Ứng dụng phần mềm PSIM mô phỏng mạch điện tử công suất

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ ********** ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSIM MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Sinh viên thực : LƯƠNG VĂN THÁI NGUYỄN KHẮC NGỌC Lớp : 05CĐ TĐH2 Nghành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN Chuyên ngành : TỰ ĐỘNG HÓA Khoa : ĐIỆN Giáo viên hướng dẫn : LÊ THỊ MAI HẢI DƯƠNG - 2012 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên học sinh/sinh viên : Lương Văn Thái, Nguyễn Khắc Ngọc Lớp: 05 TĐH2 Khóa: 05 Chuyên ngành: Tự động hóa Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật điện Ngày giao đề tài: 02/5/2012 Ngày hoàn thành: 16/7/2012 Giáo viên hướng dẫn: Lê Thị Mai Tên đề tài: Ứng dụng phần mềm PSIM mô mạch điện tử công suất Điều kiện cho trước: - Mạch chỉnh lưu không điều khiển - Mạch chỉnh lưu có điều khiển Thuyết minh (nhiệm vụ): Chương Tổng quan số phần mềm mô mạch điện tử công suất Chương Giới thiệu phần mềm PSIM Chương Ứng dụng phần mềm PSIM mô mạch điều khiển chỉnh lưu Bản vẽ: Sử dụng Powerpoint để trình chiếu vẽ Hải Dương, ngày02 tháng năm 2012 TRƯỞNG KHOA Nguyễn Xuân Ứng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 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) 1.2 Phần mềm PSPICE (Power Simulation Program with Intergrated Circuit Emphases) 1.3 Phần mềm Matlab / Simulink 1.4 Phần mềm PSIM (Power Electronics Simulation Software) CHƯƠNG II GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM PSIM 11 2.1 Giới thiệu tổng quan phần mềm PSIM 11 2.1.1 Giới thiệu chung 11 2.1.2 File Menu 11 2.1.3 Edit Menu 12 2.1.4 View Menu 13 2.1.5 Subcircuit Menu 13 2.1.6 Simulate Menu 14 2.1.7 Option Menu 14 2.1.8 Window Menu 14 2.2 Giới thiệu phần tử PSIM 14 2.2.1 Thư viện Power (Power Library) 14 2.2.2 Một số phần tử mạch điều khiển (Control) 18 2.2.3 Thư viện Other 21 2.2.4 Thư viện Sources (Nguồn) 22 2.3 Các bước tiến hành mô mạch điện tử công suất 23 2.4 Ví dụ mơ 23 2.4.1 Mô mạch chỉnh lưu dùng Điôt 23 2.4.2 Mô mạch chỉnh lưu dùng Thyristor 29 CHƯƠNG III ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSIM THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 36 3.1 Giới thiệu chung mạch điều khiển 36 3.1.1 Khâu đồng hoá phát sóng cưa 37 3.1.2 Khâu so sánh 40 3.1.3 Khâu sửa xung 42 3.1.4 Khâu khuếch đại xung 44 3.2 Các loại sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển 46 3.2.1 Chỉnh lưu pha dùng máy biến áp có điểm Tải trở cảm (R, L) 46 3.2.2 Chỉnh lưu cầu pha dùng thyristor Tải (R, L) 49 3.2.3 Chỉnh lưu tia pha dùng thyristor 50 3.2.4 Chỉnh lưu cầu pha dùng thyristor 53 3.3 Mô mạch điều khiển cho sơ đồ chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển 55 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3.3.1 Mô phần mềm PSIM 55 3.3.2 Thực nghiệm 62 KẾT LUẬN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, mơ hình hóa trở thành phương pháp hiệu nghiên cứu khoa học, thực tế sản xuất phục vụ giảng dạy học tập Trên thị trường giới xuất nhiều phần mềm Thiết kế - Mơ mạch điện tử cơng suất Có thể kể phần mềm : PSPICE, TINA, MATLAB, SIMSEN, SUCCES, PSIM… Các phần mềm cơng cụ để giúp kỹ sư, nhà sản xuất tối ưu hóa cơng việc mình, từ tạo sản phẩm điện tử xác, đáng tin cậy giá thành thấp Để đáp ứng nhu cầu thực tiễn đặt chúng em lựa chọn đề tài tốt nghiệp “Ứng dụng phần mềm PSIM mô mạch điện tử công suất” Với mục tiêu sau: - Giới thiệu phần mềm ứng dụng phần mềm PSIM - Giúp sinh viên sử dụng phần mềm để hiểu rõ lý thuyết học - Phục vụ cho mục đích nghiên cứu, học tập để nâng cao trình độ thân Đồ án trình bày thành chương: Chương 1: Tổng quan số phần mềm mô mạch điện tử công suất Chương 2: Giới thiệu phần mềm PSIM Chương 3: Ứng dụng phần mềm PSIM thiết kế mạch điều khiển Trong trình làm đồ án, với tìm tịi nghiên cứu thân, đặc biệt giúp đỡ nhiệt tình giáo Lê Thị Mai chúng em hoàn thành đồ án Tuy nhiên thời gian nghiên cứu hạn chế, nên đồ án chúng em không tránh khỏi thiếu xót Em mong nhận đóng góp ý kiến thầy bạn để đồ án chúng em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Lương Văn Thái LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1.1 Phần mềm TINA (Toolkit for Interative Netword Analysis) Đây phần mềm chuyên dụng cho phân tích mạch điện, mạch điện tử dạng tương tự xung số, mạch điện tử công suất hãng designsoft đưa thị trường TINA có cơng cụ đặc trưng phần tử mơ mạch, chia làm chức chính: phần tử (Basic components), đo lường (Meters), nhóm nguồn (Sources), linh kiện bán dẫn (Semiconductors), mạch cổng (Gate), mạch lật flip-flop (flip-flop), mạch logic(logic IC) Đối với mạch phân tích điện tử cơng suất hay dùng nhóm đầu, đặc trưng thể nhóm nguồn nhóm cá phần tử bán dẫn Nhưng nhóm quan trọng mơ hình linh kiện bán dẫn: điốt, transitors, tiristo, triac, điăc Điểm khác biệt mô TINA so với mơ hình loại MATLAB chúng xây dựng theo chất hoạt động vật lý bán dẫn thể phương trình với nhiều tham số đặc trưng, mơ hình mơ sát đặc tính Vơn-Ampe thực chủng loại Vì để đưa vào mạch bóng bán dẫn cụ thể cần phải biết nhiều tham số nó, điều lúc biết Để dễ dàng cho người sử dụng, thư viện TINA có sẵn hàng trăm loại bóng thơng dụng thị trường với tham số chuẩn nhà chế tạo cung cấp Hình 1.1 Giao diện phần mềm TINA Phần mềm TINA có nhiều ưu điểm như: dễ sử dụng, công cụ hiệu cao LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phần mềm xây dựng với nhiều phần tương tác với nhau, người thiết kế vẽ mạch sơ đồ nguyên lý chuyển sang dạng mạch in, quan sát mạch in dạng 3D xuất tập tin hình ảnh để gởi đến nhà sản xuất… Sự tương tác cao, đầy đủ tính dễ sử dụng làm cho phần mềm TINA chiếm ưu phần mềm thiết kế mạch khác nay… 1.2 Phần mềm PSPICE (Power Simulation Program with Intergrated Circuit Emphases) PSPICE phần mềm mô mạch điện - điện tử trường Đại học tổng hợp California Berkeley sáng tạo Hiện PSPICE xem phần mềm mô mạch điện - điện tử mạnh phổ biến giới Có thể nói lĩnh vực mô mạch điện tử PSPICE thông dụng MATLAB mô hệ thống tự động Phần mềm cho phép người dùng thiết lập mơ hình phần tử theo định hướng nghiên cứu riêng, mở khả rộng lớn cho chuyên gia lĩnh vực điện tử công suất Đây sản phẩm nhất, nhằm tổng hợp 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 PSPICE lớn, lên đến hàng chục nghìn linh kiện điện tử, bóng bán dẫn, vi mạch IC nhiều hãng giới, thuận lợi thiết kế hay khảo sát mạch sử dụng linh kiện có sẵn thư viện xây dựng mơ hình riêng, tự thiết lập thư viện riêng phục vụ mục đích Giống TINA, PSPICE có sẵn nhiều loại nguồn điện để người khảo sát sử dụng (nguồn điện áp, dịng điện chiều, nguồn điện hình sin, dạng sóng theo hàm mũ, nguồn tín hiệu điều chế tần số) nguồn phụ thuộc Ngoài cịn có cơng tắc điện tử điều khiển điện áp dịng điện Các phân tích đặc tính truyền đạt, đặc tính tần số, điểm làm việc chiều, đặc tính động Trong mơ mạch điện tử công suất quan trọng phân tích động (Transient analysis) Trong PSPICE chế độ phân tích thường tốn thời gian tính PC, mạch phức tạp thời gian khảo sát lớn, dung lượng file liệu lên đến hàng trăm MB Vì chương trình chạy ta tạm dừng chương trình để theo dõi kiểm tra sơ thấy khơng đạt ngắt hẳn chương trình để sửa đổi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 1.2 Giao diện phần mềm PSPICE 1.3 Phần mềm Matlab / Simulink Matlab phần mềm phổ cập mức độ toàn cầu Hiện nước ta, Matlab quen thuộc lĩnh vực điều khiển tự động hóa Tuy nhiên từ phiên 5.3 Matlab cho phép thâm nhập vào lĩnh vực điện tử công suất (Power electronic) Đây phần mềm bổ sung mục “power system blockset” nằm phần simulink Trong đưa mơ hình phần tử bán dẫn là: tiristo, điôt, GTO, MOSFET ideal switch Tất phần tử mô mạch gồm điện trở mắc nối tiếp điện cảm trạng thái dẫn dịng điện, cịn khơng dẫn dịng tương ứng đứt mạch (tổng trở vơ hạn), ngồi ln có mạch RC đấu song song Bằng cách ghép hình theo sơ đồ cụ thể đó, thiết lập thư viện mạch điện tử cơng suất theo ý muốn (thí dụ mạch chỉnh lưu cầu mạch băm xung,…) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 1.3 Giao diện phần mềm MATLAB Phần mềm mô Simulink thuận lợi cần phân tích khảo sát khía cạnh hệ thống, với hệ thống kín, mạch điện tử cơng suất khối hệ thống Trong simulink, van mơ khố lý tưởng, điện trở hai trạng thái Như vậy, phần tử bán dẫn mơ khơng phản ánh xác đặc tính Vơn-ampe chúng song điều khơng ảnh hưởng đến chất hệ thống nghiên cứu, mặt khác lại giảm đáng kể thời gian tính máy Lưu ý simulink, xung điều khiển cho van tín hiệu mức logic 0/1, khơng phải điện áp điều khiển hay dịng điều khiển cho van nên không cần ý phương diện cách ly lực điều khiển LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 1.4 Giao diện SIMULINK 1.4 Phần mềm PSIM (Power Electronics Simulation Software) PSIM phần mềm mạch hãng LAB-VOLT (Hoa Kỳ) - Một nhà sản xuất thiết bị dạy học tiếng viết đưa thị trường Đây phần mềm không mạnh học tập, giảng dạy mà tài liệu cho kỹ sư nghiên cứu, phân tích, khai thác mạch điện tử công suất, mạch điều khiển tương tự số, hệ truyền động xoay chiều (AC), chiều (DC) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com e Mạch khuếch đại xung * Sơ đồ * Đồ thị điện áp 60 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com f Sơ đồ mạch điều khiển 61 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com g Mạch lực i Giản đồ điện áp 3.3.2 Thực nghiệm a Bàn thí nghiệm * Sơ đồ toàn mạch 62 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com * Khối nguồn * Mạch đồng hoá 63 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com * Mạch phát xung cưa * Mạch tạo xung vuông 64 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com * Mạch so sánh * Mạch khuyếch đại truyền xung 65 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com * Mạch động lực chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển 66 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com * Mạch phần cứng 67 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com * Mạch đấu lối b Kết thực nghiệm máy OSCILLOSCOPE * Dạng sóng sau chỉnh lưu 68 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com * Dạng sóng khâu đồng hố * Dạng sóng mạch phát xung cưa 69 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com * Dạng sóng mạch so sánh * Dạng sóng mạch tạo xung vng 70 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com * Dạng sóng mạch khuyếch đại truyền xung 71 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com KẾT LUẬN 1, Những kết đạt Ba chương giới thiệu trình bày trình thực đồ án Xuất phát với phần mở đầu, phần trình bày lý do, mục đích đồng thời đưa nhiệm vụ cần giải đồ án Tiếp theo chương chương 1, chương trình bày kết tìm hiểu đồ án toán ứng dụng phần mềm PSIM mơ mạch điện tử cơng suất q trình sửa chữa mơ hình phịng thí nghiệm Có thể nói, ứng dụng phần mềm PSIM tốn lớn đòi hỏi phải tổng hợp kiến thức lĩnh vực khoa học như: Điện, Điện tử Trong khn khổ đồ án, với khoảng thời gian có hạn, đồ án đạt kết bước đầu sau: - Tìm hiểu phần mềm mơ mạch điện tử công suất (Matlab, PSPICE, TINA, PSIM) - Sử dụng phần mềm mô PSIM - Thiết kế mạch lực mạch điều khiển chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển - Mô mạch chỉnh lưu cầu pha phần mềm PSIM - Đấu nối lại mạch phần cứng mạch điều khiển chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển phòng thí nghiệm thí nghiệm Điện tử cơng suất khoa Điện, trường Đại học Sao đỏ bàn thí nghiệm cũ mạch hỏng 2, Những tồn tại, hạn chế Điều khiển từ xa thiết bị xây dựng số hạn chế: Phần lý thuyết ứng dụng phần mềm PSIM thiết kế mạch điều khiển cịn chưa hồn chỉnh Bài tốn điều khiển đơn giản Một số kết chạy mơ mang tính tương đối so với lý thuyết học 3, Hướng phát triển Trên sở vấn đề tồn trên, hướng phát triển đề tài là: - Bổ sung hồn thiện kiến thức điện tử cơng suất 72 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Nghiên cứu, phát triển hồn thiện mơ hình để điều khiển tốn phức tạp hơn, áp dụng vào thực tế Đồ án cịn nhiều thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy, giáo, bạn sinh viên, người quan tâm nhằm xây dựng sở lý thuyết hoàn thiện phần mềm PSIM để từ áp dụng hiệu thực tế 73 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trường Đại học Sao Đỏ, Giáo trình Điện tử cơng suất [2] Trường Đại học Sao Đỏ, Giáo trình Kỹ thuật điện tử [3] Trường Đại học Sao Đỏ, Giáo trình Thực hành điện nâng cao [4] Nguyễn Bính, Điện tử cơng suất, NXB KHKT, Hà Nội, 1993 [5] Phạm Quốc Hải, Hướng dẫn thiết kế Điện tử công suất, NXB KHKT, Hà Nội, 2009 [6] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, NXB KHKT, Hà Nội, 2004 [7] Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi, Phân tích giải mạch Điện tử công suất, NXB KHKT, Hà Nội, 2007 [8] www.alldatasheet.com 74 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... SỐ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1.1 Phần mềm TINA (Toolkit for Interative Netword Analysis) Đây phần mềm chuyên dụng cho phân tích mạch điện, mạch điện tử dạng tương tự xung số, mạch. .. điều khiển - Mạch chỉnh lưu có điều khiển Thuyết minh (nhiệm vụ): Chương Tổng quan số phần mềm mô mạch điện tử công suất Chương Giới thiệu phần mềm PSIM Chương Ứng dụng phần mềm PSIM mô mạch điều... bày thành chương: Chương 1: Tổng quan số phần mềm mô mạch điện tử công suất Chương 2: Giới thiệu phần mềm PSIM Chương 3: Ứng dụng phần mềm PSIM thiết kế mạch điều khiển Trong trình làm đồ án, với