2.2. Công cụ mô phỏng các hệ thống điện cơ SymPower System
2.2.6. Thư viện điện tử công suất
Điện tử công suất hiện đại dựa trên phương pháp biến đổi xung tạo ra năng lượng điện, phương pháp này đảm bảo hiệu suất cao cho thiết bị biến đổi.
Vì vậy trong thư viện của gói được xem xét đưa ra đầy đủ các khối của các thiết bị chuyển mạch. Kích hoạt hình ảnh Power Electronics mở ra cửa sổ với các hình họa mô hình của các khóa được điều khiển. Trên hình 2.64 đưa ra tất các các phần tử trong thư viện này.
Hình 2-64. Thành phần thư viện các phần tử Power Electronics
Trong thư viện chứa:
* Detailed thyristor – mô hình chi tiết của thyristors;
* Diode – đi ốt bán dẫn;
* Gto - thyristor khoá (Gate turn off);
* Ideal Swith – khóa được điều khiển lí tưởng;
* IGBT – Modul lưỡng cực dạng JGBT;
* Mosfet – transistor trường với cực cửa cách ly;
* Three-level Bridge – cầu ba pha;
* Thyristor – mô hình rút gọn của thyristor;
* Universal Bridge – khối cầu đa năng;
Ba khối cuối cùng đã xuất hiện ở phiên bản SIMULINK 5.
Trong gói thiếu mô hình transistor mà có ý nghĩa nổi bật nhất của gói – sự mô phỏng các sơ đồ điện tử, ở đó các transistor lưỡng cực thực tế không được ứng dụng, và ở đó cũng không tính tới các khả năng nhỏ của các phần tử điện tử dạng này hoặc dạng khác.
Tất nhiên người sử dụng có thể (trong trường hợp cần thiết) thiết lập một hệ thống con transistor lưỡng cực, ví dụ trên cơ sở mô hình khóa lí tưởng nhưng để mô phỏng các sơ đồ transistor thì tồn tại các chương trình phần mềm chuyên dụng. Các nhà sản xuất các thiết bị điện tử cho chúng ta những thư viện mô hình tiện lợi, ở đó có hàng chục nghìn mô hình, tất cả các khả năng thể hiện chính xác các nhãn cụ thể của đi ốt, transistor hoặc các phần tử khác.
Tất cả các mô hình phần tử chuyển mạch của thư viện Power Electoronics chứa mạch dập tắt nối tiếp RsCs của tín hiệu điện áp mà được kết nối với các đầu ra của mô hình. Cho các giá trị Cs là vô hạn và Rs bằng không đóng mạch mô hình (hình ảnh của thiết bị khi đó được thay bởi dây dẫn). Các mô hình cũng có đầu ra tương tự m để kết nối các thiết bị đo lường. Trên đầu ra này danh sách các giá trị dòng điện được thiết lập, dòng điện này đi qua thiết bị và điện áp trên nó trong quá trình mô phỏng, như thế cho phép xây dựng các hệ thống để điều khiển các tham số này.
Xem xét cụ thể hơn một vài khối đã cho.
Các đi ốt được mô phỏng bởi khối Diode. Trong đó chứa các tham số:
* điện trở Ron và điện cảm Lon khi mở trực tiếp;
* điện áp khi bắt đầu có dòng điện chạy qua đi ốt Vf;
* điện trở Rs và điện dung Cs;
* giá trị ban đầu của dòng điện đi qua đi ốt Ic (thường lấy giá trị mặc định
là 0).
Nhận thấy rằng mô hình đi ốt là gần đúng. Như thế khi dòng điện đi qua đi ốt bằng không khi đó điện áp trên đi ốt cũng bằng không. Trên đi ốt thực điện áp này bằng không. Đặc tuyến vôn-ampe được thay thế trong mô hình là tuyến tính.
Thyristor có hai mô hình Thyristor đơn giản và Detailed thyristor chính xác.
Cả hai mô hình được xây dựng trên cơ sở chuyển mạch lí tưởng với các phần tử mà mô phỏng các tham số còn lại của thyristor được mở. Đó là điện trở trong trạng thái mở Ron, điện cảm Lon và điện sụt áp Vf. Trong trạng thái tắt điện trở Thyristor (như một đi ốt) được coi bằng vô hạn. Thyristor bị tắt nếu tín hiệu điều khiển bằng không, cũng như vậy khi dòng điện trực tiếp của Thyristor sụt xuống đến không hoặc điện áp trên thiết bị nhận giá trị âm.
Mô hình chính xác của Thyristor cho phép khảo sát quá chỉnh chuyển mạch chính xác hơn. Nó có hai tham số bổ sung: dòng điện tắt I1 và thời gian tắt Tq mà đặc trưng cho sự trễ quá trình tắt.
Modul IGBT – là một hướng mới của điện tử công suất. Nó được tạo ra trên cơ sở phối hợp transistor lưỡng cực với các transistor trường. Đặc tuyến tĩnh vôn ampe của mô hình được đưa ra ở dạng hai đoạn thẳng (hình 2.65,a). Đoạn nhỏ nằm ngang – trạng thái tắt của mô hình, nằm nghiêng – trạng thái mở. Độ nghiêng cuối cùng được cho bởi điện trở của thiết bị trong trạng thái mở. Điện áp rơi được tính bởi tham số Vf ( như trong đi ốt ). Cấu trúc bên trong của mô hình được chỉ ra trên hình 2.65, b. Nó là một cái khóa mà có một điện trở nào đó và điện cảm (chúng được nhập trong cửa sổ tham số của khối) và điều khiển phần tử theo tín hiệu từ trước từ bên ngoài để đóng hoặc mở khóa.
a) b)
Hình 2-65. Đặc tuyến vôn ampe và cấu trúc bên trong của mô hình IBGT Các khối Three Bridge và Universal Bridge cho phép rút gọn sự mô phỏng các sơ đồ cầu mà chứa một vài các thiết bị chuyển mạch.