Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 75 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Nội dung
0 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ ********** ĐỒÁNTỐTNGHIỆP Đề tài: ỨNGDỤNGPHẦNMỀMPSIMMÔPHỎNGMẠCHĐIỆNTỬCÔNG SUẤT Sinh viên thực hiện : LƯƠNG VĂN THÁI NGUYỄN KHẮC NGỌC Lớp : 05CĐ TĐH2 Nghành :CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN Chuyên ngành :TỰ ĐỘNG HÓA Khoa :ĐIỆN Giáo viên hướng dẫn : LÊ THỊ MAI HẢI DƯƠNG - 2012 1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎCỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tựdo – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒÁNTỐTNGHIỆP Họ và tên học sinh/sinh viên : Lương Văn Thái, Nguyễn Khắc Ngọc Lớp: 05 TĐH2 Khóa: 05 Chuyên ngành: Tự động hóa. Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện Ngày giao đề tài: 02/5/2012 Ngày hoàn thành: 16/7/2012 Giáo viên hướng dẫn: Lê Thị Mai Tên đề tài: ỨngdụngphầnmềmPSIMmôphỏngmạchđiệntửcôngsuất. Điều kiện cho trước: - Mạch chỉnh lưu không điều khiển - Mạch chỉnh lưu có điều khiển. Thuyết minh (nhiệm vụ): Chương 1. Tổng quan về một số phầnmềmmôphỏngmạchđiệntửcông suất Chương 2. Giới thiệu về phầnmềmPSIM Chương 3. ỨngdụngphầnmềmPSIMmôphỏngmạch điều khiển chỉnh lưu Bản vẽ: Sử dụng Powerpoint để trình chiếu các bản vẽ. Hải Dương, ngày02 tháng 5 năm 2012 TRƯỞNG KHOA Nguyễn Xuân Ứng 2 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 4 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHẦNMỀMMÔPHỎNGMẠCHĐIỆNTỬCÔNG SUẤT 5 1.1 Phầnmềm TINA (Toolkit for Interative Netword Analysis) 5 1.2. Phầnmềm PSPICE (Power Simulation Program with Intergrated Circuit Emphases) 6 1.3. Phầnmềm Matlab / Simulink 7 1.4. PhầnmềmPSIM (Power Electronics Simulation Software) 9 CHƯƠNG II. GIỚI THIỆU VỀ PHẦNMỀMPSIM 11 2.1. Giới thiệu tổng quan về phầnmềmPSIM 11 2.1.1. Giới thiệu chung 11 2.1.2. File Menu 11 2.1.3. Edit Menu 12 2.1.4. View Menu 13 2.1.5. Subcircuit Menu 13 2.1.6. Simulate Menu 14 2.1.7. Option Menu 14 2.1.8. Window Menu 14 2.2. Giới thiệu các phầntử trong PSIM 14 2.2.1. Thư viện Power (Power Library) 14 2.2.2. Một số phầntửmạch 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 môphỏngmạchđiệntửcông suất 23 2.4. Ví dụ môphỏng 23 2.4.1. Môphỏngmạch chỉnh lưu dùng Điôt. 23 2.4.2. Môphỏngmạch chỉnh lưu dùng Thyristor 29 CHƯƠNG III. ỨNGDỤNGPHẦNMỀMPSIM THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 36 3.1. Giới thiệu chung về mạch điều khiển 36 3.1.1. Khâu đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa 37 3.1.2. Khâu so sánh 40 3.1.3. Khâu sửa xung 42 3.1.4. Khâu khuếch đại xung 44 3.2. Các loại sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển 46 3.2.1. Chỉnh lưu một pha dùng máy biến áp có điểm giữa .Tải trở cảm (R, L) 46 3.2.2. Chỉnh lưu cầu một pha dùng thyristor. Tải (R, L) 49 3.2.3. Chỉnh lưu tia 3 pha dùng thyristor 50 3.2.4. Chỉnh lưu cầu 3 pha dùng thyristor 53 3.3. Môphỏngmạch điều khiển cho sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển 55 3 3.3.1. Môphỏng trên phầnmềmPSIM 55 3.3.2. Thực nghiệm 62 KẾT LUẬN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 4 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, mô hình hóa trở thành phương pháp rất hiệu quả trong nghiên cứu khoa học, trong thực tế sản xuất cũng như trong phục vụ giảng dạy và học tập. Trên thị trường thế giới cũng đã xuất hiện rất nhiều phầnmềm Thiết kế - Môphỏngmạchđiệntửcôngsuất. Có thể kể ra các phầnmềm như : PSPICE, TINA, MATLAB, SIMSEN, SUCCES, PSIM… Các phầnmềm này chính là công cụ để giúp các kỹ sư, các nhà sản xuất tối ưu hóa công việc của mình, từđó tạo ra những sản phẩm điệntử chính xác, đáng tin cậy và giá thành thấp. Để đáp ứng về nhu cầu thực tiễn đặt ra chúng em lựa chọn đề tài tốtnghiệp “Ứng dụngphầnmềmPSIMmôphỏngmạchđiệntửcông suất”. Với những mục tiêu sau: - Giới thiệu về phầnmềm và ứngdụng của phầnmềmPSIM - Giúp sinh viên sử dụngphầnmềm 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. Đồán được trình bày thành 3 chương: Chương 1: Tổng quan về một số phầnmềmmôphỏngmạchđiệntửcôngsuất. Chương 2: Giới thiệu về phầnmềm PSIM. Chương 3: ỨngdụngphầnmềmPSIM thiết kế mạch điều khiển. Trong quá trình làm đồ án, với sự tìm tòi và nghiên cứu của bản thân, đặc biệt là sự giúp đỡ rất nhiệt tình của cô giáo Lê Thị Mai chúng em đã hoàn thành đồán này. Tuy nhiên do thời gian nghiên cứu còn hạn chế, nên đồán này của chúng em không tránh khỏi những thiếu xót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để đồán của chúng em hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Lương Văn Thái 5 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHẦNMỀMMÔPHỎNGMẠCHĐIỆNTỬCÔNG SUẤT 1.1 Phầnmềm TINA (Toolkit for Interative Netword Analysis) Đây là phầnmềm chuyên dụng cho phân tích mạch điện, mạchđiệntử dạng tương tự và xung số, mạchđiệntửcông suất do hãng designsoft đưa ra thị trường. TINA có thanh công cụ đặc trưng là các phầntửmôphỏng mạch, được chia làm 8 chức năng chính: phầntử cơ bản (Basic components), đo lường (Meters), nhóm nguồn (Sources), linh kiện bán dẫn (Semiconductors), mạchcổng (Gate), mạch lật flip-flop (flip-flop), mạch logic(logic IC). Đối với mạchphân tích điệntửcông suất thì hay dùng nhất 4 nhóm đầu, trong đó đặc trưng chính thể hiện ở nhóm nguồn và nhóm cá phầntử bán dẫn. Nhưng nhóm quan trọng hơn cả là mô hình các linh kiện bán dẫn: điốt, transitors, tiristo, triac, điăc. Điểm khác biệt của các môphỏng trong TINA so với mô hình cùng loại trong MATLAB là chúng được xây dựng theo bản chất hoạt động vật lý bán dẫn thể hiện bằng các phương trình với nhiều tham số đặc trưng, dođómô hình môphỏng rất sát đặc tính Vôn-Ampe thực của chủng loại đó. Vì vậy để đưa vào mạch một bóng bán dẫn cụ thể cần phải biết khá nhiều tham số của nó, điều này không phải lúc nào cũng biết được. Để dễ dàng cho người sử dụng, thư viện của TINA có sẵn hàng trăm loại bóng thông dụng trên thị trường với các tham số chuẩn do nhà chế tạo cung cấp. Hình 1.1. Giao diện chính của phầnmềm TINA Phầnmềm TINA có nhiều ưu điểm như: dễ sử dụng, đây là 1 công cụ hiệu quả cao. 6 Phầnmềm 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 phầnmềm TINA chiếm ưu thế hơn các phầnmềm thiết kế mạch khác hiện nay… 1.2. Phầnmềm PSPICE (Power Simulation Program with Intergrated Circuit Emphases) PSPICE là phầnmềmmôphỏngmạchđiện - điệntử trường Đại học tổng hợp California ở Berkeley sáng tạo ra. Hiện nay PSPICE được xem là một trong những phầnmềmmôphỏngmạchđiện - điệntử mạnh và phổ biến trên thế giới. Có thể nói rằng trong lĩnh vực môphỏngmạchđiệntử PSPICE cũng thông dụng như MATLAB trong môphỏng hệ thống tự động. Phầnmềm này cho phép người dùng thiết lập mô hình phầntử của mình theo định hướng nghiên cứu riêng, mở ra khả năng rộng lớn cho các chuyên gia trong lĩnh vực điệntửcôngsuất. Đây là sản phẩm mới nhất, nhằm tổng hợp các giai đoạn thiết kế chế tạo mạchđiện tử: xây dựngmạch 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 điệntử 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 môphỏngmạchđiệntửcông suất quan trọng nhất là phân tích động (Transient analysis). Trong PSPICE chế độphân tích này thường tốn thời gian tính của PC, khi mạch phức tạp hoặc thời gian khảo sát lớn, dung lượng của file dữ liệu này có thể lên đến hàng trăm MB. Vì vậy khi chương trình đang chạy ta có thể tạm dừng chương trình để theo dõi và kiểm tra sơ bộ nếu thấy không đạt thì ngắt hẳn chương trình để sửa đổi 7 Hình 1.2 Giao diện của phầnmềm PSPICE 1.3. Phầnmềm Matlab / Simulink Matlab là phầnmềm được phổ cập ở mức độ toàn cầu. Hiện nay ở nước ta, Matlab cũng khá quen thuộc trong lĩnh vực điều khiển và tự động hóa. Tuy nhiên từ phiên bản 5.3 của Matlab mới cho phép thâm nhập vào lĩnh vực điệntửcông suất (Power electronic). Đây là phầnmềm bổ sung của mục “power system blockset” nằm trong phần simulink. Trong đó đưa ra mô hình các phầntử bán dẫn là: tiristo, điôt, GTO, MOSFET và ideal switch. Tất cả các phầntử này đều được môphỏng 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 mạchđiệntửcông suất theo ý muốn (thí dụ như mạch chỉnh lưu cầu hoặc mạch băm xung,…) 8 Hình 1.3. Giao diện của phầnmềm MATLAB Phầnmềmmôphỏng bằng Simulink rất thuận lợi khi cần phân tích và khảo sát ở khía cạnh hệ thống, nhất là với hệ thống kín, ở đómạchđiệntửcông suất chỉ là một khối của hệ thống. Trong simulink, các van được môphỏng hoặc như một khoá lý tưởng, hoặc như một điện trở hai trạng thái. Như vậy, phầntử bán dẫn môphỏng không phản ánh chính xác đặc tính Vôn-ampe của chúng nữa song điều đó không ảnh hưởng đến bản chất của hệ thống được nghiên cứu, mặt khác lại giảm được đáng kể thời gian tính máy. Lưu ý rằng trong simulink, các xung điều khiển cho các van là tín hiệu mức logic 0/1, không phải là điện áp điều khiển hay dòng điều khiển cho van nên không cần chú ý về phương diện cách ly giữa lực và điều khiển. 9 Hình 1.4. Giao diện của SIMULINK 1.4. PhầnmềmPSIM (Power Electronics Simulation Software) PSIM là phầnmềmmạchdo 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 phầnmềm 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 mạchđiệntửcông suất, các mạch điều khiển tương tự và số, cũng như trong hệ truyền động xoay chiều (AC), một chiều (DC). [...]... RL: nhánh điện trở, điện cảm 14 - RC: nhánh điện trở,tụ điện - LC: nhánh điện cảm, tụđiện - RLC: mạchđiện trở, điện cảm, tụđiện - R 3: điện trở 3 pha - RL 3: mạchđiện trở điện cảm 3 pha - RC 3: mạchđiện trở tụđiện 3 pha - RLC 3: mạchđiện trở, điện cảm, tụđiện 3 pha - Rheostat: biến trở - Saturable Inductor: điện kháng bão hoà - Coupled Inductor (2 ): mạch 2 cuộn cảm - Coupled Inductor (3 ): mạch 3 cuộn... Điện tửcông suất PSIM có ưu điểm môphỏngđộc lập mạch lực vì các khối điều khiển đã được xây dựng sẵn, ta chỉ việc lắp ghép Vì vậy, em lựa chọn đề tài đồán l :ỨngdụngphầnmềmPSIM mô phỏngmạchđiệntửcông suất 10 CHƯƠNG II GIỚI THIỆU VỀ PHẦNMỀMPSIM 2.1 Giới thiệu tổng quan về phầnmềmPSIM 2.1.1 Giới thiệu chung PSIM bao gồm 3 chương trình: - PSIM Schematic: chương trình thiết kế mạch - PSIM. .. mạch - PSIM Simulator : chương trình môphỏng - PSIM VIEW: chương trình hiển thị đồ thị sau khi môphỏngPSIM biểu diễn một mạchđiện trên 4 khối: Hình 2.1 Biểu diễn một mạchđiện trên PSIM - Power circuit: Mạch động lực - Control circuit: Mạch điều khiển - Sensors: Hệ cảm biến - Switch controllers: Bộ điều khiển chuyển mạchMạch động lực bao gồm các van bán dẫn công suất, các phầntử RLC, máy biến áp... Hình2.29 Kí hiệu một số dạng nguồn dòng điện 2.3 Các bước tiến hành mô phỏngmạchđiệntửcông suất Để tiến hành khảo sát một mạch điệntửcông suất, cần tiến hành các bước sau : Bước 1: Xác định mô hình các phầntử bán dẫn cần có để thiết lập mạch cần khảo sát Bước 2: Vẽ sơ đồ nguyên l : - Khởi động PSIMtừ biểu tượng: - Mở một trang mới để vẽ mạch nguyên l : File → New (Ctrl+N) hoặc ấn nút - Tiếp... một phần khác nhau của cùng một mạch - Cascade : Sắp xếp các cửa sổ - Tile :Phân chia các cửa sổ bằng nhau - Arrange Icons :Tự động sắp xếp các biểu tượng 2.2 Giới thiệu các phầntử trong PSIM 2.2.1 Thư viện Power (Power Library) a, Điện trở, điện cảm và điệndung ( RLC Branches ) Trong thư viện này bao gồm một số phầntử nh : - Resistor: điện trở - Inductor: điện cảm - Capacitor: tụđiện - RL: nhánh.. .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 phầnmềm soạn thảo mạchđiện với người sử dụng Các phầntử của mạch được chứa trong menu Elements Các phầntử được chia thành bốn nhóm l : Phần tửmạchcông suất (Power), phầntử mạch. .. Cảm biến điện áp (Voltage Sensor) Hình 2.23.Kí hiệu của cảm biến điện áp - Cảm biến dòng điện (Current Sensor) Hình 2.24 Kí hiệu của cảm biến dòng điện c Đồng hồ (probes) - Đồng hồ đođiện áp: Trong PSIM có đồng hồ đođiện áp một chiều, đồng hồ đođiện áp xoay chiều 21 Hình 2.25 Kí hiệu các đồng hồ đođiện áp - Đồng hồ đo dòng điện: Trong PSIM có đồng hồ đo dòng điện một chiều và đo dòng điện xoay... van bán dẫn trong mạch lực 2.1.2 File Menu Menu File bao gồm các chức năng sau đây: 11 - 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. .. Toolbar: Kích hoạt hoặc vô hiệu hóa thanh công cụ phầntử Các thanh công cụ phầntử lưu trữ các phầntửPSIM 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:... tên file của mạch chính và mạch phụ 13 - One page up: Quay trở lại mạch chính, khi đómạch phụ sẽ được lưu tự động - Top page: Nhảy từmạch phụ (mức thấp) lên mạch chính (mức cao) cho phép sử dụng dễ dàng khi có chiều mạch phụ 2.1.6 Simulate Menu Simulate Menu bao gồm các chức năng sau đây: - Simulation control : Kiểm soát thời gian môphỏng - Run PSIM: Chạy môphỏngmạch - Run SIMVIEW: Chạy màn hình . thân. Đồ án được trình bày thành 3 chương: Chương 1: Tổng quan về một số phần mềm mô phỏng mạch điện tử công suất. Chương 2: Giới thiệu về phần mềm PSIM. Chương 3: Ứng dụng phần mềm PSIM thiết. Inductor: điện cảm - Capacitor: tụ điện - RL: nhánh điện trở, điện cảm 15 - RC: nhánh điện trở,tụ điện - LC: nhánh điện cảm, tụ điện - RLC: mạch điện trở, điện cảm, tụ điện - R 3: điện trở. Thuyết minh (nhiệm vụ ): Chương 1. Tổng quan về một số phần mềm mô phỏng mạch điện tử công suất Chương 2. Giới thiệu về phần mềm PSIM Chương 3. Ứng dụng phần mềm PSIM mô phỏng mạch điều khiển chỉnh