PSIM入门手册ppt课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019/1/11,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019/1/11,#,PSIM 6.0,用户手册,PSIM 6.0用户手册,1,1,基本信息,PSIM,是专门为电力电子和电动机控制设计的一款仿真软件。它可以快速的仿真和便利地与用户接触，为电力电子和电动机驱动系统提供强大的仿真环境。,本教程包含了,PSIM,和它的,3,个其他模型：电动机驱动模型，数字控制模型和连结模型。电动机驱动模型已经在机器模型和为驱动系统研究的机械装备模型里建立起来了。数字控制模型为数字控制分析提供了离散的元素：如零状态监控，,z-domain,转换功能,blocks,，量子化,blocks,，数字滤波器。连接模型为共同仿真在,PSIM,和,Matlab/Simulink,之间提供了相互基础。,PSIM,仿真软件包括,3,个方面：电路示意性的,PSIM,，,PSIM,仿真器，波形形成过程项目,SIMVIEW,。,1 基本信息PSIM是专门为电力电子和电动机控制设计的一款仿,2,1.2,电路结构,一个电路在,PSIM,里表现为,4,个部分：电力电路，控制电路，传感器和开关控制器，一下图标展示了这些部分之间的关系：,电力电路包括转换装置，谐振分支，变压器，连结感应器。控制电路表现在图表里。,S,域和,z,域里的元器件、逻辑元器件和非线性元器件被用于控制电路。传感器测量电力电路电压和电流，并把数值传送到控制电路。门信号经常有控制电路产生并通过开关控制器反馈到电力电路来控制开关。,1.2电路结构一个电路在PSIM里表现为4个部分：电力电路，,3,1.6,元器件参数说明和格式,PSIM,里每个元器件参数图表窗口都有三个图表：,Parameters, Other Info, Color,Parameter,里面的参数被用于仿真。从另一个方面说，,Other Info,里的信息不适用于仿真的，它仅仅用于报告信息，将会出现在,PSIM,里,View/Element List,的部分目录中。一些如：设备的额定值，制造商和部分数字等信息被存储在,Other Info,里。元器件的颜色可以在,Color,里设置。,Parameter,里参数会是一个数值或是一个数学表达式。例如：一个电阻可以有以下几种说明方法：,12.5 12.5k 12.5Ohm R1+R2 R1*0.5+(Vo+0.7)/Io,其中,R1,R2,Vo,和,Io,是参数文件定义的符号，如果这个阻抗是在支电路则他们是被主电路定义的符号,1.6 元器件参数说明和格式PSIM里每个元器件参数图表窗口,4,PSIM,允许,10,的,n,次方的数值，一下的后缀数值如下表示：,一个数学表达式可以包括括号，但不区分大小写，可以同如下功能。,(,见下页）,符号,表示数字,G,10,9,M,10,6,K or k,10,3,m,10,-3,u,10,-6,n,10,-9,p,10,-12,PSIM允许10的n次方的数值，一下的后缀数值如下表示：符号,5,符号,表示的意义,+,加,-,减,*,乘,/,除,乘方,sqrt,方根,sin,正弦函数,Cos,余弦函数,tan,正切函数,Atan,反正切函数,Exp,自然对数,Log,对数函数,Log(10),以,10,为底的对数函数,abs,去绝对值,sign,取整,符号表示的意义+加-减*乘/除乘方sqrt方根sin正弦函,6,2,电力电路的组成,电阻器、电容器和电感器,在,PSIM,里提供了独立电阻器、电感器、电容器和集成,RLC,支路。电感器电流和电容器电压可以定义初始值。,所提供的三相对称,RLC,支路,R3,RL3,RC3,RLC3,用于三相电路，三相支路的电感电流和电容电压的初始值全为零。,2 电力电路的组成电阻器、电容器和电感器,7,可变电阻器,可变电阻器就是带分接头的电阻，如下图所示：,参数,描述,Total Resistance,可变电阻器的总阻抗，单位欧姆,Tap Position (0 to1),分接头位置。节点,k,和,t,的阻抗是,RTap,Current Flag,支路电流的输出标志。如果标志为零，输出电流为零。标志为,1,，则电流存储在输出文档中在,SIMVIEW,显示。,可变电阻器参数描述Total Resistance可变电阻器,8,饱和电感,饱和电感考虑了电感磁芯的饱和状态，如下所示：,2.2,开关,PSIM,中有两种基本开关。一种是开关模式。它运行于区域,(,导通状态,),或者饱和区（关断状态）。另一种是线性模式，它可以工作与关断，线性或者饱和状态。,工作在开关模式的开关包括：,Diode and DIAC,Thyristor(THY) and TRIAC,饱和电感,9,自关断开关,GTO NPN PNP IGBT MOSFET MOSFET_P SSWI,PISM,的开关模型是理想化的，导通或者关断瞬间可以忽略。开关导通时电阻,10,-5,欧姆，关断为,1,兆欧。开关不需要缓冲电路。,线性开关包括：,NPN_1 PNP_1,二极管、双向二极管和齐纳二极管,二极管的导通取决于电路运行条件。当它正向偏置时二极管导通，当电流低于,0,时关断。,参数,描述,Diode Voltage Drop,二极管导通压降,(,单位,V),Initial Position,二极管初始位置，标记,0,，二极管导通，,1,为关断,Current Flag,二极管输出电流标记。标记,0,，无电流输出。,1,时，电流存储并在,SIMVIEW,显示。,自关断开关参数描述Diode Voltage Drop二极管,10,晶闸管,晶闸管的导通可控，关断取决于电路条件。,开关驱动模块,开关驱动模块决定了开关的驱动模式。驱动模式可以直接指定（用驱动模块,Gating),或者放在一个文本文件里（驱动模块,Gating,）。,注释：开关驱动模块之可以连接到开关的门极，不能与其他器件连接。,参数,描述,Frequency,开关驱动模块连接的开关模块或者开关的工作频率,No. of Points,开关点的数目,Switching Points,开关点（用度表示）。频率为,0,时，开关点用秒表示。存在开关表的文件名字,晶闸管参数描述Frequency开关驱动模块连接的开关模块或,11,开关点的数目定义为一周期内开关的作用总次数。无论开关开通还是关断都算是一个开关点。例如：如果一个开关再一次循环中导通和关断一次，那么开关点的数目为,2.,单相开关模块,PSIM,中提供了集成单相二极管桥模块和晶闸管全桥模块,(BHY1),。与单个晶闸管类似，晶闸管可以通过一个门控模块或者,alpha,控制器控制。,三相开关模块,类似于单相模块，三相模块中只有开关,1,的驱动需要指定，其他开关的门控自动获得。对于三相半波晶闸管模块（,BTHY3H),，两个相邻开关的相移为,120,度。其他桥式模块的相移为,60,度。,晶闸管桥模块,(BTHY3/BTHY3H/BTHY6H),可以被,alpha,控制器控制。类似的，电流或电压源变换器可以通过,PWM,查表控制器控制。,开关点的数目定义为一周期内开关的作用总次数。无论开关开通还是,12,变压器,理想变压器,理想变压器没有漏磁和损耗，如下图：,带大点的绕组是一次绕组，另一个为二次绕组。，其参数中,Np(,初级）表示初级绕组的匝数，,Ns(,次级,),表示次级绕组的匝数。匝数比等于额定电压之比，每侧的绕组数可以用额定电压代替。,三相变压器,PSIM,提供两绕组和三绕组变压器模型如下：,三相变压器（绕组不相连）,(TF_3F),三相,Y/Y,和,Y/,连接变压器,(TF_3YY/TF_3YD),三相然绕组变压器（绕组不相连）（,TF_3F_3W),变压器,13,三相三绕组,Y/Y/,和,Y/ /,连接变压器,(TF_3YYD/TF_3YDD),三相四绕组变压器（绕组不相连）,(TF_3F-4W),运算放大器,理想运算放大器用电力电路器件模拟。,dv/dt,模块,dv/dt,模块具有象为分歧在控制电路中一样的功能，此外它还能应用于电力电路中。,dv/dt,模块的输出等于输入电压对时间的倒数。,控制电路部分,传递函数模块,一个传递模块可以 表示为如下多项式：,三相三绕组Y/Y/ 和Y/ / 连接变压器(TF_,14,PSIM,提供了两种传递函数模块的元件，一个是零初值元件,(TFCTN),另一个是以输入的参数作为初值的元件,(TFCTN1).,比例控制器,比例控制器的输出和输入成正比，如下图所示。,其参数只有一个,Gain,，即增益,参数,描述,Order n,传递函数的阶数,Gain,增益,k,Coeff Bn Bo,分子系数从,n,阶到,0,阶,Coeff An A0,分母系数从,n,阶到,0,阶,Initial Values xnx1,状态变量,xn,到,x1,的初始值,PSIM提供了两种传递函数模块的元件，一个是零初值元件(TF,15,积分器,积分器的传递函数为,有两种积分器：一种是普通的积分器，一种是可复位积分器。,参数,描述,Time Constant,积分延迟时间,Initial Output Value,输出量的初始值,Reset Flag,重置标志,积分器参数描述Time Constant积分延迟时间Init,16,可复位积分器的输出可以被外部的控制信号复位，（在元件底部）对边沿复位（重设标记为,0,），在控制信号上升沿积分器的输出为,0,，对于水平复位（重设标记为,1,），当控制信号保持高电位时（,1,），积分器的输出为,0.,为了避免饱和，在积分器的输出需加一个限幅器。,例如，一下电路说明了可复位积分器的作用。积分器的输入是直流量，积分器的控制信号是个脉冲信号，在每个循环结束时重设积分器的输出，重设标记为,0.,微分器,微分器的传递函数为,如下图所示：,其可调参数只有一个：延迟时间,T,可复位积分器的输出可以被外部的控制信号复位，（在元件底部）对,17,比例积分控制器,比例积分控制器的传递函数为：,如图所示：,内置式滤波器模块,PSIM,中内置了四个二阶滤波器的模型，这些模型的传递函数如下：,低通二阶滤波器：,高通二阶滤波器：,带通二阶滤波器：,带阻二阶滤波器：,比例积分控制器,18,图形如下：,其参数设置如下表：,参数,描述,Gain,增益,k,Damping Ratio,衰减常数,Cut-off Frequency,低通滤波器和高通滤波器的截至频率,(,单位,Hz),Center Frequency,带通滤波器和带阻滤波器的中心频率,Passing Band,带通滤波器和带阻滤波器通带和阻带的带宽,(,单位,Hz),Stopping Band,图形如下：参数描述Gain增益kDamping Ratio,19,计算函数模块,加法器,单输入,(SUM1),和双输入,(SUM2/SUM2P),加法器的输入可以是数值或向量,三输入,(SUM3),加法器的输入只能是数值,如下图所示,.,如果输入的是数值,那么加法器的输出被定义为,:,如果输入是向量,那么两个加法器的输出也是向量,被定义为,计算函数模块,20,在三输入加法器上,带点的输入必须是第一个输入端,.,乘法器和除法器,乘法器,(MULT),或除法器,(DIVD),的输出即为两个输入值的相乘或者相除,如图所示,.,开方器,开方器计算输入的开方根,如下图所示,.,指数,/,幂级数,/,对数模块,参数,描述,Gain_i,各输入端系数,k,i,在三输入加法器上,带点的输入必须是第一个输入端.参数描述Ga,21,它们的图形如下,:,指数计算器的输出被定义为,:,幂级数计算器的输出被定义为,:,功能模块,LOG,给出输入数值的自然对数,(,基于,e),而,LOG10,给出数值的普通对数,(,基于,10),参数,描述,Coefficient k1,k1,的数值,Coefficient k2,k2,的数值,它们的图形如下:参数描述Coefficient k1k1的,22,均方根模块,均方根计算输入值在一段时间内,(,频率为,fb),的有效值,输出定义为,:,其中, ,输出只能在每周期开始时更新,如下图所示,.,绝对值模块和符号模块,绝对值模块,(ABS),求出输入的绝对值,符号模块,(SIGN),给出输入值的符号,比如,当输入时正数时,输出为,1,当输入为负数时,输出为,-1.,参数,描述,Base frequency,即基频,fb(,单位,Hz),均方根模块参数描述Base frequency即基频fb(单,23,三角函数模块,PSIM,提供了六个三角函数模块,分别是,SIN,模块,ARCSIN,模块,COS,模块,ARCCOS,模块,TAN,模块,ARCTAN,模块,.,ARCTAN,元件的输入端中,带点的是实属端入口,另一个输入口是虚数输入口,输入为实数与虚数值之比的,ARCTAN,函数,如,快速傅立叶变换（,FFT,）,快速傅立叶变换模块计算输入信号的基波成分，,FFT,的计算方法基于基数为,2,的,10,频方法，在一个基波周期内采样个数应该是,2,N,个（,N,为整数），取样点最多为,1024,个。,三角函数模块,24,输出给出了输入基波信号的振幅,(,峰值）和相位角，输出电压（复数形式）被定义为：,模块如图所示：,有标点的输出端输出的是振幅，注意到相位角的输出已经在内被调整过，因此正弦函数 的输出相位角将为,0.,参数,描述,No. of Sampling Points,采样点数,N,Fundamental Frequency,基波频率,fb,（,Hz,）,输出给出了输入基波信号的振幅(峰值）和相位角，输出电压（复数,25,比较器,当正输入端的电平比负输入端的电平高时，比较器的输出为高电平，如果正输入端的电平较低，则输出为,0,，如果量输入相等，则输出不确定，保持原来的电平。,PSIM入门手册ppt课件,26,限幅器,当限幅器的输入超过上限或者下限时，限幅器的输出被限制在上限和下限内，当输入没超过上下限时，输出等于输入。,梯形波模块和方波模块,梯形波模块和方波模块是特殊的查表元件，输出和输入的关系或者为梯形波或者为方波。,属性（见下页）,限幅器,27,梯形波参数设置,矩形波参数设置,取样和保持模块,当控制信号从底到高时（从,0,到,1,）取样,/,保持模块从输入的数值中取样，然后保持此值知道下一个取样点。,延时模块,延时模块把输入的波形向后延一个指定的时间间隔，它能被用在逻辑元件中，用来模仿传播的延时等等。,参数,描述,Rising Angle Theta,上升角度（单位度）,Peak,波形峰值,参数,描述,Pulse Width (deg.),半个周期内矩形波宽度（度）,梯形波参数设置参数描述Rising Angle Theta上,28,它只有一个参数需要设置，即延迟时间（单位,s),。,总谐波失真率（,THD,）,交流波形的总谐波失真包括了基波和谐波，被定义为：,它只有一个参数需要设置，即延迟时间（单位s)。,29,例子,例子,30,逻辑门元件,基本的逻辑门有与门，或门，异或门，非门，与非门，或非门。,RS,触发器，,JK,触发器和,D,触发器,有两种,RS,触发器，一种是边沿触发，一种是电平触发。,数字控制模块,数字控制模块是,PSIM,程序的一个附加程序，它提供了离散元件，比如零阶保持，,z,域转换模块，数字滤波器等等，用来进行数字控制系统仿真。,逻辑门元件,31,零阶保持模块,零阶保持模块只在取样点取样输入，输出在两个取样点保持不变。,其只有一个参数即采样频率，单位是,Hz,。,和其他离散元件一样，零阶保持模块有一个自动计时器来确定采样的时刻，取样时刻和仿真的时间是同步的，例如，如果零阶保持模块的取样频率是,1000Hz,，那么输入将会在,0,，,1ms,，,2ms,，,3ms,等时刻被取样。,零阶保持模块,32,其他部分,电源,PSIM,里可提供几种独立的电压源和电流源。电流源的符号可以描述为：电流从高压端流出，经过外部回路，流回低压端。注意：电流源仅可用于电力电路。,时间,时钟元件是分段线性电压源的一个特殊情况，它可看作是一个接地电压源，其数值相当于仿真时间。,直流源,直流源的幅值不变，直流电压源,VDC_GND,和,VDC_GND_1,的参考地位是地。,开关控制器,开关控制器与实际电路中的门极或者基极驱动电路有相同的功能。它接受来自控制电路的输入信号，然后控制电力电路的开关。一个开关控制器可以同时控制多个开关。,其他部分电源,33,通断控制器,通断控制器用于连接门极控制信号和功率开关。输入时来自控制电路的逻辑信号，并传到功率电路作为门信号。,以下的电路实现一个负载的阶跃变化。在电路中，通断控制器用来控制双向开关。阶跃电源连接到控制器的输入端，在,12ms,时由,0,变为,1.,开关闭合导致与开关并联的电阻器短路，电流增加。,通断控制器,34,控制器,它的作用是控制晶闸管开关或桥的延迟角。控制器有三个输入：,值，同步信号，门控信号。同步信号从低到高的转变（,0,到,1,）,提供了同步，并且与延迟角 等于,0,的时刻相一致。会产生带有,角度延迟的门信号。 角的数值将会及时更新。,参数,描述,Frequency,控制开关或控制模型的频率,Pulse Width,同步门信号脉冲宽度（度）,控制器参数描述Frequency控制开关或控制模型的频,35,延迟角的输入以角度为单位,例子：,下图显示如何利用延迟角控制晶闸管电路。在电路中，与晶闸管自然导通叫时刻性对应的,vs,过零值，用来提供同步信号。延迟角被设定为,30,时，门极信号将从同步信号上升沿延迟,30,度。,延迟角的输入以角度为单位,36,PWM,查表控器,一个,PWM,查表控制有,4,个输入信号：调制索引，延迟角，同步信号，门控信号。门控模式的选择是基于调制索引的，同步信号提供了门控模式的同步。当同步信号从第编导高时，门控信号将会更新。延迟角定义了门控模式和同步信号之间的相关角。例如：延迟角为,10,度，门控模式将会超前同步信号,10,度。,参数,描述,Frequency,开关频率（,Hz,）,Update Angle,PWM查表控器参数描述Frequency开关频率（Hz）Up,37,ABC-DQO,转换功能块,功能块,ABC2DQO,和,DQO2ABC,执行,ABC-DQO,转换，它们把,3,相电压值从一个坐标系转换到另一个坐标系。这些功能块可用于功率电路，也可用于控制电路。,注意：在功率电路中，在电流转换前，电力值必须通过电流控制电压源转换为电压值。,分析说明书,瞬时分析,交流分析,电路或控制环的频率响应可由交流分析获得。,PSIM,里交流分析的关键特征是：电路可以使用它的原始开关模式，不要求平均模型。然而，有平均模型的话，进行交流分析所需要的时间会短一些。,以下是设置交流分析的步骤：,1,确定一个正弦源作为交流扫描激励源,ABC-DQO转换功能块,38,2,把交流扫扫描探头放在所需要输出的位置，用点到点探测器来测量闭环控制回路的回路相应,3,把交流扫描探头的元器件标出来，并确定交流扫描器的参数。,4,运行,PSIM,2 把交流扫扫描探头放在所需要输出的位置，用点到点探测器来测,39,附加,RS,触发器,有两种,RS,触发器，一种是边沿触发，一种是电平触发。,值指标如下：,边沿触发的,RS,触发器值在,set/reset,输入端的上升沿改变状态。,S,R,Q,Qn,0,0,原值,原值,0,上升,0,1,上升,0,1,0,上升,上升,原值,原值,附加RS触发器SRQQn00原值原值0上升01上升010上升,40,电平触发器则在输入的电平变化时改变状态。,JK,触发器,JK,触发器是上升沿触发的。,S,R,Q,Qn,0,0,原值,原值,0,1,0,1,1,0,1,0,1,1,原值,原值,J,K,D,Q,Qn,0,0,上升,原值,原值,0,1,上升,0,1,1,0,1,1,0,1,1,上升,电平触发器则在输入的电平变化时改变状态。SRQQn00原值原,41,D,触发器,D,触发器是上升沿触发器。,D,COLOCK,Q,Qn,0,上升,0,1,1,上升,1,0,D触发器DCOLOCKQQn0上升011上升10,42,