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1、1,PSIM 入门 主讲 伍文俊,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,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。,4,PSIM仿真界面,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。,6,PSIM仿真输出界面,7,PSIM 目录的部分文件见以下图表：,8,
2、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,9,PSIM允许使用10 的n 次方的数值，以下的后缀数值表示：,10,PSIM允许使用10 的n 次方的数值，以下的后缀数值表示：,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,12,2.1 电源,1、 时钟元件
3、 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,13,3、正弦电源,单相,三相,14,4、方波电源,15,5、三角波电源,16,6、阶跃电源,17,7、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,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：,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,20,2.2.2 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 Total Resis
4、tance：可变电阻器的总阻抗，单位欧姆（k 与m 节点） Tap Position (0 to1)：分接位置 TAP。节点k 和t 的阻抗是R*Tap Current Flag：流向k 节点的电流标志,21,2.2.3 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,Resistance-type,Conductance-type,v=f(i), 或 v=f(i，x),i=f(v), 或 i=f(v，x),饱和电感：,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
5、或者饱和区,线性开关包括： npn bipolar junction transistor（NPN_1） pnp bipolar junction transistor（PNP_1）,23,工作在开关模式的开关： - Diode （DIODE） and DIAC （DIAC） - Thyristor （THY） and TRIAC （TRIAC） 自关断开关，例如： - Gate-Turn-Off switch （GTO） -npn bipolar junction transistor （NPN） - pnp bipolar junction transistor （PNP） - Insul
6、ated-Gate Bipolar Transistor （IGBT） - n-channel Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor （MOSFET） and p-channel MOSFET （MOSFET_P） - Bi-directional switch （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10 ,而关断为1M。开关不需缓冲电路。,24,2.3.1 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,BJT,MOSFET,IGBT,25,2.3.2
7、 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： Vbe Vce,sat； - 饱和： Vbe = Vr; Ic 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。,26,2.3.3 开关模块,1、单相二极管桥模块和晶闸管全桥模块,驱动例：,27,2、三相开关模块：,28,驱动例：,29,2.4 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。,
8、30,2、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。,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。,32,3、速度/转矩传感器,作用：用于测量电机速度或转矩。,连接：,33,2.4 其他元器件,1、耦合电感,PSIM提供了两个
9、、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。,34,1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,35,3、三相变压器：,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） 三相三绕组变压器（绕组不相连）（TF_3F_3W） 三相三绕组Y/Y/ 和Y/ /连接变压器（
10、TF_3YYD /TF_3YDD） 三相四绕组变压器（绕组不相连）（TF_3F_4W）,36,4、电机,37,5、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。,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,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,40,注释：开关驱动模块只可以
11、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： n G1 G2 Gn 其中：G1， G2， Gn为开关点,例：,在记事本中完成,41,42,2、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。,43,3、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： 值： 同步信号：同步信号从低到高的转变（0 到1），提供了同步，并且与延迟角等于0 的时刻相一致。 门控信号：会产生带有角度延迟的门信号，并传到晶闸管。角的数值将会即时更新。,44,4、PWM 查表控制器,45,一个PWM 查表控制器有4 个输入信号： 调制索引
12、: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。,46,例：单相斩控整流,47,模式一 Index=1,48,模式二 Index=2,49,3.2 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),50,积分器：一种是普通的积分器
13、，一种是可复位积分器。,比例器：,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,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：,53,2、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：,54,3、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：,55,7、快速傅立叶变换
14、模块,输出给出了输入基波信号的振幅(峰值)和相位角。,56,3.4 逻辑元器件,1、逻辑门,基本的逻辑门为与门，或门，异或门，非门，与非门，或非门。,57,2、触发器,3、单稳态多频振荡器,在单稳多频振荡器里，输入信号的上升沿（或下降沿）触发了单稳触发器，输出一个有指定宽度的脉冲。,58,4、脉冲宽度计算器,用来测量脉冲的宽度，输入的上升沿触发了计算器，在输入的下降沿，计算器输出脉冲宽度的数据。在两个下降沿的时间间隔中，输出保持不变。,5、A/D和D/A转换器,59,3.5 数字控制模块,数字控制模块是PSIM程序的一个附加模式，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
15、来进行数字控制系统仿真。,1、零阶保持器,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。,60,2、微积分器,z域转换函数模块,积分器,微分器,3、数字滤波器,有两种数字滤波器，一种是普通的数字滤波器(FILTER_D /FILTER_D1)，另一种是有限冲击响应滤波器(FILTER_FIR / FILTER_FIR1)，滤波器元件ILTER_D1和FILTER_FIR1的系 数通过一个文件指定。,61,3.6 其他功能模块,1、数学功能模块,数学功能块的输出可以表达为输入的数学函数。,PSIM 提供了1，2，3，5 和10 个输入量的功能块。,62,2、ABC-DQO转换功能,作
16、用： 执行ABC-DQO 的转换，它们把3 相电压值从三相静止abc坐标系转换到两相旋转dq坐标系。 适用范围：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，电流值必须通过电流控制电压源转换为电压值。,从ABC 到DQO 的转换：,63,例：,从DQO 到 ABC的转换：,64,3、外置DLL功能,外置DLL 功能块（动态链接库），允许用户用C 语言或C+或Fortran 语言编程，用Microsoft C 或C+，Borland C+或Digital Visual Fortran 来汇编，并用PSIM 连接起来。这些功能块可用于电力电路和控制电路中。,高级语言编程编译
17、/汇编连接,65,采用VC+完成动态链接的方法：,例1：输入a,b,c, 输出y。完成下列：,66,67,例2：,68,3.7 控制电路电力电路模块,作用：把控制电路数值传到功率电路。它是控制电路和电力电路之间的缓冲器。,例：,控制电路连接块的输出可以看作功率电路可以使用的一个稳定的电压源,69,4 仿真类型,1、瞬时分析,70,2、交流分析,电路或控制环的频率响应可由交流分析获得。,例子：Buck 变换器的开环响应,71,5 波形输出,SIMVIEW是PSIM 的波形显示和后置处理程序。,功能： File菜单：文件存储、保存、打开、打印 Edit菜单：波形文件编辑 Axis菜单：X轴/Y轴量
18、程、字体设置、显示方式 Screen菜单：波形显示窗口编辑 Measure菜单：波形测量 View菜单：波形显示方式局部放大/全显 Option菜单:波形显示形式点/三角/星,背景/前景色、文本字体。 Label菜单:在显示屏上编辑文字。 Help菜单:帮助。,主电路,波形显示,72,5 其他,1、电路原理图的建立,主界面,73,Edit菜单,74,View菜单,75,Subcircuit菜单,76,Elements菜单,77,Simulation菜单,78,Options菜单,79,2、子电路的建立,例：单相逆变电路，如图（a）所示，直流电源U=100V，负载电阻R=10，四个开关模式的双极
19、结型晶体管GTR的基极控制脉冲为：VT1和VT2一样，为占空比0.5的方波；VT3和VT4一样，也为占空比0.5的方波，且滞后VT1和VT2控制脉冲180，开关频率100Hz。,1）把四个GTR封装成子电路块，块名为GTR_bridge_1， 其有两个直流输入端、两个交流输出端和四个控制脉冲输入端，依次命名为DC+，DC-，AC+，AC-，ig1，ig2，ig3和ig4；如图（b）所示并把其装入PSIM中Elements菜单Use defined库中。,80,2）建立一个仿真文件，名为inveter1.sch。利用1）的模块仿真图（a），采用开关驱动模块方波电源VSQU作控制信号。观察负载电阻两端的电压。,在子电路中创建子电路的方法：,打开/创建inverter1.sch,Subcircuit菜单/New Subcircuit,双击并打开子电路块,按名GTR_bridge_1保存子电路块,编辑子电路块,81,1、设置子电路大小,Subcircuit菜单/Size,2、放置子电路端口,Subcircuit菜单/Place port,82,3、设置子电路块外观,Subcircuit菜单/Image,83,三相整流电路主电路,84,三相整流电路波形显示,85,创建子电路例,（a）单相逆变电路,（b）GTR桥路内部接口定义及模块外观,