0
Sinh viên thực hiện : LƯƠNG VĂN THÁI
NGUYỄN KHẮC NGỌC
Lớp : 05CĐ TĐH2
Nghành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN
Chuyên ngành : TỰ ĐỘNG HÓA
Khoa : ĐIỆN
Giáo viên hướng dẫn : LÊ THỊ MAI
HẢI DƯƠNG - 2012
1
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎCỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên học sinh/sinh viên : Lương Văn Thái,
Nguyễn Khắc Ngọc 2
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 4
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG
MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 5
1.1 Phần mềm TINA
(Toolkit for Interative Netword Analysis) 5
1.2. Phần mềm PSPICE
(Power Simulation Program with Intergrated
Circuit Emphases)
6
1.3. Phần mềm Matlab / Simulink 7
1.4. Phần mềm PSIM
(Power Electronics Simulation Software)
9
CHƯƠNG II. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM PSIM 11
2.1. Giới thiệu tổng quan về phần mềm PSIM 11
2.1.1. Giới thiệu chung 11
2.1.2. File Menu 11
2.1.3. Edit Menu 12
2.1.4. View Menu 13
2.1.5. Subcircuit Menu 13
2.1.6. Simulate Menu 14
3.3.1. Mô phỏng trên phần mềm PSIM 55
3.3.2. Thực nghiệm 62
KẾT LUẬN 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO 74
Đồ án được trình bày thành 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về một số phần mềm mô phỏng mạch điện tử công
suất.
Chương 2: Giới thiệu về phần mềm PSIM.
Chương 3: Ứng dụng phần mềm PSIM thiết kế mạch điều khiển.
Trong quá trình làm đồ án, với sự tìm tòi và nghiên cứu của bản thân, đặc
biệt là sự giúp đỡ rất nhiệt tình của cô giáo Lê Thị Mai chúng em đã hoàn thành
đồ án này. Tuy nhiên do thời gian nghiên cứu còn hạn chế, nên đồ án này của
chúng em không tránh khỏi những thiếu xót. Em rất mong nhận được sự đóng
góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để đồ án của chúng em hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Lương Văn Thái
5
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG
MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
1.1 Phần mềm TINA
(Toolkit for Interative Netword Analysis)
Đây là phần mềm chuyên dụng cho phân tích mạch điện, mạch điện tử
dạng tương tự và xung số, mạch điện tử công suất do hãng designsoft đưa ra thị
trường. TINA có thanh công cụ đặc trưng là các phần tử mô phỏng mạch, được
chia làm 8 chức năng chính: phần tử cơ bản (Basic components), đo lường
(Meters), nhóm nguồn (Sources), linh kiện bán dẫn (Semiconductors), mạch
cổng (Gate), mạch lật flip-flop (flip-flop), mạch logic(logic IC). Đối với mạch
phân tích điện tử công suất thì hay dùng nhất 4 nhóm đầu, trong đó đặc trưng
(Power Simulation Program with Intergrated
Circuit Emphases)
PSPICE là phần mềm mô phỏng mạch điện - điện tử trường Đại học tổng
hợp California ở Berkeley sáng tạo ra. Hiện nay PSPICE được xem là một trong
những phần mềm mô phỏng mạch điện - điện tử mạnh và phổ biến trên thế giới.
Có thể nói rằng trong lĩnh vực mô phỏng mạch điện tử PSPICE cũng thông dụng
như MATLAB trong mô phỏng hệ thống tự động. Phần mềm này cho phép
người dùng thiết lập mô hình phần tử của mình theo định hướng nghiên cứu
riêng, mở ra khả năng rộng lớn cho các chuyên gia trong lĩnh vực điện tử công
suất. Đây là sản phẩm mới nhất, nhằm tổng hợp các giai đoạn thiết kế chế tạo
mạch điện tử: xây dựng mạch nguyên lý, mô phỏng, chuyển mạch nguyên lý
mạch sang mạch in, đổ sang máy làm mạch in
Thư viện của PSPICE rất lớn, lên đến hàng chục nghìn linh kiện điện tử,
bóng bán dẫn, vi mạch IC của rất nhiều hãng trên thế giới, vì vậy rất thuận lợi
khi thiết kế hay khảo sát mạch sử dụng các linh kiện có sẵn trong thư viện và
xây dựng các mô hình riêng, tự thiết lập thư viện riêng phục vụ mục đích của
mình.
Giống như TINA, trong PSPICE có sẵn rất nhiều loại nguồn điện để
người khảo sát sử dụng (nguồn điện áp, dòng điện một chiều, nguồn điện hình
sin, dạng sóng theo hàm mũ, nguồn tín hiệu điều chế tần số) và 4 nguồn phụ
thuộc cơ bản. Ngoài ra còn có công tắc điện tử được điều khiển bằng điện áp
hoặc bằng dòng điện. Các phân tích chính là đặc tính truyền đạt, đặc tính tần số,
điểm làm việc một chiều, đặc tính động.
Trong mô phỏng mạch điện tử công suất quan trọng nhất là phân tích
động (Transient analysis). Trong PSPICE chế độ phân tích này thường tốn thời
gian tính của PC, khi mạch phức tạp hoặc thời gian khảo sát lớn, dung lượng của
file dữ liệu này có thể lên đến hàng trăm MB. Vì vậy khi chương trình đang
chạy ta có thể tạm dừng chương trình để theo dõi và kiểm tra sơ bộ nếu thấy
không đạt thì ngắt hẳn chương trình để sửa đổi
điều khiển hay dòng điều khiển cho van nên không cần chú ý về phương diện
cách ly giữa lực và điều khiển.
9
Hình 1.4. Giao diện của SIMULINK
1.4. Phần mềm PSIM
(Power Electronics Simulation Software)
PSIM là phần mềm mạch do hãng LAB-VOLT (Hoa Kỳ) - Một
trong các nhà sản xuất các thiết bị dạy học nổi tiếng viết và đưa ra thị
trường. Đây là phần mềm không chỉ mạnh trong học tập, giảng dạy mà
còn là tài liệu cơ bản cho các kỹ sư khi nghiên cứu, phân tích, khai thác
mạch điện tử công suất, các mạch điều khiển tương tự và số, cũng như
trong hệ truyền động xoay chiều (AC), một chiều (DC).
10
PSIM chạy trong môi trường Microsoft Windows 98/NT/2000/XP
với yêu cầu bộ nhớ RAM tối thiểu là 32 MB. Chương trình thiết kế mạch
của PSIM là một chương trình có tính tương tác cao giữa giao diện của
các thư mục và phần mềm soạn thảo mạch điện với người sử dụng. Các
phần tử của mạch được chứa trong menu Elements. Các phần tử được chia
thành bốn nhóm là: Phần tử mạch công suất (Power), phần tử mạch điều
khiển (Control), phần tử nguồn (Sources) và các phần tử khác (Others).
Thư viện trong PSIM bao gồm hai phần: Thư viện hình ảnh
(PSIMimage.lib) và thư viện danh sách (PSIMLIB). Thư viện danh sách
không thể sửa đổi được, nhưng thư viện hình ảnh có thể sửa đổi hoặc tạo
lập một thư viện hình ảnh riêng cho người sử dụng.
RLC, máy biến áp lực và cuộn cảm san bằng.
Mạch điều khiển sẽ được biểu diễn bằng các sơ đồ khối, bao gồm cả
các phần tử trong miền S, miền Z, các phần tử logic (ví dụ như các cổng
logic, flip-flop) và các phần tử phi tuyến (ví dụ bộ chia). Các phần tử cảm
biến sẽ đo các giá trị điện áp, dòng điện trong mạch lực để đưa các tín
hiệu đo này về mạch điều khiển. Sau đó mạch điều khiển sẽ cho các tín
hiệu đến bộ điều khiển chuyển mạch để điều khiển quá trình đóng cắt các
van bán dẫn trong mạch lực.
2.1.2. File Menu
Menu File bao gồm các chức năng sau đây:
12
- New : Tạo một mạch mới
- Open: Mở một mạch hiện có
- Close: Đóng cửa sổ mạch hiện tại
- Close All: Đóng tất cả các cửa sổ mạch
- Save: Lưu mạch hiện tại
- Save As: Lưu mạch hiện tại vào một tên khác nhau
- Save All : Lưu tất cả các mạch
- Print: In mạch
- Print Preview: Xem trước bản in
- Print Selected: In một phần của mạch chọn
- Print Selected Preview: Xem trước các phần mạch được lựa chọn để in
- Print Page Setup: Thiết lập trang in
- Printer Setup: Thiết lập máy in
- Exit: Thoát khỏi chương trình PSIM
2.1.3. Edit Menu
Menu Edit bao gồm các chức năng sau đây:
- Undo Delete: Undo Xóa
- Cut: Hủy bỏ các khối mạch được lựa chọn và lưu nó vào bộ đệm
- Zoom in Selected: Phóng to một vùng được chọn
- List Element: Liệt kê các yếu tố của mạch
2.1.5. Subcircuit Menu
Subcircuit Menu bao gồm các chức năng sau đây:
- New subcircuit: Thiết lập một mạch phụ mới.
- Load subcircuit: Tải xuống một mạch phụ đã có, mạch phụ này sẽ hiển thị
trên màn hình như một khối.
- Edit subcircuit: Soạn thảo kích thước tên file của mạch phụ.
- Set size: Cài đặt độ lớn của mạch phụ.
- Place port: Đặt vị trí cổng kết nối giữa mạch chính với mạch phụ.
- Display port: Hiển thị cổng kết nối của mạch phụ.
- Edit default variable list: Soạn thảo danh sách các thông số mặc định trên
mạch phụ.
- Edit image:Soạn thảo hình ảnh của mạch phụ.
- Display subcircuit name: Hiển thị tên của mạch phụ.
- Show subcircuit ports: Hiển thị tên cổng của mạch phụ trong mạch chính.
- Hide subcircuit ports: Không cho hiển thị tên cổng của mạch phụ trong
mạch chính.
- Subcircuit list: Danh sách tên file của mạch chính và mạch phụ.
14
- One page up: Quay trở lại mạch chính, khi đó mạch phụ sẽ được lưu tự
động.
- Top page: Nhảy từ mạch phụ (mức thấp) lên mạch chính (mức cao) cho
phép sử dụng dễ dàng khi có chiều mạch phụ.
2.1.6. Simulate Menu
Simulate Menu bao gồm các chức năng sau đây:
- Simulation control : Kiểm soát thời gian mô phỏng
- Run PSIM: Chạy mô phỏng mạch
- Run SIMVIEW: Chạy màn hình hiển thị sóng
- RC3: mạch điện trở tụ điện 3 pha
- RLC3: mạch điện trở, điện cảm, tụ điện 3 pha
- Rheostat: biến trở
- Saturable Inductor: điện kháng bão hoà
- Coupled Inductor (2): mạch 2 cuộn cảm
- Coupled Inductor (3): mạch 3 cuộn cảm
- Coupled Inductor (4): mạch 4 cuộn cảm
Hình 2.2. Kí hiệu một số phần tử RLC một pha và ba pha
b, Khoá chuyển mạch và các mô - đun chuyển đổi (Switches)
* Các khoá chuyển mạch
Có hai dạng cơ bản của khoá đóng cắt trong PSIM : một là theo kiểu khoá
gồm hai trạng thái (đóng và mở khoá), hai là theo kiểu ba trạng thái (đóng, mở
và làm việc trong chế độ khuyếch đại tuyến tính).
Khoá hai trạng thái bao gồm : điôt (DIODE), điac (DIAC), Thyristor
(THY), triac (TRIAC), GTO, tranzito công suất theo kiểu npn (NPN) hoặc pnp
(PNP), IGBT, MOSFET kênh n (MOSFET_n) và kênh p (MOSFET_p), và khóa
hai chiều (SSWI). Hình 2.3. Ký hiệu điôt, điac và thyristor trong PSIM
Khoá ba trạng thái bao gồm hai loại tranzito pnp (PNP_1) và npn (NPN_1).
16 Hình 2.4. Ký hiệu tranzito ba trạng thái
* Các môđun chuyển đổi:
Chỉnh lưu cầu 1 pha dùng điôt (1-ph Diode Bridge), chỉnh lưu cầu 1 pha dùng
Thyristor (1-ph Thyristor Bridge), chỉnh lưu cầu 3 pha dùng điôt (3-ph Diode
Bridge), chỉnh lưu cầu 3 pha dùng thyristor (3-ph Thyristor Bridge), chỉnh lưu
- Máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây nối Y/Y/
∆
và Y/
∆
∆
/
(TF_3YYD/TF_3YDD) Hình 2.8. Ký hiệu các loại biến áp ba pha
18
2.2.2. Một số phần tử mạch điều khiển (Control)
a, Khối hàm truyền
Khối hàm truyền bao gồm các khối như : khối tỷ lệ, khối tích phân, khối vi
phân, khối tích phân - tỷ lệ và khối lọc.
chưa vượt quá giá trị giới hạn, còn khi tín hiệu vào vượt quá tín hiệu giới
hạn thì tín hiệu ra sẽ ở mức hạn chế cao nhất hoặc thấp nhất.
Hình 2.16. Ký hiệu khối hạn chế
• Khối xung hình thang và xung chữ nhật
Hai khối, khối xung hình thang (LKUP_TZ) và khối xung hình chữ
nhật (LKUP_SQ).
20 Hình 2.17 Ký hiệu xung hình thang và xung chữ nhật
• Khối trễ thời gian (Time Delay Block)
Khối này sẽ tạo trễ một khoảng thời gian của dạng sóng đầu vào.
Hình 2.18. Ký hiệu khối trễ thời gian.
d. Các phần tử logic
• Cổng logic bao gồm: cổng AND, OR, XOR, NOT, NAND và NOR
Hình 2.19.Ký hiệu các cổng lôgic
• Khối chuyển đổi A/D và D/A
Đây là các khối chuyển đổi tương tự/số (analog/digital) và ngược
Hình 2.26.Kí hiệu các đồng hồ đo dòng điện
- Đồng hồ đo điện năng
Hình 2.27. Kí hiệu đồng hồ đo điện năng
2.2.4. Thư viện Sources (Nguồn)
a. Nguồn điện áp (Voltage Sources)
Trong PSIM có nguồn điện áp một chiều (DC), nguồn điện áp xoay
chiều một pha hình Sin (Sine), nguồn điện áp xoay chiều ba pha hình sin
(3-ph Sine)
Hình 2.28. Kí hiệu một số dạng nguồn điện áp
b. Nguồn dòng điện (Current Sources)
Trong PSIM có nguồn dòng một chiều (DC), nguồn dòng xoay chiều
một pha hình Sin (Sine)
23 Hình2.29. Kí hiệu một số dạng nguồn dòng điện
2.3. Các bước tiến hành mô phỏng mạch điện tử công suất
Để tiến hành khảo sát một mạch điện tử công suất, cần tiến hành các bước
sau :
Bước 1: Xác định mô hình các phần tử bán dẫn cần có để thiết lập
mạch cần khảo sát.
Bước 2: Vẽ sơ đồ nguyên lý:
- Khởi động PSIM từ biểu tượng:
- Mở một trang mới để vẽ mạch nguyên lý: File → New (Ctrl+N) hoặc
ấn nút
- Tiếp theo lấy các linh kiện trong thư viện linh kiện của phần mềm và
sắp xếp các linh kiện gọn gàng, hợp lý, đi dây nối các linh kiện với
Copyright: Tài liệu đại học ©