô tả khối trễ thời gian chỉ cần xác định thời gian trễ tính theo giây (s) Hình 3.20 Ký hiệu khối trễ thời gian 3.3.4 Các phần tử... Thiết kế mạch điện Thiết kế mạch băm áp một chiều sử dụng hai khối điều khiển cho IGBT: Gating block hoặc switch controller với tần số đóng cắt của độ băm là 5 kHz 3.6.2 Cài đặt tham số cho các phần tử của mạch lực Để cài đặt các tham số vào một phần tử, trước tiên ta nháy kép chuột trái vào phần tử đó, trên màn hình xuất hiện cửa số đối thoại để người sử dụng có thể đưa tham số vào Hình 3.29 Thiết kế... GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM Hình 3.31 hộp thoại tham số các phần tử mạch điều khiển dùng switch controller 3.6.4 Chạy mô phỏng Sau khi thiết kế mạch, mô tả và cài đặt các tham số cho tất cả các phần tử trong mạch, ta tiến hành mô phỏng mạch bằng cách ấn nút chuột trái lên ký hiệu khởi động mô phỏng (Run Psim) trên thanh công cụ của cửa sổ mạch thiết kế khi đó Psim sẽ khởi động và chạy chương... Để đổng dạng về linh kiện, khâu tao chùm xung cũng có thể sử dụng KĐTT sơ đổ dao động đa hài hình có ưu điểm hơn các sơ đồ tạo xung chùm về mức độ đơn giản, do đó được sử dụng khá rộng rãi trong các mạch tạo xung chữ nhật *Tính toán khâu tạo xung chùm *Tính toán khâu tạo xung chùm SVTH: LÊ VIỆT LONG 28 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM Mạch tạo chùm xung có tần số f= 1/2fx= 10 ( kHz) hay... TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM Mô phỏng -Sau khi hoàn chỉnh 1 pha ta mô phỏng được điện áp điều khiển 1 pha và 3 của mạch chỉnh lưu cho động cơ điện 1 chiều Hinh 4.8:mô phỏng điện áp điều khiển của 3 kênh 4.2 Thiết kế mạch chỉnh lưu có điều khiển hệ thống kích từ máy phát SVTH: LÊ VIỆT LONG 31 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM Hình 4.9: sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển mô phỏng bằng PSIM SVTH:... cổng được xác định ở phần trên - Dùng dây nối vào các điểm nối tương ứng 3.5 Các bước tiến hành mô phỏng mạch điện tử công suất Để tiến hành khảo sát một mạch điện tử công suất, cần tiến hành các bước sau : 1 Xác định mô hình các phần tử bán dẫn cần có để thiết lập mạch cần khảo sát, nhất là các van bán dẫn công suất SVTH: LÊ VIỆT LONG 20 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM 2 Thiết lập sơ đồ... cho mạch hình bên phải Hình 3.32 Cửa sổ lựa chọn hiển thị các đường cong kết quả SVTH: LÊ VIỆT LONG 23 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM H ình 3.33 Đường cong kết quả mô phỏng I(L1) V1 với f=5000 Hz SVTH: LÊ VIỆT LONG 24 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM CHƯƠNG 4: VÍ DỤ MINH HỌA 4.1 Thiết kế bộ chỉnh lưu hình tia ba pha – động cơ điện một chiều có đảo chiều Hình 4.1: Sơ đồ khối 1... 11 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM Frequency: tần số làm việc khi nối với các khoá điện tử Number of points: số lần tác động trong một chu kỳ Switching points: Góc tác động trong một chu kỳ 3.2.4 Máy biến áp Có các loại như : Máy biến áp lý tưởng, máy biến áp một pha và ba pha với các kiểu đấu dây Trên Psim các loại máy biến áp một pha sau đây được sử dụng : - Một cuộn dây sơ cấp và một... ba pha SVTH: LÊ VIỆT LONG 17 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM 3.4.1.3 Nguồn sóng chữ nhật Có 2 loại nguồn sóng chữ nhật : nguồn áp (VSQU) và nguồn dòng (ISQU) có ký hiệu như ở hình 2.27 Hình 3.25 Ký hiệu nguồn sóng chữ nhật 3.4.1.4 Cảm biến điện áp/dòng điện Các cảm biến sẽ đo giá trị điện áp và dòng điện trong mạch động lực để sử dụng trong mạch điều khiển Cảm biến dòng sẽ có nội trở là