Đồ án: Khai thác phần mềm PSIM - Mô phỏng mạch điện tử công suất
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.07 MB, 90 trang )
Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc
Nam
L Ờ I NÓI Đ Ầ U
Trong nh ững năm g ầ n đây, mô hình hóa tr ở thành ph ươ ng pháp r ấ t
hi ệ u qu ả trong nghiên c ứ u khoa h ọc, trong th ực t ế s ản xu ất cũng nh ư
trong ph ục v ụ gi ảng d ạy và họ c t ậ p.
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 :
PSIM
PSPICE, TINA, MATLAB, SIMSEN, SUCCES,
… 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 nhi ề u tr ườ ng Đ ạ i Họ c và Cao Đẳ ng vi ệ c mô phỏ ng m ạ ch điệ n t ử
còn nhi ề u khó khăn vì thi ế u v ề trang thi ết b ị th ực hành. Nhi ề u thi ế t b ị mô
ph ỏ ng cũ, s ố l ượ ng module ít nên không đáp ứ ng đ ượ c h ế t các nhu c ầ u v ề
gi ả ng d ạ y và h ọ c t ậ p.
Đ ồ án môn hoc v ớ i đ ề tài: “Khai thác ph ầ n m ề m PSIM mô ph ỏ ng
m ạ ch đi ệ n t ử công su ấ t”. V ớ i nh ữ ng m ục tiêu sau:
Gi ớ i thi ệ u v ề ph ần m ềm và ứ ng d ụ ng c ủ a ph ầ n m ề m PSIM
Giúp sinh viên s ử d ụ ng ph ầ n m ềm này đ ể hi ể u rõ h ơ n lý thuy ế t đã
h ọ c.
Ph ụ c v ụ cho m ục đích nghiên c ứ u,h ọ c t ậ p đ ể nâng cao trình độ c ủ a
b ả n thân.
Đ ồ án đ ượ c trình bày thành 5 ch ươ ng:
Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn
Đắc Nam
Ch ươ ng 1: T ổ ng quan v ề m ột s ố ph ần m ềm mô ph ỏ n gm ạ ch đi ệ n t ử công
su ấ t.
Ch ươ ng 2: Gi ớ i thi ệu v ề ph ần m ềm PSIM.
Ch ươ ng 3: ứng d ụng ph ần m ềm PSIM mô phỏ ng m ạ ch ch ỉ nh l ưu có điề u
khi ể n
Ch ươ ng 4: K ết lu ận và đ ề xu ấ t.
Trong quá trình làm đ ồ án, v ớ i s ự tìm tòi và nghiên c ứ u c ủ a b ả n
thân, đ ặ c bi ệ t là s ự giúp đỡ r ấ t nhi ệ t tình c ủ a th ầ y giáo Nguy ễ n Đ ắ c
Nam chúng em đã hoàn thành đ ồ án này. Do ki ế n th ức còn h ạ n ch ế không
tránh kh ỏ i nh ững thi ếu xót. Em r ấ t mong nh ận đ ượ c s ự đóng góp ý ki ế n
c ủ a các th ầ y cô và các b ạ n đ ể đồ án c ủ a chúng em hoàn thi ệ n h ơ n.
Em xin chân thành c ả m ơn!
2
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 staticvar 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
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12
trang 3
Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc
Nam
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.
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
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12
trang 4
Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc
Nam
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 .
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
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12
trang 5
Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc
Nam
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 (Sixstep)
Biến tần :
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 .
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12
trang 6
Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc
Nam
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.
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.
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12
trang 7
Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc
Nam
Dưới đây là bài viết giới thiệu về một số phần mềm mô phỏng ĐTCS
thường được sử dụng rộng rãi hiện nay.
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…
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12
trang 8
Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc
Nam
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 CDROM.
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 PCBKey.exe để lấy mã đăng ký.
B3 :Chạy phần mềm, nhập mã đăng ký
1.1.3. Đặc điểm của TINA
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…
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12
trang 9
Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc
Nam
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.
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.
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12
trang 10
Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc
Nam
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 [*].
Hiển thị cửa sổ chính ở dạng lưới hoặc không.
Phóng to sơ đồ nguyên lý để có thể nhìn rõ các linh kiện.
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12
trang 11
Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc
Nam
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
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12
trang 12
Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc
Nam
Chuyển đổi giữa dạng 2D hoặc 3D
Chuyển sơ đồ nguyên lý trực tiếp sang mạch in.
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.
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12
trang 13
Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc
Nam
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 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…
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12
trang 14
Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc
Nam
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 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
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12
chạy file setup
trang 15
Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc
Nam
Chọn Next
Chọn Next
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12
trang 16
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.
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 :
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12
trang 17
Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc
Nam
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. Ph
ần 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 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
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12
trang 18
Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc
Nam
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 Vônampe 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
Chọn Install marually without using the internet sau đó ấn Next
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12
trang 19
Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc
Nam
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 20
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.
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12
trang 21
Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc
Nam
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;
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 Mfile, 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/MFile:
Cửa sổ soạn thảo xuất hiện, gõ chương trình cần thiết vào file.
Sau khi đã hoàn tất nhấn vào biều tượng
tại.
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12
trang 22
để lưu vào thư mục hiện
Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc
Nam
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).
1.4. Phần mềm PSIM
1.4.1. Tổng quan về PSIM
PSIM là phần mềm mạch do hãng LABVOLT (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
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12
trang 23
Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc
Nam
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
Chọn I accept the license agreement sau đó ấn Next
Điền thông tin như trên rồi ấn Next
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12
trang 24
Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc
Nam
Chọn Next
Chọn Next
Hệ thống đang cài đặt
1.4.4. Các cửa sổ chính
Giao diện chính của psim :
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12
trang 25
