Đồ án khai thác phần mềm PSIM mô phỏng mạch điện tử công suất

Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

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.
Đồ án môn hoc với đề tài: “Khai thác 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 5 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 mô phỏng mạch chỉnh lưu có điều khiển
Chương 4: Kết luận và đề xuất.
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 thầy giáo Nguyễn Đắc Nam chúng
em đã hoàn thành đồ án này. Do kiến thức còn hạn chế 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!


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

CHƯƠNG MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu về điện tử công suất
Điện tử công suất (ĐTCS) là công nghệ biến đổi điện năng từ dạng này
sang dạng khác trong đó các phần tử bán dẫn công suất đóng vai trò trung
tâm.Bộ biến đổi điện tử công suất còn được gọi là bộ biến đổi tĩnh (static
converter) để phân biệt với các máy điện truyền thống (electric machine) biến
đổi điện dựa trên nguyên tắc biến đổi điện từ trường.
Hiện nay rất nhiều thiết bị biến đổi công suất được đề xuất để phục vụ
những yêu cầu ngày càng cao của cuộc sống. ĐTCS đã giúp cho việc sử dụng
điện năng một cách hiệu quả, các linh kiện điện tử công suất được sử dụng
trong quá trình biến đổi cũng như điều khiển công suất: hiệu quả cao và tổn
hao thấp trong lò cao tần, truyền tải điện DC. Các thiết bị ĐTCS mới hiện nay
được cải tiến phát triển để nâng cao hiệu suất hơn nữa việc sử dụng năng
lượng.
ĐTCS đóng vai trò quan trọng trong các mô hình công nghệ và được thiết
kế để điều khiển năng lượng. Dòng điện điện áp và đặc tính đóng ngắt của các
linh kiện bán dẫn liên tục được hoàn thiện, phạm vi ứng dụng ngày càng được
mở rộng như trong chiếu sáng, bộ nguồn, điều khiển động cơ, tự động hóa
công nghiệp, giao thông, lưu trữ năng lượng, truyền tải điện đi xa. Hiệu suất
cao và đặc điểm điều khiển chặt chẽ đã giúp cho ĐTCS có lợi thế hơn nhiều
trong điều khiển động cơ so với các hệ thống điều khiển cơ điện và điện tử

trước đây. Ngoài ra ĐTCS còn được ứng dụng trong truyền tải điện DC
(VHDC), trạm biến đổi công suất, hệ thống truyền tải AC mềm dẻo flexible
ac transmission system (FACTS), và bù công suất static-var compensators
(SVC). Trong truyền tải sử dụng biến đổi DC/AC, bộ lọc tích cực, biến đổi
tần số.
Cuộc cách mạng đầu tiên trong ĐTCS bắt đầu vào năm 1948 với việc phát
minh ra silicon transistor tại phòng thí nghiệm Bell Telephone Laboratories
bởi Bardeen, Bratain, and Schockley. Phần lớn công nghệ điện tử tiên tiến
ngày nay dựa trên phát minh này, các mô hình microelectronics cũng được
phát triển từ linh kiện bán dẫn này. Cuộc cách mạng thứ hai bắt đầu với việc
phát triển của Thyristor trong công nghiệp bởi hãng General Electric
Company vào năm 1958. Đây là khởi đầu của kỷ nguyên mới của ĐTCS. Từ
đó đến nay có rất nhiều các linh kiện bán dẫn cũng như công nghệ biến đổi
được đề xuất và ứng dụng.
Sử dụng các bộ biến đổi công suất trong hệ thống điện, trong giao thông,
trong luyện kim cũng như các lĩnh vực công nghiệp khác đã tạo đà phát triển
kinh tế rất lớn. Ví dụ ở Mỹ hiện nay có 70% năng lượng điện sử dụng được
biến đổi từ các bộ biến đổi công suất. Kỹ thuật biến đổi là ngành khoa học trẻ
và đã đạt được thành công rất lớn, tuy nhiên ngày càng nhiều bài toán được
đặt ra ở phía trước, nó đòi hởi sự phát triển hơn nữa cả về lý thuyết lẫn thực tế
kỹ thuật biến đổi.
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 1


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

2. Đối tượng nghiên cứu của Điện tử công suất.
ĐTCS chủ yếu nghiên cứu về các bộ biến đổi công suất và các bộ khóa điện
tử công suất lớn.

a. Bộ chỉnh lưu

Chỉnh lưu là quá trình biến đổi năng lượng dòng điện xoay chiều thành
năng lượng dòng điện một chiều. Chỉnh lưu là thiết bị điện tử công suất được
sử dụng rộng rãi nhất trong thực tế.
 Mạch chỉnh lưu được chia thành nhiều loại:
- Theo số pha cấp cho mạch van : một pha, hai pha, ba pha, sáu pha …
- Theo loại van bán dẫn trong mạch : mạch van dùng toàn diot (mạch
chỉnh lưu không điều khiển) ; mạch van dùng toàn tiristo ( mạch chỉnh
lưu có điều khiển) ; mạch van dùng diot và tiristo ( mạch chỉnh lưu bán
điều khiển )
- Theo sơ đồ mắc các van với nhau : sơ đồ hình tia và sơ đồ hình cầu
b. Bộ biến đổi xung áp một chiều

Bộ biến đổi điện áp một chiều dùng để biến đổi điện áp một chiều có trị
trung bình không thay đổi được thành điện áp một chiều có trị trung bình
thay đổi được .
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 2


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

 Phân loại bộ biến đổi xung áp một chiều

- Dựa vào cách mắc khoá điện tử : bộ biến đổi xung áp nối tiếp và bộ biến
đổi xung áp song song.
- Dựa vào điện áp đầu ra của bộ xung áp : bộ xung áp có điện áp đầu ra
nhỏ hơn điện áp đầu vào ; bộ biến đổi xung áp có điện áp đầu ra lớn hơn
điện áp đầu vào
- Tuỳ vào dấu điện áp : bộ biến đổi xung áp không đảo chiều và bộ biến
đổi xung áp có đảo chiều.
c. Bộ nghịch lưu ( biến tần )

Bộ nghịch lưu được dùng để biến đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay
chiều. Bộ nghịch lưu là phần tử chính trong các bộ nguồn UPS ,biến tần gián
tiếp.
 Đặc điểm của bộ nghịch lưu :
- Điện áp xoay chiều ngõ ra có trị hiệu dụng và tần số thay đổi được
- Nếu độ lớn của bộ nghịch lưu là không đổi thì điện áp ngõ ra được điều
chỉnh bằng cách thay đổi trị trung bình của nguồn một chiều.
- Điện áp xoay chiều ngõ ra thực tế không phải là tín hiệu sin chuẩn mà
luôn có những thành phần sóng hài bậc cao ,các sóng hài bậc cao có thể
được giảm bớt bằng kĩ thuật đóng ngắt.
- Nếu nguồn DC có trị trung bình không đổi thì trị hiệu dụng của điện áp
ngõ ra có thể thay đổi được bằng cách thay đổi độ lớn của bộ nghịch lưu
 Ưng dụng bộ nghịch lưu :
- Bộ nghịch lưu được dùng làm thiết bị biến đổi trong biến tần gián tiếp,
đây là một ứng dụng quan trọng và rộng rãi nhất của bộ nghịch lưu.
- Dùng làm nguồn điện xoay chiều trong gia đình, nguồn điện liên tục
UPS.
- Dùng bù nhiễu công suất phản kháng.
Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu :

- Phương pháp điều chế độ rộng xung ( PWM )
- Phương pháp PWM tối ưu
- Phương pháp điều rộng ( bộ nghịch lưu áp một pha )
- Phương pháp điều biên (Six-step)
 Biến tần :

Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 3


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

- Biến tần dùng để biến đổi tần số điện áp xoay chiều có trị hiệu dụng và
tần số không đổi thành điện áp xoay chiều có tần số và trị hiệu dụng thay
đổi được.
- Biến tần gồm 2 loại : biến tần gián tiếp và biền tần trực tiếp
- Biến tần được sử dụng rộng rãi trong điều khiển tốc độ động cơ xoay
chiều theo phương pháp điều khiển tần số . Ngoài việc thay đổi tần số
biến tần còn thay đổi tổng số pha .Với sự có mặt của biến tần ta có thể
dùng động cơ ba pha trong lưới điện một pha. Ngoài ra bộ biến tần còn
được sử dụng rộng rãi trong kĩ thuật nhiệt điện ,trong trường hợp này bộ
biến tần dùng để cung cấp năng luợng cho các lò phản ứng .
d. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều :

 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều dùng để biến đổi điện áp xoay chiều có
trị hiệu dụng không đổi thành điện áp xoay chiều có trị hiệu dụng thay
đổi được .

 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều được điều khiển bằng hai phương pháp :
điều khiển pha và điều khiển tỷ lệ thời gian .
 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều thường được sử dụng để điều khiển công
suất tiêu thụ của tải như trong hệ thống điều khiển nhiệt độ lò ,trong các
máy nước nóng ,bếp điện ,điều khiển tốc độ động cơ quạt gió ,máy bơm
và đặc biệt dùng làm thiết bị hạn chế dòng khởi động cho động cơ.
3. Ứng dụng của điện tử công suất
Điện tử công suất được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công
nghiệp hiện đại. Có thể kể đến các ngành kỹ thuật mà trong đó có những ứng
dụng tiêu biểu của các bộ biến đổi bán dẫn công suất như truyền động điện,
giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ
quặng mỏ, các quá trình điện phân trong công nghiệp hóa chất, trong rất nhiều
các thiết bị công nghiệp và dân dụng khác nhau...Trong những năm gần đây
công nghệ chế tạo các phần tử bán dẫn công suất đã có những tiến bộ vượt
bậc và ngày càng trở nên hoàn thiện dẫn đến việc chế tạo các bộ biến đổi ngày
càng nhỏ gọn, nhiều tính năng và sử dụng ngày càng dễ dàng hơn.
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 4


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

4. Mô phỏng điện tử công suất
Trong thực tế,để nghiên cứu khoa học thì chúng ta phải mua sắm các trang
thiết bị thí nghiệm với chi phí lớn.Trong khi nền kinh tế nước ta đang kém
phát triển,không đủ kinh phí để mua sắm các trang thiết bị đắt tiền đó.Để có
thể nghiên cứu khoa học, giảng dạy được thì chúng ta cần phải có một công

cụ nghiên cứu hữu hiệu nào đó, trong số đó phải kể đến phương pháp mô
phỏng.Phương pháp mô phỏng là phương pháp thay cho việc nghiên cứu một
đối tượng cụ thể thì chúng ta xây dựng mô hình hóa của đối tượng đó và tiến
hành nghiên cứu.Sau khi thu được kết quả thì chúng ta đem kết quả đó ra
kiểm chứng với kết quả thực nghiệm.Thông qua kết quả thu được chúng ta có
thể rút ra được kết quả của quá trình nghiên cứu.
Để thuận tiện cho quá trình mô phỏng ĐTCS, hiện nay đã có rất nhiều
những phần mềm mô phỏng ĐTCS 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. Trong các phần mềm
này thì PSIM là một công cụ mạnh mẽ,chuyên dụng cho việc mô phỏng
ĐTCS.
Dưới đây là bài viết giới thiệu về một số phần mềm mô phỏng ĐTCS
thường được sử dụng rộng rãi hiện nay.

Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 5


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

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)
1.1.1. Giới thiệu phần mềm TINA
TINA 7 là 1 trong những gói phần mềm mạnh nhất hiện nay để phân tích,

thiết kế, mô phỏng tín hiệu số, tương tự, VHDL và kết hợp các mạch điện tử
hay các mạch in của chúng. Bạn cũng có thể phân tích RF, các mạch quang
điện, kiểm tra và gỡ lỗi các ứng dụng vi điều khiển và vi xử lý. Một tính năng
đặc biệt của phần mềm là cho phép bạn đưa mạch ra thực tế thông qua cổng
USB được điều khiển bởi phần cứng TINAlabII. Các kỹ sư điện tử nhận thấy
rằng phần mềm TINA có nhiều ưu điểm như: dễ sử dụng, đây là 1 công cụ
hiệu quả cao, trong khi các giảng viên thì đáng giá cao những tính năng của
phần mềm trong môi trường đào tạo.
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…
1.1.2. Yêu cầu cấu hình máy
- Để sử dụng được phần mềm TINA, bạn phải có cấu hình máy tính tối
thiểu như sau:
 CPU Pentium II hoặc cao hơn.
 64 MB bộ nhớ (RAM).
 Ổ cứng còn trống ít nhất 100 MB.
 Ổ CD-ROM.
 Màn hình màu SVGA.
 Hệ điều hành: Windows 9x, Windows NT/ME/XP, Windows 2000.
- Khởi động TINA :
Từ thanh Start lần lượt chọn: Start -> Programs -> Tina Tina.exe. Bấm vào Biểu tượng trên Desktop:
Lưu ý: Sử dụng phím F1 để có thể xem Hướng dẫn theo các chủ đề.

Cài đặt Tina:
B1 : Giải nén, tiến hành cài đặt
B2 : Mở thư mục crack, chạy file PCB-Key.exe để lấy mã đăng ký.
B3 :Chạy phần mềm, nhập mã đăng ký

1.1.3. Đặc điểm của TINA
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 6


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

Đặc điểm của các mô phỏng trong TINA 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 VônAmpe 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.
Phần mềm TINA có nhiều ưu điểm như: dễ sử dụng, đây là 1 công cụ
hiệu quả cao.
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…
1.1.4. Các cửa sổ chính
Cửa sổ chính của phần mềm TINA

Hình 1.1. Giao diện chính của phần mềm TINA

Menu Bar: Trình đơn hiển thị các danh sách lệnh
The Curosr or Pointer: Con trỏ - được sử dụng để lựa chọn các lệnh và
chỉnh sửa sơ đồ nguyên lý. Bạn chỉ có thể di chuyển con trỏ bằng con chuột
máy tinh. Phụ thuộc và các chế độ hoạt động mà con trỏ có các định dạng sau:
hình mũi tên trong cửa sổ chính của chương trình ,hình cây bút khi bạn thực
hiện nối dây ,hình bàn tay khi bạn trỏ vào linh kiện hoặc đang đưa linh kiện
vào cửa sổ chính.
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 7


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

The Schematic window: cửa sổ làm việc chính của chương trình, cho phép
chỉnh sửa, mô phỏng sơ đồ nguyên lý của mạch trực tiếp. Cửa sổ này thực tế
là một bản vẽ lớn. Bạn có thể di chuyển thanh cuộn nếu vùng soạn thảo vượt
quá màn hình chính.
The Toolbar: Thanh công cụ.

Bạn có thể chọn hầu hết các lệnh để chỉnh sửa mạch trên Thanh công cụ
này. Lưu ý rằng các lệnh trên Thanh công cụ cũng nằm trong Trình đơn hoặc
có thể sử dụng bằng các phím tắt. Chúng ta sẽ cùng đi vào chi tiết các lệnh
trên Thanh công cụ.
Mở một tập tin sơ đồ nguyên lý sẵn có trong máy tính (.TSC
hoặc .SCH), mở một Marco (.TSM)
Lưu sơ đồ nguyên lý đang sử dụng. Bạn sẽ thuận lợi hơn nếu thường
xuyên lưu trữ lại mạch đang làm nhằm tránh tình trạng mất dữ liệu khi

máy tính tắt đột xuất.
Đóng sơ đồ nguyên lý đang sử dụng.
Sao chép các linh kiện hoặc các chữ được lựa chọn.
Dán các linh kiện hoặc chữ đã sao chép vào nơi cần dùng.
Khi nút này được nhấn vào, bạn có thể sử dụng con trỏ để di chuyển
các linh kiện, dây nối hoặc các chữ, thuận lợi trong việc sắp xếp lại sơ đồ
nguyên lý theo ý muốn.
Lấy thêm 1 bản sao của linh kiện trước đó mà bạn đã chọn với cùng
các tham số.
Sử dụng nút lệnh này để vẽ dây nối cho sơ đồ nguyên lý
Thêm các chú thích vào sơ đồ nguyên lý hay kết quả phân tích.
Cho phép cắt 2 dây dẫn chéo qua hoặc nối với nhau.
Đảo chiều một góc 900 các linh kiện được lựa chọn.
Lấy đối xứng các linh kiện được lựa chọn. Phím tắt: [CTRLL] hoặc
[*].

Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 8


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

Hiển thị cửa sổ chính ở dạng lưới hoặc không.
Phóng to sơ đồ nguyên lý để có thể nhìn rõ các linh kiện.
Bạn có thể thay đổi tỷ lệ phóng to theo ý muốn từ 10% đến
200%.
Lựa chọn danh sách các Chế độ Mô phỏng:

Chế độ DC.
Chế độ AC.
Chế độ mô phỏng tức thời lặp lại liên tục.
Chế độ mô phỏng tức thời không lặp lại. Bạn có thể điều chỉnh
thời gian mô phỏng trong phần Analysis Transient.
Chế độ Số.
Chế độ VHDL
Nếu nút lệnh này được chọn, chương trình sẽ cho phép hiển thị
trình trạng lỗi của linh kiện, ta có thể thay đổi tình trạng lỗi của từng
linh kiện trong bản Thuộc tính (Properties Editor).
Chuyển đổi sơ đồ nguyên lý sang dạng 3 chiều hoặc 2 chiều. Phím
nóng: [F6]. Đây là một đặc điểm nổi bật ở phần mềm.
TINA phiên bản 7 mà các phiên bản cũ hay các phần mềm khác
không thể thực hiện được. Ở chế độ này, các linh kiện được hiển
thị một cách sống động, giúp người sử dụng quan sát mạch trực
quan hơn

Chuyển đổi giữa dạng 2D hoặc 3D
Chuyển sơ đồ nguyên lý trực tiếp sang mạch in.
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 9


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

Tìm kiếm các linh kiện. Một hộp thoại Tìm kiếm sẽ hiện lên cho
phép bạn tìm các linh kiện theo tên như mong muốn. Tuy nhiên chương

trình có hạn chế là không thể hiện trước hình dạng linh kiện mà ta lựa
chọn nên gây rất nhiều khó khăn cho người sử dụng.

Bạn cũng có thể lựa chọn các linh kiện trong danh sách
này. Đây là danh sách các linh kiện đầy đủ nhất của chương trình.
The Component Bar: Thanh linh kiện.
Các thanh linh kiện được sắp xếp thành một nhpms. Mỗi khi bạn lựa chọn
một nhóm, các linh kiện trong nhóm đó sẽ xuất hiện trên thanh công cụ. Khi
bạn nhấn chuột trái vào linh kiện mong muốn, con trỏ sẽ đổi sang hình bàn
tay và bạn có thể bỏ linh kiện vào mạch. Bạn có thể quay hoặc đảo chiều các
linh kiện trước khi đưa vào mạch bằng cách sử dụng các phím [+/-] quay 900
và phím [*]: lấy đối xứng. Khi đã hiệu chỉnh xong các hướng của linh kiện,
bạn nhấn chuột trái một lần nữa để đặt linh kiện vào mạch.
Find Component Tool: công cụ giúp bạn tìm kiếm nhanh các linh kiện
bằng tên có trong cơ sở dữ liệu của phần mềm.
Open Files Tab: thẻ mở các tệp tin.
Bạn có thể mở nhiều mạch hoặc nhiều phần của một mạch (Marco) cùng một
lúc, và công cụ này dùng để chuyển đổi giữa các tệp tin đã được mở. Chỉ cần
nhấn chuột vào thẻ để chuyển đến mạch bạn cần.
The TINA Task Bar: thanh tác vụ nằm phía dưới của màn hình, có chức
năng cung cấp nút tắt cho các dụng cụ đo khác nhau hay các máy ảo sử dụng
trong chương trình. Khi các máy ảo được nhấn hoạt thì sẽ xuất hiện một cửa
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 10


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

sổ mới tương ứng với mỗi loại. Bạn chọn nút CLOCK để đặt cửa sổ chính của
chương trình luôn nằm phía dưới các cửa sổ máy ảo khác. Điều này thuận lợi
cho việc quan sát mô phỏng. Tuy nhiên bạn cũng có thể làm ngược lại bằng
cách chọn UNCLOCK (không xóa).
The Help Line: phần trợ giúp nằm ở phía dưới cùng của cửa sổ có chức năng
cung cấp những dòng giải thích ngắn gọn hoặc các phím tắt khi bạn di chuyển
con trỏ qua các nút lệnh.

1.2. Phần mềm PSPICE (Power Simulation Program with Intergrated
Circuit Emphases)
1.2.1. Tổng quan về PSPICE
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. PSPICE được phát triển bởi hãng MicroSim, là một
trong những phiên bản thương mại được phát triển từ Spicevaf trở thành
phần mềm mô phỏng phổ biến nhất trên thế giới. Pspice cho hép chúng ta
mô phỏng các thiết kế trước khi di vào xây dựng phần cứng. Chương trình
mô phỏng cho phép chúng ta quan sát họa động của mạch cũng như những
thay đổi của các tín hiệu đầu vào hoặc các giá trị của các thành phần trong
mạch điện. Do đó có thể kiểm tra lại các thiết kế để xem chúng có chạy
đúng trong thực tế hay không. Pspice chỉ mô phỏng và tiền hành các phép
đo kiểm tra chứ không phải là phần thiết kế của mạch điện…
1.2.2.Đặc điểm của PSPICE
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
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 11


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

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..
1.2.3. Cài đặt PSPICE
Chọn biểu tượng

chạy file setup

Chọn Next

Chọn Next
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 12


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

Hệ thống đang cài đặt

Chọn Fnish

Hình 1.2 Giao diện của phần mềm PSPICE
1.2.4 Các tính năng của Pspice
- Pspice được đưa ra thị trường nhiều phiên bản khác nhau, mỗi phiên
bản cung cấp các tính năng khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu khách hàng.
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 13

Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

- Pspice A/D là chương trình dùng để mô phỏng các mạch điện tương tự
và số. Các tính năng chính của Pspice A/D:
- Phân tích xoay chiều, một chiều, quá độ : Tính năng này cho phép
chúng ta kiểm tra các đáp ứng cảu mạch điện khi được cung cấp đầu vào
khác nhau. Cụ thể :
- Phân tích một chiều ( DC Analysis ): Cho phép xác định điện áp định
mức và trị số dòng điện cho tất cả các nút của mạch bằng cách quét toàn bộ
giá trị của điện áp trong một khoảng do người dùng định nghĩa. Điều này có
ý nghĩa khi muốn xác định đường đặc tính của các mạch điện có chứa các
phần tử phi tuyến như: diode, transistor,.. hoặc muốn xác định điện thế định
mức của các mạch khuếch đại
- Phân tích quá độ ( Transient Analysis ) : nhằm dự đoán các trạng thái
của mạch khi có các sự kiện quá độ xảy ra
- Phân tích xoay chiều ( AC Analysis ) : mô phỏng hồi đáp tần số của
mạch điện, tức là ta có thể quan sát được các trạng thái của mạch điện khi
tần số của nguồn điện thay đổi trong một dãy cho trước. Dựa vào đó đó ta có
thể tìm thấy tần số cộng hưởng của mạch
- Phân tích tham số, độ nhạy, giá trị giới hạn : với những tính năng
này chúng ta có thể quan sát những biến đổi của mạch điện khi thay đổi các
giá trị của các thành phần của nó
- Phân tích thời gian của các mạch số cho phép tìm ra sự cố về thời gian
xuất hiện khi kết nối các tín hiệu có tần số thấp trong quá trình truyền dẫn tín
hiệu
- Pspice A/D cũng cung cấp các mô hình hóa về các ứng xử của các thiết
bị tương tự và số, vì vậy chúng ta có thể mô tả các hàm chức năng của mạch

điện sử dụng các biểu thức và hàm toán học. Do đó có thể xây dựng và phân
tích các đặc tính phức tạp của thiết bị thông qua mô hình toán học. Các mô
hình hóa được xây dựng trong Pspice A/D không chỉ là các điện trở, điện
cảm, điện dung mà còn có các mô hình sau :





Mô hình dây dẫn, bao gồm độ trễ, độ dội, tổn hao, tán xạ và tạp âm
Mô hình của cuộn dây từ phi tuyến, bao gồm độ bão hòa và từ trễ
Mô hình của MOSFET
Mô hình của transisitor trường có cực điều khiển cách ly IGBT
MOSFET
 Mô hình của các phần số với vào ra tương tự

1.3. Phần mềm Matlab / Simulink
1.3.1. Tổng quan về Matlab / Simulink
Matlab là từ viết tắt của Matrix Laboratory, Matlab là một ngôn ngữ lập
trình cấp cao dạng thông dịch, nó là môi trường tính toán số được thiết kế
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 14


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

bởi công ty MathWorks. Matlab cho phép thực hiện các phép tính toán số,

ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu diễn thông tin (dưới dạng 2D hay 3D),
thực hiện các thuật toán và giao tiếp với các chương trình của các ngôn
ngữ khác một cách dễ dàng. 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.
1.3.2. Đặc điểm của Matlab/Simulink
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,…)
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.
1.3.3. Cài đặt matlab/simulink
Chạy file Setup

Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 15


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

Chọn Install marually without using the internet sau đó ấn Next

Điền đầy đủ thông tin vào thẻ connection settings rồi ấn Ok

Chọn Yes rồi ấn Next

Chọn I need to create a Mathword account sau đó ấn Next

Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 16


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

Điền đầy đủ thông tin vào thẻ Account Creation sau đó ấn next . Hệ
thống sẽ tự động cài đặt
1.3.4. Các cửa sổ chính
Giao diện chính

Hình 1.3. Giao diện của phần mềm MATLAB
Nút Start: ở góc dưới bên trái của màn hình, cho phép chạy các ứng
dụng mẫu (demos), các công cụ và cửa sổ chưa hiển thị khi khởi động
Matlab.
Ví dụ : Start/Matlab/Demos và chạy một ứng dụng mẫu.
Cửa sổ lệnh: Quá trình khởi động đưa người dùng đến Cửa sổ lệnh, nơi
các dòng lệnh được biểu thị bằng dấu '>>'. Đây là dấu hiệu cho thấy
Matlab đang chờ đánh một (câu) lệnh. Có thể xóa trắng toàn bộ cửa sổ
lệnh bằng lệnh: >> clc hoặc vào Edit/ Clear Command Window. Khi thực
hiện lệnh này, toàn bộ giá trị của các biến hiện có không thay đổi hay mất
đi.
Cửa sổ không gian làm việc (workspace): Nơi lưu giữ các biến và dữ
liệu do người dùng nhập vàongoại trừ những biến cục bộ thuộc về một Mfile.
Dùng lệnh 'who' hoặc 'whos' để liệt kê các biến hiện có trong không
gian làm việc. Để biết giá trị của biến, ta gõ tên biến tại dấu nhắc lệnh. Để
xóa một hàm hoặc biến khỏi không gian làm việc, sử dụng lệnh 'clear':
>> clear tên_biến;

Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 17


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

Cửa sổ biên tập mảng (ma trận nói chung): Khi đã có một mảng, có
thể chỉnh sửa, biên tập lại bằng Array Editor. Công cụ này làm việc như

một bảng tính (spreadsheet) cho ma trận.
Cửa sổ địa chỉ thư mục hiện thời: Thư mục hiện thời là nơi chương
trình Matlab sẽ tìm các M-file, và các file không gian làm việc (.mat files)
đã tải và lưu lại.
Để tạo một file.m trong thư mục làm việc bạn đọc có thể thực hiện:

 Nhấp vào File/New/M-File:



Cửa sổ soạn thảo xuất hiện, gõ chương trình cần thiết vào file. Sau

khi đã hoàn tất nhấn vào biều tượng



để lưu vào thư mục hiện tại.

Để thực thi tập lệnh có trong file.m trong thư mục làm việc thì
người dùng chỉ cần gõ tên file đó và Matlab sẽ tự động thực thi các
dòng lệnh có trong file.m này (ví dụ để thực thi các lệnh có trong file
test.m, chỉ cần gõ lệnh test).

Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 18


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

1.4. Phần mềm PSIM
1.4.1. Tổng quan về 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).
1.4.2. Đặc điểm của PSIM
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.
1.4.3. Cài đặt PSIM
Đầu tiên là chạy file Setup

Chọn next

Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 19


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

Chọn I accept the license agreement sau đó ấn Next

Điền thông tin như trên rồi ấn Next

Chọn Next

Chọn Next

Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 20


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

Hệ thống đang cài đặt
1.4.4. Các cửa sổ chính
Giao diện chính của psim :

File Menu : Menu File bao gồm các chức năng sau đây:
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
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 21


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

Exit: Thoát khỏi chương trình PSIM
Edit Menu 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
View Menu 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
Subcircuit Menu bao gồm các chức năng sau đây:

Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 22


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

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.
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.
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
Option Menu 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
Window Menu 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
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 23


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ

GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam

Chương 2
Giới thiệu về phần mềm PSIM
2.1. Giới thiệu về phần mềm PSIM
Cách cài đặt phần mềm như em đã trình bày ở phần trên.
2.1.1. Khái niệm chung
PSIM bao gồm 3 chương trình :
PSIM schematic

PSIM simulator

SIMVIEW

Hình 2.1. Quá trình mô phỏng trên PSIM
 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

Hình 2.2. Biểu diễn một mạch điện trên PSIM
- Chuyển Power circuit: mạch động lực.
- Control circuit: mạch điều khiển.
- Sensors: hệ cảm biến.
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 24