giáo trình thí nghiệm mô phỏng mạch điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THÍ NGHIỆM MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN Biên soạn: ThS. Hoàng Nguyên Phước www.hutech.edu.vn Tài Liệu Lưu Hành Tại HUTECH THÍ NGHIỆM MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN Ấn bản 2014 MỤC LỤC > I MỤC LỤC MỤC LỤC I HƯỚNG DẪN III SỬ DỤNG ORCAD PSPICE V BÀI 1: MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT TRONG MẠCH ĐIỆN 1 1.1 ĐỊNH LUẬT PHÂN CHIA DÒNG ĐIỆN 1 1.1.1 Phần chuẩn bị ở nhà 1 1.1.2 Phần mô phỏng 2 1.2 NGUYÊN LÝ XẾP CHỒNG 3 1.2.1 Phần chuẩn bị ở nhà 3 1.2.2 Phần mô phỏng 4 1.3 ĐỊNH LÝ CHUYỂN VỊ NGUỒN 5 1.3.1 Phần chuẩn bị ở nhà 5 1.3.2 Phần mô phỏng 8 1.4 ĐỊNH LÝ THEVENIN – NORTON 9 1.4.1 Phần chuẩn bị ở nhà 9 1.4.2 Phần mô phỏng 15 BÀI 2: CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA 17 2.1 NGUỐN ĐỐI XỨNG, TẢI ĐỐI XỨNG NỐI HÌNH SAO 17 2.1.1 Phần chuẩn bị ở nhà 17 2.1.2 Phần mô phỏng 19 2.2 NGUỒN ĐỐI XỨNG, TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG NỐI SAO 21 II | MỤC LỤC 2.2.1 Phần chuẩn bị ở nhà 21 2.2.2 Phần mô phỏng 23 2.3 NGUỒN ĐỐI XỨNG, TẢI ĐỐI XỨNG NỐI TAM GIÁC 25 2.3.1 Phần chuẩn bị ở nhà 25 2.3.2 Phần mô phỏng 27 2.4 NGUỒN ĐỐI XỨNG, TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG NỐI TAM GIÁC 29 2.4.1 Phần chuẩn bị ở nhà 29 2.4.2 Phần mô phỏng 31 BÀI 3: ĐẶC TUYẾN BIÊN TẦN-PHA TẦN CỦA MẠCH CỘNG HƯỞNG, MẠCH LỌC R-L-C 33 3.1 MẠCH CỘNG HƯỞNG 33 3.1.1 Phần chuẩn bị ở nhà 33 3.1.2 Phần mô phỏng 35 3.2 MẠCH LỌC R-L-C 38 3.2.1 Phần chuẩn bị ở nhà 38 3.2.2 Phần mô phỏng 39 BÀI 4: QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH 43 4.1 MẠCH QUÁ ĐỘ CẤP MỘT R-C 43 4.1.1 Phần chuẩn bị ở nhà 43 4.1.2 Phần mô phỏng 45 4.2 MẠCH QUÁ ĐỘ CẤP HAI R-L-C 48 4.2.1 Phần chuẩn bị ở nhà 48 4.2.2 Phần mô phỏng 50 HƯỚNG DẪN > III HƯỚNG DẪN MÔ TẢ MÔN HỌC Thí nghiệm mô phỏng mạch điện là môn học nhằm kiểm chứng các định luật về mạch điện một chiều, xoay chiều một pha, xoay chiều ba pha, mô phỏng các mạch điện xác định các chế độ của mạch điện có các phần tử R,L,C. NỘI DUNG MÔN HỌC  Bài 1. Kiểm chứng các định luật về mạch điện: giúp sinh viên kiểm chứng các định luật phân chia dòng điện, nguyên lý xếp chồng, định lý chuyển vị nguồn, định lý Thevenin–Norton.  Bài 2: Các chế độ làm việc của mạch điện xoay chiều ba pha: giúp sinh viên phân tích các chế độ làm việc của mạch xoay chiều ba pha với tải đối xứng và không đối xứng nối sao, nối tam giác. Khảo sát chế độ quá độ trong mạch điện.  Bài 3: Đặc tuyến biên-tần, pha-tần của mạch cộng hưởng, mạch lọc R-L-C: giúp sinh viên khảo sát hiện tượng cộng hưởng trong mạch R,L,C mắc nối tiếp và song song, xác định tần số cộng hưởng  o , hệ số phẩm chất Q, tần số cắt, giản đồ Bode… Khảo sát dạng sóng của các đặc tuyến biên tần-pha tần, đặc tuyến tần số của các phần tử R,L,C trong mạch điện.  Bài 4: Quá trình quá độ trong mạch tuyến tính: giúp sinh viên khảo sát quá trình quá độ với mạch quá độ cấp một R-C, quá độ cấp một R-L, quá độ cấp hai R-L-C. KIẾN THỨC TIỀN ĐỀ Sinh viên phải nắm vững lý thuyết giải tích mạch điện và sử dụng được phần mềm Orcad Pspice. YÊU CẦU MÔN HỌC Người học phải dự học đầy đủ các buổi lên lớp và làm bài tập đầy đủ ở nhà. IV | HƯỚNG DẪN CÁCH TIẾP NHẬN NỘI DUNG MÔN HỌC Để học tốt môn này, sinh viên cần tính toán, giải các bài tập về mạch điện trước khi thực hiện mô phỏng. So sánh kết quả mô phỏng và tính toán. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC Môn học được đánh giá gồm:  Điểm quá trình: 30%. Hình thức và nội dung do Giáo viên quyết định, phù hợp với quy chế đào tạo và tình hình thực tế tại nơi tổ chức học tập.  Điểm thi: 70%. Hình thức mô phỏng mạch điện trên máy tính gồm các bài tập thuộc bài thứ nhất đến bài thứ tư và nộp báo cáo thí nghiệm. SỬ DỤNG ORCAD PSPICE > V SỬ DỤNG ORCAD PSPICE A. VẼ SƠ ĐỒ MẠCH TRONG ORCAD CAPTURE CIS. 1. Khởi động chương trình Capture CIS. Từ màn hình Windows, nhấp vào biểu tượng để khởi động chương trình Orcard Pspice. 2. Từ màn hình Orcard Capture, đưa con trỏ vào thanh công cụ, nhấp chuột vào File/New/Project, khi đó xuất hiện hộp thoại New Project, nhập tên project cần chạy chương trình mô phỏng và đường dẫn để lưu file, đánh dấu vào mục Analog or Mixed A/D, sau đó nhấp OK. 3. Khi đó, sẽ xuất hiện tiếp hộp thoại Create PSpice Project, đánh dấu vào mục Create a Blank Project, sau đó nhấp OK. VI | SỬ DỤNG ORCAD PSPICE 4. Các bước cần thực hiện để vẽ một sơ đồ mạch. a) Chọn linh kiện để vẽ mạch. - Trên thanh công cụ, nhấp chuột vào Place/Part (hoặc gõ phím P từ bàn phím). - Trong cửa sổ Place Part gõ tên linh kiện vào ô Part, - Nếu không tìm thấy linh kiện, nhấp vào mục Add Library, chọn thư mục Pspice trong mục Look in, chọn tất cả các linh kiện để bổ sung vào thư viện. SỬ DỤNG ORCAD PSPICE > VII Lưu ý: khi chọn nguồn và nối mass phải đồng nhất để chạy mô phỏng đúng. CÁC ĐẠI LƯỢNG THƯỜNG DÙNG TRONG MÔ PHỎNG Đại lượng Part name Library Điện trở R Analog.olb Biến trở R _ var Analog.olb Tụ điện C Analog.olb Cuộn dây L Analog.olb Nguồn áp một chiều Vdc Source.olb Nguồn áp xoay chiều Vac Source.olb Nguồn áp sin Vsin Source.olb Nguồn dòng một chiều Idc Source.olb Nguồn dòng xoay chiều Iac Source.olb Nguồn xung vuông Vpulse Source.olb Nguồn phụ thuộc E, F, G, H Analog.olb Đồng hồ đo dòng, áp IPRINT, VPRINT Special.olb Switch SW_tClose Anl_misc.olb SW_tOpen Anl_misc.olb Lưu ý: các đại lượng cần chọn để mô phỏng phải tương ứng với thư viện nêu trên. [...]... định điện áp hai đầu a, b trong mạch điện hình 1.4d Đây chính  là giá trị trở kháng ZT giữa hai điểm a, b; (vì Z  U ) Chạy mô phỏng và I ghi kết quả vào bảng 1.4 d)  Xây dựng sơ đồ tương đương Thevenin và Norton: mắc vào hai đầu a, b của mạch tương đương Thevenin một điện trở tải có giá trị Rtải = 5 Xác định các giá trị điện áp trên tải và dòng điện trong mạch điện hình 1.4e Ghi kết quả mô phỏng. .. 1.5 e) Mắc vào hai đầu a, b của mạch tương đương Norton một điện trở tải có giá trị Rtải = 5 Xác định các giá trị điện áp trên tải và dòng điện trong mạch điện hình 1.4f Ghi kết quả mô phỏng vào bảng 1.5 Bảng 1.5 Mạch mô phỏng Thevenin Norton f) Đại lượng Biên độ Góc pha Phần thực Phần ảo URtải IRtải URtải IRtải Nhận xét và so sánh kết quả tính toán với kết quả mô phỏng ... Norton a) Bỏ điện trở tải (Rtải), cho hai điểm a, b hở mạch hình 1.4b; xác định điện áp hai đầu ab (Uhở) dùng VPRINT2 Chạy mô phỏng và ghi kết quả vào bảng 1.4 16 | BÀI 1: MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT TRONG MẠCH ĐIỆN b) Cho hai điểm a, b ngắn mạch hình 1.4c; xác định dòng ngắn mạch I ngắn Chạy mô phỏng và ghi kết quả vào bảng 1.4 c) Xác định trở kháng Thevenin: triệt tiêu tất cả các nguồn độc lập trong mạch, cấp... các kết quả mô phỏng vào bảng 1.4 Bảng 1.4 Đại lượng Biên độ (MAG) Góc pha (PHASE) Phần thực (REAL) Phần ảo (IMAG) URtải IRtải Uhở Ingắn Zthevenin A Phương pháp thông thường Vẽ trong Orcad – Pspice sơ đồ mạch điện hình 1.4a; dùng VPRINT và IPRINT để xác định điện áp hai đầu URtải và dòng điện qua tải IRtải Chạy mô phỏng, ghi kết quả vào bảng 1.4 B Tìm dòng điện và điện áp trên tải dùng mạch tương đương... Norton Nguồn dòng có giá trị bằng dòng điện ngắn mạch qua hai đầu mạng một cửa 1.4.1 Phần chuẩn bị ở nhà Tính toán các đại lượng dòng điện và điện áp theo các giá trị biên độ, góc pha, phần thực, phần ảo như mạch điện hình 1.4 a,b,c,d,e,f với các trường hợp: a) Dùng phương pháp thông thường: tính toán điện áp ở hai đầu tải URtải và dòng điện qua tải IRtải trong mạch điện hình 1.4a IPRINT R2 R1 I1 4Aac... BÀI 1: MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT TRONG MẠCH ĐIỆN > 15 1.4.2 Phần mô phỏng a) Vẽ trong Orcad – Pspice sơ đồ mạch điện, dùng IPRINT và VPRINT trong thư viện SPECIAL.OLB để xác định dòng điện, điện áp theo hai phương pháp sau:  Phương pháp thông thường  Phương pháp mạch tương đương Thevenin và mạch tương đương Norton b) Giả sử  = 1rad/s Chọn chế độ phân tích AC với... bố các linh kiện trong mạch, trên thanh công cụ chọn Pspice/View Netlist BÀI 1: MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT TRONG MẠCH ĐIỆN > 1 BÀI 1: MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT TRONG MẠCH ĐIỆN Sau khi thí nghiệm mô phỏng bài này, học viên có thể: - Kiểm chứng hai định luật Kirchoff; - Kiểm chứng nguyên lý xếp chồng và định lý chuyển vị nguồn; - Kiểm chứng định lý Thevenin - Norton; 1.1 ĐỊNH LUẬT PHÂN CHIA DÒNG ĐIỆN 1.1.1 Phần chuẩn bị... MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT TRONG MẠCH ĐIỆN 1.3.2 Phần mô phỏng a) Vẽ trong Orcad – Pspice sơ đồ mạch như trên, dùng IPRINT trong thư viện SPECIAL.OLB để xác định dòng điện trong các nhánh và lắp mạch như hình 1.3a,b b) Chọn chế độ phân tích Bias Point cho hai trường hợp:  Phương pháp thông thường (hình a)  Phương pháp chuyển vị nguồn Chuyển vị hai nguồn áp V1 , V2 (hình b) c) Chạy mô phỏng và ghi kết quả vào... 1.1.2 Phần mô phỏng a) Vẽ trong Orcad – Pspice sơ đồ mạch hình 1.1; dùng IPRINT trong thư viện SPECIAL.OLB để xác định dòng điện trong các nhánh b) Chọn chế độ phân tích Bias Point c) Chạy mô phỏng ghi kết quả vào bảng 1.1 Bảng 1.1 I1 (A) d) I2 (A) I3 (A) I2/I3 R3/R2 Ghi chú Nhận xét kết quả tính toán với kết quả mô phỏng ... 1.2.2 Phần mô phỏng a) Vẽ trong Orcad – Pspice sơ đồ mạch như trên, dùng IPRINT trong thư viện SPECIAL.OLB để xác định dòng điện trong các nhánh b) Chọn chế độ phân tích Bias Point cho ba trường hợp:  Hai nguồn V1, V2 cùng tác động  Giữ nguyên nguồn V1 và các thông số trong mạch, triệt tiêu nguồn V2  Giữ nguyên nguồn V2 và các thông số trong mạch, triệt tiêu nguồn V1 c) Chạy mô phỏng ghi kết