Giáo trình Ứng dụng PSIM trong điện tử công suất: Phần 1

Chia sẻ: Tri Nhân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:120

Thêm vào BST

Báo xấu

68
lượt xem 17
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình “Ứng dụng PSIM trong điện tử công suất” được biên soạn dựa trên cơ sở chương trình môn học Điện tử công suất, dùng trong các trường cao đẳng, đại học khối công nghệ. Nó cung cấp cho sinh viên những kiến thức và kỹ năng cơ bản nhất của môn học. Nội dung của giáo trình gồm sáu chương và được chia thành 2 phần, phần 1 gồm 2 chương với những nội dung về : cài đặt và sử dụng phần mềm PSIM, các mạch chỉnh lưu không điều khiển. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Ứng dụng PSIM trong điện tử công suất: Phần 1

ThS. ĐỖ ĐỨC TRÍ - ThS. VƯƠNG THỊ NGỌC HÂN GIÁO TRÌNH ỨNG DỤNG PSIM TRONG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT (Giáo trình dành cho sinh viên ngành Điện - Điện tử)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ******************* ThS. ĐỖ ĐỨC TRÍ ThS. VƯƠNG THỊ NGỌC HÂN GIÁO TRÌNH (Giáo trình dùng cho sinh viên ngành Điện - Điện tử) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2015
LỜI NÓI ĐẦU Cuốn sách đầu tiên của tác giả nói về chủ đề Điện tử thực hành được xuất bản vào năm 2010 có nội dung chủ yếu về điện tử căn bản. Nhờ cách diễn đạt các vấn đề gần gũi với thực tế, dễ tiếp thu với những người chuyên về ứng dụng, cuốn sách nói trên đã được bạn đọc tiếp nhận một cách trân trọng. Cuốn sách thứ hai “Ứng dụng PSIM trong điện tử công suất ” sẽ góp phần hỗ trợ cho các trường cao đẳng nghề, trung cấp nghề, các trung tâm cơ sở vật chất chưa đầy đủ hoặc các sinh viên trong trường đại học… Nội dung cuốn sách chủ yếu phân tích các mạch công suất và mô phỏng trên cơ sở lý thuyết. Nói cách khác cuốn sách “Ứng dụng PSIM trong điện tử công suất” giống như một bộ thực hành mô hình ảo giúp cho bạn đọc hiểu sâu về lý thuyết và nhận thức rõ ràng các mô hình thực. Cuốn sách “Ứng dụng PSIM trong điện tử công suất” được biên soạn dựa trên cơ sở chương trình môn học Điện tử công suất, dùng trong các trường cao đẳng, đại học khối công nghệ. Nó cung cấp cho sinh viên những kiến thức và kỹ năng cơ bản nhất của môn học. Nội dung của giáo trình gồm sáu chương CHƯƠNG 1: Cài đặt và sử dụng phần mềm PSIM CHƯƠNG 2: Các mạch chỉnh lưu không điều khiển CHƯƠNG 3: Các mạch chỉnh lưu có điều khiển CHƯƠNG 4: Bộ biến đổi AC – AC CHƯƠNG 5: Bộ biến đổi DC – DC CHƯƠNG 6: Bộ nghịch lưu Mặc dù tác giả đã rất cố gắng, song giáo trình không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự chỉ dẫn, góp ý của độc giả, nhất là các thầy cô đang trực tiếp giảng dạy môn học Điện tử công suất tại các trường đại học, cao đẳng khối công nghệ, để những lần tái bản tới, giáo trình được hoàn thiện hơn. Chúng tôi trân trọng cảm ơn sự ủng hộ, góp ý của độc giả! Những góp ý của các bạn đọc xin liên hệ: Email: doductri2000@yahoo.com Tác giả Đỗ Đức Trí 3
MỤC LỤC Trang Lời nói đầu................................................................................................ 3 Mục lục ..................................................................................................... 5 Phần 1: Giới thiệu PSIM 9.0.3 và hướng dẫn cài đặt ............9 Chương 1: Cài đặt và sử dụng phần mềm PSIM ................................ 11 I. Giới thiệu PSIM 9.0.3 .......................................................................... 11 II. Cài đặt và cập nhật PSIM 9.0.3 ........................................................... 12 III. Hướng dẫn sử dụng phần mềm PSIM 9.0.3....................................... 19 1. Mô phỏng mạch điện ..................................................................... 20 2. Biểu diễn tham số các phần tử ........................................................ 20 3. Các phần tử mạch động lực ............................................................. 21 4. Các phần tử mạch điều khiển .......................................................... 34 5. Các phần tử khác ............................................................................. 50 6. Phân tích đặc tính ............................................................................ 66 7. Thiết kế giản đồ mạch điện ............................................................. 70 8. Biến đổi dạng sóng của kết quả mô phỏng ..................................... 78 9. Thiết lập thông số cho PSIM và điều chỉnh kiểu chữ - màu cho hình vẽ .................................................................................... 85 Phần 2: Mô phỏng các mạch chỉnh lưu bằng phần mềm PSIM..................................................................................................... 89 Chương 2: Mạch chỉnh lưu không điều khiển .................................... 91 I. Chỉnh lưu tia một pha ......................................................................... 91 1. Tải R ............................................................................................... 91 2. Tải R+L .......................................................................................... 95 3. Tải R+E .......................................................................................... 98 4. Tải R+L+E ..................................................................................... 99 5
II. Chỉnh lưu tia hai pha ........................................................................ 101 1. Tải R ............................................................................................. 101 2. Tải R+L ........................................................................................ 102 3. Tải R+E ........................................................................................ 104 4. Tải R+L+E ................................................................................... 105 III. Chỉnh lưu cầu một pha .................................................................... 107 1. Tải R ............................................................................................. 107 2. Tải R+L ........................................................................................ 108 3. Tải R+E ........................................................................................ 109 IV. Chỉnh lưu tia ba pha ....................................................................... 111 1. Tải R ............................................................................................. 111 2. Tải R+L ........................................................................................ 112 3. Tải R+E ........................................................................................ 114 V. Chỉnh lưu cầu ba pha ........................................................................ 117 1. Tải R ............................................................................................. 117 2. Tải R+E ........................................................................................ 118 VI. Chỉnh lưu tia sáu pha không có cuộn kháng cân bằng .................... 120 1. Tải R ............................................................................................. 120 2. Tải R+E ........................................................................................ 122 Chương 3: MẠCH CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN ....................... 125 I. Chỉnh lưu tia một pha có điều khiển .................................................. 125 1. Tải R ............................................................................................. 125 2. Tải R+L ........................................................................................ 131 3. Tải R+E ........................................................................................ 133 4. Tải R+L+E ................................................................................... 135 II. Chỉnh lưu tia hai pha có điều khiển ................................................. 137 1. Tải R ............................................................................................. 137 2. Tải R+L ........................................................................................ 139 3. Hiện tượng trùng dẫn ................................................................... 142 4. Tải R+E ........................................................................................ 144 III. Chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển .............................................. 146 1. Tải R ............................................................................................. 146 2. Tải R+L điều khiển toàn phần ...................................................... 148 6
3. Tải R+L điều khiển bán phần ....................................................... 151 4. Hiện tượng trùng dẫn .................................................................... 153 5. Tải R+E ......................................................................................... 155 6. Tải R+L+E .................................................................................... 157 IV. Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển .................................................. 159 1. Tải R ............................................................................................. 159 2. Tải R+L ........................................................................................ 161 3. Tải R+E ........................................................................................ 163 4. Tải R+L+E ................................................................................... 165 V. Chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển toàn phần ................................ 168 1. Tải R điều khiển toàn phần ........................................................... 168 2. Tải R+L điều khiển toàn phần ...................................................... 170 3. Tải R+L+E điều khiển toàn phần .................................................. 173 4. Tải R+L điều khiển bán phần........................................................ 174 VI. Chỉnh lưu tia sáu pha không có cuộn kháng cân bằng có điều khiển ...................................................................................................... 177 1. Tải R (ba pha kép) ......................................................................... 177 2. Tải R+L ......................................................................................... 180 3. Tải R+L+E .................................................................................... 182 Chương 4: Bộ biến đổi AC – AC ........................................................ 185 I. Bộ biến đổi một pha ....................................................................... 185 1. Tải R ............................................................................................. 185 2. Tải R+L ........................................................................................ 186 II. Bộ biến đổi ba pha có trung tính ...................................................... 189 1. Tải R ............................................................................................. 189 2. Tải R+L ........................................................................................ 190 III. Bộ biến đổi ba pha tải đấu sao không trung tính ............................ 193 1. Tải R ............................................................................................. 193 2. Tải R+L ........................................................................................ 196 IV. Bộ biến đổi ba pha tải đấu tam giác ............................................... 199 1. Tải R ............................................................................................. 199 7
Chương 5: Bộ biến đổi DC – DC ........................................................ 201 I. Bộ biến đổi giảm áp BUCK ............................................................... 201 1. Cơ sở lý thuyết ....................................................................... 201 2. Mạch điện cần mô phỏng ............................................................. 202 II. Bộ biến đổi tăng áp BOOST ............................................................. 204 1. Cơ sở lý thuyết ....................................................................... 204 2. Mạch điện cần mô phỏng ............................................................. 206 III. Bộ biến đổi tăng, giảm áp BUCK - BOOST .................................. 207 1. Cơ sở lý thuyết ....................................................................... 207 2. Mạch điện cần mô phỏng ............................................................. 209 Chương 6: Bộ nghịch lưu .................................................................... 211 I. Nghịch lưu một pha ........................................................................... 211 1. Nghịch lưu nửa cầu theo giải thuật ON/OFF(hai nguồn dc)......... 211 2. Nghịch lưu cầu theo giải thuật ON/OFF(một nguồn dc) .............. 214 3. Nghịch lưu nửa cầu theo giải thuật SINPWM (hai nguồn dc ) ..... 217 4. Nghịch lưu cầu theo giải thuật SINPWM(một nguồn dc) ............ 220 II. Nghịch lưu ba pha kiểu sáu bước ...................................................... 223 1. Nghịch lưu sáu bước dẫn 1200 lệch 600 tải R ................................ 223 2. Nghịch lưu sáu bước dẫn 1800 lệch 600 tải R ................................ 227 III. Nghịch lưu ba pha hai bậc SINPWM ............................................. 231 1. Tải R ............................................................................................. 231 2. Tải R+L ........................................................................................ 233 IV. Nghịch lưu ba pha ba bậc Diod kẹp SINPWM ............................... 234 1. Tải R ............................................................................................. 234 2. Tải R+L ........................................................................................ 236 V. Nghịch lưu ba pha năm bậc Cascade SINPWM ............................... 237 1. Tải R ............................................................................................. 237 2. Tải R+L ........................................................................................ 240 Tài liệu tham khảo ............................................................................... 242 8
Phần 1 GIỚI THIỆU PSIM 9.0.3 VÀ CÁCH CÀI ĐẶT 9
Chương 1 CÀI ĐẶT VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSIM I. GIỚI THIỆU PSIM 9.0.3 Các phần mềm mô phỏng lĩnh vực điện nói chung, điện tử công suất nói riêng đang được sử dụng rộng rãi như: Matlab, Protues, Electronic Workbench, Multisim,… PSIM là một trong những phần mềm chuyên dụng trong lĩnh vực điện tử công suất và truyền động điện. PSIM là phần mềm do hãng LAB-VOLT (Hoa Kỳ), một trong các nhà sản xuất các thiết bị dạy học nổi tiếng viết và đưa ra thương trường. Đây là phần mềm không chỉ hữu ích trong học tập, giảng dạy, nhằm giúp cho sinh viên nắm vững hơn các bài giảng trên lớp, mà còn là tài liệu cơ bản cho các kỹ sư khi nghiên cứu, phân tích, khai thác mạch điện tử công suất, các mạch điều khiển tương tự và số, cũng như truyền động xoay chiều (AC), một chiều (DC). PSIM bao gồm 3 chương trình: chương trình thiết kế mạch (Schematic), chương trình mô phỏng (Simulator) và chương trình phân tích (View) dựa trên các biểu đồ thời gian của kết quả mô phỏng. Psim Schematic Input:*.sch Psim Simulator Input:*.cct,Output:*.txt SimView Input:*.txt Hình 1.1: Quá trình mô phỏng trên PSIM Một mạch điện sẽ được Psim biểu diễn trên 4 khối: mạch động lực (power circuit), mạch điều khiển (control circuit), hệ cảm biến (sensor) và bộ điều khiển chuyển mạch (switch controllers). Mạch động lực bao gồm các van bán dẫn công suất, các phần tử RLC, máy biến áp và cuộn cảm san bằng. Mạch điều khiển sẽ được biểu diễn bằng các sơ đồ khối, bao gồm cả các phần tử trong miền S, miền Z, các phần tử logic (ví dụ như các cổng logic, flip-flop) và các phần tử phi tuyến (ví dụ như bộ nhân, bộ chia). Các phần tử cảm biến sẽ đo các giá trị điện áp, dòng điện 11
trong mạch động lực để đưa các tín hiệu đo này về mạch điều khiển. Sau đó mạch điều khiển sẽ cho các tín hiệu đến bộ điều khiển chuyển mạch để điều khiển quá trình đóng cắt các van bán dẫn trong mạch động lực. Power Circuit Switch controllres Sensor Control Circuit Hình 1.2: Biểu diễn một mạch điện trên PSIM II. CÀI ĐẶT VÀ CẬP NHẬT PSIM 9.0.3 1. CÀI ĐẶT PSIM 9.0.3 Từ đĩa CD hoặc người sử dụng tải chương trình PSIM 9.0.3.400 về máy giải nén bằng Winrar ta có được folder PSIM 9.0.3.400, trong folder này gồm có folder Setup và Cập nhật. Dowdload file:https://rapidshare.com/files/432942272/PSIM_Professional_Version_ 9.0.3.400_x32.rar Tiến hành cài đặt bằng việc chạy file PSIM 9.0.3.400 trong folder Setup 12
Hộp thoại PSIM 9.0.3 setup xuất hiện: Click Next => chọn I accept the license agreement  Next tiếp,trong phần License Configuration chọn 3-Softkey version,chọn tiếp Select “psim.lic file….. 13
Đưa đường dẫn tới file Psim.lic trong folder Setup vừa giải nén =>Open  Chọn Next 14
 Trong phần Destination Folder ta chọn nơi cài đặt cho Psim => Sau khi đã chọn xong nơi cài đặt ta chọn Next 15
Xuất hiện Ready to Install the Application  Chọn Next 16
Máy tính tiến hành cài đặt Psim vào máy. Sau khi cài đặt xong thì xuất hiện hộp thoại PSIM 9.0.3 has been successfullyinstalled. Đồng thời hỏi bạn có chạy Psim ngay bây giờ không? Ta bỏ dấu check ở Launch PSIM now để tiến hành Cập nhật PSIM 9.0.3 => Finish. 2. CẬP NHẬT PSIM 9.0.3 Trong folder PSIM giải nén lúc trước có folder Cập nhật, mở folder này ta thấy có 2 file là Psim.lic và Register PSIM. Tiến hành copy 2 file này vào Folder PSIM ta vừa cài đặt 17
Máy tính sẽ hỏi có chép đè lên hai file cũ không, ta chọn Overwrite All. Trong folder Psim vừa cài đặt ta tìm file Register PSIM Chạy file này Máy tính sẽ hỏi có muốn add những giá trị trong register vào máy không? Ta chọn Yes 18
=> Máy tính báo đã add giá trị thành công => OK Ta mở Chương trình PSIM để kiểm tra PSIM có hoạt động không. Click đôi vào biểu tượng PSIM ở Desktop, chương trình PSIM xuất hiện. Như vậy đã kết thúc quá trình cài đặt và Cập nhật PSIM 9.0.3 III. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSIM 9.0.3 Một số file trong thư mục Psim được thể hiện như sau: File Mô tả Psim.dll Mô phỏng trên Psim Psim.exe Soạn thảo, thiết lập mạch trên Psim SIMVIEW.exe Phân tích,xử lý kết quả Psim.lib Thư viện trên Psim Psimimage.lib *.hlp File hỗ trợ *.sch File ví dụ các mạch 19
Các file mở rộng: File Mô tả *.sch File thiết lập mạch (dạng nhị phân) *.cct File danh sách (dạng văn bản) *.txt File kết quả mô phỏng (dạng văn bản) *.fra File phân tích kết quả (dạng văn bản) *.smv File đường cong mô phỏng (dạng nhị phân) 1. MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN Ví dụ để mô phỏng một bộ băm áp một chiều trong một góc phần tư trên file “chop.sch”: - Khởi động PSIM, chọn Open từ file để nạp file “chop.sch”. - Từ menu Simulate, chọn Run Simulation để khởi động quá trình mô phỏng. Kết quả mô phỏng được lưu trong file “chop.txt”. Mọi thông báo trong quá trình mô phỏng sẽ được lưu trong file “message.doc”. - Nếu không chọn trên menu Option phần Auto-run SIMVIEW, thì từ menu Simulate lựa chọn Run SIMVIEW để khởi động SIMVIEW. Còn nếu đã lựa chọn Auto-Run SIMVIEW thì phần mềm sẽ tự động chạy SIMVIEW. Trên SIMVIEW chúng ta có thể chọn đường cong hiển thị trên màn hình. 2. BIỂU DIỄN THAM SỐ CÁC PHẦN TỬ Các tham số mỗi phần tử, bộ phận của mạch được đối thoại trên 3 cửa sổ của PSIM như trên hình 1.3,bao gồm: các tham số (Parameters), các thông tin khác (Other Info) và màu sắc (Color). Hình 1.3: Cửa sổ trao đổi tham số trên PSIM Cửa sổ Parameters được sử dụng trong quá trình mô phỏng, còn cửa sổ Other Info không sử dụng cho mô phỏng mà chỉ dành cho người sử dụng, các thông tin này sẽ được hiện ra trong mục View/Element List, ví dụ như các thông tin loại thiết bị, tên nhà sản xuất, số sản xuất… Còn cửa sổ Color để xác định màu sắc cho từng phần tử. 20
Trên cửa sổ Parameters, các tham số được đưa vào dưới dạng các số thập phân hay dạng biểu thức toán học Ví dụ: một điện trở có thể được biểu diễn dưới dạng sau: 12.5; 12.5 k; 12.5 Ohm; 12.5 Kohm; 25./2 Ohm. Các lũy thừa sau sử dụng các chữ cái để thể hiện: 10 9 : G, 10 6 : M, 103: K, 10-3: m, 10-6: µ, 10 9 :n, 10 12 : p Các hàm toán học sau được sử dụng: + phép cộng - phép trừ * phép nhân / phép chia ^ hàm mũ SQRT hàm căn bậc hai SIN hàm sin COS hàm cos TAN hàm tang ATAN hàm arctang EXP hàm mũ tự nhiên (ví dụ: EXP(x)=e x ) LOG hàm logarit cơ số tự nhiên (ví dụ:LOG(x)=ln(x)) LOG10 hàm logarit cơ số 10 ABS hàm giá trị tuyệt đối SIGN hàm dấu (ví dụ: SIGN(1.2) =1; SIGN(-1.2) =-1) 3. CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC 3.1. Điện trở, điện cảm và điện dung (RLC) Với PSIM, các phần tử R, L, C rời rạc hay một nhánh RLC đều có thể được mô tả với các điều kiện đầu được xác định (dòng điện trên L, điện áp trên C). Ngoài ra trong mạch ba pha đối xứng, nhánh RLC cũng được mô tả với các điều kiện đầu xác định bằng 0 bằng các ký hiệu “R3”, “RL3”, “RC3” và “RLC3”. Các ký hiệu này được biểu diễn trên PSIM như ở hình 1.4 sau. Cách mô tả các phần tử này như sau: Resistor: điện trở,  Inductance: điện cảm, H 21
Capacitance: điện dung, F Initial current: dòng điện ban đầu trên điện cảm, A Initial voltage: điện áp ban đầu trên điện dung, V Current flag: cờ dòng điện của nhánh: nếu dòng điện có cờ bằng 0 có nghĩa là không có dòng điện ra, còn nếu cờ là 1 thì dòng điện sẽ được lưu giữ trong file đầu ra và được hiển thị trong SIMVIEW. Dòng điện có cờ dương khi dòng chạy vào điểm cuối của nhánh RLC Current Flag _ A: cờ của dòng pha A Current Flag _ B: cờ của dòng pha B Current Flag _C: cờ của dòng pha C Hình 1.4: Ký hiệu phần tử RLC một pha và ba pha 3.2. Biến trở Biến trở là điện trở có điều chỉnh, được ký hiệu như trên hình 1.5 với cách mô tả như sau: Total resistance: giá trị tổng điện trở R của biến trở từ cực k đến cực m, Ohm. Tab position (0 to 1): vị trí của con trượt, điện trở từ k đến m là tập R*Tap. Current flag: ký hiệu chiều dòng điện qua biến trở, dòng chạy vào k. Hình 1.5: Ký hiệu biến trở 22