PSIM介绍

自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--1PSIM介绍主讲伍文俊自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--2§1基本信息§2电力电路的组成§3控制部分§4仿真类型§5波形输出§6其他目录自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--3§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，分析和数字控制和电动机驱动系统研究提供了强大的仿真环境。PSIM仿真软件包括3个方面：电路示意性的程序PSIM，PSIM仿真器，波形形成过程项目SIMVIEW。自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--4PSIM仿真界面自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--5一个电路在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。自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--6PSIM仿真输出界面自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--7PSIM目录的部分文件见以下图表：自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--8一个数学表达式可以包括括号，但不区分大小写，可提供以下的数学功能：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取绝对值Sign取整+加-减*乘/除^乘方SQRT方根SIN正弦函数自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--9PSIM允许使用10的n次方的数值，以下的后缀数值表示：自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--10PSIM允许使用10的n次方的数值，以下的后缀数值表示：自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--11§2电力电路的组成2.1电源2.2无源元件及支路2.3电力开关器件及模块2.4检测单元2.5其他自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--12§2.1电源1、时钟元件是分段线性电压源的一个特殊情况。它可看作一个接地电压源，数值相当于仿真时间。2、直流电源自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--133、正弦电源单相三相自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--144、方波电源自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--155、三角波电源自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--166、阶跃电源自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--177、其他电源分段线性电源随机电源数学功能电源电压/电流控制源自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--18非线性电压控制源非线性电压控制源的输出，是输入的相乘、相除，或者取平方根。例：自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--19§2.2无源元件及支路在PSIM里提供了独立电阻器，电感器，电容器支流和集成RLC支流。2.2.1电阻器，电感器，和电容器自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--202.2.2可变电阻器可变电阻器就是带分接头的电阻。特性：参数描述TotalResistance：可变电阻器的总阻抗，单位欧姆（k与m节点）TapPosition(0to1)：分接位置TAP。节点k和t的阻抗是R*TapCurrentFlag：流向k节点的电流标志自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--212.2.3其他非线性元件：PSIM所提供的四个拥有非线性电流-电压关系的元件LiResistance-typeConductance-typev=f(i),或v=f(i，x),i=f(v),或i=f(v，x),饱和电感：自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--22§2.3电力开关器件PSIM的两种基本开关开关模式:它运行于截止区域（导通状态）或者饱和区域（关断状态）。线性模式:可以工作于关断，线性或者饱和区线性开关包括：-npnbipolarjunctiontransistor（NPN_1）-pnpbipolarjunctiontransistor（PNP_1）自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--23工作在开关模式的开关：-Diode（DIODE）andDIAC（DIAC）-Thyristor（THY）andTRIAC（TRIAC）自关断开关，例如：-Gate-Turn-Offswitch（GTO）-npnbipolarjunctiontransistor（NPN）-pnpbipolarjunctiontransistor（PNP）-Insulated-GateBipolarTransistor（IGBT）-n-channelMetal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor（MOSFET）andp-channelMOSFET（MOSFET_P）-Bi-directionalswitch（SSWI）PISM的开关模型是理想化的，导通或者关断瞬间可以忽略的。开关导通时电阻10μΩ,而关断为1MΩ。开关不需缓冲电路。自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--242.3.1单开关管二极管双向二极管晶闸管例：可关断晶闸管双向晶闸管双向开关BJTMOSFETIGBT自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--252.3.2单线性开关管线性BJT开关受基极电流Ib控制。它可以运行在以下三种情况中：关断（断态），线性，饱和状态（通态）。NPN_1在这些状态下的特性为：-关断：VbeVr;Ib=0;Ic=0；-线性：Vbe=Vr;Ic=β∗Ib;VceVce,sat；-饱和：Vbe=Vr;Icβ∗Ib;Vce=Vce,sat。注意：NPN_1和PNP_1的门极是功率节点必须和电力电路部分连接（如电阻或电源）。它不能和门控模块或控制开关连接。自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--262.3.3开关模块1、单相二极管桥模块和晶闸管全桥模块驱动例：自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--272、三相开关模块：自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--28驱动例：自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--292.4检测单元1、电压/电流传感器作用：测量电路的电压和电流，并把它们传到控制电路。自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--302、探头和仪表作用：来测量电压，电流，功率和其他值。连接方式：串或并其中。自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--31注意：1）除了对地电压计，其他所有的探测器和仪表仅可用于电力电路。2）除了电流和电压探头（VP/VP2/IP），其他的仪表只有当读数达到稳定值时，读数才是有效的。3）对于单相无功功率因素表、视在功率、总功率因数和位移功率因数等均按照定义。4）探头以真实形式测量电压或电流的数量级，仪表则可以测量直流或交流的电压电流，以及真实功率和有功功率。这种仪表的功能与真实仪表相同。自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--323、速度/转矩传感器作用：用于测量电机速度或转矩。连接：自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--33§2.4其他元器件1、耦合电感PSIM提供了两个、三个或者四个支路的耦合电感。两个支路的耦合电感电压电流关系：L11和L22为支路1和支路2的自感值，L12和L21为互感值。自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--341个初级绕组和1个次级绕组的变压器；1个初级绕组和2个次级绕组的变压器；2个初级绕组和2个次级绕组的变压器；1个初级绕组和4个次级绕组的变压器；1个初级绕组和6个次级绕组的变压器；2个初级绕组和6个次级绕组的变压器。2、单相变压器自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--353、三相变压器：三相变压器（绕组不相连）（TF_3F）三相Y/Y和Y/Δ连接变压器（TF_3YY/TF_3YD）三相三绕组变压器（绕组不相连）（TF_3F_3W）三相三绕组Y/Y/Δ和Y/Δ/Δ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）自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--364、电机直流电机感应电动机无刷直流电机开关磁阻电机饱和感应电机永磁同步电机外激发的同步电机自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--375、机械负载恒定转矩负载恒定功率负载恒定转速的负载普通负载6、传动箱7、机电接口模块这个模块允许使用者进入一个机械系统的内等价电路。自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--38§3控制部分§3.1开关控制器§3.2传递函数§3.3计算模块§3.4逻辑元器件§3.5数字控制模块§3.6其他功能模块§3.7控制电路—电力电路模块自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--39§3.1开关控制器驱动模式：直接指定（用驱动模块GATING）放在一个文本文件里（驱动模块GATING_1）。1、开关驱动模块自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--40注释：开关驱动模块只可以连接到开关的门极。不能与其他器件连接开关表文件有以下格式：nG1G2……Gn其中：G1，G2，…，Gn为开关点例：在记事本中完成自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--41自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--422、通断控制器作用：连接门极控制信号和功率开关。输入是来自控制电路的逻辑信号，并传到功率电路作为门信号。自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--433、α控制器作用：控制晶闸管开关或桥的延迟角。控制器有3个输入：α值：同步信号：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α等于0的时刻相一致。门控信号：会产生带有α角度延迟的门信号，并传到晶闸管。α角的数值将会即时更新。自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--444、PWM查表控制器自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--45一个PWM查表控制器有4个输入信号：调制索引:调制模式。延迟角:延迟角定义了门控模式和同步信号之间的相关角。同步信号:同步信号提供了门控模式的同步。当同步信号从低变到高时，门控信号将会更新。门控信号:使能信号。索引格式：其中：n：指门控模式的数目；mi：指对应于模式i的调制索引；ki：模式i中开关点的数目。自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--4630°150°210°330°igωt30°150°210°330°igωt240°120°60°300°180°180°360°360°0°0°模式一模式二例：单相斩控整流自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--47模式一Index=1自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--48模式二Index=2自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--49§3.2传递函数一个传递函数模块可以表示为以下多项式形式：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)自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--50积分器：一种是普通的积分器，一种是可复位积分器。比例器：自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--51微分器：比例积分器：内置式滤波器模块低通二阶滤波器：带通二阶滤波器：带阻二阶滤波器：高通二阶滤波器自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--52§3.3计算模块单输入(SIM1)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。1、加法器：数值：向量：自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--532、乘法器和除法器：除法器的带点端输入除数。乘法器的输入可以是数值，也可以是向量，如果两个输入都是向量，维数必须相等，设两个输入向量为：则：自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--543、开方器：4、指数/幂级数/对数模块：5、均方根模块：6、三角函数模块：自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--557、快速傅立叶变换模块输出给出了输入基波信号的振幅(峰值)和相位角。自动化与信工程学院电气系--电子线路CAD--56§3.4逻辑元器件1、逻辑门基本的