PSIM 기반 전력전자 회로 시뮬레이션

PSIM 기반 전력전자 회로 시뮬레이션

Presented by Byoung-Kuk Lee, Ph. D., Senior IEEE

Energy Mechatronics Lab.

College of Information and Communication Eng.

Sungkyunkwan University Tel: +82-31-299-4581 Fax: +82-31-299-4612 http://seml.skku.ac.kr EML: bkleeskku@skku.edu

PSIM 기본 사용법

Introduction

 Powersim 社의 회로 시뮬레이션 프로그램

 Matlab과 달리, 회로 기반 시뮬레이션 프로그램

 전력전자와 motor drive 분야에서 많이 사용되는 프로그램

 시뮬레이션 속도가 비교적 빠르고 C 언어를 통한 제어기 설계가 가능

 직관적이며 사용하기가 쉬움

 다양한 옵션 프로그램 제공

• Motor driver, digital control, thermal module, renewable energy 등

PSIM 기본 사용법

기본 실행 화면

Work space - 회로 구성

주요 사용 소자

- 저항, 인덕터, MOSFET 등

PSIM 기본 사용법

주요 실행 메뉴

1 2 3 4 5

1. 기본 동작 : New, Cut, Copy 등 2. 선택한 소자 방향 회전

3. Wire : 전선 그리기 4. 시뮬레이션 연산 시작

5. Simview (시뮬레이션 결과 확인 프로그램) 실행다양한 옵션 프로그램 제공

PSIM 기본 사용법

기본 실행 화면

PSIM 기본 사용법

C block 사용 화면

1 2

3 4

5

1. Input 개수 설정 2. Output 개수 설정

3. 변수 및 define 설정 메뉴 4. 실제 동작 코드 작성 메뉴

5. Work space : 코드 작성 페이지

In[0]

In[1]

In[2]

In[3]

Out[0]

Out[0]

Out[0]

Out[0]

PSIM 기본 사용법-example

반파 정류기

 다이오드 반파 정류기 예제

 PSIM을 이용하여 다이오드 반파 정류기 시뮬레이션 진행

 확인 파형 : 입력전압, 다이오드 전압, 출력전압, 입력전류, 출력전류 +

V_s -

+ V_d -

+ V_o -

i_s i_o

PSIM 기본 사용법-example

반파 정류기 I

 필요소자 : 입력 AC 전압원, 다이오드, 저항

• 다이오드 : Elements  Power  Switches

• AC 전압원 : Elements  Source  Voltage

• 저항 : Elements  RLC Branches  Resistors

 소자 구성 후, Wire menu를 선택하여 연결

< 소자 선택 > < Wire를 이용한 결선 >

PSIM 기본 사용법-example

반파 정류기 II

 소자 파라미터 설정 : 소자 더블 클릭 후, 파라미터 값 입력

 Probe 결선 : 전압, 전류 probe 결선

• 전압 probe는 병렬, 전류 probe는 직렬로 연결

• 각 probe 더블 클릭 후, 측정 값 이름 입력 (eg. Iin, Vout 등)

< 소자 파라미터 설정 > < Probe 연결 >

PSIM 기본 사용법-example

반파 정류기 III

 Simulation menu에 Simulation Control 선택 후, 더블 클릭 하여 Time step, print time 등 시 뮬레이션 동작 조건 설정

 시뮬레이션 동작 조건 설정 후, Run simulation 버튼 클릭 후 Simview 버튼 클릭

 Simview 프로그램이 실행되면, 확인하고자 하는 파형 선택 후 add 버튼 클릭

< 시뮬레이션 설정 > < Simview 실행 >

PSIM 기본 사용법-example

반파 정류기 IV

1

2

1. X축, Y축 설정, 파형 확대, 파형 추가 등 파형 관련 메뉴

2. 최대값, 최소값, 평균값, 유효 전력 계산 등 기본적인 파형 정보 확인 메뉴

PSIM 시뮬레이션 - 실습 I

전파 정류기

 다이오드 전파 정류기 실습

 PSIM을 이용하여 다이오드 전파 정류기 시뮬레이션 진행

 확인 파형 : 입력전압, 다이오드 전압, 출력전압, 입력전류, 출력전류

PSIM 시뮬레이션 - 실습 I

전파 정류기 파형

0 0.02 0.04

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vin Iin

0 0.02 0.04

Time (s) 0

-100 100 200 300 400

Vout Iout 0 0.02 0.04

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vin Iin

0 0.02 0.04

0 100 200 300

Vout Iout

< 출력 커패시터 없을 경우 파형> < 출력 커패시터 추가할 경우 파형>

PSIM 시뮬레이션 - 실습 II

6-스위치 인버터

 6-switch inverter 실습

 PSIM을 이용하여 6-switch inverter 시뮬레이션 진행

 확인 파형 : 선간전압, 부하상전압, 부하상전류, reference+carrier

PSIM 시뮬레이션 - 실습 II

6-스위치 인버터 스위칭 함수 구성

 아날로그 제어 및 C-block을 이용한 open loop PWM 제어

 m_a, m_f 가변을 통한 파형 확인

아날로그 제어 C block

PWM1 PWM4 PWM3 PWM6 PWM5 PWM2 a_ref

b_ref

c_ref

carr 비교파형 생성

PSIM 시뮬레이션 - 실습 II

선간전압 파형

0

Vab

0

Vbc

0.2 0.205 0.21 0.215 0.22 0.225 0.23

0

Vca

PSIM 시뮬레이션 - 실습 II

부하상전압 파형

0 -40 40

Van

0 -40 40

Vbn

0 -40 40

Vcn

PSIM 시뮬레이션 - 실습 II

부하상전류 파형

0 -4 4

Ian

0 -4 4

Ibn

0.2 0.205 0.21 0.215 0.22 0.225 0.23

0 -4 4

Icn

PSIM 시뮬레이션 - 실습 III

PWM 컨버터

 PSIM을 이용하여 PWM 컨버터 시뮬레이션

 제어기는 C Block 으로 구성

 전압 및 전류 센싱 방법

• Current sensor와 voltage sensor를 이용 하여 전압 센싱

 확인 파형 : 입력전압, 입력전류 출력전압, 출 력 지령 전압

 Simview의 PF 메뉴를 이용하여 power factor 확인

PSIM 시뮬레이션 - 실습 III

입력전압/전류 파형

PSIM 시뮬레이션 - 실습 III

입력전압/전류 파형

PSIM 시뮬레이션 - 실습 IV

PWM 컨버터 + 6 스위치 인버터

 구성한 PWM 컨버터와 6 스위치 인버터 결합

 PWM 컨버터는 closed loop, 6 스위치 인버터는 open loop 제어

 확인 파형 : 입력전압, 입력전류 출력전압, 출력 지령 전압, 인버터 3상 전류

 Simview의 PF 메뉴를 이용하여 power factor 확인

LS

IS

IO

Vc1

V_c2 SC1

SC2

I_c1

Ic2

C1

C₂ +

-

- +

Vd

+

VS -

S1 S3 S5

S4 S6 S2

a

b c

Za=Ra+jwL Z_b n Z_c Iin

Ia

Ib

Ic

O

D1 D3 D5

D4 D6 D2

Is1 Is3 Is5

V_d/2

Vd/2

PSIM 시뮬레이션 - 실습 IV

주요 파형