Ανάπτυξη εκπαιδευτικού υλικού εργαστηρίου ηλεκτρονικών ισχύος με το λογισμικό PESIM

(1)

' ■ ^ ΰ & ' ^ ΤΚΧΝΟΛΟΙ ΙΚΟ ΚΚίίΑΙΛΕΥ I Ι ΚΟ ΙΛΡ^ ΜΛ ΚΑΒΑΛΑΣ

ΤΜΗΜΑ ΒΙ ΟΜΗΧΑΝΙ ΚΗΣ ΗΑΗΡΟΦΟΡΙ ΚΗΣ

ΠΤ^ Χ1ΛΚΗ ίΡΓΛ Σ ίΛ

Ανάπτυξη εκπαιδευτικού υλικού εργαστήρια»· η>χκτρονικών ισ/ύος με το /Λγισμικό PES1M

Υλοποίηση πτυχιακ-ής: Φραγκάκ-ης Εμμοτνουήλ ΑΕΜ: 314

\ πΓΐ)θ\)νος Καθηγητής: Κυραναστάσης Γεώργιος Κ_λΒΑ.\Α Μ Α Ι0 1 2008

(2)

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

ΑνάτΓτυξη εκπαιδευτικού υλικού εργαστηρίοίν η>χκτρονικών ισχύος με το >Λγισμικό PESIM

Υλοποίηση τττυχιακής: Φραγκάκης Εμμανουήλ ΑΕΜ: 314

\ ’πεΐ)θΐ)νος Καθηγητής: Κυραναστάσης Γεώργιος ΚΑΒΑΛΑ Μ Α ΙΟΣ 2008

(3)

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ 1 Γενικές Πληροφορίες

1.1 Εισαγοίγή

1.2 Απαιτήσεις Λογισμικού και Υ>ακού 1.3 Εγκατάσταση

1.4 ,λρχεία Εγκατάστασης

1.5 Έ /χγχος του /Λγισμικού σε υπο/Λγιστή 1.6 Δομή κυκ>.ώματος

1.7 Έ /χγχος >Λγισμικού εςομοίιοσης PESIM 2 Στοιχεία Η>χκτρονικών Ισχύος

2.1 Κ>χιδοι α\τιστατώ ν, πηνίων, πυκ>·ωτών 2.1.1 Αντιστάσεις, ττηνία, πυκνωτές 2.1.2 Ροοστάτες

2.1.3 Κορεσμένα πηνία 2.1.4 Μη γραμμικά στοιχεία 2.2 Διακόπτες

2.2.1 Δίοδοι, DIAC και δίοδοι ZENER Θυρίστορ και TRIAC

GTO, τρανζίστορ και αμφίδρομοι διακόπτες Γραμμικοί διακόπτες

Πα>.μογε\Λ·ήτρια διακόπτη Ολοκ>.ηρωμένα Μονοφασικών διακοπτών Τριφασικά στοιχεία

2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 2.2.7 2.3 Συνδεδεμένα πηνία 2.4 Μετασχηματιστές

2.4.1 Ιδανικός Μ ετασχηματιστής 2.4.2 Μονοφασικός μετασχηματιστής 2.4.3 Τριφασικός Μετασχηματιστής 2.5 Αλλα στοιχεία

2.5.1 Λειτουργικός Ενισχυτής 2.5.2 Dv/dt block Στοιχεία Ελέγχου Κυκλωμάτων 3.1 Ολοκληρωμένα λειτουργίας μεταφοράς

3.1.1 Αναλογικός Ελεγκτής - Πολλαπλασιαστής 3.1.2 Ολοκληρωτής

3.1.3 Διαφοριστής

3.1.4 Αναλογικός ακέραιος ελεγκτής 3.1.5 Ολοκληρωμένα Ενσωματωμένου Φίλτρου 3.2 Ολοκληρωμένα Δ’πολογιστικής .\ειτουργίας

3.2.1 Αθροιστής

3.2.2 Πολλαπλασιαστής και Διαιρέτης

Σ.2 Σ.6

Σ.6 Σ.6 Σ.6 Σ.6 Σ.8 Σ.9 Σ.9 Σ.10 Σ.11 Σ.11 Σ.13 Σ.13 Σ.14 Σ.15 Σ.16 Σ.17 Σ.19 Σ ^ Ι Σ.23 Σ.25 Σ.26 Σ.29 Σ.31 Σ.31 Σ.31 Σ.34 Σ.35 Σ.35 Σ.37 Σ.38 Σ.38 Σ.39 Σ.40 Σ.41 Σ.42 Σ.42 Σ.43 Σ.43 Σ.44

(4)

3.2.3 Τετραγωνικής ρίζας Σ.45 3.2.4 Εκθετικό Λογαριθμικό και ο>ΛΚ/.ηρωμένο Δύναμης Σ.45 3.2.5 Υπο>-ογισμού Τετραγωνικής Ρίζας ενδιάμεσων όρων Σ.46

3.2.6 Απολύτου και Πρόσημου Σ.46

3.2.7 Τριγωνομετρικά Σ.47

3.2.8 Μετασχηματισμού Fourier Σ.47

0>Λ)ΐό.ηρωμέ\'α ά ϋ .ης >χιτουργίας Σ.48

3.3.1 Συγκριτής Σ.48

3.3.2 Περιοριστής Σ.49

3.3.3 Βαθμωτός περιοριστής Σ.49

3.3.4 Πίνακας Αναζήτησης Σ.50

3.3.5 Τραπεζοειδούς και Τετραγωνικής Κυματομορφής Σ.52 3.3.6 Δειγματοληψίας

3.3.7 Στρογγυ>χ)^ίησης 3.3.8 Χρονοκαθυστέρησης 3.3.9 Πολυπ>χκτες 3.3.10 THD .\ογικά στοιχεία 3.4.1 Logic gates 3.4.2 Set Reset Flip Flop 3.4.3 J-K flip flop 3.4.4 D flip flop 3.4.5 Μονοσταθής πολυδονητής 3.4.6 Μετρητής πλάτους πα>.μού 3.4.7 A/D and D/A converters

Σ.53 Σ.54 Σ.55 Σ.67 Σ.58 Σ.60 Σ.60 Σ.60 Σ.61 Σ.61 Σ.62 Σ.62 Σ.63

Αλλα στοιχεία -·64

4.1 Αρχείο παραμέτρων Σ.54

4.2 Πηγές Σ.65

4.2.1 Χρόνος Σ.65

4.2.2 Πηγή Συνεχούς Σ.65

4.2.3 Ημιτονοειδής πηγή Σ.66

4.2.4 Πηγή τετραγωνικού κύματος Σ.67

4.2.5 Πηγή τριγωνικού κύματος Σ.68

4.2.6 Πηγή στάθμης Σ.70

4.2.7 Τμηματικά Γραμμικές πηγές Σ.71

4.2.8 Τυχαίες πηγές Σ.73

4.2.9 Πηγές μαθηματικών συναρτήσεων Σ.73 4.2.10 Ελεγχόμενες από τάση ή ρεύμα ττηγές Σ.74 4.2.11 Μη γραμμικές ελεγχόμε\-ες από τάση πηγές Σ.76

4.3 Αισθητήρες τάσης ή ρεί)ματος Σ.77

4.4 Ελεγκτές και μετρητές (Probes and Meters) Σ.78 4.5 Ελεγκτές διακοπτών (Switch Controllers) Σ.80 4.5.1 Ελεγκτής διακοπτών On-O ff Σ.80

4.5.2 Ελεττοτής Άλφα Σ.81

4.5.3 Ελεγκτής πινάκων αναζήτησης ΡΑλ'Μ Σ.83

4.6 Ολοκληρωμένα λειτουργιών Σ.86

4.6.1 Ολοκληρωμένο ελέγχου ενέργειας Σ.86 4.6.2 Ολοκληρωμένα μετασχημαησμού ABC - Σ.87

(5)

DQO

4.6.3 0>ΛΚ>.ηρωμένα μα&ημαπκών /χιτουργιών Σ.89 4.6.4 0>Λκ).ηρωμένο εξωτερικών DLL Σ.89 Προδιαγραφές Ανάλυσης

5.1 Ανάϊ.υση μεταβατικής κατάστασης Σ.93

5.2 Ανάλ.υση ε\'α>^Λσσόμε\’ου ρεύματος Σ.94

5.3 Σαρωτής Παραμέτρων Σ.Ι00

6 Σχηματική Αναπαράσταση Κυκ>.ώματος ^Σ.101

6.1 Δημιουργία κυκ>.ώματος Σ.102

6.2 Τροποποίηση κυκ>.ώματος Σ.103

6J Υποκύκ>Λ^μα Σ.104

6.3.1 Δημιουργία υποκυκ>αόματος εντός του κύριου Σ.Ι05 κυκλώματος

6.3.2 Δημιουργία υποκυκ>αοματος μέσα σε Σ.105 υποκύκλωμα

6.3.3 Σύνδεση υποκυκ>αοματος στο κυρίως Σ.107 κύκλωμα

6.3.4 Αλλες λειτουργίες των υποκυκ>Λΐμάτων Σ.108 6.3.4.1 Εισαγωγή παραμέτρων από το κυρΰος Σ.109 κύκλωμα στο υποκύκλωμα

6.3.4.2 Καθορισμός της εικό\·ας του Σ.110 υποκυκλώματος

6.3.4.3 Συμπεριλαμβά\’οντας υποκυκ).ώματα Σ.111 στην λίστα στοιχείων του PESIM

6.4 Αλλες Επι/Λιγές Σ.112

6.4.1 .λειτουργώντας την εξομοίιοση Σ.112 6.4.2 Δημιουργία και προετησκόπηση του αρχείου λίστας Σ.112 6.4.3 Καθορισμός εμφάνισης εκτέλεσης Σ.113

6.4.4 Ρυθμίσεις Σ.113

6.4.5 Εκτύπωση του σχηματικού κυκλώματος Σ.113 6.5 Τροποποιώντας την βιβλιοθήκτ] του PESIM Σ.114

7 Επεξεργασία Κυματομορφής

Σ.115

7.1 Μενού αρχείου Σ.116

7.2 Μενού σΐινταςης Σ.117

7.3 Μενού αξόνων Σ.117

7.4 Μενού οθόνης Σ.118

7.5 Μενού Μέτρησης Σ.120

7.6 Μενού εμφάνισης Σ.121

7.7 Μενού Επιλογής Σ.112

7.8 Μενού Ετικέτας Σ.122

7.9 Εξαγωγή δεδομένων Σ.123

(6)

Μηνύματα Σφαλμάτων και α ΰ Μ θέματα εξομοάοσης

8.1 θ έμ ατα εςομοίωσης Σ.124

8.1.1 Ετπλογή βήματος χρόνου Σ.124

8.1.2 Καθυστέρηση διάδοσης σε >Λγικπ κυκ/-ώματα Σ.124 8.1.3 Διεπαφή ανάμεσα σε Κυκ>.ώματα ισχύος ιαιι

κυκ>λΐ)ματα ελέγχου

Σ.125

8.1.4 Ανάλυση FFT Σ.126

8.2 Μηνύματα προειδοποίησης και σφα>.μάτων Σ.126

S 3 Ε κσφαλ.μάτωση Σ.128

9 Εργαστηριακές ασκήσεις Σ.129

9.1 Εργαστηριακή .Ασκηση 1 Σ.130

9.2 Εργαστηριακή .Ασκηση 2 Σ141

9.3 Εργαστηριακή Ασκηση 3 Σ.147

9.5 Εργαστηριακ-ή .Ασκηση 5 Σ.164

9.6 Εργαστηριακή Ασκηση 6 Σ.170

9.10 Εργαστηριακή-Ασκηση 10 Σ.193

Περϋ.ηψη Σ.201

Βιβλιογραφία

Ευρετήριο εικόνων και σχημάτων

(7)

ΠΡΟΛΟΓΟΣ

Η εργασία με θέμα “Ανάτιτυξη εκτιαιδευτικού υ>ακού εργαστηρίων η>χκτρονικών ισχύος με το λογισμικό PESIM ” έχει αναπτυχθεί σε δύο μέρη. Σε αυτό του εγχειρίδιου χρήσης και στις εργαστηριακές ασκήσεις. Έχει υ>-οποιηθεί τιάνω στο πακέτο εξομοίωσης PESIM το οποίο είναι ένα ειδικά διαμορφωμένο πρόγραμμα εξομοίωσης κυκλωμάτων ηλεκτρονικών ισχύος και χρήσης α^ιλογικού η ψηφιακού ελέγχου σε κυκλώματα ελέγχου.

ΕΓΧΕΙΡΙΔΙΟ ΧΡΗΣΗΣ

Τα εγχειρίδιο χρήσης αναπτύσσεται στα κεφάλαια 1 έως 8 αναλαίοντας τα στοιχεία ηλεκτρονικών ισχύος και στοιχείων ελέγχου που περιλυαμβάνει το πρόγραμμα.

Διευκρινίζονται ανά στοιχείο οι τιαράμετροι του και επεςηγείτε η λειτουργία τους, όπου χρει^ετας με παραδειγματικό κύκλωμα ή με τις κατάλληλες κυματομορς>ές τάσης και ρεύματος. Στο εγχειρίδιο χρήσης περιλεμβάνονται τόσο οδηγίες χρήσης για το πρόγραμμα PESIM όσο και τον εξομοιωτή του SIMVIEW. Δίνονται οδηγίες για κάθε παράμετρο ετιεξεργασίας των κυματομορφών, ολλΛ και οδηγίες αντιμετώπισης λαθών και σιραλμάτων που μπορεί να αντιμετωτιίσει ο χρήστης.

ΕΠΙΛΕΓΜΕΝΕΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Στο κεφάλαιο 9, αναπτύσσονται 10 εργαστηριακές ασκήσεις μέσα από τα οποίες ο μαθητής μπορεί να κατανοήσει την λειτουργία των στοιχείων που παρέχει το PESIM.

Μέσα από παραδείγματα κυκλωμάτων τα οποία υπόκεινται σε συνεχείς τροποποιήσεις των παραμέτρων των στοιχείων τους και ταυτόχρονη παρατήρηση των αποτελεσμάτων στις κυματομορφές εισόδου και εξόδου, γίνεται κατανοητή η λειτουργία των κυκλωμάτων και των στοιχείων που τα αποτελούν. Η δομή των ασκήσεων συμπληρώνεται από ερωτήσεις ανάπτυξης και σομπλήροκτης αποτελεσμάτων αλλά και από τη δημιουργία κυματομορφών για την παρατήρηση των αποτελεσμάτων του εκάστοτε κυκλώματος. Η κάθε άσκηση ολοκληρώνεται με ερωτήσεις ανασκόπησης που εστιάζουν στα κύρια σημεία κάθε άσκησης.

(8)

1 Εγκατάσταση και έ/χγχος /χιγισμικού PESIM σε υπολογιστή του εργαστηρίου__________________

1.1 Εισαγωγή

Το PESIM είναι ένα τιακέτο εξομοίωσης ειδικά διαμορφωμένΌ για ιμχκτροΜκά ισχύος και έλεγχο κινητήρων. Με γρήγορη εςομοίωση και φάακό προς τον χρήστη περ ιβ ^-ον, το PESIM παρέχει στον χρήστη ένα δυναμικό περιβοά^χη' εξομοίωσης για τα ηλεκτρονικά ισχύος, για ανα>α)γικό και ψηφιακό έ>χγχρ Μ ή και για σύστημα κίνησης κινητήρων.

1.2 Απαιτήσεις Λογισμικού και Υλικού

Το PESIM τρέχει σε περιβάλλον Microsoft \Mndows 98/ΝΤ/2000/ΧΡ. Χρησιμοποιεί 11 MB για την εγκατάσταση του και η ε>όχιστη μ\ήμη RAM που χρειάζεται εί\·αι 32ΜΒ.

1.3 Εγκατάσταση

Για την εγκατάσταση του λογισμικού στο υπολογιστή ακολουθούνται τα εξής βήματα. Αφού εισαχθεί το cd-rom στο drive του υπο>ογιστή μας τρέχουμε το αρχείο SETIT.EXE για να αρχίσει η εγκατάσταση. Ακολουθούμε τα βήματα της διαδικασίας πατώντας NEXT και επιλέγουμε το επιθυμητό σημείο εγκατάστασης του προγράμματος, το οποίο έχει ως αρχικό directorv' το C;/PESIM6.0 . Έπειτα από την αρχική εγκατάσταση του προγράμματος ακολουθεί η εγκατάσταση της hardlock συσκευής που συνοδεύει και επιτρέπει την λειτουργία του προγράμματος PESIM.

Η εγκατάσταση ολοκληρώνεται πατώντας το κουμττί FINISH, τόσο για την εγκατάσταση του softaw are του προγράμματος αλλά όσο και για την εγκατάσταση του Hardlock κλειδώματος.

1.4 Αρχεία Εγκατάστασης

Οι τύποι αρχείων μετά την εγκατάσταση που συναντάμε στο φάκελο PESIM6.0 φαίνονται στον παρακάτω πίνακα.

ΑΡΧΕΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

*.sch PESIM αρχεία σχηματικής αναπαράστασης (binarv )

*.cct PESIM αρχείο εισόδου εξομοιωτή (text)

♦.txt PESIM αρχείο τέλους εζομοίιοσης (text)

♦.fra PESIM αρχείο εξόδου ανάλυσης (text)

♦.smv SIMVIEW αρχείο κυματορορφής (binarv) Πίνακας 1.1 Τύποι αρχείων ε}<κατάστασης

(9)

ΑΡΧΕΙΑ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Psim.dll PESIM.exe Simview.exe PESIM.LIB, PESIMimage.lib

♦.hip

*.sch______________

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Εξομονωτής PESIM

Πρόγραμμα σχηματικής αναπαράστασης PESIM Επεξεργαστής κυματομορφής PESIM Βιβ^αοθήκες PESIM

Αρχεία Βοήθειας

Δείγματα αρχείων' σχηματικών κυκ>.ωμάτων Πίνακας 1.2 Ερχεία εγκατάστασης του PESIM

1.5 Έ λ ε γ χ ο ς το υ > Λ γισ μ ικού σ ε υ πο>Λ γισ τή

Πριν το άνοιγμα του προγράμματος και την εκτέ>χση οποιονδήποτε λειτουργιών θ πρέπει να έχει συνδεθεί σε θύρα USB του υπολογιστή, το Hardlock Flash που συνοδεύει το PESIM.

Το λογισμικό PESIM, χωρίζεται σε 3 μέρη. Στο πρόγραμμα σχηματικής αναπαράστασης κυκλωμάτων PESIM, στον εξομοιωτή PESIM και στο πρόγραμμα επεξεργασίας κυματομορφών Simview το οποίο και δείχν’ει την γραφική απεικόνιση της εξομοίωσης του κυκλώματος μας. Η σχημαπκή αναπαράσταση του περιβάλλοντος εξομοίωσης φαίνεται παρακάτω.

PESIM Schematic

PESIM Simulator

Δημιουργία σχηματικών κυκλειμάτων (είσοδος: *.sch)

Εξομοιωτής PESIM (είσοδος: *.cct; έξοδος: *.txt)

Επεξεργαστής Κυματομορφής (είσοδος: *.ΐχΐ)

Σχήμα 1.1 Στάδια λειτουργίας του PESIM

(10)

1.6 Δομή Κυκλώματος

Ένα κύκ>Λ)μα αναπαριστάται στο PESIM σε 4 μέρη; Κύκ/χομα ισχύος, κύι0Μ>μα ελέγχου, αισθητήρια και διακότττες ελέγχου. Το σχήμα παρακάτω δείχνει την σχέση μεταξύ των 4 αυτών μερών.

Κύκ>αομα Ισχύος

Διακόπτες Ελέγχου

Αισθητήρια

~ ~ Γ ~

Κύκλωμα Ελέγχου Σχήμα 1.2 Δομή κυκλώματος

1.7 Έ>χγχος λογισμικού εςομοίωσης PESIM

Για να ελέγξουμε το λογισμικό PESIM θα εξομοιώσουμε έ\·α δείγμα κυκλώματος που έχει.

- Ανοίγουμε το PESIM. Επιλέγουμε το Open από το μενού File και φορτώνουμε το αρχείο “chop.sch".

- Από το μενού Simulate διαλέγουμε την επιλογή Run Simulation για να αρχίσει η εξομοίωση, τα αποτελέσματα της οποίας θα αποθηκευτού\· στο αρχείο "chop.txt’'. Οποιαδήποτε μηνύματα υπάρξουν κατά την διαδικασία της εξομοίωσης θα αποθηκευτούν στο αρχείο "message.doc".

- Αν η επιλογή .\uto-R un SIM \TE\V δεν είναι επιλεγμένη στο μεναύ Options, ετηλέξτε το Run SIMVTEW από το μενού Simulate ή πατήστε F8. Αν η επιλογή .\uto-R un SIMVIEW είναι ήδη επιλεγμένη, η εξομοίωση του κυκλώματος θα αρχίσει αυτόματα. Στην αρχή της διαδικασίας εξομοίωσης θα πρέπει να επιλεχθούν και οι καμπύλες που θέλουμε να εμφανίζονται.

(11)

^ Μ ε / ,έ τ η to jv δ υ ν α τ ο τ ή τ ο ^ ν τ ο υ > ^ ι σ μ ι κ ο ύ

Το παράθυρο παραμέτρων κάθε στοιχείου στο PESIM έχει τρεις ξεχωριστές καρτέλες. Αυτή των παραμέτρων του στοιχείου, αυτή των έςτρα πλ.ηροφοριών και αυτή του χρώματος.

R ΣΣ I

Resota He<p j Rerator Hefe | Reartct 1 Hat) |

1 Dajilaipj

|Nai» (R2 Γ 1 Nane |

Reaatme |5 j Po«eiRabng [ϋ55 Γ

J CurentFlig |0 | HenJacAMti |

P«tNa 1

Σχήμα 2.1 Κοφτέ/χς Παραμέτρων στοιχείοο

Οι σταθερές των τιαραμέτρων στην καρτέλχι των Param eters χρησιμοποιούνται στην διαδικασία της εξομοίωσης. Αντιθέτως οι πληροφορίες στην καρτέλο O ther Info δεν χρησιμοποιούνται στην εξομοίωση. Είναι μόνο για αναιρορικούς σκοπούς και εμφανίζονται στην λίστα εργαλείων του PESIM που εμφανίζεται πατώντας \'iew | Element List. Πληροφορίες όπως η εκτίμηση ισχύος του στοιχείου που χρησιμοποιούμαι η ονομασία του κατασκευαστή και ο αριθμός τεμαχίου μπορούν να καταχωρηθούν στην ίδια καρτέλα. Το χρώμα του στοιχείου μπορεί να ρυθμιστεί από την καρτέλα Color.

Οι παράμετροι στην αντίστοιχη καρτέλα μπορούν να έχουν αριθμητική τιμή η να αντικατασταθεί από μία μαθηματική έκφραση.

Μια αντίσταση για παράδειγμα μπορεί να καθοριστεί με τους εξής τρόπους.

12.5 12.5k 12.50hm 12.5kOhm 25./2.0hm R1+R2 Rl*0.5+(Vo+0.7)/Io

Οπου τα R l, R2, Vo, lo, είναι σύμβολα που έχουν είτε δηλωθεί σε ένα αρχείο παραμέτρων είτε σε ένα κεντρικό κύκλωμα αν υποθέσουμε ότι η αντίσταση ανήκει σ υποκύκλωμα.

(12)

Τα αρχικά γραμμάτων που 6t| > ^ow μέγεθος ι είναι τα έξης.

ιι υποστηρίξσ\παι από το PESIM

G Μ Κ ΟΓ k

10’

10‘

10’

1 0’

10^

ΙΟ-*

Πίνακας 2.1 Μονάδες μεγεθών που υποστηρίζονται από το PESIM Μαθηματικές εκφράσεις που υποστηρίζονται από το PESIM, που μπορούν \·α περιλαμβάνουν παρενθέσεις και δεν είναι case sensitive, είναι οι εξής:

+ Πρόσθεση - Αφαίρεση

* Πολλαπλασιασμός / Διαίρεση

^ Δύναμη (π.χ. 2^3 = 2*2*2) SQRT Λειτουργία τετραγωνικής ρίζας

SIN Λειτουργία ημίτονου COS Λειτουργία συνημίτονου ΤΑΝ Λειτουργία εφαπτομένης ΑΤΑΝ Λειτουργία συνεφαπτομένης

ΕΧΡ Εκθετική λειτουργία (με βάση το e) [π.χ. ΕΧΡ(χ) = e”]

LOG Λογαριθμική λειτουργία (με βάση το e) [π.χ. LOG(x) = 1η(χ)]

LOG 10 Λογαριθμική λειτουργία (με βάση το 10) ABS Λειτουργία απόλυτου

SIGN Λειτουργία στρογγυλοποίησης [π.χ. SIGN(1.2) = 1; S1GN(-1.2) = -1 ] Πίνακας 2.2 Μαθηματικές εκφράσεις που υποστηρίζονται όπο το PESIM

2.1 Στοιχεία που μπορούν να εισαχθούν στο κύκλωμα 2.1.1 Αντιστάσεις, ττηνία, πυκνωτές

Και οι δύο κλάδοι ανεξάρτητα, αυτοί των αντιστατών, πηνίων και πυκνωτών α>λά και οι συσσωρευμένοι κλάδοι RLC παρέχονται από το PESIM. Οι αρχικές συνθήκες ρευμάτων των πηνίων αλλά και οι τάσεις των πυκνωτών μπορούν να καθοριστούν από τον χρήστη.

Για να διευκολυνθεί η δημιουργία τρκρασικών κυκλωμάτων, οι συμμετρικοί τριφασικοί RLC κλάδος " R3”, " RL3", "RC3”, "RLC3”, παρέχονται από το πρόγραμμα.

Τα αρχικά ρεύματα πηνίων και οι τάσεις των πυκνωτών είναι όλα μηδέν.

(13)

R L ο^^Λ/ W » oij'YYYv^

RL RC

ο^ΛΛΛγ^ ^ ^ » Λ ν ν - Η Ι - ^ ο^ΛΛΑγ^^^^^'''^^- H I — '

R3 RL3 RC3

RLC3 ο^Λ Α /ν° °-Α Λ/ν---II— ,ι>ν\/^-ΐ/νγγν_ι_(μ

<ς λ αΑγ° ο ^ Λ Λ / ν ^ Ι —

ο^ΛΛ/ν-“

Σχήμα 2.2 Τύποι Αντιστάσεων, πηνίων και πυκνωτών

Τα ονόματα πήνω από τις εικόνες των στοιχείων είναι η ονομασία λίστας (netlist) των στοιχείων.

Για παράδειγμα ένας αντιστάτης εμφανίζεται με το όνομα "Resistor"' στο μενού βιβλιοθήκης (library· menu) και η ονομασία λίστας του είναι "R".

Για τους τρκρασικούς κλάδους, η φάση με την τε>,εία είναι η Φάση Α.

ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Resistance (R) Μέτρηση σε Ohm Inductance (L) Μέτρηση σε Η Capacitance (C) Μέτρηση σε F

Initial Current Αρχικό ρεύμα ττηνίου, μέτρηση σε A Initial Capacitance

\oltage

Αρχική χωρητικότητα τάσης, μέτρηση σε V C urrent Flag (Flag) Σημαία για το ρεύμα εξόδου του κλάδου. Αν η σημαία

είναι 0, δεν υπάρχει ρεύμα εξόδου. Αν η σημαία είναι 1, το ρεύμα εξόδου θα σωθεί στο αρχείο εξόδου γυι να αναπαρασταθεί εν συνεχεία στο SIMVlEW.To ρεύμα είναι θετικό όταν βρίσκεται στην αρχικό σημείο του κλάδου.

Current Flag_.\ Σημαία για την A φάση, του τρκρασικού κλάδου Current Flag^B Σημαία για την Β φάση, του τρκρασικού κλάδου Current Flag_C Σημαία για την Γ φάση, του τρκρασικού κλάδου Πίνακας 2.3 Πίνακας παραμέτρων αντιστατών, πηνίων και πυκνωτών Σε έναν κλάδο η αντίσταση, η χωρητικότητα και η αυτετΜγωγή δεν μπορούν να εί\

ταυτόχρονα 0. Τουλάχιστον μία από τις παραμέτρους πρέπει να έχεχ μη μηδεντκ-ή τιμή.

(14)

2.1.2 Ροοστάτης

Ο ροοστάτης είναι μία μεταβλητή αντίσταση.

<ίΛλ\Λ-ο Σχήμα 2.3 Ροοστάτης

Π .4Ρ .\.νΐΕ Τ ΡΟ Ι ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Total Resistance H μέτρηση της σΐΛθ>ακής αντίστασης του ροοστάτη από το άκρο A στο Β, γίνεται σε Ohm.

Tap position (0 or 1) Η αντίσταση μεταξύ του άκρου A και του σημείου που δείχνει η μεταβλητή αντίσταση είναι; R*Tap Current Flag

Σημαία για το ρεύμα που περνάει από το άκρο Α.

Πίνακας 2.4 Πίνακας παραμέτρων ροοστάτη 2.1.3 Κορεσμε\·ο Πηνίο

Ένα κορεσμένο πηνίο εττηρεάζεται από την επίδραση του μαγνητικού πεδίου του πυρήνα του.

Σχήμα 2.4 Κορεσμένο πηνίο

ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Current vs Inductance Χαρακτηριστικά του ρεύματος έ\·α\·τι της αυτεπαγωγής (π.χ. (ι,, λ,) ,( ί,, Π))

Current Flag Σημαία για το ρεύμα εμφάνισης

Πίνακας 2.5 Πίνακας παραμέτρων κορεσμένου πηνίου

Η μη γραμμική Β - Η καμπύλη αναπαριστάται τμημαπκά από γραμμική προσέγγιση.

Εφόσον η πυκνότητα ροής Β είναι ανάλογη του συνδέσμου ροής λ και η μαγνηπιαί δύναμη Η είναι ανάλογη στο ρεύμα I, η κομπύλη Β - Η μπορεί να αναπαρασταθεί από την καμττύλη λ - ί.

(15)

λ (Β

; /UW

/

Inductance ί = λ / ί Σχήμα 2.5 Διάγραμμα Επαγοτγής του κορεσμέ νοΌ πηνίου

Η αυτεπαγωγή ορίζεται ως L = λ / ϊ, που είναι η κϊάση σε διαφορετικά σημεία της καμττΰλης. Τα χαρακτηριστικά μπορούν στην συνέχεια να εκφραστούν ο>ς ζεύγη δεδομένων σημείων ως εςής: ) κτλ

2.1.4 Μη γραμμικά στοιχεία

Τέσσερα στοιχεία με μη γραμμική σχέση μεταξύ τάσης και ρεύματος δίνονται - Αντίσταση - τύπος (NONV) [ν = flji)]

- Αντίσταση - τύπος με έξτρα είσοδο χ (N O N V 1) [ν = f(ipc)]

Αγωγιμότητα - τύπος (ΝΟΝΙ) [ί = f(v)]

- Αγωγιμότητα - τύπος με έξτρα είσοδο χ (Ν Ο Ν Ι1) [ΐ = f(vpc)]

Σχήμα 2.6 Μη γραμμικά στοιχεία

Expression f(i) or f(i,x) Έκφραση ν = f(i) για στοιχεία NONV και 1 V = f(i,x) για στοιχεία τύπου NON V 1 Expression df/di Το παράγωγο της τάσης V έναντι του τρέχοντος ρεύματος ϊ, π.χ. df(i) / di

Initial Value Vg Αρχική πμή του ρεύματος i

Lower Limit of i Το κατώτερο όριο του ρεύματος i Upper Limit of i Το ανώτερο όριο του ρεύματος i Πίνακας 2.6 Πίνακας παραμέτρων μη γραμμικών στοιχείων, για στοιχεία τύπου α\·τίστασης.

(16)

ΠΑΡΑ.ΜΕΤΡΟΙ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Expression f(v) or f(v,i) Έκφραση i = fi[v) για στοιχεία NONV και i = fl[vpc) για στοιχεία τύπου N O W l Expression df/dv To παράγιογο του ρεύματος i ένανπ της

τρέχουσας τάσης ν, π.χ. df(v) / dv Initial Value v„ Αρχική τιμή της τάσης ν Lower Limit of v Το κατώτερο όριο της τάσης ν Upper Limit of v Το ανώτερο όριο της τάσης ν Πίνακας 2.7 Πίνακας παραμέτρων μη γραμμικών στοιχείων, για στοιχεία τύπου αγωγιμότητας.

Μία σοκττή αρχική τιμή για τα κάτω και ττάνω όρια θα βοηθήσει την σύγκ)αση της λύσης.

2.2 Διακόπτες

Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι διακοπτών στο PESIM. Ο ένας είναι οι s^^^tchmode.

Λειτουργούν είτε στην διακοπή είτε στον κορεσμό. Οι ά>Δοι είναι οι συνΐχείς, οι οποίοι είτε στη γρκιμμική, είτε στην συνεχή είτε στην κορεσμένη περιοχή.

Οι διακόπτες σε λειτουργία switchmode περιλαμβάνουν τα εξής;

- Διόδους και DIAC - Θυρίστορ και TRIAC - Μονούς διακόπτες, συγκεκριμένα

ο ΔιακότΓτης κλεισίματος πύλης (GTO) ο ΝΡΝ διπολική σύνδεση τρανζίστορ ο ΡΝΡ διπολική σύνδεση τρανζίστορ ο Μονωμένο διπολικό τρανζίστορ πύλης

ο Ημιαγωγός μετάλλου οξειδίου η περιοχής, τρανζίστορ πεδίου (MOSFET) και ρ περιοχής MOSFET (MOSFET_P) - Αμφίδρομος διακόπτης (SSWI)

Τα ονόματα εντός παρενθέσεων είναι η ονομασία λίστας κάθε στοιχείου του PESIM.

Τα μοντέλα διακοπτών στο PESIM είναι ιδανικά. Και αυτό γιατί τόσο σε κατάσταση ανοιχτή αλλά όσο και σε διακοπής είναι ^ραμελημένα. Ένας διακόπτης ανοιχτός έχει αντίσταση 1 ΟμΩ και κλειστός 1ΜΩ

(17)

2.2.1 Δίοδοι, DIAC και δίοδοι ZENER

Η συμτιεριφορά μίας διόδου μέσα σε ένα κύκ/Λίμα καθορίζεται av0>jOya με τις λειτουργικές συνθήκες του κυκ>αόματος. Μία δίοδος >χιτουργεί όταν ιρορτίζεται θετικά και είναι κ)χιστή όταν το ρεύμα ττέφτει στο μηδέν.

Σχήμα 2.7 δίοδος

ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Diode Voltage Drop H συμπεριφορά της τττώσης τάσης της διόδου, μετριέται σε V Initial Position Σημαία γκι την αρχική κατάσταση της

διόδου. Αν η σημαία είναι 0, η δίοδος είναι ανοιχτή ενώ αν είναι 1 η δίοδος είναι κλειστή

Current Flag

Σημαία για το ρεύμα εξόδου της διόδου.

Αν η σημαία εήαι 0, δεν υπάρχει ρεύμα εξόδου. Αν η σημαία είναι 1 το ρεύμα της διόδου θα αποθηκευτεί στο αρχείο εξόδου, για να αναπαρασταθεί στον εξομοιωτή SIMVIEW Πίνακας 2.8 Πίνακας παραμέτρων διόδου

Ένα DIAC είναι μία αμφίδρομη δίοδος. Ένα DIAC δεν λειτουργεί αν δεν φτάσει την τάση λειτουργίας του. Αμέσως μετά το DLAC φτάνχι σε συμπερκρορά χιονοστιβάδας και η συμπεριφορά της πτώσης τάσης είναι να επιστρέφει στην αρχική τάση.

Σχήμα 2.8 DLAC

Brakeover Voltage Breakback voltage C urrent Flag

H τάση λειτουργίας του DLAC στην οποία ξεκινάει να λειτουργεί Συμπεριφορά πτώσης τάσης, σε V Σηααία Ρεύαατος

Πίνακας 2.9 Πίνακας παραμέτρων D1AC

(18)

ΔΙΟΔΟΣ ZENER

Σχήμα 2.9 δίοδος ZENER

Breakdown Voltage H τάση Vb της διόδου ZENER, σε V Η τττώση τάσης της διόδου (πτώση τάσης Forward Voltage Drop από την άνοδο στην κάθοδο)

Σημαία για το ρεύμα εξόδου της ZENER

Current Flag (από την άνοδο στην κάθοδο)

Πίνακας 2.10 Πίνακας παραμέτρων διόδου ZENER

Αν η δίοδος ZENER φορτιστεί θετικά συμπεριφέρεται σαν μία κανονική δίοδος, αν πολωθεί αντιστρόφως, μπλοκάρει ττ|ν επαφή όσο η τάση καθόδου - ανόδου Vka είναι μικρότερη από την τάση Vb.'

2.2.2 Θυρίστορ και TRLAC

Το θυρίστορ ελέγχεται στην εκκίνηση του. Η διακοπή του καθορίζεται από τις συνθήκες του κυκλώματος.

Το TRIAC είναι μία συσκευή που διαχειρίζεται το ρεύμα και προς τις δύο κατευθύνσεις. Συμπεριφέρεται σαν δύο θυρίστορ μαζί στραμμένα αντίθετα και

Τ Η \’ (θυρίστορ) TRIAC

A °— κ

G

• %

Σχήμα 2.10 Θυρίστορ και TRIAC

(19)

ΙΙΑΡΑ.ΜΕΤΡΟΙ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Voltage Drop Συμπεριφορά πτώσης τάσης του

θυρίστορ Holding C urrent

Το ε>Λχιστο ρεύμα συγκράτησης κάτω από το οτιοίο η συσκευή σταματάει να άγει και επιστρέφει στη κατάσταση OFF Latching C urrent

Το είαίχιστο απαιτούμενο ρεύμα δωρροής που χρειάζεται για να διατηρήσει την συσκευή στην κατάσταση

Initial Position ΟΝ μετά την πυροδότηση

Σημαία για την αρχική θέση της διόδου

C urrent Flag (0:ανοιχτή, 1;κ)ειστή)

Σημαία για το ρεύμα εξόδου του δκικόπτη (0:χωρίς έξοδο, 1 :με έξοδο) Πίνακας 2.11 Πίνακας παραμέτρων στοιχείων θνρίστορ και TR1AC Στο TRIAC το ρεύμα ουγκράτησης και το ρεύμα διαρροής είναι αρχικά 0.

Υτιάρχουν 2 τρόποι να ελεγχθεί ένα θυρίστορ ή ένα TRIAC. Ο ένας εΚ·αι χρησιμοποιώντας μια παλμογεννήτρια και ο άλλος είναι χρησιμοποιώντας έναν διακόπτη ελέγχου. Το άκρο Gate του θυρίστορ ή του TR1AC θα πρέπει \·α εΚ·αι συνδεδεμένο με την παλμογεννήτρια ή με τον διακόπτη ελέγχου.

Τα ακόλουθα παραδείγματα αναπαριστούν ένα διακόπτη θυρίστορ.

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ; ΕΛΕΓΧΟΣ ΕΝΟΣ ΑΙΑΚΟΠΤΗ ΘΥΡΙΣΤΟΡ_____________

Σχήμα 2.11 Έλεγχος διακόπτη θνρίστορ

Το κύκλωμα από τα αριστερά χρησιμοποιεί μία παλμογεγΛήτρια (βλ. 2.2.5). Το πρότυπο παλμών διακόπτη και η συχνότητα είναι προκαθορισμένα και παραμέ\Όυν χωρίς αλλαγές σε όλη την διάρκεια της εξομοίωσης. Το κύκλιομα στα δεξιά

(20)

χρησιμοποιεί έναν ε>χγιαή ά>ϋφα (β)_ 4.5.2).

Η γωνία καθυστέρησης a>Jφa σε μοίρες, καθορίζεται από την πηγή συνεχούς (DC) ρεύματος του κυκ)αοματος.

2.2 J GTO, Μετασχηματιστές και αμφίδρομοι διακόπτες Οι διακόπτες, εκτός των ρπρ τρανζίστορ διπο)ακής επαφής (BJT) και των MOSFET P, είναι ανοιχτοί όταν η πύλη είναι υψηλή (δη)Λδή εςχιρμόζεται τάση της τάξειος του 1V και άνω στον κόμβο Gate) και ο διακόπτης είναι θετικά ιρορτισμένος (συλλέκτης αγωγός ή τάση πηγής αγωγών θετική). Είναι κ)χιστοί όταν η πύλη εΚτιι χαμηλή ή όταν το ρεύμα πέφτει στο 0. Για τα ρηρ BJT τρανζίστορ και για τα MOSFET P, οι διακόπτες είναι ανοιχτοί όταν η τηίλη είναι χαμηλή και αρνητικά φορτισμένη (συλλέκτης αγωγός ή τάση πηγής αγωγών αρνητική).

Ένας διακόπτης GTO είναι μια συμμετρική συσκευή με δυνατότητες εμπρόσθιου και οπίσθιου μπλοκαρίσματος (fonvard blocking and reverse blocking). Οι διακόπτες IGBT και MOSFET α^τελούνται από έναν ενεργό διακόπτη με μία αντιπαροΰ^.η>.η δίοδο.

Ένας αμφίδρομος διακόπτης (SSWI) διαχειρίζεται το ρεύμα και προς τις δύο κατευθύνσεις. Είναι ανοιχτός όταν η πύλη είναι υψηλή και κ>χιστός όταν η πύλη είναι χαμηλή, ανεξάρτητα από τις συνθήκες τάσης.

Σημειώστε ότι ο ττεριορισμός των μοντέλων των BJT διακοπτών στο PESLM, σε αντίθεση με την συμπεριφορά της συσκευή στην πραγματικότητα είναι ότι, οι διακόπτες BJT μπορούν να μπλοκάρουν αντίστροφη τάση (σε αυτή την περίπτιοση συμπεριφέρονται σαν GTO). Επίσης ελέγχονται από ένα σήμα τάσης στον κόμβο Gate και όχι από ρεύμα.

GTO ΝΡΝ ΡΝΡ MOSFET MOSFET_P IGBT SS\M

Σχήμα 2.12 GTO, Μετασχηματιστές και αμφίδρομοι διακότττες

1 ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Initial Position Σημαία αρχικής κατάστασης διακόπτη.

Για MOSFET και IGBT αυτή η σημαία είναι για τον ενεργό διακόπτη και όχι για την αντιπαράλληλη δίοδο

C urrent Flag Σημαία διακόπτη ρεύματος. Για

MOSFET και 1GBT. το ρεύμα ανάμεσα όλης της μονάδας (τον ενεργό διακόπτη και την δίοδο) θα εικρανίζεται.

Πίνακας 2.12 Πίνακας παραμέτρων GTO. μετασχηματιστών και αμφίδρομων διακοπτών

(21)

Ένας διακότιτης μπορεί να ε>χγχεται είτε από ένα gating block είτε από έναν διακόπτη ελέγχου. Πρέπει να είναι συνδεδεμένοι με τον κόμβο Gate του διακόπτη. Τα ακόλουθα παραδείγμιατα ανατιαριστούν τον έ?χγχο ενός διακόπτη MOSFET.

Παράδειγμα: Έ )χγχος διακόπτη .MOSFET

Σχήμα 2.13 Έλεγχος διακόπτη MOSFET

Το κύκλωμα από τα αριστερά χρησιμοποιεί μια παλμογεννήτρια και αυτό από τα δεξιά χρησιμοποιεί έναν διακόπτη ελέγχου ON-OFF. Το σήμα πύλης καθορίζεται α την έξοδο του συγκριτή.

Παράδειγμα: Έλεγχος τρανζίστορ διπολικής επαφής BJT Το κύκλωμα στα αριστερά χρησιμοποιεί ένα gating block, και στα δεξιά χρησιμοποιεί διακόπτη ελέγχου ON-OFF.

Σχήμα 2.14 Έλεγχος τρανζίστορ διπολικής επαφής BJT

Τα ακόλουθα δείχνουν ένα ακόμα παράδειγμα ελέγχου του BJT διακόπτη. Το κύκλωμα στα αριστερά δείχνει πως ένας BJT διακόπτης ελέγχεται στην πραγματικότητα. Σε αυτήν την περίπτωση η τάση πύλης Vb που εφαρμόζεται στη βάση του τρανζίστορ οδηγείται μέσω ενός μετασχηματιστή και το ρεύμα βάσης καθορίζει την κατάσταση συμπεριφοράς του τρανζίστορ.

(22)

To κύκλωμα μπορεί να διαμορφωθεί και να εφαρμοστεί στο PESIM όπως φαίνεται στα δεξιά. Μία δίοδος Dbe με μία πτώση τάσης τοιν 0.7 V χρησιμοποιείται για αντικαταστήσει την ετιαφή ρη ανάμεσα στη βάση και τον εκπομπό. Όταν το ρεύμα βάσης ξεπεράσει το 0 (ή τη κατώτατη τιμή ορίου, που σε αυτή την περίπτωση το ρεύμα βάσης συγκρίνεται με μία πηγή (dc) συνεχούς ρεύματος) η έςρδος του συγκριτή θα είναι 1, εφαρμόζοντας έναν tuO ^o έναικτης στο τρανζίστορ μέσω του διακόπτη ελέγχου.

Σχήμα 2.15 Έλεγχος τρανζίστορ διπολικής επαφής BJT στο PESIM

2.2.4 Ενεργοί διακόπτες

Οι γραμμικοί διακόπτες περιλαμβάνουν τρανζίστορ διπολικών επαςκόν ηρη (Ν Ρ Ν 1) και τρανζίστορ διπολικών επαφών ρηρ (Ρ Ν Ρ 1). Υπάρχουν τρεις περιοχές λειτουργίας των τρανζίστορ η αποκοπή, η ενεργός και ο κορεσμός.

Σχήμα 2.16 Ενεργοί διακόπτες

(23)

Current Gain Beta Ενίσχυση ρεύματος β του τρανζίστορ, ορισμένη ως εξής β = I J Bias Voltage Vr Εμπρόσθια πόΐΜκτχ] τάσης ανάμεσα στην

βάση και τον εκπομπό του ΝΡΝ Ι, ή ανάμεσα σε εκπομιπό και βάση για το ΡΝΡ_1

Vce,sat (or Vec,sat for PNP l]

Τάση κορεσμού ανάμεσα σε συλλέκτη και εκπομπό γαι τα ΝΡΝ Ι, και ανάμεσα σε εκπομπό και συλλέκτη για τα ΡΝΡ 1 Πίνακας 2.13 Πίνακας παραμέτρων ενεργών διακοπτών

Ένας ενεργός διακότπης ελέγχεται από το ρεύμα βάσης Ib. Μπορεί να λ-ειτουργήσεχ σε κάθε μία από τις τρεις περιοχές; αποκοπή, ενεργό και κορεσμό. Οι ιδιότητες αυτών των περιοχών του Ν Ρ Ν 1 είναι:

- Περιοχή Αποκοπής ; Vbe<Vr; lb=0; lc=0 - Ενεργός περιοχή : Vbe=Vr; Ιε=β*Ιό; Vce>Vce,sat - Περιοχή κορεσμού ; Vbe=Vr; Ιε<β*Π); Vce=Vce,sat

Όπου Vbe είναι η τάση βάσης του εκπομπού, Vce η τάση του εκπομπού συλ,λχκτη και Ic είναι το ρεύμα συλλέκτη.

Προσέξτε ότι στα Ν Ρ Ν 1 και Ρ Ν Ρ 1 ο κόμβος Gate, είναι ένας κόμβος ισχύος και πρέτιει να συνδεθεί σε στοιχείο κυκλώματος ισχύος (όπως μία αντίσταση η μία πηγή).

Δεν μπορεί να συνδεθεί σε μία παλμογεννήτρια ή σε ένα διακόπτη ελέγχου.

ΠΡ0ΕΙΔ 0Π 01Η ΣΗ :Έ χει βρεθεί ότι ένα ενεργό μοντέλο για τα Ν Ρ Ν 1 και Ρ Ν Ρ1 δουλεύει καλά σε απλά κυκλώματα, αλλά ίσως να μην δουλεύει όταν τα κυκλέίιματα είναι πιο σύνθετα. Παρακαλούμε χρησιμοποιήστε το μοντέλα με προσοχή.

(24)

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ:Κυιόχί)μ«τα που χρησιμοποιούν τον ενεργό διακόπτη B.JT Τα παραδείγματα από κάτω δείχνετυν την χρήση μοντέ)χον ενεργών διακοπτών. Το κύκλωμα στα αριστερά είναι ένας ενεργός ρυθμιστής τάσης, και το τρανζίστορ

2.2.5 Παλ.μογεννήτρια διακόπτη

Μία παλμογεννήτρια καθορίζει το πρότυπο παλμών ενός διακόπτη ή ενός διακόπτη σε μορφή ολοκληρωμένου. Το πρότυπο πύλης μπορεί να καθοριστεί είτε απευθείας (GATING) είτε μέσω ενός αρχείου κειμένου (GATING 1).

Σημειώστε ότι ένας διακόπτης gating block, μπορεί να συνδεθεί στον κόμβο Gate ενός διακότπη ΜΟΝΟ. Δεν μπορεί να συνδεθεί σε άλλα στοιχεία.________________

GA T IN G /G .\TIN G 1

Σχήμα 2.18 Πα1.μογε\Ύήτρια διακόπτη

Frequency Συχνότητα λειτουργίας του διακόπτη ή

στοιχείου διακόπτη συνδεδεμένο στο gating block, σε Hz.

No of Points Αριθμός σημείων διακοπής (για το

GATING) Switching Points

Διακοπτόμενα μέρη, σε μοίρες. Αν η συχνότητα είναι 0 τα σημεία διακοπής είναι σε δευτερόλεπτα.

File for Gating Table

Όνομα αρχείου στο οποίο αποθηκεύονται οι τιμές του ττίνακα πύλης (για το GATING 1 αόνο) Πίνακας 2.14 Παλμογεννήτριας διακόπτη

(25)

ο αριθμός των σημείων διακοττής καθορίζεται σαν το αριθμό των συνο)ακών διακοτιών στην μονάδα του χρόνου. Κάθε έναυση και σβέση μετράει ως ένα σημείο διακοπής. Για παράδειγμα, αν ένας διακόπτης ανοίξει και κ>χίσει μία φορά σε έναν κύκλο, ο αριθμός των σημείων διακοπής θα είναι 2.

Για το GATING1 το αρχείο για τον πίνακα πύλης πρέπει να είναι στο ίδιο φάκε/Λ με το αρχείο σχηματικής αναπαράστασης του κυκλώματος.

Gn

Όπου G1, G 2 ,. , Gn είναι τα σημεία διακοπής.

ΠΑΡ.Α,ΔΕΙΓΜΑ

Υποθέτουμε ότι ένας διακόπτης λειτουργεί στα 2000Ηζ και έχει το aK0>jOi>0o

a 5 92 17fi 187

Π

34Ε 357

C1 180 eO (deg)

Σχήμα 2.19 Διάγραμμα Tw/Jjg σε μία περίοδο

Frequency 2000

No. O f Points 6

Switching Points 35.92.175.187.345.357

Πίνακας 2.15 Ιΐροόιαγραφές για την παλμογεννήτρια

Το πρότυπο πύλης έχει 6 μέρη διακοπής (3 παλμούς). Οι ανάλογες γωνίες διακοπής είναι 35°, 92°,175°, 187°,345°, και 357° αττίστοιχα.

Αν το gating block GATING 1 γρησιμοποιηθεί αντίστοιγα, οι προδιαγραιρές θα εΰ·αι:

Frequency 2000

File for Gating Table Test.tbl

Πίνακας 2.16 Προδιαγραφές για την παλμογεννήτρια _7 Το αρχείο “test.tbl” θα περιέχει τα εξής:

6 35 92 175 187 345 357

(26)

Ολοκληρωμένα με ενσωματωμένες γέφυρες διόδων (BD10DE1) και γέφυρες θυρίστορ (ΒΤΉΥ1) τιαρέχονται από το PESIM.Oi εικόνες των γεφυρών και η εσωτερική τους συνδεσμο>Λγία φαίνονται στο παρακάτω σχήμα.

2.2.6 0 >Λΐό.ηρωμένα Μονοφασικών Διακοτττοίν

Φ

U

φ . ί

^{5 3}

U

Σχήμα 2.20 Ολοκληρωμένα μονοφασικών διακοτπών

Diode Voltage Drop or Voltage Drop Init. Position /

Current Flae i

Τάση πτώσης διόδου ή θυρίστορ, σε V Αρχική θέση για τον διακόπτη i Σημαία ρεύματος για τον διακόπτη i Πίνακας 2.17 Παράμετροι μονοφασικών διακοπτών

Ο κόμβος Ct στο κάτω μέρος της διάταξης θυρίστορ ΒΤΗΥ1 είναι ο κόμβος ελέγχου πύλης για τον διακόπτη 1. Για την διάταξη θυρίστορ μόνο οι πύλες του διακόπτη 1 πρέπει να καθοριστούν. Οι πύλες για τους υπολοίπους διακόπτες καθορίζονται εσωτερικά από το PESIM.

Παρόμοια όπως για τον διακόπτη ενός μονό θυρίστορ, μπορεί να ελεγχθεί και η γέφυρα θυρίστορ από ένα gating block ή από έναν ελεγκτή άλιρα, όπως (ραίνεται και στα παρακάτω παραδείγματα.

(27)

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ: Έ ίχγχος γέφυρας θυρίστορ

Σχήμα 2.21 Έΐχγχος γέφυρας θυρίστορ

Οι παλμοί για το κύκλωμα στα αριστερά καθορίζονται μέσα από μία πα>4ΐογεν\’ήτρια και στα δεξιά καθορίζονται διαμέσου ενός ελεγκτή άλφα. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα του ελεγκτή άλφα είναι ότι η καθυστέρηση της ά)φα γω\ίας έναυσης της γέφυρας θυρίστορ σε μοίρες, μπορεί να ελεγχθεί άμμεσα.

2.2.7 Εφαρμογή Τριφασικών Διακοπτών

Το παρακάτω σχήμα απεικονίζει ολοκληρωμένα τριφασικών διακοπτών και την εσωτερική τους συνδεσμολογία Ο τριφασικός αντιστροφέας τάσης πηγής VSI3 αποτελείται από διακόπτες τύττου MOSFET και το V S I31 αποτείχίται από διακόπτες τύπου IGBT. Ο αντιστροφέας ρεύματος πηγής CSI3 αποτελείται από διακόπτες τύπου GTO, ή ισοδύναμα από IGBT σε σειρά με διόδους.

(28)

(29)

Σχήμα 2.22 Τριφασικοί διακόπτες

On Resistance Αντίσταση του διακόπτη MOSFET, σε

Ohm, σε κατάσταση >χιτουργίας (για VSI3 μόνο)

Saturation Voltage

Μετάδοση πτώσης τάσης γαι τον διακόπτη IGBT. σε Volt (για V S I31

Voltage Drop μόνο)

Μετάδοση πτώσης τάσης του δαικόπτη.

Diode Voltage Drop σε Volt (για CSI3 μόνο) Μετάδοση πτώσης τάσης της Init. Position / αντιπαράλλ,ηλης διόδου, σε Volt (για

VSI3 KaiVSI3_l μόνο) C urrent Flag_/

Αρχική θέση του διακόπτη / Σημαία για το ρεύμα του δαικόχτη ι Πίνακας 2.18 Παράμετροι τριφασικών διακοτττών

Παρόμοια στα μονοφασικά στοιχεία, μόνο οι παλμοί για τον διακόπτη 1 θα πρέπει \·α καθοριστούν για τα τριφασικά στοιχεία. Οι παλμοί για τους υπολοίπους διακόπτες θα παραχθούν αυτόματα. Για την γέφυρα ημικύματος θυρίστορ (ΒΤΗΥ3Η) η μετατόπιση φάσης μεταξύ δύο διαδοχικών διακοπών είναι 120°. Για όλες τις άλλες γέφυρες η μετατότηση φάσης είναι 60“.

Οι γέφυρες θυρίστορ (ΒΤΗΥ3 / ΒΤΗΥ3Η / ΒΤΗΥ6Η) μπορούν να ελεγχθούν μέσω ενός άλφα ελεγκτή. Παρόμοια οι αντιστροφείς τάσης / ρεύματος πηγής μπορούν \ό ελεγχθούν μέσω ενός PWM ελεγκτή πίνακα (PATTCTRL).

(30)

Τα ακόλουθα τιαραδείγματα δείχνοχηί τον έλχγχο ενός τριφασικού θυρίστορ και ενός αντιστροφέα τάσης τπητής.

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ: Έ).εγχος τριφασικού θυρίστορ και στοιχείου V'SL

Σχήμα 2.23 Έλεγχος τριφασικού θυρίστορ και στοιχείου VSI

Το κύκλωμα θυρίστορ από τα αριστερά χρησιμοποιεί ένα ελ£γκτή άλφα. Για ένα τριφασικό κύκλωμα το σημείο που η τάση Vac πλησιάζει το 0 αντιστοιχεί στην καθυστέρηση της γωνίας άλφα όταν αυτή τείνει να γίνει ίση με το 0. Αυτό το σήμα επομένως χρησιμοποιείται για να παρέχει συγχρονισμό στον ελεγκτή.

Το κύκλωμα στα δεξιά χρησιμοποιεί έναν ελεγκτή πίνακα. Τα PU'M πρότυπα είναι αποθηκευμένα σε πίνακα αναζήτησης υπό την μορφή αρχείου κειμένου. Το πρότυπο παλμού επιλέγεται βάση του δείκτη διαμόρφωσης. Αλλα στοιχεία εισόδου στον PWM ελεγκτή πίνακα είναι η καθυστέρηση της γωνίας, ο συγχρονισμός, και το σήμα έναυσης / σβέσης. Μία λεπτομερής περιγραφή του Ρ\λ"Μ ελεγκτή πίνχικα δίνεται στην ενότητα 4.5.3.

2.3 Συνδεδεμένα πηνία

Συνδεδεμένα ττηνία με δύο, τρεις ή τέσσερις κλάδους παρέχονται. Η ακόλουθη εικόνα δείχνει συνδεδεμένα πηνία με δύο κλάδους.

ί 1 + ν 1 _ __> <ΑτΎΥΥν_ο

<S/YYYV_o

Σχήμα 2.24 Συνδεδεμένα ττηνία

(31)

Θεωρήστε ότι τα LI 1 και L22 είναι οι αυτετιαγωγοί των ιύήδων 1 και 2, L12 και L21 οι αμοιβαίες επαγωγές, και ότι οι κ>Λ0οι τοϊν τάσεων και των ρευμάτων έχουνε την ακόλουθη σχέση:

Γ ν,] Γ ι ι ι 1 \ 2 Λ £ \ ΐ Λ [ v j U2I i 2 2 j d t [ i,\

Οι αμοιβαίες αυτές αγωγές μεταξύ των δύο ελακοειδών αγωγιόν υποθέτουμε ότι εΚ-αι πάντοτε ίσες. Πχ: L12 = L21

M U T 2 M U T 3 M U T 4

,Σ Τ Υ Υ Υ ^ o ^ n n r r u o Γ

ο Σ Π Τ Υ Υ ν,ο ζ r

ο ^ /Υ Υ Υ Α ^ ο -Τ Υ Υ Υ \-ο L ο_νΎ Υ Υ >_ο

ο ^ Ύ Υ Υ ^ ο

Σχήμα 2.25 Τύποι συνδεδεμένων πηνίων

Στις εικόνες ο κύκλος, το τετράγωνο, το τρίγωνο και το ο σταυρός παραπέμπουν στα πηνία 1, 2, 3, 4 αντιστοίχως.

Lii (selO Αυτεπαγωγή του πηνίου i , σε Η

Lij (mutual) Αμοιβαία επαγωγή ανάμεσα στα πηνία ϊ

και j, σε Η.

Ijin itia l Αρχικό ρεύμα στο πηνίο ί.

lflag_i Σημαία για το ρεύμα εξόδου του πηνίου

Πίνακας 2.19 Παράμετροι συνδεδεμένων πηνίων Π.\ΡΑΔΕΙΓΜΑ:

Δύο αμοιβαία συνδεδεμένα πηνία έχουνε τις ακόλουθες αυτεπαγωγές και αμοιβαία επαγωγή:

L11 = ImH, L22 = 1.1 mH και L12 = L21 = 0.9mH. Οι προδιαγραφές του στοιχείου MUT2 θα είναι:

L11 (self) Im

L12 (mutual) 0.9m

L22 (self) 1.1m

Πίνακας 2.20 Προδιαγραφές του στοιχείου MUT2

30

(32)

2.4 Μετασχηματιστές 2.4.1 Ιδανικός Μ ετασχηματιστής

Ένας ιδανικός μετασχηματιστής δεν έχει απώ>χιες και διαρροές της ροής.

Η στιείρα με την μεγαλύτερη κουκίδα αναπαριστά την αρχική κ την δευτερεύουσα.

ι η άί.>.η αναπαριστά

ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Νρ (primarv ) Αριθμός σπειρών της αρχικής έ>ακας

Ns (sccondarv) Αριθμός σπειρών της δευτερεύουσας

έλικας Πίνακας 2.21 Πάράμετροι ιδανικών μετασχηματιστών

Όταν ο λόγος των στροφών είναι ίσος προς τον λόγο των μετρούμενων τάσεων, ο αριθμός των στροφών μπορεί να αντικαταστήσει τον αριθμό της επιθυμητής τάσης σε κάθε μεριά.

2.4.2 Μονοφασικοί Μ ετασχηματιστές

Οι ακόλουθοι μονοφασικοί μετασχηματιστές παρέχονται από το PESIM.

Μετασχηματιστής με 1 αρχικό και 1 δευτερεύον πηνίο (T F 1 F / T F 1 F 1 ) Μετασχηματιστής με 1 αρχικό και 2 δευτερεύοντα πηνία (TF_1F_3\V’) - Μετασχηματιστής με 2 αρχικά και 2 δευτερεύοντα πηνία (TF_1F_4\V0 Μετασχηματιστής με 1 αρχικό και 4 δευτερεύοντα πηνία (TF_1F_5W / TF_1F_5W_1)

Μετασχηματιστής με 1 αρχικό και 6 δευτερεύοντα πηνία (TF_1F_7>^0 - Μετασχηματιστής με 2 αρχικό και 6 δευτερεύοντα πηνία (TF IF SA^’)

(33)

Ένας μονοφασικός μετ^κτΐημοτιστής 2 πηνίων παροχχπάζεται στην παρακάτω εικόνα:

RP Lp R s L s NP N s

P r im a r y 5 Lm J S e c o n d a r y

Σχήμα 2.27 Μονοφασικός μετασχηματιστής 2 ττηνίων

Όπου οι Rp η αρχική και Rs η δευτερεύουσα αντιστάσεις πηνίων, Lp η αρχική και Ls η δευτερεύουσα σπείρα ροής της αυτεπαγωγής, και Lm το μαγνητισμένο πηνίο. Ό>χς οι τιμές αναφέρονται στην πρωτεύουσα έλικα. Αν υτιάρχουν τιοΏχς πρωτεύουσες έλικες, όλες οι τιμές αναφέρονται στην πρωτεύουσα έλικα.

Στις εικόνες το ρ αναφέρεται στο πρωτεύον, το s αναφέρεται στο δευτερεύων και το t στο τριτεύων.

Η σπείρα με την μεγαλύτερη κουκίδα είναι η πρωτεύουσα σπείρα ή η πρώτη αρχική σπείρα. Για μετασχηματιστές με πολλαπλές σπείρες, η αλληλουχία των σπειρών είναι από την κορυφή και προς τα κάτω.

Για μετασχημααστές με 2 ή 3 σπείρες οι ιδιότητες είναι οι εξής:

(34)

ΠΑΡΑ.ΜΕΤΡΌΙ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Rp (primary) Αντίσταση ττρωτεύοιισας

Rs (secondary) Δευτερεύοικιας

Rt (tertiary ) Και τριτεύουσας σπέιρας σε Ohm

Lp (pri. leakage) Ροή της αυτεπαγοογής στη πρωτεύουσα

Ls (sec. leakage) Δευτερεύουσα

Lt (ter. leakage) Και τριτεύουσα σπείρα, σε Η

Lm (magnetizing) Μαγνητική επαγωγή, σε Η

Np (primary) Αριθμός σπειρών στην πρωτεύουσα

Ns (secondarv) Δευτερεύουσα

Nt (tertiary) Και τριτεύουσα σπείρα.

Πίνακας 2.22 Παράμετρι για μετασχηματιστές με 2 ή 3 σπείρες Όλες οι αντιστάσεις και τα ττηνία αναφέρονται για την αρχική μεριά του μετασχηματιστή.

Μετασχηματιστές με 1 αρχική στιείρα ή πάνω από 3 δευτερεύουσες σπείρες, έχουν τις εξής ιδιότητες;

Rp i (primarv' ΐ) Αντίσταση ί^ πρωτεύουσας

Rp_ /■ (secondary ΐ) δευτερεύουσας

Και τριτεύουσας σπέιρας, σε Ohm Lp_ ί (pri. / leakage)

Ls_ / (sec. / leakage) Ροή αυτεπαγωγής του ί^ σε πρωτεύουσα, δευτερεύουσα και τριτεύουσα σπείρα, σε Η (αναφέρονται στην πρώτη αρχική

Lm (magnetizing) σττείρα)

Μαγνητική επαγωγή, σε Η (για την

N p_/ (primary /) πρώτη αρχική σττείρα)

Ns_ /■ (secondary i)

Αριθμός στροφών του ί^ σε πρωτεύουσα, δευτερεύουσα και τριτεύουσα σπείρα Πίνακας 2.23 Παράμετροι μετασχηματιστών με 1 αρχική σπείρα ή πά\ω από 3 δευτερεύουσες σπείρες

Όλες οι αντιστάσεις κ μετασχη μαηστή.

α πηνία αναφέρονται για την αρχική μέρια του

(35)

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ:

Ένας μονοφασικός μετασχηματιστής δύο στιειρών έχει αντίσταση στιείρας 0.002 Ohm και ροή επαγωγής 1 mH και στην πρώτη και στη δεύτερη μεριά (ό>χς οι τιμές αναφέρονται στην αρχική). Η μαγνητική ετιαγοτγή είναι 100 mH και ο )-όγος των σπειρών είναι Np:Ns = 220:440.

Στο PESIM ο μετασχηματιστής θα είναι ο T F 1 F με τις εξής προδιαγραφές:

Rp (primary) 2m

Rs (secondary) 2m

Lp (primary) lm

Ls (secondary) lm

Lm (magnetizing) 100m

Np (primary) 220

!Ns (secondary) 440

Πίνακας 2.24 Προδιαγραφές μετασχηματιστή T F 1 F

2.4.3 Τριφασικοί Μετασχηματιστές

Το PFSIM παρέχει ολοκληρωμένα μετασχηματιστών 2 ή τριών σπειρών, όπως φαίνεται παρακάτω.

3 φασικός μετασχηματιστής (στιείρες μη ενωμένες) (TF 3F) - 3 φασικός ΥΑ" και Υ/Δ ενωμένος μετασχηματιστής (TF 3YY / TF 3 YD)

3 φασικός μετασχηματιστής 3 σπειρών (στιείρες μη ενωμένες) (TF_3F_3W)

- 3 ιρασικός με 3 σπείρες Υ ίΥ /Α και Υ/Δ/Δ ενωμένος μετασχηματιστής (TF3YYD / TF_3 YDD)

- 3 φασικός 4 σπειρών μετασχηματιστής (σπείρες μη ενωμένες) (TF_3F_4W)

(36)

Rp (primarv) Αντίσταση πρωτεύουσας

Rs (secondary) Δευτερεύουσας

Rt (tertiary) Και τριτεύουσας σπείρας, σε Ohm

Lp (pri. leakage) Ροή επαγιογής της πρωτεύουσας

Ls (sec. leakage) Δευτερεύουσας

Lt (ter. leakage) Και τριτεύουσας στιείρας, σε Η

Lm (magnetizing) Μαγνητική επαγοιγή, σε Η

Np (primary ) Αριθμός στροφών της πρωτεύουσας

Ns (secondary ) Δευτερεύουσας

Nt (tertiary) Και τριτεύουσας σπείρας

Πίνακας 2.25 Παράμετροι τριφασικών μετασχηματιστών

Στις εικόνες το "Ρ” αναφέρεται στο πρωτεύον, το "S" στο δευτερεύον και το ”Τ~ στο τριτεύον. Όλες οι αντιστάσεις και τα πηνία αναφέρονται στη αρχική μεριά της σπείρας.

Οι τριφασικοί μετασχηματιστές διαμορφώνονται με τον ίδιο τρόπο όπως και ο μονοφασικός μετασχηματιστής.

2.5 Αλλα στοιχεία 2.5.1 Λειτουργικός Ενισχυτής

Ένας ιδανικός ενισχυτής διαμορφώνεται χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικά ισχύος όπως φαίνεται παρακάτω.

Σχήμα 2.30 Λειτουργικός ενισχυτής