Giáo trình ứng dụng PSIM trong điện tử công suất

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 khiể

ThS ĐỖ ĐỨC TRÍ - ThS VƯƠNG THỊ NGỌC HÂN

(Giáo trình dành cho sinh viên ngành Điện - Điện tử)

ỨNG DỤNG PSIM TRONG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GIÁO TRÌNH

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

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

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

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

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

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

Phần 1 GIỚI THIỆU PSIM 9.0.3

VÀ CÁCH CÀI ĐẶT

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

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

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

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

Power Circuit

Control Circuit

Sensor Switch controllres

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…

Đưa đường dẫn tới file Psim.lic trong folder Setup vừa giải nén

=>Open

 Chọn Next

 Trong phần Destination Folder ta chọn nơi cài đặt cho Psim =>

Sau khi đã chọn xong nơi cài đặt ta chọn Next

Xuất hiện Ready to Install the Application

 Chọn Next

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

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

=> 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:

Thư viện trên Psim

File hỗ trợ File ví dụ các mạch

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

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:

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

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

3.3 Các khóa chuyển mạch

Có hai dạng cơ bản của khóa đóng cắt trong PSIM: một là theo kiểu khóa gồm hai trạng thái (đóng và mở khóa), hai là theo kiểu ba trạng thái (đóng, mở và làm việc trong chế độ khuếch đại tuyến tính)

Khóa hai trạng thái bao gồm: Diod, Diac,Thyristor,Triac, GTO, Transistor công suất kiểu NPN hay PNP, IGBT, MOSFET kênh n (MOSFET_N) và kênh p (MOSFET_P), và khóa hai chiều (SSWI).Các phần tử này được mô tả như các khóa lý tưởng, nghĩa là ở trạng thái đóng (cho dòng chạy qua) khóa có giá trị nội trở bằng 10, còn ở trạng thái

mở (không có dòng) sẽ có giá trị 1M

3.3.1 Diod,Diac và Diod Zener

Các ký hiệu của ba phần tử này được biểu diễn trên hình 1.6

Hình 1.6: Ký hiệu Diod, diac, Diod Zener trong PSIM

 Mô tả Diod

Diod voltage drop : điện áp rơi trên Diod khi Diod dẫn

Initial position : ký hiệu trạng thái ban đầu của Diod, Diod ở

trạng thái thông có ký hiệu 0 và ở trạng thái khóa có ký hiệu 1

Current flag : cờ dòng điện ra của Diod: khi cờ có giá trị

bằng 0 là không có dòng điện ra (IDiod), còn khi cờ bằng1 thì có dòng điện ra (IDiod) sẽ được lưu giữ ở file và được hiển thị ở SIMVIEW

 Mô tả Diac

Breakover voltage : điện áp để diac chuyển từ trạng thái khóa

sang trạng thái thông Breakback voltage : điện áp để diac chuyển từ trạng thái thông

sang trạng thái khóa Current flag : cờ dòng điện

 Mô tả Diod Zener

Breakdown voltage : điện áp đánh thủng VB

Forward voltage drop: điện áp rơi trên Diod khi dẫn từ A đến K Current flag : cờ dòng điện từ A đến K

3.3.2 Thyristor và Triac

Ký hiệu Thyristor và Triac trên hình 1.7

Hình 1.7: Ký hiệu Thyristor và Triac trong PSIM

 Mô tả Thyristor:

Voltage drop : điện áp rơi trên Thyristor khi Thyristor dẫn

dòng Holding current : dòng duy trì

Latching current : giá trị dòng nhỏ nhất để giữ cho Thyristor dẫn

dòng khi xung mồi trên cực điều khiển đã mất Initial position : ký hiệu trạng thái ban đầu

Current flag : cờ dòng điện ra

Việc mô tả Triac trong PSIM tương tự như Thyristor, tuy nhiên cần lưu ý là giá trị của holding và latching current được mặc định bằng 0

Để điều khiển Thyristor và Triac, trong PSIM sử dụng hai cách: dùng Gating block (GATING) và dùng Switch controller kết nối với cực Gate (mô tả hai khối điều khiển này sau)

Ví dụ điều khiển cực Gate của Thyristor

Hình 1.8: Sử dụng Gating block và Alpha controller điều khiển Thyristor 3.3.3 GTO, Transistor, MOSFET, IGBT và SSWI

Ký hiệu các phần tử này như hình 1.9

Hình 1.9: Ký hiệu các phần tử GTO, Transistor, MOSFET và IGBT

 Phương pháp mô tả: MOSFET, IGBT

Initial position : ký hiệu trạng thái ban đầu Đối với MOSFET và

IGBT thì đó là trạng thái cơ bản của khóa cơ bản không phải trạng thái của các Diod mắc song song

Current flag : cờ dòng điện Đối với IGBT và MOSFET thì dòng

điện này sẽ chạy qua toàn bộ phần tử bao gồm cả khóa cơ bản và Diod mắc song song

Để điều khiển các phần tử này chúng ta có thể sử dụng cả hai cách tương tự như Thyristor: Gating block và Switch controller, các khối điều khiển này sẽ được nối với cực điều khiển hay cực bazo của các phần tử Hình 1.10 là ví dụ sử dụng các khối điều khiển này cho MOSFET với mô hình được nêu trong các phần tiếp theo

Hình 1.10: Mạch điều khiển IGBT cho bộ tăng áp

3.3.4 Transistor ba trạng thái

Các Transistor này ngoài hai chế độ đóng, mở như các phần tử ở trên, chúng còn có thêm chế độ làm việc khuếch đại tuyến tính Trong PSIM, các Transistor này có ký hiệu như trên hình 1.11

Hình 1.11: Ký hiệu Transistor ba trạng thái

 Mô tả trên PSIM:

Current gain beta : hệ số khuếch đại dòng

Bias voltage Vr : điện áp giữa cực B và E đối với loại NPN-1,

giữa cực E và B đối với loại PNP-1

Vce, sat or Vec, sat : giá trị điện áp bão hòa giữ colecto và emitto

đối với NPN-1, giữa emitter và colector đối với loại PNP-1

Các khóa Transistor này được điều khiển bằng dòng điện bazo Ib,

và sẽ làm việc ở ba trạng thái như sau (ví dụ đối với loại NPN-1):

- Trạng thái mở (không dẫn dòng) khi: Vbe> Vr ; Ib= 0; Ic= 0

- Trạng thái khuếch đại dòng khi: Vbe= Vr; Ic= *I b; Vce> Vce, sat

- Trạng thái đóng (dẫn dòng ở chế độ bão hòa): Vbe=Vr;

sat ce ce

Khối này chỉ được nối với cực điều khiển của các khóa điện tử hai trạng thái kể trên và được xác định tính chất trực tiếp với Gating block hoặc thông qua file soạn thảo với Gating-1 block

Ký hiệu của khối trên hình 1.13

Hình 1.13: Ký hiệu của Gating block

 Mô tả một Gating block:

Frequency : tần số làm việc khi nối với các khóa điện tử Number of points : số lần tác động trong một chu kỳ (chỉ đối với

mô tả Gating) Switch points : góc tác động trong một chu kỳ (chỉ đối với

mô tả Gating)

File for gating table : tên của file có chứa bảng gate (chỉ đối với mô

tả Gating-1) Đối với Gating-1, tên của file có chứa bảng các gate phải nằm trong cùng một tệp địa chỉ với file thiết lập mạch (schematic file)

Theo Gating, cách mô tả như sau:

- File of gating table : test.tbl

Với file “test.tbl” chứa các nội dung sau:6, 35, 92, 175, 187, 345,357

3.3.6 Các modul của bộ biến đổi một pha

Các modul của bộ biến đổi một pha bao gồm cầu chỉnh lưu một pha bằng Diod và Thyristor được biểu diễn trong PSIM như ở hình 1.14

Hình 1.14: Modul chỉnh lưu cầu một pha

 Phương pháp mô tả:

Diod voltage drop or voltage drop: điện áp rơi trên Diod hay

Thyristor khidẫn dòng Ini Position-I : vị trí ban đầu của dòng điện Current flag-I : ký hiệu dòng điện

3.3.7 Các modul của bộ biến đổi ba pha

Hình 1.15 là các modul của bộ biến đổi ba pha, bao gồm: chỉnh lưu cầu ba pha Diod BDIOD3, chỉnh lưu cầu ba pha Thyristor BTHY3, chỉnh lưu tia ba pha Thyristor BTHY3H, chỉnh lưu tia sáu pha Thyristor BTHY6H, nghịch lưu áp ba pha VSI3 sử dụng phần tử IGBT, nghịch lưu dòng ba pha CSI3 sử dụng GTO hoặc IGBT có Diod mắc nối tiếp

 Phương pháp mô tả:

On_ resistance : nội trở của MOSFET ở chế độ dẫn dòng (chỉ

dùng cho mô hình VSI3) Saturation voltage : điện áp rơi trên IGBT khi dẫn dòng (chỉ dùng

cho mô hình VSI3-1) Voltage drop : điện áp rơi trên bộ CSI3 khi dẫn dòng

Diod voltage drop : điện áp rơi Diod mắc song song ngược ở chế

độ dẫn dòng (chỉ dùng cho mô hình VSI3 và VBSI3-1)

Ini Position-I : vị trí ban đầu của dòng i

Current flag-I : cờ dòng điện i

Hình 1.15: Modul của các bộ biến đổi ba pha

Tương tự như bộ biến đổi một pha, chỉ có cực điềukhiển của khóa điện tử thứ nhất là cần xác định đặc tính, các khóa điện tử khác sẽ được thành lập một cách tự động Ví dụ đối với BTHY3H thì góc mở của pha

kế tiếp sẽ lệch so với pha đầu tiên một góc 1200, còn các sơ đồ khác góc lệch pha là 600

3.4 Máy biến áp (MBA)

3.4.1 Máy biến áp lý tưởng

Máy biến áp lý tưởng là máy biến áp không có tổn hao và không có

từ thông tản, khi đó tỷ số giữa số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp cũng chính là hệ số biến đổi điện áp Ký hiệu của máy biến áp lý tưởng trên PSIM như trên hình 1.16 với hai loại: cùng cực tính TF-IDEAL và ngược cực tính TF-IDEAL-1

 Phương pháp mô tả:

Np (primary): số vòng dây của cuộn sơ cấp

Ns (secondary): số vòng dây của cuộn thứ cấp

3.4.2 Máy biến áp một pha

Trên PSIM các loại máy biến áp một pha sau đây sẽ được sử dụng:

- Một cuộn dây sơ cấp và một dây cuộn thứ cấp (TF_1W)

- Một cuộn dây sơ cấp và hai cuộn dây thứ cấp (TF_3W)

- Hai cuộn dây sơ cấp và hai cuộn dây thứ cấp (TF_4W)

- Một cuộn dây sơ cấp và bốn cuộn dây thứ cấp (TF_5W)

- Một cuộn dây sơ cấp và sáu cuộn dây thứ cấp (TF_7W)

- Hai cuộn dây sơ cấp và sáu cuộn dây thứ cấp (TF_8W)

Mô hình của máy biến áp một pha hai cuộn dây được biểu diễn thông qua máy biến áp lý tưởng được trình bày trên hình 1.16 với các thông số Rp, Lp và Rs, Ls là giá trị điện trở và điện cảm tản của cuộn sơ cấp và thứ cấp; Lm là giá trị điện cảm từ hóa Các giá trị này đã được quy đổi về cuộn dây sơ cấp

Hình 1.16: Biểu diễn máy biến áp một pha

Ký hiệu của các loại máy biến áp này như trên hình 1.17

 Mô tả cho máy biến áp hai hay ba cuộn dây:

Rp, Rs, Rt: theo thứ tự là giá trị điện trở của cuộn sơ cấp, thứ

cấp, thứ ba

Lp, Ls, Lt: theo thứ tự là giá trị điện cảm tản của cuộn sơ cấp,

thứ cấp, thứ ba

Lm : giá trị của điện cảm từ hóa

Np, Ns, Nt : theo thứ tự là số vòng của cuộn sơ cấp, thứ cấp, thứ ba Chú ý: các giá trị điện trở và điện cảm được quy đổi về phía sơ cấp

 Mô tả cho loại máy biến áp có số cuộn dây sơ cấp lớn hơn 1 và cuộn dây thứ cấp lớn hơn 3:

Rp- i : điện trở của cuộn dây sơ cấp i

Rs- i : điện trở của cuộn dây thứ cấp i

Lp- i : điện cảm tản của cuộn dây sơ cấp i

Ls- i : điện cảm tản của cuộn dây thứ cấp i

Lm : điện cảm từ hóa

Np-i : số vòng dây sơ cấp i

Ns -i : số vòng dây thứ cấp i

Hình 1.17: Ký hiệu các loại máy biến áp một pha

3.4.3 Máy biến áp ba pha

PSIM có thể mô tả các loại máy biến áp ba pha trụ sau:

- Máy biến áp ba pha hai cuộn dây có các đầu dây ra của đầu và cuối cuộn dây (TF-3F)

- Máy biến áp ba pha nối Y/Y và Y/ (TF-3YY/TF-3YD)

- Máy biến áp ba pha ba cuộn dây có các đầu dây ra của đầu và cuối cuộn dây (TF-3F-3W)

- Máy biến áp ba pha ba cuộn dây nối Y/Y/ và Y// 3YYD/TF-3YDD)

(TF Máy biến áp ba pha bốn cuộn dây có các đầu dây ra của đầu và cuối cuộn dây (TF-3F-4W)

Ký hiệu của các loại máy biến áp này như trên hình 1.18 với cách

mô tả như sau:

Rp, Rs, Rt : theo thứ tự là giá trị điện trở của cuộn sơ cấp, thứ cấp,

thứ ba

Lp, Ls, Lt : theo thứ tự là giá trị điện cảm tản của cuộn sơ cấp, thứ

cấp, thứ ba

Lm : giá trị của điện cảm từ hóa

Np, Ns, Nt : theo thứ tự là số vòng của cuộn sơ cấp, thứ cấp, thứ ba Chú ý: Các giá trị điện cảm và điện trở được quy đổi về phía sơ cấp Mô hình của máy biến áp ba pha tương tự như mô hình của máy biến áp một pha thông qua máy biến áp lý tưởng

Hình 1.18: Ký hiệu của các loại máy biến áp ba pha

3.5 Các phần tử khác

3.5.1 Khuếch đại thuật toán (KĐTT)

Một mạch khuếch đại thuật toán có mô hình và được ký hiệu như trên hình 1.19

Hình 1.19: Mô hình khuếch đại thuật toán trên PSIM

R0 : là điện trở đầu ra (Ro được đặt mặc định là 80 Ohms)

 Mô tả một mạch khuếch đại thuật toán:

Voltage Vs+ : điện áp cao nhất cho khuếch đại thuật toán

Voltage Vs- : điện áp thấp nhất cho khuếch đại thuật toán

Sự khác nhau giữa các loại khuếch đại thuật toán: loại OP-AMP có nối đất chung với nối đất của nguồn cấp; loại OP-AMP-1 và OP-AMP-2

có cực nối đất (GND) thay đổi

Chú ý: Ký hiệu của khuếch đại thuật toán loại OP-AMP tương tự như khối so sánh (comparator), chỉ khác nhau ở chỗ: đối với khuếch đại thuật toán thì cực V- ở phía trên còn V+ ở phía dưới, trong khi đó bộ comparator thì có cực tính ngược lại, V+ ở trên, V- ở dưới

3.5.2 Khối dv/dt

Khối dv/dt có chức năng như khối vi phân trong mạch điều khiển nhưng được sử dụng trong mạch động lực, ký hiệu của khối được cho như hình 1.20 Điện áp ra V0 của khối này được tính theo công thức sau:

t

t t V t V

Trong đó: Vin(t) và Vin (t -t) là giá trị điện áp vào ở thời điểm t

và (t -t), với t là sai số thời gian khi mô phỏng

Hình 1.20: Ký hiệu của khối dv/dt

4 CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

4.1 Khối hàm truyền

Khối hàm truyền được biểu diễn bằng tỷ số của hai đa thức ở tử số

và mẫu số như sau:

0 1 2 2

0 1 2 2

A

B s B s B s

B k

s

n

n n

Hình 1.21: Ký hiệu của khối hàm truyền

 Phương pháp mô tả:

Order n : bậc của đa thức

Gain : hệ số khuếch đại của hàm truyền

Coeff Bn….B0 : các hệ số của tử số

Coeff An…A0 : các hệ số của mẫu số

Initial values xn…x1: giá trị ban đầu của các tham số xn…x1

(đối với khối TFCTN1)

4.1.1 Khối tỷ lệ P: G(s)=k

Để mô tả phần tử này chúng ta chỉ cần đưa vào hệ số tỷ lệ k Ký hiệu của khối được thể hiện trên hình 1.22

Hình 1.22: Ký hiệu của khối tỷ lệ 4.1.2 Khối tích phân I: G(s)=1/sT

Trên hình 1.23 là ký hiệu của hai khối tích phân: khối I là khối hiệu chỉnh tích phân, khối RESETI là khối tích phân có thể điều chỉnh được

Hình 1.23: Ký hiệu của khối tích phân

 Phương pháp mô tả:

Time constant : hằng số thời gian của bộ tích phân, tính theo s Initial output value : giá trị ra ban đầu

Reset flag : cờ cài đặt (chỉ đối với RESETI)

0 cài đặt bờ (edge reset)

1 cài đặtmức (level rest)

Tín hiệu ra của RESET1 được cài đặt bằng tín hiệu điều khiển bên ngoài Đối với cài đặt bờ (edge reset) thì tín hiệu ra sẽ cài đặt ở giá trị 0 ở

bờ tăng của tín hiệu điều khiển Cài đặt mức (level reset) thì tín hiệu ra sẽ cài đặt 0 trong thời gian tín hiệu điều khiển bằng 1

4.1.3 Khối vi phân D: G(s)=sT

Khối vi phân D có quan hệ vào/ra như sau:

t

t t v t v

Ký hiệu của khối vi phân được thể hiện trên hình 1.24 Mô tả khối này chỉ thông qua một tham số duy nhất là hằng số thời gian T

Hình 1.24: Ký hiệu của khối vi phân 4.1.4 Khối tích phân- tỷ lệ PI: G(s)=k((1+sT)/sT)

Ký hiệu của khối PI như hình 1.25 mô tả khối thông qua hai thông

số là hệ số khuếch đại k và hằng số thời gian T

Hình 1.25: Ký hiệu của khối tích phân – tỷ lệ PI

4.1.5 Khối lọc

Trên PSIM có bốn khối lọc bậc hai được sử dụng với các hàm truyền, ký hiệu các bộ lọc được biểu diễn trên hình 1.26:

- Lọc thông thấp FILTER - LP2

- Lọc thông cao FILTER - HP2

- Lọc thông dải FILTER-BP2

- Lọc chắn dải FILTER-BS2

Hình 1.26: Ký hiệu của các bộ lọc bậc hai trên PSIM

4.2 Các khối tính toán

4.2.1 Khối cộng

Các khối cộng một tín hiệu vào (SUM1) hoặc hai tín hiệu vào (SUM2/SUM2P) sẽ được cộng vecto hay cộng vô hướng Khối cộng ba tín hiệu vào (SUM3) chỉ thực hiện cộng vô hướng Ký hiệu của các khối cộng này trên hình 1.27, để mô tả các khối cộng chúng ta chỉ cần đưa vào các hệ số khuếch đại k cho từng tín hiệu vào

Hình 1.27: Ký hiệu của các khối cộng

Đối với cộng vô hướng cho n tín hiệu vào, chúng ta có biểu thức của tín hiệu ra:

n

n V k V

k V k

V0 1 2  1 1 2 2 

Đối với bộ cộng một tín hiệu vào dạng vecto thì tín hiệu ra sẽ là một đại lượng vô hướng có biểu thức sau:

n a a

a

V0  1 2 

4.2.2 Khối nhân và chia

Với hai tín hiệu vào thì tín hiệu ra của khối nhân là tích của chúng, còn khối chia là thương của chúng Ký hiệu của khối này như trên hình 1.28, với lưu ý ở khối chia tín hiệu vào có dấu chấm là tử số

Hình 1.28: Ký hiệu của khối nhân và chia 4.2.3 Khối hàm căn bậc hai, mũ, lũy thừa và logarit

Hình 1.29 cho ký hiệu của các khối: hàm căn bậc hai (SQROT), mũ (EXP), hàm lũy thừa (POWER), hàm logarit cơ số tự nhiên e (LOG) và hàm logarit cơ số (LOG10)

Hình 1.29: Ký hiệu của các khối hàm căn, mũ, lũy thừa và logarit

Khi mô tả hàm mũ và lũy thừa chúng ta chỉ đưa vào hai hệ số k1và k2:

- Quan hệ tín hiệu vào\ra của hàm mũ: V in

k k

v RMS 1 T in( )

0 2





Ký hiệu của khối được thể hiện trên hình 1.30, để mô tả ta chỉ cần đưa vào tần số fbcủa tín hiệu vào, fb=1/T

Hình 1.30: Ký hiệu hàm RMS 4.2.5 Khối hàm trị tuyệt đối và dấu

Hàm trị tuyệt đối (ABS) sẽ có tín hiệu ra là trị tuyệt đối của tín hiệu vào Khối hàm dấu (SIGN) sẽ có tín hiệu ra là 1 khi tín hiệu vào có giá trị dương và -1 khi tín hiệu vào có giá trị âm

Ký hiệu của các khối hàm này được thể hiện trên hình 1.31

Hình 1.31: Ký hiệu khối hàm trị tuyệt đối và dấu

4.2.6 Khối hàm lượng giác

Với PSIM chúng ta có thể sử dụng sáu khối hàm lượng giác sau: hàm sin (SIN), hàm arcsin (SIN-1), hàm cosin (COS), hàm arccosin (COS-1), hàm tang (TAN) và arctang (Tan-1) Các tín hiệu vào của các hàm SIN, COS, TAN và các tín hiệu ra của các hàm SIN-1, COS-1, Tan-1

là giá trị góc tính theo độ

Ký hiệu của các hàm lượng giác được thể hiện trên hình 1.32, chú ý đối với hàm TG-1 sẽ có tín hiệu vào: tín hiệu thực (Real) và tín hiệu ảo (Imaginary), tín hiệu ra là arctang của tỷ số giữa tín hiệu ảo và tín hiệu thực:

V

tg 1



Hình 1.32: Ký hiệu của các khối hàm lượng giác

4.2.7 Khối biến đổi Fourier nhanh FFT (Fast Fourier Transform)

Khối FFT sẽ tính toán thành phần cơ bản của tín hiệu vào, tức là giá trị biên độ (Amplitude) và góc pha (Phase angle) của sóng cơ bản Khi đó tín hiệu ra của khối sẽ có dạng phức số được tính theo công thức sau:

0

2

2()(2

N n

n

N

n j in

v N

v

Với 2N là số điểm lấy mẫu trong một chu kỳ của sóng cơ bản, N là

số nguyên, khi đó số điểm lấy mẫu nhiều nhất cho phép là 1024

Hình 1.33: Ký hiệu của khối FFT

Ký hiệu của khối FFT trên hình 1.33, để mô tả khối ta chỉ cần đưa vào hai thông số là số điểm lấy mẫu N và tần số của sóng cơ bản fb,Hz

4.3 Các khối hàm khác

4.3.1 Khối so sánh

Tín hiệu ra của khối so sánh sẽ có giá trị dương khi tín hiệu vào ở cực (+) có giá trị lớn hơn ở cực (-), sẽ có tín hiệu ra bằng 0 khi tín hiệu cực (+) nhỏ hơn Khi giá trị vào ở hai cực bằng nhau thì tín hiệu ra luôn giữ giá trị ở thời điểm trước đó

Hình 1.34: Ký hiệu của khối so sánh

Hình 1.34 là ký hiệu của khối so sánh trong PSIM, lưu ý là ký hiệu này gần giống với bộ khuếch đại thuật toán, chỉ khác nhau ở ký hiệu cực đầu vào

4.3.2 Khối hạn chế

Tín hiệu ra của khối hạn chế sẽ bằng giá trị tín hiệu vào khi tín hiệu vào chưa vượt quá giá trị giới hạn, còn khi tín hiệu vào vượt quá tín hiệu giới hạn thì tín hiệu ra sẽ ở mức hạn chế cao nhất hoặc thấp nhất

Hình 1.35 là ký hiệu của khối, để mô tả khối chúng ta chỉ đưa ra vào hai thông số: giá trị giới hạn trên và dưới của tín hiệu ra

Hình 1.35: Ký hiệu của khối hạn chế 4.3.3 Khối hạn chế gradien dv/dt

Khối hạn chế gradient để hạn chế tốc độ biến thiên của tín hiệu vào, nếu tốc độ biến thiên của tín hiệu vào nằm trong giới hạn cho phép thì tín hiệu ra sẽ bằng tín hiệu vào:

Hình 1.36: Ký hiệu của khối hạn chế gradient 4.3.4 Bảng tìm kiếm (look_up table)

Trong PSIM có hai loại bảng tìm kiếm: một chiều (one dimension) LKUP và hai chiều (two dimension) LKUP2D Ký hiệu của bảng tìm kiếm trên hình 1.37, khi mô tả chúng ta phải chỉ rõ tên file có chứa bảng tìm kiếm

Loại LKUP có thể được sử dụng cả trong mạch động lực, trong khi loại LKUP2D chỉ sử dụng trong mạch điều khiển với lưu ý là chỉ số i chỉ

số hàng của tínhiệu vào, chỉ số j là chỉ số cột

LKUP có một tín hiệu vào và ra được sắp xếp liền nhau, được lưu trong một file Cách biểu diễn bảng như sau:

Vin(1), V0(1)

Vin(2), V0(2)

Vin(n), V0(n)

………

Hình 1.37: Ký hiệu của bảng tìm kiếm

Vin phải sắp xếp theo thứ tự tăng dần, theo phép nội suy tuyến tính giữa hai điểm chúng ta sẽ nhận được giá trị ra