Đồ án tốt nghiệp : Ứng dụng phần mềm PSIM mô phỏng mạch điện tử công suất. doc

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.31 MB, 75 trang )

0

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ
**********

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSIM MÔ PHỎNG
MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

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 ĐỎ

CỘNG 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

Lớp: 05 TĐH2 Khóa: 05
Chuyên ngành: Tự động hóa. Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện
Ngày giao đề tài: 02/5/2012
Ngày hoàn thành: 16/7/2012
Giáo viên hướng dẫn: Lê Thị Mai
Tên đề tài:
Ứng dụng phần mềm PSIM mô phỏng mạch điện tử công suất.

Điều kiện cho trước:
– Mạch chỉnh lưu không điều khiển
– Mạch chỉnh lưu có điều khiển.

Thuyết minh (nhiệm vụ):
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 mô phỏng mạch điều khiển chỉnh
lưu

Bản vẽ:
Sử dụng Powerpoint để trình chiếu các bản vẽ.

Hải Dương, ngày02 tháng 5 năm 2012
TRƯỞNG KHOA

Nguyễn Xuân Ứng

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

2.1.7. Option Menu 14
2.1.8. Window Menu 14
2.2. Giới thiệu các phần tử trong PSIM 14
2.2.1. Thư viện Power (Power Library) 14
2.2.2. Một số phần tử mạch điều khiển (Control)
18
2.2.3. Thư viện Other
21
2.2.4. Thư viện Sources (Nguồn)
22
2.3. Các bước tiến hành mô phỏng mạch điện tử công suất 23
2.4. Ví dụ mô phỏng 23
2.4.1. Mô phỏng mạch chỉnh lưu dùng Điôt. 23
2.4.2. Mô phỏng mạch chỉnh lưu dùng Thyristor 29
CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSIM THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU
KHIỂN 36
3.1. Giới thiệu chung về mạch điều khiển 36
3.1.1. Khâu đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa 37
3.1.2. Khâu so sánh 40
3.1.3. Khâu sửa xung 42
3.1.4. Khâu khuếch đại xung 44
3.2. Các loại sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển 46
3.2.1. Chỉnh lưu một pha dùng máy biến áp có điểm giữa .Tải trở cảm (R, L)
46
3.2.2. Chỉnh lưu cầu một pha dùng thyristor. Tải (R, L) 49
3.2.3. Chỉnh lưu tia 3 pha dùng thyristor 50
3.2.4. Chỉnh lưu cầu 3 pha dùng thyristor 53
3.3. Mô phỏng mạch điều khiển cho sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha bán điều
khiển 55
3

3.3.1. Mô phỏng trên phần mềm PSIM 55
3.3.2. Thực nghiệm 62
KẾT LUẬN 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

4

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, mô hình hóa trở thành phương pháp rất hiệu
quả trong nghiên cứu khoa học, trong thực tế sản xuất cũng như trong phục vụ
giảng dạy và học tập. Trên thị trường thế giới cũng đã xuất hiện rất nhiều phần
mềm Thiết kế – Mô phỏng mạch điện tử công suất. Có thể kể ra các phần mềm
như : PSPICE, TINA, MATLAB, SIMSEN, SUCCES, PSIM… Các phần mềm
này chính là công cụ để giúp các kỹ sư, các nhà sản xuất tối ưu hóa công việc
của mình, từ đó tạo ra những sản phẩm điện tử chính xác, đáng tin cậy và giá
thành thấp.
Để đáp ứng về nhu cầu thực tiễn đặt ra chúng em lựa chọn đề tài tốt
nghiệp “Ứng dụng phần mềm PSIM mô phỏng mạch điện tử công suất”. Với
những mục tiêu sau:
– Giới thiệu về phần mềm và ứng dụng của phần mềm PSIM
– Giúp sinh viên sử dụng phần mềm này để hiểu rõ hơn lý thuyết đã học.
– Phục vụ cho mục đích nghiên cứu, học tập để nâng cao trình độ của bản
thân.

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

chính thể hiện ở nhóm nguồn và nhóm cá phần tử bán dẫn. Nhưng nhóm quan
trọng hơn cả là mô hình các linh kiện bán dẫn: điốt, transitors, tiristo, triac, điăc.
Điểm khác biệt của các mô phỏng trong TINA so với mô hình cùng loại
trong MATLAB là chúng được xây dựng theo bản chất hoạt động vật lý bán dẫn
thể hiện bằng các phương trình với nhiều tham số đặc trưng, do đó mô hình mô
phỏng rất sát đặc tính Vôn-Ampe thực của chủng loại đó. Vì vậy để đưa vào
mạch một bóng bán dẫn cụ thể cần phải biết khá nhiều tham số của nó, điều này
không phải lúc nào cũng biết được. Để dễ dàng cho người sử dụng, thư viện của
TINA có sẵn hàng trăm loại bóng thông dụng trên thị trường với các tham số
chuẩn do nhà chế tạo cung cấp.

Hình 1.1. Giao diện chính của phần mềm TINA
Phần mềm TINA có nhiều ưu điểm như: dễ sử dụng, đây là 1 công cụ hiệu
quả cao.
6

Phần mềm được xây dựng với nhiều phần tương tác với nhau, người thiết
kế có thể vẽ mạch bằng sơ đồ nguyên lý và chuyển sang dạng mạch in, quan sát
mạch in dưới dạng 3D và xuất ra tập tin hình ảnh để gởi đến nhà sản xuất…
Sự tương tác cao, đầy đủ tính năng và dễ sử dụng đã làm cho phần mềm
TINA chiếm ưu thế hơn các phần mềm thiết kế mạch khác hiện nay…
1.2. Phần mềm PSPICE

(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

7

Hình 1.2 Giao diện của phần mềm PSPICE
1.3. Phần mềm Matlab / Simulink
Matlab là phần mềm được phổ cập ở mức độ toàn cầu. Hiện nay ở nước
ta, Matlab cũng khá quen thuộc trong lĩnh vực điều khiển và tự động hóa. Tuy
nhiên từ phiên bản 5.3 của Matlab mới cho phép thâm nhập vào lĩnh vực điện tử
công suất (Power electronic). Đây là phần mềm bổ sung của mục “power system
blockset” nằm trong phần simulink. Trong đó đưa ra mô hình các phần tử bán
dẫn là: tiristo, điôt, GTO, MOSFET và ideal switch. Tất cả các phần tử này đều
được mô phỏng như một mạch gồm điện trở mắc nối tiếp điện cảm khi ở trạng
thái dẫn dòng điện, còn khi không dẫn dòng thì tương ứng đứt mạch (tổng trở
bằng vô hạn), ngoài ra luôn có mạch RC đấu song song. Bằng cách ghép từng
hình theo một sơ đồ cụ thể nào đó, có thể thiết lập một thư viện các mạch điện tử
công suất theo ý muốn (thí dụ như mạch chỉnh lưu cầu hoặc mạch băm xung,…)

8

Hình 1.3. Giao diện của phần mềm MATLAB

Phần mềm mô phỏng bằng Simulink rất thuận lợi khi cần phân tích và
khảo sát ở khía cạnh hệ thống, nhất là với hệ thống kín, ở đó mạch điện tử công
suất chỉ là một khối của hệ thống. Trong simulink, các van được mô phỏng hoặc
như một khoá lý tưởng, hoặc như một điện trở hai trạng thái. Như vậy, phần tử
bán dẫn mô phỏng không phản ánh chính xác đặc tính Vôn-ampe của chúng nữa
song điều đó không ảnh hưởng đến bản chất của hệ thống được nghiên cứu, mặt
khác lại giảm được đáng kể thời gian tính máy. Lưu ý rằng trong simulink, các
xung điều khiển cho các van là tín hiệu mức logic 0/1, không phải là điện áp

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.

Hình 1.5. Giao diện của phần mềm PSIM

Nhìn chung, PSIM được đánh giá là một phần mềm dễ sử dụng, trực
quan, dung lượng nhẹ và khá mạnh trong lĩnh vực Điện tử công suất. PSIM có
ưu điểm mô phỏng độc lập mạch lực vì các khối điều khiển đã được xây dựng
sẵn, ta chỉ việc lắp ghép. Vì vậy, em lựa chọn đề tài đồ án là: Ứng dụng phần
mềm PSIM mô phỏng mạch điện tử công suất
11

CHƯƠNG II. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM PSIM
2.1. Giới thiệu tổng quan về phần mềm PSIM
2.1.1. Giới thiệu chung
PSIM bao gồm 3 chương trình:

– PSIM Schematic: chương trình thiết kế mạch.
– PSIM Simulator : chương trình mô phỏng.
– PSIM VIE
W
: chương trình hi
ển thị đồ thị sau khi mô phỏng

PSIM biểu diễn một mạch điện trên 4 khối:

Hình 2.1. Biểu diễn một mạch điện trên PSIM
– Power circuit: Mạch động lực.
– Control circuit: Mạch điều khiển.
– Sensors: Hệ cảm biến.
– Switch controllers: Bộ điều khiển chuyển mạch.
Mạch động lực bao gồm các van bán dẫn công suất, các phần tử

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

– Copy: Sao chép một khối mạch được lựa chọn
– Paste: Dán các khối mạch được lựa chọn
– Select All: Chọn toàn bộ các mạch
– Text : Đặt văn bản
– Wire: Đi dây
– Laber: Đặt một nhãn
– Attributes: Chỉnh sửa các thuộc tính của một phần tử
– Disable: Vô hiệu hoá một thành phần hoặc một phần của một mạch
– Enable: Kích hoạt các yếu tố hoặc mạch đã được vô hiệu hóa trước đó
– Rotate: Xoay các yếu tố lựa chọn hoặc khối
– Flip L/R: Lật trái / phải của phần tử được chọn
– Flip T/B: Lật trên / dưới của phần tử được lựa chọn
– Find: Tìm một phần tử dựa vào loại và tên của nó
– Find Next: Tìm các phần tử tiếp theo của cùng loại
– Edit Library: Chỉnh sửa các thư viện PSIM
13

2.1.4. View Menu
Menu View bao gồm các chức năng sau đây:
– Status Bar : Kích hoạt hoặc vô hiệu hóa màn hình hiển thị trạng thái
– Toolbar: Kích hoạt hoặc vô hiệu hóa màn hình hiển thị thanh công cụ
– Element Toolbar: Kích hoạt hoặc vô hiệu hóa thanh công cụ phần
tử. Các thanh công cụ phần tử lưu trữ các phần tử PSIM thường được sử
dụng.
– Recently Used Element List: Danh sách
– Recently Used Element List: Danh sách cho thấy các yếu
tố được sử dụng gần đây nhất
– Zoom in: Phóng to
– Zoom out: Thu nhỏ
– Fit to Page: Phù hợp với mạch toàn bộ màn hình

– 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

– Arrange SLINK Nodes: Sắp xếp Slink Nodes Sắp xếp thứ tự của các
nút SLINK_IN và SLINK_OUT
2.1.7. Option Menu
Menu Option bao gồm các chức năng sau đây:
– Settings : Thiết lập các tùy chọn
– Enter Password : Nhập mật khẩu để xem các sơ đồ mạch được bảo
vệ bằng mật khẩu
– Disable Password : Vô hiệu hoá việc bảo vệ mật khẩu của mạch
2.1.8. Window Menu
Menu Window bao gồm các chức năng sau đây:
– New Window : Tạo một cửa sổ mới có thể hiển thị một phần khác
nhau của cùng một mạch.
– Cascade : Sắp xếp các cửa sổ
– Tile : Phân chia các cửa sổ bằng nhau
– Arrange Icons : Tự động sắp xếp các biểu tượng
2.2. Giới thiệu các phần tử trong PSIM
2.2.1. Thư viện Power (Power Library)
a, Điện trở, điện cảm và điện dung ( RLC Branches )
Trong thư viện này bao gồm một số phần tử như:
– Resistor: điện trở
– Inductor: điện cảm
– Capacitor: tụ điện
– RL: nhánh điện trở, điện cảm
15

– RC: nhánh điện trở,tụ điện
– LC: nhánh điện cảm, tụ điện
– RLC: mạch điện trở, điện cảm, tụ điện
– R3: điện trở 3 pha
– RL3: mạch điện trở điện cảm 3 pha

– 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

tia 3 pha dùng Thyristor (3-ph Thyristor Half-bridge)

Hình 2.5. Các môđun chỉnh lưu một pha và ba pha
* Khối điều khiển (Switch Gating Block)
Khối này chỉ được nối với cực điều khiển của các khoá điện tử hai trạng
thái kể trên và được xác định tính chất trực tiếp của block Gating.
Mô tả một Gating block:

Hình 2.6.Ký hiệu của Gating block.
Frequency: tần số làm việc khi nối với các khoá điện tử.
Number of points: số lần tác động trong một chu kỳ.
Switching points: Góc tác động trong một chu kỳ.
c, Máy biến áp (Transformers)
Trên PSIM các loại máy biến áp một pha sau đây được sử dụng :
17

– Một cuộn dây sơ cấp và một cuộn dây thứ cấp (TF_1F/TF_1F_1)
– Một cuộn dây sơ cấp và hai cuộn dây thứ cấp (TF_1F_3W)
– Hai cuộn dây sơ cấp và hai cuộn dây thứ cấp (TF_1F_4W)
– Một cuộn dây sơ cấp và bốn cuộn dây thứ cấp (TF_1F_5W)
– Một cuộn dây sơ cấp và sáu cuộn dây thứ cấp (TF_1F_7W)
–

Hình 2.7. Ký hiệu các loại máy biến áp một pha
Trên PSIM có các loại máy biến áp ba pha trụ sau :
– Máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây có các đầu dây ra của đầu và cuối cuộn
dây (TF_3F)
– Máy biến áp 3 pha nối Y/Y và Y/
∆
(TF_3YY/TF_3YD)

– 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.

Hình 2.9. Ký hiệu khối tỷ lệ

Hình 2.10. Ký hiệu khối tích phân

Hình 2.11. Ký hiệu khối tỷ lệ – tích phân
b. Các khối tính toán
Bao gồm các khối như khối cộng, khối nhân và chia, khối hàm căn bậc
hai, mũ, luỹ thừa, logarit, khối hàm tính giá trị hiệu dụng RMS, khối hàm trị
tuyệt đối và dấu, khối hàm lượng giác và khối biến đổi Fourier nhanh FFT.

Hình 2.12. Ký hiệu các khối cộng
19

Hình 2.13. Ký hiệu các khối nhân và chia

Hình 2.14. Ký hiệu các khối hàm căn, mũ, luỹ thừa và logarit
c, Các khối hàm khác
• Khối so sánh
Tín hiệu ra của khối so sánh sẽ có giá trị dương khi tín hiệu vào ở cực
(+) có giá trị lớn hơn ở cực (-), sẽ có tín hiệu ra bằng 0 khi tín hiệu cực (+) nhỏ
hơn. Khi giá trị vào ở hai cực bằng nhau thì tín hiệu ra luôn giữ giá trị ở thời
điểm đó.

Hình 2.15. Ký hiệu khối so sánh

• Khối hạn chế
Tín hiệu ra của khối hạn chế sẽ bằng giá trị tín hiệu vào khi tín hiệu

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

lại, với 2 loại ở tín hiệu số 8 bit và 10 bit.

21

Hình 2.20. Ký hiệu các khối chuyển đổi A/D và D/A
2.2.3. Thư viện Other
a. Bộ điều khiển chuyển mạch (Switch Controllers)
– Bộ điều khiển khoá đóng cắt (On-off Controller)

Hình 2.21. Kí hiệu của bộ On-off Controller

– Bộ điều khiển góc mở α (Alpha Controller)

Hình 2.22. Kí hiệu của bộ Alpha Controller
b. Cảm biến (Sensors)
– Cảm biến điện áp (Voltage Sensor)

Hình 2.23.Kí hiệu của cảm biến điện áp
– Cảm biến dòng điện (Current Sensor)

Hình 2.24. Kí hiệu của cảm biến dòng điện
c. Đồng hồ (probes)
– Đồng hồ đo điện áp: Trong PSIM có đồng hồ đo điện áp một chiều, đồng
hồ đo điện áp xoay chiều

22

Hình 2.25. Kí hiệu các đồng hồ đo điện áp
– Đồng hồ đo dòng điện: Trong PSIM có đồng hồ đo dòng điện một chiều
và đo dòng điện xoay chiều

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

nhau tạo thành mạch, sau đó gán các thông số cho linh kiện.
Bước 3: Tiến hành chạy mô phỏng, thường chia làm 2 bước:
a. Chạy thử chương trình với chế độ quen thuộc mà kết quả đã biết trước
để kiểm tra độ chính xác của mạch.
b. Khi mạch đạt đủ độ tin cậy, tiến hành mô phỏng với các chế độ cần
khảo sát theo yêu cầu đặt ra.
2.4. Ví dụ mô phỏng
2.4.1. Mô phỏng mạch chỉnh lưu dùng Điôt.
• Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha dùng Điôt tải R+E với R =10 (Ώ), E = 100
(V).
a, Lấy linh kiện:
• Nguồn xoay chiều 1 pha hình sin: Elements → Power → Sine ( chú ý trước
khi đặt linh kiện xuống có thể xoay chúng bằng chuột phải)
Nếu thấy linh kiện ở thanh linh kiện phía dưới thì có thể lấy ở đó
24

Đặt tên và thông số bằng cách kích đúp lên linh kiện ( tích vào display nếu
muốn tên linh kiện hiện lên trên mạch)

• Biến áp: Elements → Power → Transformers → 1- Ph transformers.

Sau đó kích đúp lên linh kiện để đặt thông số

BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ * * * * * * * * * * ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPĐề tài : ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSIM MÔ PHỎNGMẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤTSinh viên triển khai : LƯƠNG VĂN THÁINGUYỄN KHẮC NGỌCLớp : 05C Đ TĐH2Nghành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆNChuyên ngành : TỰ ĐỘNG HÓAKhoa : ĐIỆNGiáo viên hướng dẫn : LÊ THỊ MAIHẢI DƯƠNG – 2012B Ộ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎCỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập – Tự do – Hạnh phúcNHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHọ và tên học viên / sinh viên : Lương Văn Thái, Nguyễn Khắc NgọcLớp : 05 TĐH2 Khóa : 05C huyên ngành : Tự động hóa. Ngành : Công nghệ kỹ thuật điệnNgày giao đề tài : 02/5/2012 Ngày hoàn thành xong : 16/7/2012 Giáo viên hướng dẫn : Lê Thị MaiTên đề tài : Ứng dụng phần mềm PSIM mô phỏng mạch điện tử công suất. Điều kiện cho trước : – Mạch chỉnh lưu không tinh chỉnh và điều khiển – Mạch chỉnh lưu có điều khiển và tinh chỉnh. Thuyết minh ( trách nhiệm ) : Chương 1. Tổng quan về một số ít phần mềm mô phỏng mạch điện tử côngsuấtChương 2. Giới thiệu về phần mềm PSIMChương 3. Ứng dụng phần mềm PSIM mô phỏng mạch tinh chỉnh và điều khiển chỉnhlưuBản vẽ : Sử dụng Powerpoint để trình chiếu những bản vẽ. Thành Phố Hải Dương, ngày02 tháng 5 năm 2012TR ƯỞNG KHOANguyễn Xuân ỨngMỤC LỤCLỜI NÓI ĐẦU 4CH ƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHẦN MỀM MÔ PHỎNGMẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 51.1 Phần mềm TINA ( Toolkit for Interative Netword Analysis ) 51.2. Phần mềm PSPICE ( Power Simulation Program with IntergratedCircuit Emphases ) 1.3. Phần mềm Matlab / Simulink 71.4. Phần mềm PSIM ( Power Electronics Simulation Software ) CHƯƠNG II. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM PSIM 112.1. Giới thiệu tổng quan về phần mềm PSIM 112.1.1. Giới thiệu chung 112.1.2. File Menu 112.1.3. Edit Menu 122.1.4. View Menu 132.1.5. Subcircuit Menu 132.1.6. Simulate Menu 142.1.7. Option Menu 142.1.8. Window Menu 142.2. Giới thiệu những thành phần trong PSIM 142.2.1. Thư viện Power ( Power Library ) 142.2.2. Một số thành phần mạch tinh chỉnh và điều khiển ( Control ) 182.2.3. Thư viện Other212. 2.4. Thư viện Sources ( Nguồn ) 222.3. Các bước thực thi mô phỏng mạch điện tử công suất 232.4. Ví dụ mô phỏng 232.4.1. Mô phỏng mạch chỉnh lưu dùng Điôt. 232.4.2. Mô phỏng mạch chỉnh lưu dùng Thyristor 29CH ƯƠNG III. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSIM THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀUKHIỂN 363.1. Giới thiệu chung về mạch tinh chỉnh và điều khiển 363.1.1. Khâu đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa 373.1.2. Khâu so sánh 403.1.3. Khâu sửa xung 423.1.4. Khâu khuếch đại xung 443.2. Các loại sơ đồ chỉnh lưu có tinh chỉnh và điều khiển 463.2.1. Chỉnh lưu một pha dùng máy biến áp có điểm giữa. Tải trở cảm ( R, L ) 463.2.2. Chỉnh lưu cầu một pha dùng thyristor. Tải ( R, L ) 493.2.3. Chỉnh lưu tia 3 pha dùng thyristor 503.2.4. Chỉnh lưu cầu 3 pha dùng thyristor 533.3. Mô phỏng mạch điều khiển và tinh chỉnh cho sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha bán điềukhiển 553.3.1. Mô phỏng trên phần mềm PSIM 553.3.2. Thực nghiệm 62K ẾT LUẬN 72T ÀI LIỆU THAM KHẢO 74L ỜI NÓI ĐẦUTrong những năm gần đây, quy mô hóa trở thành giải pháp rất hiệuquả trong điều tra và nghiên cứu khoa học, trong thực tiễn sản xuất cũng như trong phục vụgiảng dạy và học tập. Trên thị trường quốc tế cũng đã Open rất nhiều phầnmềm Thiết kế – Mô phỏng mạch điện tử công suất. Có thể kể ra những phần mềmnhư : PSPICE, TINA, MATLAB, SIMSEN, SUCCES, PSIM … Các phần mềmnày chính là công cụ để giúp những kỹ sư, những nhà phân phối tối ưu hóa công việccủa mình, từ đó tạo ra những loại sản phẩm điện tử đúng chuẩn, đáng an toàn và đáng tin cậy và giáthành thấp. Để cung ứng về nhu yếu thực tiễn đặt ra chúng em lựa chọn đề tài tốtnghiệp “ Ứng dụng phần mềm PSIM mô phỏng mạch điện tử công suất ”. Vớinhững tiềm năng sau : – Giới thiệu về phần mềm và ứng dụng của phần mềm PSIM – Giúp sinh viên sử dụng phần mềm này để hiểu rõ hơn triết lý đã học. – Phục vụ cho mục tiêu điều tra và nghiên cứu, học tập để nâng cao trình độ của bảnthân. Đồ án được trình diễn thành 3 chương : Chương 1 : Tổng quan về một số ít phần mềm mô phỏng mạch điện tử côngsuất. Chương 2 : Giới thiệu về phần mềm PSIM.Chương 3 : Ứng dụng phần mềm PSIM phong cách thiết kế mạch tinh chỉnh và điều khiển. Trong quy trình làm đồ án, với sự tìm tòi và nghiên cứu và điều tra của bản thân, đặcbiệt là sự giúp sức rất nhiệt tình của cô giáo Lê Thị Mai chúng em đã hoàn thànhđồ án này. Tuy nhiên do thời hạn nghiên cứu và điều tra còn hạn chế, nên đồ án này củachúng em không tránh khỏi những thiếu xót. Em rất mong nhận được sự đónggóp quan điểm của những thầy cô và những bạn để đồ án của chúng em triển khai xong hơn. Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực hiệnLương Văn TháiCHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHẦN MỀM MÔ PHỎNGMẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT1. 1 Phần mềm TINA ( Toolkit for Interative Netword Analysis ) Đây là phần mềm chuyên được dùng cho nghiên cứu và phân tích mạch điện, mạch điện tửdạng tương tự như và xung số, mạch điện tử công suất do hãng designsoft đưa ra thịtrường. TINA có thanh công cụ đặc trưng là những thành phần mô phỏng mạch, đượcchia làm 8 tính năng chính : thành phần cơ bản ( Basic components ), thống kê giám sát ( Meters ), nhóm nguồn ( Sources ), linh phụ kiện bán dẫn ( Semiconductors ), mạchcổng ( Gate ), mạch lật flip-flop ( flip-flop ), mạch logic ( logic IC ). Đối với mạchphân tích điện tử công suất thì hay dùng nhất 4 nhóm đầu, trong đó đặc trưngchính bộc lộ ở nhóm nguồn và nhóm cá thành phần bán dẫn. Nhưng nhóm quantrọng hơn cả là quy mô những linh phụ kiện bán dẫn : điốt, transitors, tiristo, triac, điăc. Điểm độc lạ của những mô phỏng trong TINA so với quy mô cùng loạitrong MATLAB là chúng được thiết kế xây dựng theo thực chất hoạt động giải trí vật lý bán dẫnthể hiện bằng những phương trình với nhiều tham số đặc trưng, do đó quy mô môphỏng rất sát đặc tính Vôn-Ampe thực của chủng loại đó. Vì vậy để đưa vàomạch một bóng bán dẫn đơn cử cần phải biết khá nhiều tham số của nó, điều nàykhông phải khi nào cũng biết được. Để thuận tiện cho người sử dụng, thư viện củaTINA có sẵn hàng trăm loại bóng thông dụng trên thị trường với những tham sốchuẩn do nhà sản xuất phân phối. Hình 1.1. Giao diện chính của phần mềm TINAPhần mềm TINA có nhiều ưu điểm như : dễ sử dụng, đây là 1 công cụ hiệuquả cao. Phần mềm được kiến thiết xây dựng với nhiều phần tương tác với nhau, người thiếtkế hoàn toàn có thể vẽ mạch bằng sơ đồ nguyên tắc và chuyển sang dạng mạch in, quan sátmạch in dưới dạng 3D và xuất ra tập tin hình ảnh để gởi đến đơn vị sản xuất … Sự tương tác cao, rất đầy đủ tính năng và dễ sử dụng đã làm cho phần mềmTINA chiếm lợi thế hơn những phần mềm phong cách thiết kế mạch khác lúc bấy giờ … 1.2. Phần mềm PSPICE ( Power Simulation Program with IntergratedCircuit Emphases ) PSPICE là phần mềm mô phỏng mạch điện – điện tử trường Đại học tổnghợp California ở Berkeley phát minh sáng tạo ra. Hiện nay PSPICE được xem là một trongnhững phần mềm mô phỏng mạch điện – điện tử mạnh và phổ cập trên quốc tế. Có thể nói rằng trong nghành mô phỏng mạch điện tử PSPICE cũng thông dụngnhư MATLAB trong mô phỏng mạng lưới hệ thống tự động hóa. Phần mềm này cho phépngười dùng thiết lập quy mô thành phần của mình theo xu thế nghiên cứuriêng, mở ra năng lực to lớn cho những chuyên viên trong nghành nghề dịch vụ điện tử côngsuất. Đây là mẫu sản phẩm mới nhất, nhằm mục đích tổng hợp những quy trình tiến độ phong cách thiết kế chế tạomạch điện tử : thiết kế xây dựng mạch nguyên tắc, mô phỏng, chuyển mạch nguyên lýmạch sang mạch in, đổ sang máy làm mạch inThư viện của PSPICE rất lớn, lên đến hàng chục nghìn linh phụ kiện điện tử, bóng bán dẫn, vi mạch IC của rất nhiều hãng trên quốc tế, vì thế rất thuận lợikhi phong cách thiết kế hay khảo sát mạch sử dụng những linh phụ kiện có sẵn trong thư viện vàxây dựng những quy mô riêng, tự thiết lập thư viện riêng ship hàng mục tiêu củamình. Giống như TINA, trong PSPICE có sẵn rất nhiều loại nguồn điện đểngười khảo sát sử dụng ( nguồn điện áp, dòng điện một chiều, nguồn điện hìnhsin, dạng sóng theo hàm mũ, nguồn tín hiệu điều chế tần số ) và 4 nguồn phụthuộc cơ bản. Ngoài ra còn có công tắc nguồn điện tử được tinh chỉnh và điều khiển bằng điện áphoặc bằng dòng điện. Các nghiên cứu và phân tích chính là đặc tính truyền đạt, đặc tính tần số, điểm thao tác một chiều, đặc tính động. Trong mô phỏng mạch điện tử công suất quan trọng nhất là phân tíchđộng ( Transient analysis ). Trong PSPICE chính sách nghiên cứu và phân tích này thường tốn thờigian tính của PC, khi mạch phức tạp hoặc thời hạn khảo sát lớn, dung tích củafile tài liệu này hoàn toàn có thể lên đến hàng trăm MB. Vì vậy khi chương trình đangchạy ta hoàn toàn có thể tạm dừng chương trình để theo dõi và kiểm tra sơ bộ nếu thấykhông đạt thì ngắt hẳn chương trình để sửa đổiHình 1.2 Giao diện của phần mềm PSPICE1. 3. Phần mềm Matlab / SimulinkMatlab là phần mềm được phổ cập ở mức độ toàn thế giới. Hiện nay ở nướcta, Matlab cũng khá quen thuộc trong nghành nghề dịch vụ tinh chỉnh và điều khiển và tự động hóa. Tuynhiên từ phiên bản 5.3 của Matlab mới được cho phép xâm nhập vào nghành điện tửcông suất ( Power electronic ). Đây là phần mềm bổ trợ của mục “ power systemblockset ” nằm trong phần simulink. Trong đó đưa ra quy mô những thành phần bándẫn là : tiristo, điôt, GTO, MOSFET và ideal switch. Tất cả những thành phần này đềuđược mô phỏng như một mạch gồm điện trở mắc tiếp nối đuôi nhau điện cảm khi ở trạngthái dẫn dòng điện, còn khi không dẫn dòng thì tương ứng đứt mạch ( tổng trởbằng vô hạn ), ngoài những luôn có mạch RC đấu song song. Bằng cách ghép từnghình theo một sơ đồ đơn cử nào đó, hoàn toàn có thể thiết lập một thư viện những mạch điện tửcông suất theo ý muốn ( thí dụ như mạch chỉnh lưu cầu hoặc mạch băm xung, … ) Hình 1.3. Giao diện của phần mềm MATLABPhần mềm mô phỏng bằng Simulink rất thuận tiện khi cần nghiên cứu và phân tích vàkhảo sát ở góc nhìn mạng lưới hệ thống, nhất là với mạng lưới hệ thống kín, ở đó mạch điện tử côngsuất chỉ là một khối của mạng lưới hệ thống. Trong simulink, những van được mô phỏng hoặcnhư một khoá lý tưởng, hoặc như một điện trở hai trạng thái. Như vậy, phần tửbán dẫn mô phỏng không phản ánh đúng mực đặc tính Vôn-ampe của chúng nữasong điều đó không ảnh hưởng tác động đến thực chất của mạng lưới hệ thống được điều tra và nghiên cứu, mặtkhác lại giảm được đáng kể thời hạn tính máy. Lưu ý rằng trong simulink, cácxung điều khiển và tinh chỉnh cho những van là tín hiệu mức logic 0/1, không phải là điện ápđiều khiển hay dòng điều khiển và tinh chỉnh cho van nên không cần quan tâm về phương diệncách ly giữa lực và điều khiển và tinh chỉnh. Hình 1.4. Giao diện của SIMULINK1. 4. Phần mềm PSIM ( Power Electronics Simulation Software ) PSIM là phần mềm mạch do hãng LAB-VOLT ( Hoa Kỳ ) – Mộttrong những nhà phân phối những thiết bị dạy học nổi tiếng viết và đưa ra thịtrường. Đây là phần mềm không chỉ mạnh trong học tập, giảng dạy màcòn là tài liệu cơ bản cho những kỹ sư khi nghiên cứu và điều tra, nghiên cứu và phân tích, khai thácmạch điện tử công suất, những mạch tinh chỉnh và điều khiển tương tự như và số, cũng nhưtrong hệ truyền động xoay chiều ( AC ), một chiều ( DC ). 10PSIM chạy trong môi trường tự nhiên Microsoft Windows 98 / NT / 2000 / XPvới nhu yếu bộ nhớ RAM tối thiểu là 32 MB. Chương trình phong cách thiết kế mạchcủa PSIM là một chương trình có tính tương tác cao giữa giao diện củacác thư mục và phần mềm soạn thảo mạch điện với người sử dụng. Cácphần tử của mạch được chứa trong menu Elements. Các thành phần được chiathành bốn nhóm là : Phần tử mạch công suất ( Power ), phần tử mạch điềukhiển ( Control ), thành phần nguồn ( Sources ) và những thành phần khác ( Others ). Thư viện trong PSIM gồm có hai phần : Thư viện hình ảnh ( PSIMimage. lib ) và thư viện list ( PSIMLIB ). Thư viện danh sáchkhông thể sửa đổi được, nhưng thư viện hình ảnh hoàn toàn có thể sửa đổi hoặc tạolập một thư viện hình ảnh riêng cho người sử dụng. Hình 1.5. Giao diện của phần mềm PSIMNhìn chung, PSIM được nhìn nhận là một phần mềm dễ sử dụng, trựcquan, dung tích nhẹ và khá mạnh trong nghành nghề dịch vụ Điện tử công suất. PSIM cóưu điểm mô phỏng độc lập mạch lực vì những khối điều khiển và tinh chỉnh đã được xây dựngsẵn, ta chỉ việc lắp ghép. Vì vậy, em lựa chọn đề tài đồ án là : Ứng dụng phầnmềm PSIM mô phỏng mạch điện tử công suất11CHƯƠNG II. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM PSIM2. 1. Giới thiệu tổng quan về phần mềm PSIM2. 1.1. Giới thiệu chungPSIM gồm có 3 chương trình : – PSIM Schematic : chương trình phong cách thiết kế mạch. – PSIM Simulator : chương trình mô phỏng. – PSIM VIE : chương trình hiển thị đồ thị sau khi mô phỏngPSIM màn biểu diễn một mạch điện trên 4 khối : Hình 2.1. Biểu diễn một mạch điện trên PSIM – Power circuit : Mạch động lực. – Control circuit : Mạch điều khiển và tinh chỉnh. – Sensors : Hệ cảm ứng. – Switch controllers : Bộ tinh chỉnh và điều khiển chuyển mạch. Mạch động lực gồm có những van bán dẫn công suất, những phần tửRLC, máy biến áp lực đè nén và cuộn cảm san bằng. Mạch tinh chỉnh và điều khiển sẽ được trình diễn bằng những sơ đồ khối, gồm có cảcác thành phần trong miền S, miền Z, những thành phần logic ( ví dụ như những cổnglogic, flip-flop ) và những thành phần phi tuyến ( ví dụ bộ chia ). Các thành phần cảmbiến sẽ đo những giá trị điện áp, dòng điện trong mạch lực để đưa những tínhiệu đo này về mạch điều khiển và tinh chỉnh. Sau đó mạch tinh chỉnh và điều khiển sẽ cho những tínhiệu đến bộ điều khiển và tinh chỉnh chuyển mạch để tinh chỉnh và điều khiển quy trình đóng cắt cácvan bán dẫn trong mạch lực. 2.1.2. File MenuMenu File gồm có những tính năng sau đây : 12 – New : Tạo một mạch mới – Open : Mở một mạch hiện có – Close : Đóng hành lang cửa số mạch hiện tại – Close All : Đóng toàn bộ những hành lang cửa số mạch – Save : Lưu mạch hiện tại – Save As : Lưu mạch hiện tại vào một tên khác nhau – Save All : Lưu tất cả những mạch – Print : In mạch – Print Preview : Xem trước bản in – Print Selected : In một phần của mạch chọn – Print Selected Preview : Xem trước những 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 PSIM2. 1.3. Edit MenuMenu Edit gồm có những tính năng sau đây : – Undo Delete : Undo Xóa – Cut : Hủy bỏ những khối mạch được lựa chọn và lưu nó vào bộ đệm – Copy : Sao chép một khối mạch được lựa chọn – Paste : Dán những khối mạch được lựa chọn – Select All : Chọn hàng loạt những mạch – Text : Đặt văn bản – Wire : Đi dây – Laber : Đặt một nhãn – Attributes : Chỉnh sửa những thuộc tính của một thành phần – Disable : Vô hiệu hoá một thành phần hoặc một phần của một mạch – Enable : Kích hoạt những yếu tố hoặc mạch đã được vô hiệu trước đó – Rotate : Xoay những yếu tố lựa chọn hoặc khối – Flip L / R : Lật trái / phải của thành phần được chọn – Flip T / B : Lật trên / dưới của thành phần được lựa chọn – Find : Tìm một thành phần dựa vào loại và tên của nó – Find Next : Tìm những thành phần tiếp theo của cùng loại – Edit Library : Chỉnh sửa những thư viện PSIM132. 1.4. View MenuMenu View gồm có những công dụng sau đây : – Status Bar : Kích hoạt hoặc vô hiệu màn hình hiển thị hiển thị trạng thái – Toolbar : Kích hoạt hoặc vô hiệu màn hình hiển thị hiển thị thanh công cụ – Element Toolbar : Kích hoạt hoặc vô hiệu hóa thanh công cụ phầntử. Các thanh công cụ thành phần tàng trữ những thành phần PSIM thường được sửdụng. – Recently Used Element List : Danh sách – Recently Used Element List : Danh sách cho thấy những yếutố được sử dụng gần đây nhất – Zoom in : Phóng to – Zoom out : Thu nhỏ – Fit to Page : Phù hợp với mạch hàng loạt màn hình hiển thị – Zoom in Selected : Phóng to một vùng được chọn – List Element : Liệt kê những yếu tố của mạch2. 1.5. Subcircuit MenuSubcircuit Menu gồm có những công dụng sau đây : – New subcircuit : Thiết lập một mạch phụ mới. – Load subcircuit : Tải xuống một mạch phụ đã có, mạch phụ này sẽ hiển thịtrên màn hình hiển thị như một khối. – Edit subcircuit : Soạn thảo size tên file của mạch phụ. – Set size : Cài đặt độ lớn của mạch phụ. – Place port : Đặt vị trí cổng liên kết giữa mạch chính với mạch phụ. – Display port : Hiển thị cổng liên kết của mạch phụ. – Edit default variable list : Soạn thảo list những thông số kỹ thuật mặc định trênmạch 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 trongmạch 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 tựđộng. – Top page : Nhảy từ mạch phụ ( mức thấp ) lên mạch chính ( mức cao ) chophép sử dụng thuận tiện khi có chiều mạch phụ. 2.1.6. Simulate MenuSimulate Menu gồm có những công dụng sau đây : – Simulation control : Kiểm soát thời hạn mô phỏng – Run PSIM : Chạy mô phỏng mạch – Run SIMVIEW : Chạy màn hình hiển thị hiển thị sóng – Arrange SLINK Nodes : Sắp xếp Slink Nodes Sắp xếp thứ tự của cácnút SLINK_IN và SLINK_OUT2. 1.7. Option MenuMenu Option gồm có những công dụng sau đây : – Settings : Thiết lập những tùy chọn – Enter Password : Nhập mật khẩu để xem những sơ đồ mạch được bảovệ bằng mật khẩu – Disable Password : Vô hiệu hoá việc bảo vệ mật khẩu của mạch2. 1.8. Window MenuMenu Window gồm có những công dụng sau đây : – New Window : Tạo một cửa sổ mới hoàn toàn có thể hiển thị một phần khácnhau của cùng một mạch. – Cascade : Sắp xếp những hành lang cửa số – Tile : Phân chia những hành lang cửa số bằng nhau – Arrange Icons : Tự động sắp xếp những biểu tượng2. 2. Giới thiệu những thành phần trong PSIM2. 2.1. Thư viện Power ( Power Library ) a, Điện trở, điện cảm và điện dung ( RLC Branches ) Trong thư viện này gồm có 1 số ít thành phần như : – Resistor : điện trở – Inductor : điện cảm – Capacitor : tụ điện – RL : nhánh điện trở, điện cảm15 – RC : nhánh điện trở, tụ điện – LC : nhánh điện cảm, tụ điện – RLC : mạch điện trở, điện cảm, tụ điện – R3 : điện trở 3 pha – RL3 : mạch điện trở điện cảm 3 pha – 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 cảmHình 2.2. Kí hiệu 1 số ít thành phần RLC một pha và ba phab, Khoá chuyển mạch và những mô – đun quy đổi ( Switches ) * Các khoá chuyển mạchCó hai dạng cơ bản của khoá đóng cắt trong PSIM : một là theo kiểu khoágồm hai trạng thái ( đóng và mở khoá ), hai là theo kiểu ba trạng thái ( đóng, mởvà thao tác trong chính sách khuyếch đại tuyến tính ). Khoá hai trạng thái gồm có : 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 khóahai chiều ( SSWI ). Hình 2.3. Ký hiệu điôt, điac và thyristor trong PSIMKhoá ba trạng thái gồm có hai loại tranzito pnp ( PNP_1 ) và npn ( NPN_1 ). 16H ình 2.4. Ký hiệu tranzito ba trạng thái * Các môđun quy đổi : Chỉnh lưu cầu 1 pha dùng điôt ( 1 – ph Diode Bridge ), chỉnh lưu cầu 1 pha dùngThyristor ( 1 – ph Thyristor Bridge ), chỉnh lưu cầu 3 pha dùng điôt ( 3 – ph DiodeBridge ), chỉnh lưu cầu 3 pha dùng thyristor ( 3 – ph Thyristor Bridge ), chỉnh lưutia 3 pha dùng Thyristor ( 3 – ph Thyristor Half-bridge ) Hình 2.5. Các môđun chỉnh lưu một pha và ba pha * Khối điều khiển và tinh chỉnh ( Switch Gating Block ) Khối này chỉ được nối với cực tinh chỉnh và điều khiển của những khoá điện tử hai trạngthái kể trên và được xác lập đặc thù trực tiếp của block Gating. Mô tả một Gating block : Hình 2.6. Ký hiệu của Gating block. Frequency : tần số thao tác khi nối với những khoá điện tử. Number of points : số lần tác động ảnh hưởng trong một chu kỳ luân hồi. Switching points : Góc ảnh hưởng tác động trong một chu kỳ luân hồi. c, Máy biến áp ( Transformers ) Trên PSIM những loại máy biến áp một pha sau đây được sử dụng : 17 – Một cuộn dây sơ cấp và một cuộn dây thứ cấp ( TF_1F / TF_1F_1 ) – Một cuộn dây sơ cấp và hai cuộn dây thứ cấp ( TF_1F_3W ) – Hai cuộn dây sơ cấp và hai cuộn dây thứ cấp ( TF_1F_4W ) – Một cuộn dây sơ cấp và bốn cuộn dây thứ cấp ( TF_1F_5W ) – Một cuộn dây sơ cấp và sáu cuộn dây thứ cấp ( TF_1F_7W ) Hình 2.7. Ký hiệu những loại máy biến áp một phaTrên PSIM có những loại máy biến áp ba pha trụ sau : – Máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây có những đầu dây ra của đầu và cuối cuộndây ( TF_3F ) – Máy biến áp 3 pha nối Y / Y và Y / ( TF_3YY / TF_3YD ) – Máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây nối Y / Y / và Y / ( TF_3YYD / TF_3YDD ) Hình 2.8. Ký hiệu những loại biến áp ba pha182. 2.2. Một số thành phần mạch điều khiển và tinh chỉnh ( Control ) a, Khối hàm truyềnKhối hàm truyền gồm có những khối như : khối tỷ suất, khối tích phân, khối viphân, khối tích phân – tỷ suất và khối lọc. Hình 2.9. Ký hiệu khối tỷ lệHình 2.10. Ký hiệu khối tích phânHình 2.11. Ký hiệu khối tỷ suất – tích phânb. Các khối tính toánBao gồm những khối như khối cộng, khối nhân và chia, khối hàm căn bậchai, mũ, luỹ thừa, logarit, khối hàm tính giá trị hiệu dụng RMS, khối hàm trịtuyệt đối và dấu, khối hàm lượng giác và khối biến hóa Fourier nhanh FFT.Hình 2.12. Ký hiệu những khối cộng19Hình 2.13. Ký hiệu những khối nhân và chiaHình 2.14. Ký hiệu những khối hàm căn, mũ, luỹ thừa và logaritc, Các khối hàm khác • Khối so sánhTín hiệu ra của khối so sánh sẽ có giá trị dương khi tín hiệu vào ở cực ( + ) có giá trị lớn hơn ở cực ( – ), sẽ có tín hiệu ra bằng 0 khi tín hiệu cực ( + ) nhỏhơn. Khi giá trị vào ở hai cực bằng nhau thì tín hiệu ra luôn giữ giá trị ở thờiđiểm đó. Hình 2.15. Ký hiệu khối so sánh • Khối hạn chếTín hiệu ra của khối hạn chế sẽ bằng giá trị tín hiệu vào khi tín hiệuchưa vượt quá giá trị số lượng giới hạn, còn khi tín hiệu vào vượt quá tín hiệu giớihạn 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 nhậtHai khối, khối xung hình thang ( LKUP_TZ ) và khối xung hình chữnhật ( LKUP_SQ ). 20H ình 2.17 Ký hiệu xung hình thang và xung chữ nhật • Khối trễ thời hạn ( Time Delay Block ) Khối này sẽ tạo trễ một khoảng chừng thời hạn của dạng sóng nguồn vào. Hình 2.18. Ký hiệu khối trễ thời hạn. d. Các thành phần logic • Cổng logic gồm có : cổng AND, OR, XOR, NOT, NAND và NORHình 2.19. Ký hiệu những cổng lôgic • Khối quy đổi A / D và D / AĐây là những khối quy đổi tương tự như / số ( analog / digital ) và ngượclại, với 2 loại ở tín hiệu số 8 bit và 10 bit. 21H ình 2.20. Ký hiệu những khối quy đổi A / D và D / A2. 2.3. Thư viện Othera. Bộ tinh chỉnh và điều khiển chuyển mạch ( Switch Controllers ) – Bộ tinh chỉnh và điều khiển khoá đóng cắt ( On-off Controller ) Hình 2.21. Kí hiệu của bộ On-off Controller – Bộ tinh chỉnh và điều khiển góc mở α ( Alpha Controller ) Hình 2.22. Kí hiệu của bộ Alpha Controllerb. Cảm biến ( Sensors ) – Cảm biến điện áp ( Voltage Sensor ) Hình 2.23. Kí hiệu của cảm ứng điện áp – Cảm biến dòng điện ( Current Sensor ) Hình 2.24. Kí hiệu của cảm ứng dòng điệnc. Đồng hồ ( probes ) – Đồng hồ đo điện áp : Trong PSIM có đồng hồ đeo tay đo điện áp một chiều, đồnghồ đo điện áp xoay chiều22Hình 2.25. Kí hiệu những đồng hồ đeo tay đo điện áp – Đồng hồ đo dòng điện : Trong PSIM có đồng hồ đeo tay đo dòng điện một chiềuvà đo dòng điện xoay chiềuHình 2.26. Kí hiệu những đồng hồ đeo tay đo dòng điện – Đồng hồ đo điện năngHình 2.27. Kí hiệu đồng hồ đeo tay đo điện năng2. 2.4. Thư viện Sources ( Nguồn ) a. Nguồn điện áp ( Voltage Sources ) Trong PSIM có nguồn điện áp một chiều ( DC ), nguồn điện áp xoaychiều một pha hình Sin ( Sine ), nguồn điện áp xoay chiều ba pha hình sin ( 3 – ph Sine ) Hình 2.28. Kí hiệu một số ít dạng nguồn điện ápb. Nguồn dòng điện ( Current Sources ) Trong PSIM có nguồn dòng một chiều ( DC ), nguồn dòng xoay chiềumột pha hình Sin ( Sine ) 23H ình2. 29. Kí hiệu 1 số ít dạng nguồn dòng điện2. 3. Các bước triển khai mô phỏng mạch điện tử công suấtĐể thực thi khảo sát một mạch điện tử công suất, cần triển khai những bướcsau : Bước 1 : Xác định quy mô những thành phần bán dẫn cần có để thiết lậpmạch cần khảo sát. Bước 2 : Vẽ sơ đồ nguyên tắc : – Khởi động PSIM từ hình tượng : – Mở một trang mới để vẽ mạch nguyên tắc : File → New ( Ctrl + N ) hoặcấn nút – Tiếp theo lấy những linh phụ kiện trong thư viện linh phụ kiện của phần mềm vàsắp xếp những linh phụ kiện ngăn nắp, hài hòa và hợp lý, đi dây nối những linh phụ kiện vớinhau tạo thành mạch, sau đó gán những thông số kỹ thuật cho linh phụ kiện. Bước 3 : Tiến hành chạy mô phỏng, thường chia làm 2 bước : a. Chạy thử chương trình với chính sách quen thuộc mà hiệu quả đã biết trướcđể kiểm tra độ đúng chuẩn của mạch. b. Khi mạch đạt đủ độ đáng tin cậy, thực thi mô phỏng với những chính sách cầnkhảo sát theo nhu yếu đặt ra. 2.4. Ví dụ mô phỏng2. 4.1. Mô phỏng mạch chỉnh lưu dùng Điôt. • Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha dùng Điôt tải R + E với R = 10 ( Ώ ), E = 100 ( V ). a, Lấy linh phụ kiện : • Nguồn xoay chiều 1 pha hình sin : Elements → Power → Sine ( quan tâm trướckhi đặt linh phụ kiện xuống hoàn toàn có thể xoay chúng bằng chuột phải ) Nếu thấy linh phụ kiện ở thanh linh kiện phía dưới thì hoàn toàn có thể lấy ở đó24Đặt tên và thông số kỹ thuật bằng cách kích đúp lên linh phụ kiện ( tích vào display nếumuốn tên linh phụ kiện hiện lên trên mạch ) • Biến áp : Elements → Power → Transformers → 1 – Ph transformers. Sau đó kích đúp lên linh phụ kiện để đặt thông số kỹ thuật

Source: https://thomaygiat.com
Category : Điện Tử