PSIM入门手册

•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。•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。•PSIM里每个元器件参数图表窗口都有三个图表：Parameters,OtherInfo,Color•Parameter里面的参数被用于仿真。从另一个方面说，OtherInfo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/ElementList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OtherInfo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：12.512.5k12.5OhmR1+R2R1*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•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G109M106Kork103m10-3u10-6n10-9p10-12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•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。•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TotalResistance可变电阻器的总阻抗，单位欧姆TapPosition(0to1)分接头位置。节点k和t的阻抗是R×TapCurrentFlag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。•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：DiodeandDIACThyristor(THY)andTRIAC自关断开关GTONPNPNPIGBTMOSFETMOSFET_PSSWI•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_1PNP_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DiodeVoltageDrop二极管导通压降(单位V)InitialPosition二极管初始位置，标记0，二极管导通，1为关断CurrentFlag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。•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.ofPoints开关点的数目SwitchingPoints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•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。•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)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：22102210+AnnnnBsBsBsBGskAssAsA……•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Ordern传递函数的阶数Gain增益kCoeffBn……Bo分子系数从n阶到0阶CoeffAn……A0分母系数从n阶到0阶InitialValuesxn……x1状态变量xn到x1的初始值•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。1sGST参数描述TimeConstant积分延迟时间InitialOutputValue输出量的初始值ResetFlag重置标志•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GssT•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：111sTGskksTST2222cccωGsksξωsω2222ccsGsksξωsω22oBsGsksBsω2222oosωGsksBsω图形如下：其参数设置如下表：参数描述Gain增益kDampingRatio衰减常数Cut-offFrequency低通滤波器和高通滤波器的截至频率(单位Hz)CenterFrequency带通滤波器和带阻滤波器的中心频率PassingBand带通滤波器和带阻滤波器通带和阻带的带宽(单位Hz)StoppingBandξ•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112212121122nnonnVaaaVbbbVVVababab………1122onnVkVkVkV…•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ki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)12o=inVVkk21o=kinVkV参数描述Coefficientk1k1的数值Coefficientk2k2的数值•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.201TrmsinVvtdtT1/Tfb参数描述Basefrequency即基频fb(单位Hz)•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2N个（N为整数），取样点最多为1024个。1tanimaginaryrealVθV•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.12202o2=NnπnjNininnNvvnvneN参数描述No.ofSamplingPoints采样点数NFundamentalFrequency基波频率fb（Hz）sinmVtsinmVt•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。•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）•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）