hướng dẫn sử dụng phần mềm matlap

TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK

MỤC LỤC

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.
Ở nhiều trường Đại Học và Cao Đẳng việc mô phỏng mạch điện tử còn nhiều
khó khăn vì thiếu về trang thiết bị thực hành. Nhiều thiết bị mô phỏng cũ, số
lượng module ít nên không đáp ứng được hết các nhu cầu về giảng dạy và học
tập.
Để đáp ứng về nhu cầu thực tiễn đặt ra chúng em lựa chọn đề tài “TÌM
HIỂU VỀ PHẦN MỀM PSIM”.
Trong quá trình tìm hiểu và thực hiện mô phỏng không thể tránh khỏi sai
sót.Em rất mong nhận được ý kiến cũng như phản hồi để đồ án của e được hoàn
thiện hơn

GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

1


TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM PSIM
1.1. Khái

-

quát về phần mềm PSIM
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).
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.
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
GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

2


TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK
vậy, chúng em lựa chọn đề tài đồ án là: Khai thác phần mềm PSIM mô phỏng mạch
điện tử công suất.
1.2. Các

phần mềm trong bộ
PSIM bao gồm 3 chương trình:
PSIM schematic

PSIM simulator

SIMVIEW

PSIM Schematic: chương trình thiết kế mạch
PSIM Simulator : chương trình mô phỏng.
PSIM VIEW

: chương trình hiển thị đồ thị sau khi mô phỏng .

PSIM biểu diễn một mạch điện trên 4 khối:

Power circuit

Switch controllers

Sensors

Control circuit

-

Power circuit: mạch động lực.

-

Control circuit: mạch điều khiển.

-

Sensors: hệ cảm biến.

-

Switch controllers: bộ điều khiển chuyển mạch.
GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

3


TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK
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,flipflop) 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.
1.3.

Các ưu điểm:

PSIM có tích hợp khác nhau trên mô-đun, danh sách đầy đủ và mô tả của PSIM có
thể được tìm thấy trên Powersim trang web . Có những mô-đun cho phép mô phỏng
động cơ điều khiển, kiểm soát kỹ thuật số , và các tính toán tổn thất nhiệt do chuyển
đổi và dẫn truyền. Có một mô-đun năng lượng tái tạo cho phép mô phỏng của pin
quang điện (bao gồm cả hiệu ứng nhiệt độ), pin, siêu tụ , và tua-bin gió. Ngoài ra còn
có một số module cho phép đồng mô phỏng với các nền tảng khác để xác
minh VHDL hoặc Verilog mã hoặc để đồng mô phỏng với một FEA chương trình. Các
chương trình mà PSIM hiện đồng mô phỏng với là: Simulink , JMAG , và ModelSim .
PSIM hiện hỗ trợ tự động chuyển mã hệ với Module SimCoder và sẽ ra mã để sử
dụng với Texas Instruments F2833x và F2803x nổi và cố định điểm xử lý tín hiệu kỹ
thuật số từ cácloạt C2000 . Với phiên bản 10.0.4 PSIM, PSIM đã hỗ trợ cho Freescale
Semiconductor Kinetis V series MCU.
Ngoài ra, mô phỏng vi xử lý-In-Vòng PSIM hay PIL Mô-đun đã được bổ sung trong
phiên bản 10.0.4. Module cho phép người dùng điều khiển một mô phỏng PSIM với
mã được thực hiện trên một TI DSP hoặc MCU.
PSIM có tốc độ mô phỏng nhanh hơn nhiều so với Spice mô phỏng dựa trên cơ sở
sử dụng của nó trong chuyển đổi lý tưởng. Với thêm kỹ thuật số và SimCoupler
Modules gần như bất kỳ loại thuật toán logic có thể được mô phỏng. Kể từ PSIM sử
dụng công tắc lý tưởng dạng sóng mô phỏng sẽ phản ánh điều này, làm cho PSIM phù
hợp hơn cho các nghiên cứu cấp hệ thống chứ không phải là chuyển đổi các nghiên
cứu quá trình chuyển đổi. PSIM có giao diện đơn giản và mô phỏng được rất trực quan
1.4. Nhược

điểm:
- Phần mềm nào cũng có nhược điểm của nó do đó Proteus cũng không tránh

khỏi các nhươc điểm :

GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

4


TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK
+ Phần mềm do công ty của nước ngoài nên tính chất bản quyền khá cao, và hầu
như ít được biết đến nên rất khó kiếm ngoài thực tế .
+ Trong khi thiết kế có nhiều phần trong Proteus chạy không theo một quy tắc
nào
làm người sử dụng đôi lúc gặp khó khăn.
+ Sử dụng khá phức tạp nhất là đối với các mạch vi xử lý hay các mạch cần
chỉnh
sửa các tính chất các linh kiện (do quá nhiều tính chất phải điều chỉnh).

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM
2.1. Giới

thiệu chung

2.1.1. Khởi

động chương trình
Khi khởi động chương trình thì PSIM Schematic sẽ chạy đầu tiên, các bạn vào
File --> New, giao diện như sau:
Menu

toolbar

Element
toolbar

Circuit
window

GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

5


TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK
Giao diện của chương trình PSIM
Thanh chuẩn (Standard) gồm: File, Edit, View, Subcircuit, Element,
Simulate, Option, Window, Help. Mọi thao tác trong PSIM đều có thể thực
hiện được từ thanh chuẩn này.
Thanh công cụ gồm: New, Save, Open...Và các lệnh thường dùng như
Wire (nối dây), Zoom, Run Simulation (chạy mô phỏng)...
Thanh dưới cùng là các linh kiện thường dùng như điện trở, cuộn cảm,
tụ điện, diode, thyristor,…
2.1.1.1. Biểu

diễn tham số các phần tử
Các tham số mối phần tử, bộ phận của mạch được đối thoại trên ba cửa
sổ của PSIM bao gồm :
- Các tham số (Parameters).
- Các thông tin khác (Orther Info).
- Màu sắc (Color).

Cửa sổ trao đổi tham số trên PSIM
Cửa sổ Parameters được sử dụng trong quá trình mô phỏng, còn cửa sổ
Orther Info không sử dụng cho mô phỏng mà chỉ dành cho người sử dụng, các
thông tin này sẽ được hiện ra trong mục View/Element List.Ví dụ như các
thông số loại thiết bị, tên nhà sản xuất, số sản xuất…Còn cửa sổ Color để xác
định màu sắc cho từng phần tử.
Trên cửa sổ Parameters, các tham số được đưa vào dưới dạng các số thập
phân hoặc dạng biểu thức toán học. Ví dụ một điện trở có thế được biểu diễn
dưới các dạng sau:
12.5 ; 12.5 k ; 12.5 Ohm ; 12.5 kOhm ; 25/2 Ohm.
GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

6


TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK
Các luỹ thừa sau sử dụng các chữ cái để thể hiện :
10 9 : G

10 6 : M

10 3 : K

10 −3 : m

10 −6 : u

10 −9 : n

10 −12 : p

Các hàm toán học sau được sử dụng:
+

phép cộng

-

phép trừ

*

phép nhân

/

phép chia

^

hàm mũ

SQRT

hàm căn bậc hai

SIN

hàm sin

COS

hàm cos

TAN

hàm tang

LOG

hàm logarit cơ số tự nhiên

2.2. Một

số phần tử mạch lực

2.2.1. Điện

trở, điện cảm và điện dung (RLC)
Với PSIM, các phần tử R, L, C rời rạc hay một nhánh RLC đều có thể được mô
tả với các điều kiện đầu được xác định (dòng điện trên L, điện áp trên C).
Ngoài ra mạch ba pha đối xứng, nhánh RLC cũng được mô tả với các điều kiện đầu
được xác định bằng 0 bằng các ký hiệu “R3”, “RL3”, “RC3” và “RLC3”.

ký hiệu phần tử RLC một pha và ba pha

GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

7

TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK
2.2.2. 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), tiristor (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).
Các phần tử này được mô tả như các khoá lý tưởng, nghĩa là ở trạng thái đóng (cho
dòng chạy qua) khoá có gía trị nội trở bằng 10
dòng) sẽ có giá trị 1M

Ω

µΩ

, còn ở trạng thái mở (không có

.

ký hiệu diot, diac và thyristor trong PSIM
Khoá ba trạng thái bao gồm hai loại tranzito pnp (PNP_1) và npn (NPN_1).

. ký hiệu tranzito ba trạng thái
2.2.3. Khối

điều khiển 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:

Frequency: tần số làm việc khi nối với các khoá điện tử.

GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

8


TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK
Number of points: số lần tác động trong một chu kỳ.
Switching points: Góc tác động trong một chu kỳ.
Máy biến áp
Có các loại như : Máy biến áp lý tưởng, máy biến áp một pha và ba pha với các
kiểu đấu dây.
2.2.4.

Trên Psim các loại máy biến áp một pha sau đây được sử dụng :
-

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)

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/
(TF_3YYD/TF_3YDD)

Ký hiệu các
loại biến áp
ba pha
GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

9

∆

và Y/

∆/∆

TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK
2.2.5. Các

môđun của bộ biến đổi một pha và ba pha
Các môđun bộ biến đổi một pha bao gồm cầu chỉnh lưu một pha bằng
điôt và tiristo được biểu diễn như sau :

Môđun chỉnh lưu cầu một pha
Các môđun của bộ biến đổi ba pha bao gồm : chỉnh lưu cầu ba pha điôt
BDIODE3, chỉnh lưu cầu ba pha tiristo BTHY3, chỉnh lưu tia ba pha tiristo
BTHY3H :

Môđun chỉnh lưu cầu ba pha
2.3. Một

số phần tử mạch điều khiển

2.3.1. Khối

hàm truyền
Khối hàm truyền được biểu diễn bằng tỷ số của hai đa thức của tử số và mẫu số
như sau :

Bs
As

n

n

G(s) = k

n

n

2

1

+ ... + B2 s + B1 s + B0
+ ... +

2

1

A s +As +A
2

1

0

Có hai dạng của khối hàm truyền trên PSIM : loại thứ nhất cho các giá trị
“không” ban đầu ( TFCTN), loại thứ hai cho các tham số vào ban đầu(TFCTN1).
Bao gồm các khối như : khối tỷ lệ, khối tích phân, khối vi phân, khối tích phân
- tỷ lệ và khối lọc.

GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

10


TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK

Hình 3.11. Ký hiệu khối tỷ lệ

Hình 3.12. Ký hiệu khối tích phân

Hình 3.13. Ký hiệu khối tỷ lệ - tích phân
2.3.2. 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.

Ký hiệu các khối cộng

Ký hiệu các khối nhân và chia

Hình 3.16. Ký hiệu các khối hàm căn, mũ, luỹ thừa và logarit

GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

11

TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK
2.3.3. Các

khối hàm khác

2.3.3.1. 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.

Ký hiệu khối so sánh

2.3.3.2. 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.

Ký hiệu khối hạn chế
2.3.3.3. Khối

xung hình thang và xung chữ nhật
Hai khối, khối xung hình thang (LKUP_TZ) và khối xung hình chữ nhật
(LKUP_SQ).

Ký hiệu xung hình thang và xung chữ nhật

2.3.3.4. Khối

trễ thời gian (time delay block)
Khối này sẽ tạo trễ một khoảng thời gian của dạng sóng đầu vào, ví dụ
như chúng được sử dụng vào mô hình của phần tử truyền sóng có trễ hay phần
tử logic. Để mô tả khối trễ thời gian chỉ cần xác định thời gian trễ tính theo
giây (s).

GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

12


TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK

Hình 3.20. Ký hiệu khối trễ thời gian.
2.3.3.5. Các

phần tử logic

2.3.3.6. Cổng

logic
Đó là các cổng logic : cổng AND, OR, XOR, NOT, NAND và NOR.

Hình 3.21. ký hiệu các cổng logic
2.3.3.7. 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.

Hình 3.22. ký hiệu các khối chuyển đổi A/D và D/A
2.4. Các

phần tử khác

2.4.1. Các

dạng nguồn

2.4.1.1. Nguồn

một chiều DC
Các dạng nguồn một chiều có ký hiệu (_GND) là loại có nối đất, ký hiệu
(V) là dạng nguồn áp, ký hiệu (I) là nguồn dòng.

GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

13


TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK

Hình 3.23. Ký hiệu các nguồn DC
2.4.1.2. Nguồn

hình Sin
Nguồn hình sin cũng bao gồm hai loại nguồn dòng và áp,có ký hiệu ở

hình 2.25. đối với nguồn một pha và nguồn điện áp sin ba pha đối xứng nối (Y)
được ký hiệu như hình 2.26, với pha A có ký hiệu dấu chấm trên nguồn.

Ký hiệu nguồn hình sin một pha nguồn hình sin ba pha
2.4.1.3. Nguồn

sóng chữ nhật
Có 2 loại nguồn sóng chữ nhật : nguồn áp (VSQU) và nguồn dòng
(ISQU) có ký hiệu như ở hình 2.27.

Hình 3.25. Ký hiệu nguồn sóng chữ nhật
2.4.1.4. Cảm

biến điện áp/dòng điện
Các cảm biến sẽ đo giá trị điện áp và dòng điện trong mạch động lực để
sử dụng trong mạch điều khiển. Cảm biến dòng sẽ có nội trở là 1

µΩ

Hình 3.26. Ký hiệu các cảm biến điện áp và dòng điện

GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

14

.


TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK
2.4.2. Bộ

điều khiển chuyển mạch

2.4.3. Bộ

điều khiển khoá đóng cắt (on-off switch controller)
Bộ điều khiển như một giao diện giữa tín hiệu điều khiển và khoá đóng
cắt mạch lực : tín hiệu đầu vào của khối là 0 hoặc 1 từ mạch điều khiển sẽ đưa
đến cực điều khiển của khoá động lực.

Hình 3.27. ký hiệu của bộ on-off switch controller.

2.4.4. Bộ

điều khiển góc mở

α

Bộ điều khiển dùng để điều khiển góc mở của tiristor, ký hiệu vào của bộ
α
điều khiển bao gồm : góc
, tín hiệu đồng bộ và tín hiệu cho phép
(enable/disable signal). Quá trình chuyển đổi tín hiệu đồng bộ từ 0 đến 1 sẽ
0

cung cấp thời điểm đồng bộ ở góc 0 . Còn góc mở

α

được xác định từ tín hiệu

tức thời, alpha được tính theo độ.

Hình 3.28. ký hiệu của bộ alpha controller.
Mô tả:
Frequency: tần số tác động của bộ, Hz.
Pulse width: độ rộng xung điều khiển, độ.
2.4.5. Mạch

GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

phụ (Subcircuit)

15


TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK
Các bước thao tác một mạch phụ như sau:
- 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:
- One page up:
động.

Danh sách tên file của mạch chính và mạch phụ.
Quay trở lại mạch chính, khi đó mạch phụ sẽ được lưu tự

- Top page:
Nhảy từ mạch phụ (mức thấp) lên mạch chính (mức cao)
cho phép sử dụng dễ dàng khi có chiều mạch phụ.
2.4.5.1. Taọ

mạch phụ trong mạch chính
Các bước tạo một mạch phụ có tên file “mach-phu.sch” trong mạch chính có địa chỉ
“mach-chinh.sch” như sau:
- Tạo “mach-chinh.sch”.
- Trong “mach-chinh.sch” chọn menu subcircuit để chọn new subcircuit.
- Một khối vuông sẽ xuất hiện trên màn hình để tạo mạch phụ.
2.4.5.2. kết

nối mạch phụ trong mạch chính

GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

16


TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK
Khi mạch phụ đã được thiết lập cùng với các cổng kết nối của nó đã xác định,
cần nối mạch phụ vào mạch chính theo các bước sau:
- Trong mạch chính các điểm nối của khối mạch phụ sẽ xuất hiện các với các vòng
tròn rỗng.
- Chọn khối mạch phụ và chọn Show subcircuit ports trêb menu Subcircuit để hiển
thị tên cổng được xác định ở phần trên.
- Dùng dây nối vào các điểm nối tương ứng.
2.5. 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 :
1. Xác định mô hình các phần tử bán dẫn cần có để thiết lập mạch cần khảo sát,
nhất là các van bán dẫn công suất.
2. Thiết lập sơ đồ nguyên lý của mạch cần nghiên cứu. Thông thường gồm hai
phần: sơ đồ mạch lực và sơ đồ mạch điều khiển.
3. Chuyển đổi từ sơ đồ nguyên lý sang chương trình mô hình hoá theo ngôn ngữ
chuyên dụng của phần mềm.
4. Vào các tham số sơ đồ và số liệu khảo sát.
5. Tiến hành khảo sát, thường chia thành hai bước:
a) Chạy thử chương trình với chế độ quen thuộc mà kết quả đã biết trước để
kiểm tra độ chính xác của mô hình.
b) Khi mô hình đạt độ tin cậy, tiến hành nghiên cứu với các chế độ cần khảo sát
theo yêu cầu đặt ra.
2.6. Ví

dụ mô phỏng
2.6.1. Thiết

kế mạch điện
Thiết kế mạch băm áp một chiều sử dụng hai khối điều khiển cho IGBT:
Gating block hoặc switch controller với tần số đóng cắt của độ băm là 5 kHz.
2.6.2. Cài

đặt tham số cho các phần tử của mạch lực
Để cài đặt các tham số vào một phần tử, trước tiên ta nháy kép chuột trái vào
phần tử đó, trên màn hình xuất hiện cửa số đối thoại để người sử dụng có thể đưa tham
số vào.

GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

17


TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK

Thiết kế mạch băm áp một chiều

2.6.3. Cài

đặt tham số các phần tử của mạch điều khiển
* Mạch điều khiển dùng Gating block :
- Tên khối điều khiển : Go
- Tần số làm việc : 5000 Hz
- Số lần tác động trong một chu kỳ : 2
o

- Góc tác động trong một chu kỳ : 180

Hình 3.30. Hộp thoại mô tả khối Gating block
*. Mạch điều khiển dùng switch controller :
Tín hiệu vào của khối này là tín hiệu so sánh COMP, so sánh hai tín hiệu :
nguồn một chiều VDC và nguồn xung tam giác VTR1.

GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

18


TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK

Hình 3.31. hộp thoại tham số các phần tử mạch điều khiển dùng switch controller
2.6.4. Chạy

mô phỏng
Sau khi thiết kế mạch, mô tả và cài đặt các tham số cho tất cả các phần tử
trong mạch, ta tiến hành mô phỏng mạch bằng cách ấn nút chuột trái lên ký hiệu khởi
động mô phỏng (Run Psim) trên thanh công cụ của cửa sổ mạch thiết kế. khi đó Psim
sẽ khởi động và chạy chương trình mô phỏng mạch (Psim simulator).
Trên màn hình sẽ xuất hiện cửa sổ lựa chọn các đường cong mô phỏng hiển thị (hình
2.34): cửa sổ bên trái là các đường cong hiển thị, cửa sổ bên phải là đường cong cần
hiển thị. Trong đó các đường cong I (L1) và V1 là cho mạch bên trái (hình 2.31) còn
I (L2) và V2 là cho mạch hình bên phải.

Hình 3.32. Cửa sổ lựa chọn hiển thị các đường cong kết quả

GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

19


TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK

Hì
nh 3.33. Đường cong kết quả mô phỏng I(L1) V1 với f=5000 Hz

GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

20

TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK

CHƯƠNG 3: VÍ DỤ MINH HỌA

3.1. Thiết

kế mạch điều chỉnh nhiệt độ cho lò điện trở PSIM

3.1.1. Khâu

đồng pha
A

 Chức năng:
- Đảm bảo quan hệ về góc pha cố định với điện áp của van lực nhằm xác
-

định điểm gốc để tính góc điều khiển α.
Hình thành điện áp có dạng phù hợp làm xung nhịp cho hoạt động của
khâu tạo điện áp tựa phía sau nó.
Chuyển đổi điện áp lực thường có giá trị cao sang giá trị phù hợp với
MĐK thường là điện áp thấp , theo quy chuẩn an toàn là dưới 36 V.
Cách ly hoàn toàn về điện giữa MĐK và mạch lực. Điều này đảm bảo an
toàn cho người sử dụng cũng như các linh kiện điều khiển.

đồng bộ
Mạch đồng bộ nhằm tạo ra điện áp có dạng và tần số phù hợp với yêu cầu hoạt
động của khâu tạo điện áp tựa.
Ở đây ta sử dụng khâu đồng bộ nửa chu kì có sơ đồ như sau:

Udp

R1 15k
D2

3

+

OP1 uA741
Udb
6

+

7

D1

2

4

3.1.2. Khâu

D5 1N1200

Hình 4.3. Sơ đồ khâu đồng bộ
3.1.3. Khâu

tạo điện áp tựa ( dạng răng cưa đi xuống)
Trong mạch điều khiển chỉnh lưu dùng dạng răng cưa đi lên sẽ cho quan hệ
giữa điện áp răng cưa và góc điều khiển tỉ lệ thuận: điện áp này lớn thì góc cũng
lớn. Mặt khác ta biết rằng quan hệ giữa góc điều khiển và điện áp chỉnh lưu nhận
được trên tải lại tuân theo quy luật tỉ lệ nghịch dẫn đến tăng thì U d lại giảm. Như
vậy tương ứng việc tăng điện áp điều khiển sẽ dẫn tới giảm điện áp chỉnh lưu, điều
GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

21


TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK
này nhiều khi không thuận lợi cho mạch điều chỉnh tự động. Để cho quan hệ này
là thuận, nghĩa là tương ứng điện áp điều khiển thì điện áp chỉnh lưu cũng lớn,
cần phải tạo răng cưa có dạng đi xuống.

+

Z1
VS4 12

D2

D1

+

R6 1k

6

+

7

3

OP1 uA741
Udb

OP3 uA741
2

D5 1N1200
3

+

R7 100k

Urc

4

2

+

6

+

7

R1 15k

4

C2 220n

VS6 12

 Tính toán

Điện áp đồng pha Udp thường có trị số hiệu dụng cỡ (10 , nên giá trị điện trở R 1
khoảng (10 để dòng qua điôt D1, D2 cỡ 1mA. Tụ C chọn (0,10,2)μF. Điôt ổn áp Dz
chọn theo biên độ điện áp răng cưa. Còn R 3 tính theo công thức trên với điều kiện sau
nửa chu kì điện áp lưới xoay chiều, điện áp trên tụ giảm từ giá trị U Dz xuống đến 0, tức
là thời gian phóng điện của tụ C bằng tp =T/2.
uC ( = UDz - = 0, rút ra: R7 = ;
trị số R7 không lên chọn dưới 10k.
→ chọn R7 = 100 k
→ chọn R6 = 1 k
Lưu ý rằng R6 cũng là điện trở hạn chế dòng đầu ra của OA1 nên nó không được
nhỏ dưới mức cho phép của OA đã chọn
3.1.4. Khâu

so sánh
Khâu này có chức năng so sánh điện áp điều khiển với điện áp tựa để định thời
điểm phát xung điều khiển, thường đó là thời điểm khi hai điện áp bằng nhau. Nói

cách khác đây là khâu xác định góc điều khiển α.Khâu so sánh có thể thực hiện bằng
các phần tử như transistor hay khuếch đại thuật toán OA. Sử dụng nhiều nhất hiện nay
là các OA vì cho phép đảm bảo độ chính xác cao.
Sơ đồ nguyên lý so sánh kiểu hai cửa:

GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

22


R8 15k

+

2

-

3

+

OP4 uA741
Uss
6

+

7

R9 15k

4

TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK

Udk 5,5

Trong kiểu này hai điện áp cần so sánh được đưa tới hai cực khác nhau của OA
Điện áp ra sẽ tuân theo quy luật:
Ura = K0Δu = K0(u+ - u-)
Trong đó: K0 là hệ số khuếch đại của OA
Ta chọn R8 = R9 = 15 kΩ
3.1.5. Khâu

tạo xung kép
Đầu vào của khuếch đại xung KĐX là transistor nên ta có thể ghép xung đơn thành
xung kép bằng điốt để tiết kiệm năng lượng điều khiển do các transistor của khâu
khuếch đại xung chỉ phải dẫn dòng trong thời gian rất ngắn, hơn nữa tải của mạch lực
là tải trở cảm nên cũng không có gì đáng ngại. Kiểu này thích hợp với nhiều loại TDX
khác nhau, kể cả mạch tạo xung kim nên được sử dụng khá nhiều trong thực tế.
a) Tạo xung đơn bằng mạch vi phân RC
C

Rb
T
R

Tạo xung đơn bằng mạch vi phân RC
b) Ghép xung bằng điôt để tạo xung kép

GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

23

D


TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK

VS1 12
R4 47k
+

Xung don
C1 120p

R3 3,9k
xung kep

D3

R2 42k

Uss

D4

Tạo xung kép bằng điốt từ xung đơn

đại công suất xung điều khiển
a) Khuếch đại xung bằng biến áp xung điều khiển
 Nguyên lý hoạt động
Phương pháp ghép này thông dụng nhất hiện nay vì dễ dàng cách ly điều khiển và
mạch lực, tuy nhiên do tính chất vi phân của biến áp nên không cho phép truyền các
xung rộng vài mili giây. Chính vì tính chất này mà người ta truyền xung rộng dưới
dạng xung chùm để biến áp xung hoạt động được bình thường. Để đơn giản mạch,
đồng thời vẫn đảm bảo hệ số khuếch đại dòng cần thiết, tầng khuếch đại hay đấu kiểu
Dalintơn.

VS2 12

+

3.1.6. Khuếch

G1

D6

N2

D8

K1

T2 BD135

R5 42k

T1 BC107

N1

D7

M1 1m

Sơ đồ tối giản khuếch đại xung ghép biến áp xung

GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

24


TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP-SIMULINK

-

Cả hai bóng T1, T2 đều được chọn theo điều kiện điện áp như nhau là chịu được trị
số nguồn Ecs.
Về dòng điện, bóng T1 chọn theo dòng điện qua cuộn sơ cấp I 1 của biến áp xung: Ic
= I1 =
Trong đó:
Iđk _ dòng điều khiển mở van
k _ tỉ số vòng dây giữa sơ cáp và thứ cấp biến áp xung, thường nằm trong phạm vi
(1÷3)
Sau khi chọn được T1 để có hệ số khuếch đại β1 sẽ chọn được T2 vì dòng qua
colector T2 chính là dòng qua bazo T1, như vậy dòng qua T2 luôn nhỏ hơn T1 do chịu
dòng nhỏ hơn β1 lần. Vì độ rộng xung nhỏ hơn nhiều chu kì phát xung nên công suất

phát nhiệt trên transistor không đáng kể và không phải quan tâm đến vấn đề này khi
tính toán. Điện trở R1 chọn từ điều kiện mở bão hòa tốt cho T 1, T2 đồng thời không gây
quá tải cho tầng trước của khâu khuếch đại xung:
≤ R1 ≤
Nếu điện áp vào khuếch đại xung có phần âm, cần phải mắc điốt bảo vệ cho các
transsistor (Đ1 trên hình 4.4). Điốt Đ2 hoặc điốt ổn áp Dz nhằm chống quá áp gây quá
áp gây hỏng các bóng khi chúng chuyển từ dẫn sang khóa do ảnh hưởng của sức điện
động tự cảm trên cuộn dây sơ cấp biến áp xung.

 Tính toán

Mạch điều khiển được tính toán xuất phát từ yêu cầu về xung mở thyristor. Các
thông số cơ bản của thyristor :
I
(A)

I

I

Đ

d

Δ

U

I

d

i/dt
U
u/dt
đk
đk
(A) (mA)
(A/μs) (V) (V) (mA) (V/μs)
5
3
5
1
2
5
4
1
4
7
000-30 00-200 ,1
,5
00
0000
000
1200
1000
Từ bảng các thông số của thyristor trên ta thấy thyristor đòi hỏi điện áp điều
khiển Uđk = 5,5 V và Iđk =0,4 A.
Chọn biến áp xung có tỉ số k =2, vậy tham số điện áp và dòng điện cuộn sơ cấp
là:

Usc = Uđk. k = 5,5 .2 = 11 V
Isc = Iđk/ k = 0,4/2 = 0,2 A
→ Isc = ICT1 = 0,2 A
Nguồn công suất phải có trị số lớn hơn U 1 để bù sụt áp trên điện trở vì vậy chọn
Ecs = 18 V.
Từ hai giá trị Ecs và Isc nên chọn bóng T5 loại BD135 có tham số Uce = 45 V, Icmax=
1,5 A, tra bảng có β1min = 40.
Và chọn T4 loại BC107 có Uce = 45 V, Icmax= 0,1 A, tra bảng có β2min = 110.
tb

đỉnh

GVHD: LÊ QUỐC DŨNG

rò

iện
áp

t
ph (μs)

25