PSIM中文教程全解

PSIM 用户指南 9版 版本3 2010五月 版权 2001 2010 Powersim公司 保留所有权利 本手册的任何部分不得复印或以任何形式或任何手段没有写转载 公司的权限模型 免责声明 Powersim公司 Powersim 作出任何陈述或保证相对于此的充分性或准确性 文档或它所描述的软件 在任何情况下将模型或其直接或间接供应商承担任何 任何性质的损害 但不限于 直接 间接 附带或相应的损害赔偿的任何字符 包括 不限于 商业利润损失 数据 商业信息 或任何和所有其他商业损害或 损失 或对任何损害赔偿超过清单价格的许可证的软件和文件 Powersim Inc mailto info mailto 内容 1一般资料 1 1引言1 1 2电路结构2 1 3软件 硬件需求3 1 4安装程序3 1 5模拟电路3 1 6组件参数规范和格式3 2电源电路组件 2 1电阻电感电容器分支7 2 1 1电阻器 电感器和电容器 7 2 1 2变阻器8 2 1 3饱和电感8 2 1 4非线性元件9 2 2开关10 2 2 1二极管 LED Zener Diode 和移民局10 2 2 2晶闸管和双向可控硅12 2 2 3 GTO和晶体管13 2 2 4双向开关15 2 2 5线性开关16 2 2 6开关门17座 2 2 7单相开关模块19 2 2 8三相开关模块19 2 3耦合电感22 2 4变压器23 2 4 1理想变压器23 2 4 2单相变压器23 2 4 3三相变压器25 2 5磁元件26 2 5 1绕组26 2 5 2漏磁通路径27 2 5 3空气间隙27 2 5 4线性核心29 2 5 5 Saturable Core 29 2 6其他元素30 2 6 1运算放大器30 2 6 1 1理想运算放大器30 我 4章 2 6 1 2非理想运算放大器31 2 6 2并联稳压器TL431 32 2 6 3 Optocoupler 33 2 6 4 dv dt的34块 2 7热模块35 2 7 1设备数据库编辑器35 42在数据库2 7 2二极管器件 2 7 3二极管损耗计算43 在数据库45 2 7 4 IGBT器件 2 7 5 IGBT损耗计算47 在数据库50 2 7 6 MOSFET器件 2 7 6 MOSFET的损耗计算51 2 8电机驱动模块54 机械系统54 2 8 1参考方向 2 8 2直流机56 2 8 3感应机58 2 8 4感应电机饱和61 2 8 5无刷直流电机62 2 8 6同步机与外部激励66 2 8 7永磁同步电机68 2 8 8永磁同步电机饱和70 2 8 9开关磁阻电机73 2 9 MagCoupler Module 76 2 9 1 magcoupler DL 76块 2 9 2 MagCoupler Block 77 2 10 magcoupler RT模块81 2 11机械元件和传感器85 2 11 1机械元件和传感器85 2 11 1 1恒转矩负载85 2 11 1 2恒功率负荷85 2 11 1 3恒速负荷86 2 11 1 4 Type Load将军86 2 11 1 5外部控制负荷87 2 11 2齿轮箱87 2 11 3机械耦合块88 2 11 4机电接口88块 2 11 5速度 转矩传感器89 2 11 6位置传感器91 2 11 6 1绝对编码器91 2 11 6 2增量式编码器92 2 11 6 3解析器92 2 11 6 4霍尔效应传感器93 2 12可再生能源模型94 II 章节 3 2 12 1太阳能模块94 2 12 2风机97 3控制电路元件 3 1传递函数块99 3 1 1比例控制器100 3 1 2积分100 3 1 3微分器102 3 1 4比例积分控制器102 3 1 5单极控制器103 3 1 6修改PI控制器103 3 1 7 3型控制器104 在过滤块105内置3 1 8 3 2计算功能块106 3 2 1 106夏季 3 2 2乘数和Divider 106 3 2 3平方根107块 3 2 4指数 电力 对数功能块107 3 2 5均方根107块 3 2 6绝对和符号功能块108 3 2 7三角函数108 3 2 8快速傅里叶变换块108 3 2 9最大 最小功能块109 3 3其他功能块110 3 3 1比较器110 3 3 2限制器110 3 3 3梯度 dv dt 限制器110 3 3 4梯形 方形块111 3 3 5采样 保持111块 3 3 6舍入块112 3 3 7时间延迟块112 3 3 8器113 3 3 9 THD 114块 3 4逻辑组件115 3 4 1逻辑Gates 115 3 4 2设置复位触发器115 3 4 3 JK触发器116 3 4 4 D触发器117 3 4 5单稳态多谐振荡器117 3 4 6脉冲宽度计数器118 3 4 7向上 向下计数器118 3 4 8 A D和D A转换器119 3 5数字控制模块120 三 2章 3 5 1零阶保持120 3 5 2 Z传递函数方框121 122 3 5 2 1积分器 3 5 2 2微分器123 3 5 2 3数字滤波器123 3 5 3单位延迟125 3 5 4量化块126 3 5 5循环缓冲区128 3 5 6卷积块129 3 5 7内存读取块129 3 5 8数据阵列130 3 5 9栈130 3 5 10多采样率系统131 3 6 simcoupler模块132 3 6 1设立在PSIM和Simulink 132 在Simulink 133 3 6 2求解器的类型和时间步长的选取 4其他组件 4 1参数文件137 4 2来源138 4 2 1时间138 4 2 2常数138 4 2 3直流电源138 4 2 4正弦源139 4 2 5方波电源139 4 2 6三角 锯齿来源140 4 2 7步源141 4 2 8分段线性源142 4 2 9随机源143 4 2 10数学函数源143 4 2 11电压 电流控制的来源144 4 2 12非线性电压控制源145 4 3电压 电流传感器146 4 4探头和146米 4 5电压 电流范围148 4 6初始值150 4 7开关控制器151 4 7 1开关控制器151 4 7 2 控制器15 4 7 3 PWM控制器152查找表 4 8功能块154 4 8 1控制电源接口15块 四 章节 1 4 8 2变换块154 4 8 2 1 ABC dq0变换155 ABC 不能转化1 4 8 2 3 dq变换1 4 8 2 4笛卡尔坐标变换157 4 8 3数学功能块157 4 8 4查找表158 4 8 5 C座160 4 8 6简化C座161 4 8 7外部DLL模块162 4 8 8嵌入式软件164块 5分析规格 5 1仿真控制165 5 2交流分析166 5 3参数扫描168 6电路原理图设计 6 1创建一个电路171 6 2文件菜单173 6 3编辑菜单173 6 4视图菜单174 6 5支路菜单175 6 5 1创建在主电路176支路 6 5 2创建子电路内的支路177 6 5 3连接支路 在主电路178 电路的178 6 5 4其他功能 6 5 4 1传递变量从主电路支路178 6 5 4 2定制电路图179 6 5 4 3包括在PSIM 180子元素列表 6 6模拟菜单180 6 7选项菜单183 6 8实用工具菜单187 6 9管理PSIM图书馆187 6 9 1创造一次图像188 6 9 2添加新的子电路元件为图书馆189 6 9 3添加一个新的DLL元到图书馆191 v 0章 7波形处理 7 1文件菜单193 7 2编辑菜单194 7 3轴菜单194 7 4屏幕菜单195 7 5测量菜单196 7 6分析菜单197 7 7视图菜单198 7 8选项菜单198 7 9标签菜单199 7 10出口数据199 8错误 警告消息和其他模拟问题 8 1模拟问题201 8 1 1时间步长的选取201 8 1 2传播延迟的逻辑电路201 8 1 3界面之间的电源和控制电路201 8 1 4 FFT分析202 8 2错误 警告消息202 8 3调试203 指数205 一 一般信息 1 1引言 PSIM仿真软件1是专为电力电子与电机驱动器 快 仿真和友好的用户界面 提供了一个强大的PSIM电力电子仿真环境 模拟和数字控制 磁 电机驱动系统的研究 PSIM包括最基本的软件包 以及下面的附加选项 电机驱动模块 数字控制模块 simcoupler模块 热模块 magcoupler模块 magcoupler RT模块 simcoder 2模块 可再生能源计划 电机驱动模块有内置的电机模型和电机驱动系统的机械负荷模型 研究 数字控制模块提供的分立元件如零阶保持器 Z传递函数 块 量化块 数字滤波器 用于数字控制系统分析 simcoupler模块提供的接口之间的PSIM和MATLAB Simulink联合仿真3 热模块提供了计算半导体器件损耗的能力 的magcoupler模块提供PSIM和电磁场分析软件之间的接口 JMAG 4协同仿真 的magcoupler RT模块链接PSIM与jmag rt 4数据文件 simcoder模块提供的DSP硬件自动代码生成能力 可再生能源包括基本PSIM软件包 电机驱动模块 和可再生 能源模型 如太阳能模块和风力涡轮机在可再生能源应用的模拟 此外 PSIM支持通过自定义DLL模块的第三方软件链接 整体PSIM 环境如下所示 1 PSIM和simview是注册商标 和版权 Powersim公司2001 2010年 2 SimCoder是一个商标 是由模型公司 模型公司版权 2008 2010年 三 Simulink和MATLAB是MathWorks公司的注册商标 Inc 4 和jmag rt JMAG的作业调度选项表公司版权 1997 2010 1章 一般信息 PSIM仿真环境包括电路原理图程序PSIM模拟器引擎 和 波形处理程序simview 1 仿真过程如下所示 本手册涵盖了PSIM和所有附加模块除了SimCoder Module 使用的SimCoder 模块是在单独的文件中simcoder用户手册 本手册的第1章介绍了电路结构 软件 硬件的要求和参数 规范格式 第2章通过4描述电源和控制电路组件 5章 介绍了瞬态分析和交流分析的技术指标 在PSIM示意程序的使用 和simview在6章讨论7 最后 错误 警告消息在第8章进行了讨论 1 2电路结构 电路为代表的是在PSIM四块 电源电路 控制电路 传感器和开关控制器 下面的图表显示了这些块之间的关系 电源电路由开关器件 RLC分支 变压器和耦合电感 这个 控制电路以方框图表示 在s域元件和Z域 逻辑元件 如逻辑门和触发器 和非线 性元件 如乘法器和除法器 中使用 控制电路 传感器被用来测量电源电路数量 并将它们传递给控制电路 门控 信号 然后产生的控制电路 并通过开关控制器发送回电源电路 控制开关 1 3软件 硬件需求 PSIM软件运行在微软Windows XP Vista的个人电脑 最小内存需求 是128字节 1 4安装程序 快速安装指南提供飞行员 PSIM 快速指南 的光盘 在PSIM目录下的一些文件是如下表所示 在PSIM使用的文件扩展名 注意 PSIM示意文件扩展名是 学校在PSIM 8或以上 但在PSIM 9分机 改变 psimsch为了区分PSIM文件从其他软件的文件 1 5模拟电路 模拟样品的一个象限斩波电路 印章 学校 启动PSIM 从 文件 菜单中选择打开加载文件 印章 SCH 从模拟的菜单 选择 运行PSIM仿真开始 仿真结果将被保存 文件 印章 txt 如果选择自动运行simview不在选项菜单中选择 从模拟菜单 选择 运行simview开始simview 如果该选项被选中 simview将推出 自动 在SIMVIEW 选择曲线显示 1 6组件参数规范和格式 在PSIM的每个组件的参数对话框有三个标签 参数 其他信息 和颜色 如下图所示 在仿真中使用的参数选项卡中的参数 在 其他信息 选项卡上的信息 另一方面 在仿真中不使用 它只用于报告的目的 并将出现在零件清单中 视图 元在PSIM上市 信息 如设备评级 制造商和零件号可以存储 在 其他信息 选项卡下 组件颜色可设置在 颜色 选项卡中 参数下的参数选项卡可以是一个数值或数学表达式 一个阻力 为 例如 可以在下列方式中指定 十二点五 12 5k 12 5ohm 12 5kohm 25 2 ohm R1 R2 R1 0 5 旁白 0 7 IO 其中R1 R2 VO和艾奥符号定义在一个参数文件 见4 1节 或在主电路如 这个电阻在电路 见第6 3 4 1 十后缀字母的力量是允许在PSIM 支持下面的后缀字母 G 10 9 M 10 6 K或K 3 10 M 10 3 U 6 10 n 9 10 P 12 10 数学表达式可以包含括号 并且不区分大小写 以下的数学 功能是允许的 添加 减法 乘法 分 的权力 例如 2 3 2 2 2 平方根函数 罪恶的正弦函数 因为余弦函数 在正弦反函数 ACOS余弦反函数 谭正切函数 阿坦反正切函数 但反正切函数 atan2 y x 双曲正弦双曲正弦函数 双曲余弦双曲余弦函数 进出口指数 基E 例如 exp x E 对数对数函数 基 例 日志 x log10对数函数 10 ABS绝对值函数 符号函数 例子 符号 1 2 1 符号 1 2 1 二 电源电路元件 2 1电阻电感电容支路 2 1 1电阻器 电感器和电容器 单个电阻 电感 电容 和集总RLC支路提供在PSIM 初始条件 电感电流和电容电压可以被定义 为了方便三相电路的设置 提供对称三相RLC支路 初始 三相支路的电感电流和电容电压都为零 图像 对于三相分支 相位与一个点是第一阶段 属性 一个分支的电阻 电感或电容都不能全部为零 至少有一个参数 是一个非零的值 参数描述 电阻 欧姆 电感电感 在H 在F中的电容 初始电流初始电感电流 最初的Cap 电压初始电容电压 在V 支路电流输出的当前标志标志 如果标志为零 则没有当前的输出 如果国旗是1 电流将是 可用于运行时图中的显示 在模拟运行时 图 它也将显示在simview保存到输出文件 当它流到分支的虚线终端时 电流是正的 目前flag a 目前flag b 目前flag c 三相支路的A B和C的电流标志 2 1 2变阻器 变阻器是一个抽头电阻 图像 属性 参数描述 总电阻变阻器的电阻R 总节点k和m之间 欧姆 抽头位置 0至1 的抽头位置抽头 节点K和T之间的电阻是 R 抽头 当前流到节点K的当前标志标志 2 1 3 Saturable Inductor 一个饱和电感考虑磁芯的饱和效应 图像 属性 参数描述 电流与电感特性的电流与电感 I 1 L 1 I 2 L 2 等 当前显示的当前标志标志 非线性B H曲线的分段线性近似表示 由于磁通密度B 正比于磁通 和磁化力H是目前我成正比 B H曲 被 代表我曲线相反 如下图所示 电感的定义为 L 我 比我在每一个点 vs 的饱和特性的定 由一系列的数据点为 I 1 L 1 I 2 L 2 I 3 L 3 等 注意定义的饱和特性必须使磁链 是单调递增的 也就是说 L 1 我2 2 我3 1 我3 等等 此外 类似于在现实世界中的饱和特性 每一个线性段的斜率必须 随着电流的增加而单调减小 在某些情况下 含有饱和电感的电路可能无法收敛 连接一个非常小的 横跨饱和电感的电容器可以帮助收敛 第2章 电源电路元件 2 1 4非线性元件 提供了具有非线性电压电流关系的下列元素 电阻型 V F I 具有附加输入x的电阻型 V F I x 电导型 I F V 电导型与附加的输入x I F V x 附加的输入x必须是一个电压信号 图像 属性 用于电阻型元件 参数描述 表达式F I 或F I X 的V的表达在I和X V F I 或V F I X 表达DF 诊断衍生的电压与电流I 即DF 我 诊断 初始值I O为当前I的初始值 我的下限我目前的下限 我的上限我目前的上限 电导型元素 参数描述 表达式F V 或F V X 的表达 我在V和X I F V 或I F V X 表达DF DV的电流与电压的导数 即DF v DV 初始值为电压V的初始值 V的下限的电压的下限 V的上限的电压V 非线性有限元 Noni 在上述模型的非线性二极管电路 二极管电流被表示为一个功 能的电压为 I 14 10 E 40 1 在PSIM 非线性元件的规格将 2 2开关 有在PSIM的两个基本类型的开关 一个是开关型 它工作在截止 区域 关闭状态 或饱和区 状态 另一种是线性型 它可以工作在任一截止 线性或饱和区 开关在开关模式包括以下 二极管和开关 闸流管和双向可控硅 自换相开关 具体 门关断开关 NPN双极结型晶体管 BJT PNP双极结型晶体管 绝缘栅双极晶体管 IGBT N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管 MOSFET 和P沟道 MOSFET 双向开关 开关模型是理想的 也就是说 无论是开启和关断瞬变被忽视 开关上有10 阻力 当没有RLC支路并联连接的开关 一 10 电阻将连接在交换机内部 这种电阻可以被看作是关闭状 电阻 在某些情况下 这种电阻可能需要修改 要改变关闭状态的阻力 为 例如 100米 连接一个百米 并联开关 自从PSIM看到已经有一个电 并联开关 10m 电阻不会添加 缓冲电路不需要开关 线性开关包括以下 NPN和PNP双极晶体管 N和P沟道MOSFET 2 2 1二极管 LED Zener Diode 和双向触发二极管 二极管和LED 当它进行的时候 一个发光二极管 LED 发光 二极管或LED的导通是由 电路工作条件 当正偏置电压大于阈值时 二极管被打开 电压 当电流下降到零时 关断 图像 属性 参数描述 二极管的阈值 电压 二极管的阈值电压V d th 在五二极管开始进行当正 偏置电压大于V d th 二极管电阻二极管的电阻R D 在欧姆 之后开始进行 初始二极管位置的初始位置标志 如果标志是0 二极管关闭 如果它是1 二极管在 二极管的电流标志电流标志 二极管的I V特性和LED显示如下 Zener 齐纳二极管的电路模型如下图所示 图像 属性 参数描述 齐纳二极管的击穿电压 击穿电压V B V 正向阈值 电压 正向传导的阈值电压 从阳极到阴极 在V 正向导通电阻的正向电阻 齐纳电流输出电流国旗 从阳极到阴极 当齐纳二极管正向偏置 它的行为作为一个普通的二极管 当它是反向偏见 它会 阻挡导通 只要阴极阳极电压V万卡的击穿电压小于 什么时候 V卡超过V B 电压V卡将被钳位到V B 注意当齐纳箝位 由于二极管是一个在10 电阻为蓝本 阴极 阳极电压将等于 V Ka V B 10 我KA 因此 取决于我的价值 V 将略高于V B 如果我KA是非常大的 V家可以大大高于V B DIAC 双向触发二极管 是双向触发二极管 双向触发二极管不进行到导通电压达到 之后 双向触发二极管进入雪崩导通 和导通压降是静电压 图像 属性 参数描述 导通 导通时 移民局开始进行电压电压V 静电压导通电压降 V 当前标志当前标志 2 2 2晶闸管 双向可控硅 晶闸管在开启时被控制 关闭是由电路条件 可控硅是一种可以在两个方向上传导电流的装置 它的行为以同样的方式作为两个相 反的 并联的晶闸管 图像 属性 参数描述 电压降晶闸管导通电压降 在V 保持该设备停止传导和返回的最小导通电流 到关闭状态 只适用于晶闸管 闩锁电流最小的状态所需的电流保持装置在后的状态 触发脉冲被删除 仅晶闸管 初始开关位置的初始位置标志 仅用于晶闸管 用于开关电流输出的电流标志标志 注意 双向可控硅装置 保持电流和保持电流设置为零 有两种方法来控制晶闸管或可控硅 一种是使用一个选通块 另一个是使用一个开关 控制器 一个晶闸管或可控硅栅极节点必须连接到一个浇注块或开关 控制器 下面的例子说明了晶闸管开关的控制 实例 晶闸管开关的控制 左边的这个电路使用一个开关选通块 开关选通模式和频率是预先 定义 并保持不变 在整个模拟 右边的电路使用一个阿尔法开关 控制器 在度的延迟角 通过电路中的直流源的指定 2 2 3 GTO和晶体管 自整流的开关的开关 除了PNP双极结型晶体管 BJT 和P沟道 MOSFET的开启门控信号是当高 当1V或更高的电压施加到栅极 节点 和开关正偏置 集电极发射极或漏极源极电压为正 它被关闭了 每当选通信号是低或电流下降到零 PNP晶体管和P沟道MOSFET开关打开时 门控信号低 开关 负偏置 集电极 发射极或漏极 源极电压为负 GTO开关是一个对称的装置与正向和反向阻断能力 IGBT 或MOSFET开关包括一个反并联二极管的有源开关 注意 在PSIM BJT开关模型的局限性 与现实生活中的设备的行为 是 在PSIM BJT开关块反向电