Ứng dụng phần mềm PSIM mô phỏng mạch Điện tử công suất

Trong những năm gần đây, mô hình hóa trở thành phương pháp rất hiệu quả trong nghiên cứu khoa học, trong thực tế sản xuất cũng như trong phục vụ giảng dạy và học tập. Trên thị trừờng thế giới cũng đã xuất hiện rất nhiều phần mềm thiết kế – mô phỏng mạch điện tử công suất như: PSPICE, TINA, MATLAB, SIMSEN, SUCCES, PSIM. Các phần mềm này chính là công cụ để hỗ trợ người dùng tối ưu hóa điều khiển mạch điện tử công suất, nâng cao năng suất và chất lượng công việc. KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUI SỐ 54/2021 Ứng dụng phần mềm PSIM mô mạch Điện tử công suất Nguyễn Thị Mến1,* Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh * Email: [email protected] Mobile: 0385702968 Từ khóa: Điện tử cơng suất; mơ mạch chỉnh lưu có điều khiển; PSIM Tóm tắt Trong năm gần đây, mơ hình hóa trở thành phương pháp hiệu nghiên cứu khoa học, thực tế sản xuất phục vụ giảng dạy học tập Trên thị trừờng giới xuất nhiều phần mềm thiết kế – mô mạch điện tử công suất : PSPICE, TINA, MATLAB, SIMSEN, SUCCES, PSIM… Các phần mềm cơng cụ để hỗ trợ người dùng tối ưu hóa điều khiển mạch điện tử công suất, nâng cao suất chất lượng công việc PSIM đánh giá phần mềm dễ sử dụng, trực quan, dung lượng nhẹ phổ biến lĩnh vực Ðiện tử công suất Dựa phương pháp mô sử dụng PSIM đơn giản hố mạch điều khiển chỉnh lưu, kết đầu PSIM đặc tính cần tìm ( điện áp, dịng điện, vv) đặc biết điều chỉnh góc pha cách dễ dàng, không bị ảnh hưởng nhân tố khác Giới thiệu Phần mềm PSIM (Power Electronics Simulation Software), phần mềm mạch hãng LAB-VOLT (Hoa Kỳ) – nhà sản xuất thiết bị dạy học tiếng viết đưa thị trường Ðây 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) hay 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 Với báo xây dựng đường đặc tính theo u cầu tốn cách xác Từ đưa phương pháp điều khiển hiệu Thông qua việc nghiên cứu ứng dụng PSIM Điện tử công suất đem lại nhiều lợi ích cho việc tìm hiểu, nghiên cứu đặc biệt giúp cho học sinh có nhìn trực quan q trình học Cơ sở lý thuyết 2.1.Tổng quan phần mềm PSIM 2.1.1 Cấu trúc PSIM bao gồm chương trình:  PSIM Schematic: Chương trình thiết kế mạch  PSIM Simulator : Chương trình mơ  PSIM VIEW chương trình hiển thị đồ thị sau mơ PSIM biểu diễn mạch điện khối: KH&CN QUI Hình Biểu diễn mạch điện PSIM Power circuit: Mạch động lực Control circuit: Mạch điều khiển Sensors: Hệ cảm biến Switch controllers: Bộ 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, flipflop) phần tử phi tuyến (ví dụ chia) Các phần tử cảm biến 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 2.1.2 Giới thiệu phần tử PSIM *Điện trở, điện cảm điện dung ( RLC Branch) Trong thư viện bao gồm số phần tử như: Resistor: (điện trở) ; Inductor (điện cảm); Capacitor (Tụ điện); RL(nhánh điện trở, điện cảm ) vv; khoá chuyển mạch mô – đun chuyển đổi (Switches) SỐ 54/2021 Các khố chuyển mạch có hai dạng khố đóng cắt PSIM: Một theo kiểu khố gồm hai trạng thái (đóng mở khố), hai theo kiểu ba trạng thái (đóng, mở làm việc chế độ khuyếch đại tuyến tính) Khố hai trạng thái bao gồm: điôt (DIODE), diac (DIAC), Thyristor (THY), triac (TRIAC), GTO, tranzito công suất theo kiểu npn (NPN) pnp (PNP), IGBT, MOSFET kênh n (MOSFET_n) kênh p (MOSFET_p), khóa hai chiều (SSWI) *Các mơđun chuyển đổi: Chỉnh lưu cầu pha dùng diôt (1-ph Diode Bridge), chỉnh lưu cầu pha dùng Thyristor (1-ph Thyristor Bridge), chỉnh lưu cầu pha dùng diôt (3-ph Diode Bridge), chỉnh lưu cầu pha dùng thyristor (3-ph Thyristor Bridge), chỉnh lưu tia pha dùng Thyristor (3-ph Thyristor Half-bridge) *Khối điều khiển (Switch Gating Block) Khối nối với cực điều khiển khoá điện tử hai trạng thái kể xác định tính chất trực tiếp block Gating Mô tả Gating block * Máy biến áp (Transformers) Trên PSIM có loại máy biến áp ba pha trụ sau : Máy biến áp pha cuộn dây có đầu dây đầu cuối cuộn dây (TF_3F) ; máy biến áp pha nối Y/Y Y/∆ (TF_3YY/TF_3YD) ; máy biến áp pha cuộn dây nối Y/Y/∆ Y/ ∆∆ / (TF_3YYD/TF_3YDD) 2.1.3 Một số phần tử mạch điều khiển (Control) *Khối hàm truyền : Khối hàm truyền bao gồm khối : khối tỷ lệ, khối tích phân, khối vi phân, khối tích phân – tỷ lệ khối lọc *Các khối tính tốn: Bao gồm khối khối cộng, khối nhân chia, khối hàm bậc hai, mũ, luỹ thừa, logarit, khối hàm tính giá trị hiệu dụng RMS, khối hàm trị tuyệt đối dấu, khối hàm lượng giác khối biến đổi Fourier nhanh FFT *Thư viện Other Bộ điều khiển chuyển mạch (Switch Controllers) – Bộ điều khiển khố đóng cắt (On-off Controller) – Bộ điều khiển góc mở (Alpha Controller) + Cảm biến (Sensors) – Cảm biến điện áp (Voltage Sensor) – Cảm biến dòng điện (Current Sensor) + Ðồng hồ (probes) – Ðồng hồ đo điện áp: Trong PSIM có đồng hồ đo điện áp chiều, đồng hồ đo điện áp xoay chiều – Ðồng hồ đo dịng điện: Trong PSIM có đồng hồ đo dòng điện chiều đo dòng điện xoay chiều KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUI – Ðồng hồ đo điện * Thư viện Sources (Nguồn) – Nguồn điện áp (Voltage Sources) : Trong PSIM có nguồn điện áp chiều (DC), nguồn điện áp xoay chiều pha hình Sin (Sine), nguồn điện áp xoay chiều ba pha hình sin (3-ph Sine) – Nguồn dịng điện (Current Sources): Trong PSIM có nguồn dịng chiều (DC), nguồn dịng xoay chiều pha hình Sin (Sine) *Thư viện Other + Bộ điều khiển chuyển mạch (Switch Controllers) – Bộ điều khiển khố đóng cắt (On-off Controller) – Bộ điều khiển góc mở a (Alpha Controller) + Cảm biến (Sensors) – Cảm biến điện áp (Voltage Sensor) – Cảm biến dòng điện (Current Sensor) + Ðồng hồ (probes) – Ðồng hồ đo điện áp: Trong PSIM có đồng hồ đo điện áp chiều, đồng hồ đo điện áp xoay chiều – Ðồng hồ đo dòng điện: Trong PSIM có đồng hồ đo dịng điện chiều đo dòng điện xoay chiều – Ðồng hồ đo điện * Thư viện Sources (Nguồn) – Nguồn điện áp (Voltage Sources) : Trong PSIM có nguồn điện áp chiều (DC), nguồn điện áp xoay chiều pha hình Sin (Sine), nguồn điện áp xoay chiều ba pha hình sin (3-ph Sine) – Nguồn dịng điện (Current Sources): Trong PSIM có nguồn dịng chiều (DC), nguồn dịng xoay chiều pha hình Sin (Sine) vv 2.2 Các bước tiến hành mô mạch điện tử cơng suất Bước 1: Xác định mơ hình phần tử bán dẫn cần có để thiết lập mạch cần khảo sát Bước 2: Vẽ sơ đồ nguyên lý: – Khởi động PSIM từ biểu tượng – Mở trang để vẽ mạch nguyên lý: File → New (Ctrl+N) khởi động PSIM từ biểu tượng: – Mở trang để vẽ mạch nguyên lý: File → New (Ctrl+N) ấn nút – Tiếp theo lấy linh kiện thư viện linh kiện phần mềm xếp linh kiện gọn gàng, hợp lý, dây nối linh kiện với tạo thành mạch, sau gán thơng số cho linh kiện Bước 3: Tiến hành chạy mô phỏng, thường chia làm bước: KH&CN QUI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUI – Chạy thử chương trình với chế độ quen thuộc mà kết biết trước để kiểm tra độ xác mạch – Khi mạch đạt đủ độ tin cậy, tiến hành mô với chế độ cần khảo sát theo yêu cầu đặt Mô mạch chỉnh lưu dùng Ðiôt * Mạch chỉnh lưu cầu pha dùng Ðiôt tải R+E với R =10 (Ώ), E = 100 (V) a, Lấy linh kiện: Nguồn xoay chiều pha hình sin: Elements → Power → Sine ( ý trước đặt linh kiện xuống xoay chúng chuột phải) Ðặt tên thông số cách kích đúp lên linh kiện ( tích vào display muốn tên linh kiện lên mạch) + Biến áp: Elements → Power → Transformers → 1- Ph transformers + Van Ðiôt: Elements → Power → Switches → Ðiôt + Tải R: Elements → Power → RLC Branches → Resistor + Suất điện động phản kháng chiều E: Elements → Sources → Voltage → DC + Lấy đồng hồ đo hiệu điện thế: Elements → Other → Probes → Votlage Probe + Lấy đồng hồ đo dòng điện: Elements → Other → Probes → Current Probe Nối dây: Chọn Edit → Wire nút công cụ để vẽ dây nối linh kiện với Hình Sơ đồ nối dây mạch chỉnh lưu cầu pha dùng điơt Sau chương trình Sim View tự động chạy cho phép ta chọn đại lượng muốn hiển thị đồ thị sóng, ta kích vào đại lượng muốn hiển thị → ADD → OK Sẽ thu đồ thị dạng sóng sau : Hình Kết mơ psim mạch chỉnh lưu cầu pha không điều khiển KH&CN QUI SỐ 54/2021 2.3 Ứng dụng phần mềm PSIM thiết kế mạch điều khiển 2.3.1 Giới thiệu chung mạch điều khiển * Sơ đồ khối: Hình Sơ đồ khối mạch điều khiển – ÐBH & FSRC: Khâu đồng hóa phát sóng cưa – SS: Khâu so sánh – SX: Khâu sửa xung – KÐ & TX: Khâu khuếch đại truyền xung * Các yêu cầu chung mạch điều khiển + Phát xung điều khiển đến van theo pha với góc điều khiển cần thiết + Ðảm bảo phạm vi điều chỉnh góc điều khiển αmin÷ αmax tương ứng với phạm vi thay đổi điện áp tải mạch lực + Cho phép chỉnh lưu làm việc bình thường với chế độ khác tải yêu cầu chế độ khởi động, chế độ nghịch lưu, chế độ dòng điện liên tục hay gián đoạn, chế độ hãm hay đảo chiều điện áp + Chế độ đối xứng điều khiển tốt, khơng vượt q 1o ÷3o (Tức góc điều khiển với van khơng lệch giá trị trên) + Ðảm bảo mạch hoạt động ổn định tin cậy lưới điện xoay chiều dao động giá trị điện áp tần số + Có khả chống nhiễu cơng nghiệp tốt + Ðộ tác động mạch điều khiển nhanh, 1ms + Thực yêu cầu bảo vệ chỉnh lưu từ phía điều khiển cần + Ðảm bảo xung điều khiển đưa tới van đảm bảo van mở 2.3.2 Khâu đồng hoá phát sóng cưa Khâu đồng có nhiệm vụ: + Chuyển đổi điện áp có giá trị cao xuống giá trị thấp phù hợp với mạch điều khiển + Cách ly hoàn toàn điện áp mạch lực mạch điều khiển Khâu tạo xung cưa: Khâu tạo điện áp cưa cấp cho khâu so sánh, đảm bảo cho vùng điều chỉnh đủ rộng để đáp ứng yêu cầu vùng điều khiển, độ xác tính ổn định điều khiển xung SỐ 54/2021 Hình Sơ đồ mạch ĐBH FXRC mô PSIM 2.3.3 Khâu so sánh Khâu so sánh có chức so sánh điện áp cưa với điện áp điều khiển để định thời diểm phát xung điều khiển, thông thường điểm điện áp Nói cách khác khâu xác định góc điều khiển α KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ QUI Hình Mạch mơ khâu khuếch đại xung PSIM Kết 3.1 Mạch chỉnh lưu pha hình tia chu kỳ tải RL (dùng máy biến áp có điểm giữa) Hình Sơ đồ mạch khâu so sánh Hình Sơ đồ mạch PSIM 2.3.4 Khâu sửa xung Khâu sửa xung có nhiệm vụ sửa xung chưa phù hợp thời gian tồn thành xung có thời gian tồn phù hợp Sau chạy mô thu kết sau: Hình 10 Kết mơ PSIM 3.2 Chỉnh lưu cầu pha dùng thyristor, tải trở cảm RL Hình Sơ đồ mạch sửa xung (tạo PSIM) 2.3.5 Khâu khuếch đại xung Khâu khuếch đại xung có nhiêm vụ làm tăng cơng suất xung khâu tạo xung hình thành đủ mạnh để mở van Hình 11 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu pha có điều khiển tải RL KH&CN QUI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ QUI Hình12 Kết mô PSIM 3.3 Chỉnh lưu cầu pha dùng thyristor tải RL Hình 13 Sơ đồ nguyên lý mạc chỉnh lưu cầu pha có điều khiển tải RL Hình 14 Kết mơ PSIM Thảo luận Với việc dựa theo thông số cho trước thành phần mạch sinh viên vẽ đường đặc tính với độ xác cao tương ứng với lần thay đổi góc pha giá trị thành phần mạch Từ phân tích đặc tính dễ dàng, đặc biệt góc pha chế KH&CN QUI SỐ 54/2021 độ gián đoạn cận gián đoạn Hay xảy tượng trùng dẫn van để tìm hướng hiệu phù hợp với yêu cầu tốn Dựa vào cơng cụ mơ phần mềm PSIM tiến hành mô kiểm chứng kết khách quan nhất, sinh động Mặc dù báo đưa kết dạng mô qua thấy hữu dụng phạm vi dạy học đặc biệt trình thực hành em sinh viên Việc nghiên cứu toán phức tạp đưa vào ứng dụng thực tế vấn đề dự định tiếp tục phát triển nghiên cứu thời gian tới Kết luận Với đề tài “Ứng dụng phần mềm PSIM mô mạch Điện tử công suất” giải vấn đề như: – Giúp sinh viên dễ dàng sử dụng phần mềm mô PSIM – Thiết kế mạch lực mạch điều khiển chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển, điều khiển hồn tồn, vv – Mơ loại mạch điện tử công suất phần mềm PSIM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Phạm Quốc Hải, (2019), Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất NXB KHKT, Hà Nội [2] Nguyễn Bính,(2017), Điện tử cơng suất ,NXB KHKT, Hà Nội [3] Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi, (2007) Phân tích giải mạch điện tử cơng suất, NXB KHKT, Hà Nội [4] Phạm Quang Huy, Lê Hoàng Minh, Lê Nguyễn Hồng Phong, (2014), Điện tử công suất hướng dẫn sử dụng PSIM, Nhà xuất Bách khoa Hà Nội http://www.PSIM.com/answers http://www.powersimtech.com … viên dễ dàng sử dụng phần mềm mô PSIM – Thiết kế mạch lực mạch điều khiển chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển, điều khiển hoàn toàn, vv – Mô loại mạch điện tử công suất phần mềm PSIM TÀI LIỆU THAM… cứu toán phức tạp đưa vào ứng dụng thực tế vấn đề dự định tiếp tục phát triển nghiên cứu thời gian tới Kết luận Với đề tài ? ?Ứng dụng phần mềm PSIM mô mạch Điện tử công suất? ?? giải vấn đề như: -… dẫn thiết kế điện tử công suất NXB KHKT, Hà Nội [2] Nguyễn Bính,(2017), Điện tử công suất ,NXB KHKT, Hà Nội [3] Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi, (2007) Phân tích giải mạch điện tử công suất, NXB

– Xem thêm –

Xem thêm: Ứng dụng phần mềm PSIM mô phỏng mạch Điện tử công suất,

Source: https://thomaygiat.com
Category : Điện Tử