Chương 10: MÔ PHỎNG BẰNG PSPICE CÁC MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT III.1 KHẢO SÁT BỘ NGHỊCH LƯU DÙNG Khảo sát bộ nghịch lưu nguồn với đầu ra trung tâm có sơ đồ mạch được vẽ như hình 9.2.1.. Thự
Trang 1Chương 10: MÔ PHỎNG BẰNG PSPICE
CÁC MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
III.1 KHẢO SÁT BỘ NGHỊCH LƯU DÙNG
Khảo sát bộ nghịch lưu nguồn với đầu ra trung tâm có sơ
đồ mạch được vẽ như hình 9.2.1 các giá trị trong mạch cho như
sau
VS=100V, L2=0, C2=0,R2=2, công tắc SW1 và SW2 (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
VS1=100v
VS2=100v
IGBT
Gate Signals
0
[11]
[10]
[22]
[40]
[2]
[48]
[42]
[45]
[43]
6 3 1 5
[1]
Gate2 VCVS
Gate1
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
Load RL=2 MUSIG
SW2 SW1
Trang 2Xác định a Giá trị hiệu dụng của điện áp tải b Công suất trung bình tải
Trang 3* Chương trình mô phỏng bằng PSPICE.
W 9-1-1.CIR
SPWM INVERTER WITH A DRIVER
To determine the output responses (Xác định 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
Trang 4VST 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 SW1 and SW2
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
Trang 5* 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
Trang 6Cách 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 trị được cho trong bộ định thời 555 là c=0.1uf CAPT giá trị lớn nhất VS=10V VHI( cho độ rộng xung lớn nhất và một tần số sóng mang fC=800Hz
= {(FREQC} giá trị điện trở R RT được cho trong đẳng thức là
RT= {1/(FREQC * CAPT *log (VCC/(VCC-VHI)))}
Tần số ra f của bộ nghịch lưu là 50 Hz vì vậy tín hiệu chuẩn dạng sin có tần số chuẩn f=2f=100Hz Không có giá trị nào được cho về biên độ của tín hiệu chuẩn vì vậy ta phải lựa chọn Nguồn cung cấp cho bộ định thời là VCC =12V Giá trị nhỏ nhất của tín hiệu chuẩn sẽ lớn hơn Zero (giả sử 2V) Giá trị lớn nhất tín hiệu chuẩn thì nhỏ hơn VCC (giả sử 10V) để độ rộng xung sóng mang tại ngõ vào của bộ định thời khoảng 10us
Các tín hiệu cổng tới SW1 phải được cho phép chỉ ở nửa đầu chu kỳ của bộ nghịch lưu Nguồn phụ thuộc FG2 sẽ được sử dụng
Bước 3: mô phỏng PSPICE có thể chạy với file W9.2.1 CIR trong bộ nghịch lưu SPWM
Buớc 4: Dùng que đo, đồ thị sẽ được vẽ cho điện áp cổng của công tắc SW1, SW2 và cho điện áp tải trong 1 chu kỳ (20ms)
Trang 7Các 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 thị 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 thị mới Đồ thị phổ gắn liền biên độ của mỗi sóng hài xuất hiện trên màn hình
Phần a Từ đồ thị điện áp tải, giá trị hiệu dụng RMS có được là VRMS=67,67V
Phần b Công suất trung bình tiêu thụ bởi tải p=V2/RMS=67,672/2=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 nghịch 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