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 năm gần đây, mô 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 - Mô mạch điện tử công suất Có thể kể phần mềm : PSPICE, TINA, MATLAB, SIMSEN, SUCCES, PSIM… Các phần mềm công cụ để giúp kỹ sư, nhà sản xuất tối ưu hóa công việc mình, từ tạo sản phẩm điện tử xác, đáng tin cậy giá thành thấp Ở nhiều trường Đại Học Cao Đẳng việc mô mạch điện tử nhiều khó khăn thiếu trang thiết bị thực hành Nhiều thiết bị mô cũ, số lượng module nên không đáp ứng hết nhu cầu giảng dạy học tập Đồ án môn hoc với đề tài: “Khai thác 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 mô mạch chỉnh lưu có điều khiển Chương 4: Kết luận đề xuất Trong trình làm đồ án, với tìm tòi nghiên cứu thân, đặc biệt giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo Nguyễn Đắc Nam chúng em hoàn thành đồ án Do kiến thức hạn chế không tránh khỏi thiếu xót Em mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô bạn để đồ án chúng em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam CHƯƠNG MỞ ĐẦU Giới thiệu điện tử công suất Điện tử công suất (ĐTCS) công nghệ biến đổi điện từ dạng sang dạng khác phần tử bán dẫn công suất đóng vai trò trung tâm.Bộ biến đổi điện tử công suất gọi biến đổi tĩnh (static converter) để phân biệt với máy điện truyền thống (electric machine) biến đổi điện dựa nguyên tắc biến đổi điện từ trường Hiện nhiều thiết bị biến đổi công suất đề xuất để phục vụ yêu cầu ngày cao sống ĐTCS giúp cho việc sử dụng điện cách hiệu quả, linh kiện điện tử công suất sử dụng trình biến đổi điều khiển công suất: hiệu cao tổn hao thấp lò cao tần, truyền tải điện DC Các thiết bị ĐTCS cải tiến phát triển để nâng cao hiệu suất việc sử dụng lượng ĐTCS đóng vai trò quan trọng mô hình công nghệ thiết kế để điều khiển lượng Dòng điện điện áp đặc tính đóng ngắt linh kiện bán dẫn liên tục hoàn thiện, phạm vi ứng dụng ngày mở rộng chiếu sáng, nguồn, điều khiển động cơ, tự động hóa công nghiệp, giao thông, lưu trữ lượng, truyền tải điện xa Hiệu suất cao đặc điểm điều khiển chặt chẽ giúp cho ĐTCS có lợi nhiều điều khiển động so với hệ thống điều khiển điện điện tử trước Ngoài ĐTCS ứng dụng truyền tải điện DC (VHDC), trạm biến đổi công suất, hệ thống truyền tải AC mềm dẻo flexible ac transmission system (FACTS), bù công suất static-var compensators (SVC) Trong truyền tải sử dụng biến đổi DC/AC, lọc tích cực, biến đổi tần số Cuộc cách mạng ĐTCS bắt đầu vào năm 1948 với việc phát minh silicon transistor phòng thí nghiệm Bell Telephone Laboratories Bardeen, Bratain, and Schockley Phần lớn công nghệ điện tử tiên tiến ngày dựa phát minh này, mô hình microelectronics phát triển từ linh kiện bán dẫn Cuộc cách mạng thứ hai bắt đầu với việc phát triển Thyristor công nghiệp hãng General Electric Company vào năm 1958 Đây khởi đầu kỷ nguyên ĐTCS Từ đến có nhiều linh kiện bán dẫn công nghệ biến đổi đề xuất ứng dụng Sử dụng biến đổi công suất hệ thống điện, giao thông, luyện kim lĩnh vực công nghiệp khác tạo đà phát triển kinh tế lớn Ví dụ Mỹ có 70% lượng điện sử dụng biến đổi từ biến đổi công suất Kỹ thuật biến đổi ngành khoa học trẻ đạt thành công lớn, nhiên ngày nhiều toán đặt phía trước, đòi hởi phát triển lý thuyết lẫn thực tế kỹ thuật biến đổi Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 trang Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam Đối tượng nghiên cứu Điện tử công suất ĐTCS chủ yếu nghiên cứu biến đổi công suất khóa điện tử công suất lớn a Bộ chỉnh lưu Chỉnh lưu trình biến đổi lượng dòng điện xoay chiều thành lượng dòng điện chiều Chỉnh lưu thiết bị điện tử công suất sử dụng rộng rãi thực tế  Mạch chỉnh lưu chia thành nhiều loại: - Theo số pha cấp cho mạch van : pha, hai pha, ba pha, sáu pha … - Theo loại van bán dẫn 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 tiristo ( mạch chỉnh lưu bán điều khiển ) - Theo sơ đồ mắc van với : sơ đồ hình tia sơ đồ hình cầu b Bộ biến đổi xung áp chiều Bộ biến đổi điện áp chiều dùng để biến đổi điện áp chiều có trị trung bình không thay đổi thành điện áp chiều có trị trung bình thay đổi Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 trang Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam  Phân loại biến đổi xung áp chiều - Dựa vào cách mắc khoá điện tử : biến đổi xung áp nối tiếp biến đổi xung áp song song - Dựa vào điện áp đầu xung áp : xung áp có điện áp đầu nhỏ điện áp đầu vào ; biến đổi xung áp có điện áp đầu lớn điện áp đầu vào - Tuỳ vào dấu điện áp : biến đổi xung áp không đảo chiều biến đổi xung áp có đảo chiều c Bộ nghịch lưu ( biến tần ) Bộ nghịch lưu dùng để biến đổi điện áp chiều thành điện áp xoay chiều Bộ nghịch lưu phần tử nguồn UPS ,biến tần gián tiếp  Đặc điểm nghịch lưu : - Điện áp xoay chiều ngõ có trị hiệu dụng tần số thay đổi - Nếu độ lớn nghịch lưu không đổi điện áp ngõ điều chỉnh cách thay đổi trị trung bình nguồn chiều - Điện áp xoay chiều ngõ thực tế tín hiệu sin chuẩn mà có thành phần sóng hài bậc cao ,các sóng hài bậc cao giảm bớt kĩ thuật đóng ngắt - Nếu nguồn DC có trị trung bình không đổi trị hiệu dụng điện áp ngõ thay đổi cách thay đổi độ lớn nghịch lưu  Ưng dụng nghịch lưu : - Bộ nghịch lưu dùng làm thiết bị biến đổi biến tần gián tiếp, ứng dụng quan trọng rộng rãi nghịch lưu - Dùng làm nguồn điện xoay chiều gia đình, nguồn điện liên tục UPS - Dùng bù nhiễu công suất phản kháng Các phương pháp điều khiển nghịch lưu : - Phương pháp điều chế độ rộng xung ( PWM ) - Phương pháp PWM tối ưu - Phương pháp điều rộng ( nghịch lưu áp pha ) - Phương pháp điều biên (Six-step)  Biến tần : Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 trang 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 tần số không đổi thành điện áp xoay chiều có tần số trị hiệu dụng thay đổi - Biến tần gồm loại : biến tần gián tiếp biền tần trực tiếp - Biến tần sử dụng rộng rãi điều khiển tốc độ động xoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số Ngoài việc thay đổi tần số biến tần thay đổi tổng số pha Với có mặt biến tần ta dùng động ba pha lưới điện pha Ngoài biến tần sử dụng rộng rãi kĩ thuật nhiệt điện ,trong trường hợp biến tần dùng để cung cấp luợng cho 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  Bộ biến đổi điện áp xoay chiều điều khiển hai phương pháp : điều khiển pha điều khiển tỷ lệ thời gian  Bộ biến đổi điện áp xoay chiều thường sử dụng để điều khiển công suất tiêu thụ tải hệ thống điều khiển nhiệt độ lò ,trong máy nước nóng ,bếp điện ,điều khiển tốc độ động quạt gió ,máy bơm đặc biệt dùng làm thiết bị hạn chế dòng khởi động cho động Ứng dụng điện tử công suất Điện tử công suất ứng dụng rộng rãi hầu hết ngành công nghiệp đại Có thể kể đến ngành kỹ thuật mà có ứng dụng tiêu biểu biến đổi bán dẫn công suất truyền động điện, giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng mỏ, trình điện phân công nghiệp hóa chất, nhiều thiết bị công nghiệp dân dụng khác Trong năm gần công nghệ chế tạo phần tử bán dẫn công suất có tiến vượt bậc ngày trở nên hoàn thiện dẫn đến việc chế tạo biến đổi ngày nhỏ gọn, nhiều tính sử dụng ngày dễ dàng Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 trang Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam Mô điện tử công suất Trong thực tế,để nghiên cứu khoa học phải mua sắm trang thiết bị thí nghiệm với chi phí lớn.Trong kinh tế nước ta phát triển,không đủ kinh phí để mua sắm trang thiết bị đắt tiền đó.Để nghiên cứu khoa học, giảng dạy cần phải có công cụ nghiên cứu hữu hiệu đó, số phải kể đến phương pháp mô phỏng.Phương pháp mô phương pháp thay cho việc nghiên cứu đối tượng cụ thể xây dựng mô hình hóa đối tượng tiến hành nghiên cứu.Sau thu kết đem kết kiểm chứng với kết thực nghiệm.Thông qua kết thu rút kết trình nghiên cứu Để thuận tiện cho trình mô ĐTCS, có nhiều phần mềm mô ĐTCS : PSPICE, TINA, MATLAB, SIMSEN, SUCCES, PSIM… Các phần mềm công cụ để giúp kỹ sư, nhà sản xuất tối ưu hóa công việc mình, từ tạo sản phẩm điện tử xác, đáng tin cậy giá thành thấp Trong phần mềm PSIM công cụ mạnh mẽ,chuyên dụng cho việc mô ĐTCS Dưới viết giới thiệu số phần mềm mô ĐTCS thường sử dụng rộng rãi Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 trang 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 gói phần mềm mạnh để phân tích, thiết kế, mô tín hiệu số, tương tự, VHDL kết hợp mạch điện tử hay mạch in chúng Bạn phân tích RF, mạch quang điện, kiểm tra gỡ lỗi ứng dụng vi điều khiển vi xử lý Một tính đặc biệt phần mềm cho phép bạn đưa mạch thực tế thông qua cổng USB điều khiển phần cứng TINAlabII Các kỹ sư điện tử nhận thấy phần mềm TINA có nhiều ưu điểm như: dễ sử dụng, công cụ hiệu cao, giảng viên đáng giá cao tính phần mềm môi trường đào tạo 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… 1.1.2 Yêu cầu cấu hình máy - Để sử dụng phần mềm TINA, bạn phải có cấu hình máy tính tối thiểu sau:  CPU Pentium II cao  64 MB nhớ (RAM)  Ổ cứng trống 100 MB  Ổ CD-ROM  Màn hình màu SVGA  Hệ điều hành: Windows 9x, Windows NT/ME/XP, Windows 2000 - Khởi động TINA : Từ Start chọn: Start -> Programs -> Tina Tina.exe Bấm vào Biểu tượng Desktop: Lưu ý: Sử dụng phím F1 để xem Hướng dẫn theo 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 TINA Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 trang Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam Đặc điểm mô TINA chúng xây dựng theo chất hoạt động vật lý bán dẫn thể phương trình với nhiều tham số đặc trưng, mô hình mô sát đặc tính VônAmpe 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 thông dụng thị trường với tham số chuẩn nhà chế tạo cung cấp Phần mềm TINA có nhiều ưu điểm như: dễ sử dụng, công cụ hiệu cao 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… 1.1.4 Các cửa sổ Cửa sổ phần mềm TINA Hình 1.1 Giao diện phần mềm TINA Menu Bar: Trình đơn hiển thị danh sách lệnh The Curosr or Pointer: Con trỏ - sử dụng để lựa chọn lệnh chỉnh sửa sơ đồ nguyên lý Bạn di chuyển trỏ chuột máy tinh Phụ thuộc chế độ hoạt động mà trỏ có định dạng sau: hình mũi tên cửa sổ chương trình ,hình bút bạn thực nối dây ,hình bàn tay bạn trỏ vào linh kiện đưa linh kiện vào cửa sổ Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 trang Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam The Schematic window: cửa sổ làm việc chương trình, cho phép chỉnh sửa, mô sơ đồ nguyên lý mạch trực tiếp Cửa sổ thực tế vẽ lớn Bạn di chuyển cuộn vùng soạn thảo vượt hình The Toolbar: Thanh công cụ Bạn chọn hầu hết lệnh để chỉnh sửa mạch Thanh công cụ Lưu ý lệnh Thanh công cụ nằm Trình đơn sử dụng phím tắt Chúng ta vào chi tiết lệnh Thanh công cụ Mở tập tin sơ đồ nguyên lý sẵn có máy tính (.TSC SCH), mở Marco (.TSM) Lưu sơ đồ nguyên lý sử dụng Bạn thuận lợi thường xuyên lưu trữ lại mạch làm nhằm tránh tình trạng liệu máy tính tắt đột xuất Đóng sơ đồ nguyên lý sử dụng Sao chép linh kiện chữ lựa chọn Dán linh kiện chữ chép vào nơi cần dùng Khi nút nhấn vào, bạn sử dụng trỏ để di chuyển linh kiện, dây nối chữ, thuận lợi việc xếp lại sơ đồ nguyên lý theo ý muốn Lấy thêm linh kiện trước mà bạn chọn với tham số Sử dụng nút lệnh để vẽ dây nối cho sơ đồ nguyên lý Thêm thích vào sơ đồ nguyên lý hay kết phân tích Cho phép cắt dây dẫn chéo qua nối với Đảo chiều góc 900 linh kiện lựa chọn Lấy đối xứng linh kiện lựa chọn Phím tắt: [CTRLL] [*] Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 trang Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam Hiển thị cửa sổ dạng lưới không Phóng to sơ đồ nguyên lý để nhìn rõ linh kiện Bạn thay đổi tỷ lệ phóng to theo ý muốn từ 10% đến 200% Lựa chọn danh sách Chế độ Mô phỏng: Chế độ DC Chế độ AC Chế độ mô tức thời lặp lại liên tục Chế độ mô tức thời không lặp lại Bạn điều chỉnh thời gian mô phần Analysis Transient Chế độ Số Chế độ VHDL Nếu nút lệnh chọn, chương trình cho phép hiển thị trình trạng lỗi linh kiện, ta thay đổi tình trạng lỗi linh kiện Thuộc tính (Properties Editor) Chuyển đổi sơ đồ nguyên lý sang dạng chiều chiều Phím nóng: [F6] Đây đặc điểm bật phần mềm TINA phiên mà phiên cũ hay phần mềm khác thực Ở chế độ này, linh kiện hiển thị cách sống động, giúp người sử dụng quan sát mạch trực quan Chuyển đổi dạng 2D 3D Chuyển sơ đồ nguyên lý trực tiếp sang mạch in Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 trang Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam Chọn R = 38 (k  ) - Giản đồ điện áp: Hình 3.11 Giản đồ điện áp khâu tạo điện áp cưa 3.5.3 Khâu so sánh Hình 3.12 Sơ đồ khâu so sánh Điện áp U so sánh với điện áp điều khiển U dk đầu vào A Tổng đại số (U +U dk ) định dấu điện áp đầu khuếch đại thuật toán A Khi U = U dk , khuếch đại thuật toán lật trạng thái U đổi dấu Ta thu điện áp đầu A chuỗi xung hình chữ nhật Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 trang 60 Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam - Giản đồ điện áp: Hình 3.13 Giản đồ điện áp khâu so sánh 3.5.4 Khâu tạo xung chùm Hình 3.14 Sơ đồ khâu tạo xung chùm Để giảm công suất cho tầng khuyếch đại tăng số lượng xung kích mở, nhằm đảm bảo thyristor mở cách chắn, ta dùng phát xung chùm cho thyristor Chùm xung thu đưa tới cổng AND với tín hiệu nhận từ khâu so sánh Tín hiệu đầu đưa tới khâu khuyếch đại xung Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 trang 61 Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam Chọn IC loại TL084 hãng Texas Instruments chế tạo, IC có khuyếch đại thuật toán với thông số sau : Điện áp nguồn nuôi : V cc =  18 V ; chọn V cc =  15 V Hiệu điện hai đầu vào :  30 V Công suất tiêu thụ : P = 0,68 W Tốc độ biến thiên điện áp cho phép : du = 13 V/ s dt Mạch tạo chùm xung có tần số : f = 20 kHz, hay chu kỳ xung chùm : T= = 50 ( s ) f Ta có : T = 2R C ln(1 + R4 ) R5 Chọn R = R = 33 k  T = 2,2.R C = 50 ( s ) Nên : R C = 50 = 22,8 2,2 Chọn tụ C = 0,1 ( F ) có điện áp U = 16 (V) => R = 0,228 (k  ) Để thuận tiện cho việc điều chỉnh lắp mạch, ta chọn R biến trở 0,2 k  - Tín hiệu đầu khâu phát xung chùm : Hình 3.15 Giản đồ điện áp khâu tạo xung chùm Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 trang 62 Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam 3.5.5 Chọn cổng AND Hình 3.16 Sơ đồ phối hợp tạo xung chùm Chọn IC4081 họ CMOS có cổng AND với thông số : Nguồn nuôi :  15 V ; chọn V cc = 15 V Công suất tiêu thụ : P = 2,5 nW/ cổng Dòng làm việc : I lv < mA Điện áp ứng với mức logic “1”  4,5 V - Tín hiệu điện áp : Hình 3.17 Giản đồ tín hiệu điện áp 3.5.6 Khâu khuyếch đại biến áp xung Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 trang 63 Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam Hình 3.18 Sơ đồ khâu khuếch đại biến áp xung - Giản đồ điện áp: Hình 3.19 Giản đồ điện áp khâu khuếch đại biến áp xung Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 trang 64 Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam 3.5.7 Khâu phản hồi  Sơ đồ đo nhiệt độ lò lấy tín hiệu điện áp U dk : Hình 3.20 Sơ đồ đo nhiệt độ từ lò điện trở  Khâu khuyếch đại điện áp phản hồi : Hình 3.21 Sơ đồ khuếch đại điện áp phản hồi Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 trang 65 Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam Hình 3.22 Sơ đồ nguyên lý kênh điều khiển 3.6 Sơ đồ nguyên lý kênh điều khiển Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 trang 66 Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam 3.7 Giản đồ điện áp kênh Hình 3.23 Giản đồ điện áp kênh điều khiển Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 trang 67 Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam 3.8 Sơ đồ mạch lực mạch điều khiển lò điện trở Hình 4.24 Sơ đồ mạch lực, mạch điều khiển lò điện trở Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 trang 68 Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam 3.9 Giản đồ điện áp ba pha Hình 4.25 Đồ thị điện áp pha A với  = 45 Hình 4.25 Đồ thị điện áp pha A với  = 75 Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 trang 69 Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam Chương Kết luận đề xuất Trong trình làm đồ án chúng em thực công việc sau : - Tìm hiểu phần mềm mô mạch điện tử công suất (Matlab, PSPICE, TINA, PSIM) - Sử dụng thành thạo phần mềm mô PSIM - Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động lò điện lò điện trở - Giới thiệu phương pháp điều khiển lò điện trở mạch điều áp xoay chiều ba pha - Thiết kế mạch lực mạch điều khiển lò điện trở - Mô mạch điều khiển lò điện trở phần mềm PSIM Tuy nhiên, thời gian có hạn nên chúng em chưa thể hoàn thành phần cứng mạch điều khiển số kết mô mang tính tương đối so với lý thuyết học Vì vậy, sau hoàn thành đồ án chúng em tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện đề tài Mục đích chúng em phát triển đề tài ứng dụng vào giảng dạy học tập, từ giúp bạn sinh viên nắm bắt hiểu rõ việc mô mạch điện tử công suất Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 trang 70 Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam Tài liệu tham khảo [1] Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh Điện tử công suất, NXB Khoa hoc Kỹ Thuật, 2005 [2] Nguyễn Bính, Điện tử công suất, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2001 [3] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2002 [4] Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghị, Phân tích giải mạch điện tử công suất, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2002 [5] Vũ Quang Hồi, Nguyễn Văn Chất, Nguyễn Thị Liên Anh, Trang bị điện – điện tử: Máy công nghiệp dung chung, NXB Giáo dục, 2007 [6] Phạm Quốc Hải, Hướng dẫn thiết kế mạch Điện tử công suất, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2009 [7] PSPICE Microsim Corporation, Irvince.CA 1995 [8] Trần Trọng Minh Bài giảng điện tử công suất Nhà xuất Giáo Dục, 2002 [9] Matlab User’s Guid Prentice Hall,1995 [10] Nguyễn Phùng Quang Matlab and Simulink [11] Trần Văn Thịnh Tính toán thiết kế mạch điện tử công suất Nhà xuất giáo dục 2002 [12] Lò điện Lương Văn Đề Trường đại học Bách Khoa Hà Nội- 1993 Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 Trang 71 Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam MỤC LỤC Lời nói đầu Chương mở đầu 1 Giới thiệu điện tử công suất 2 Đối tượng nghiên cứu Điện tử công suất Ứng dụng Điện tử công suất 4 Mô Điện tử công suất Chương Tổng quan số phần mềm mô mạch Điện tử công suất 1.1 Phần mềm Tina 1.1.1 Giới thiệu phần mềm Tina 1.1.2 Yêu cầu cấu hình máy 1.1.3 Đặc điểm phẩn mềm Tina 1.1.4 Các cửa sổ 1.2 Phần mểm PSPICE 11 1.2.1 Tổng quan PSPICE 11 1.2.2 Đặc điểm PSPICE 11 1.2.3 Cài đặt PSPICE 12 1.2.4 Các tính PSPICE 13 1.3 Phần mềm Matlab/Simulink 14 1.3.1 Tổng quan Matlab/Simulink 14 1.3.2 Đặc điểm Matlab/Simulink 15 1.3.3 Cài đặt Matlab/Simulink 15 1.3.4 Các cửa sổ 17 1.4 Phần mềm Psim 19 1.4.1 Tổng quan Psim 19 1.4.2 Đặc điểm Psim 19 1.4.3 Cài đặt Psim 19 1.4.4 Các cửa sổ 21 Chương Giới thiệu phần mềm PSIM 24 2.1 Giới thiệu phần mềm Psim 24 2.1.1 Khái niệm chung 24 2.1.2 Khởi động chương trình 25 Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 Trang 72 Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam 2.1.3 Biểu diễn tham số phần tử 26 2.2 Một số phần tử mạch lực 26 2.2.1 Điện trở, điện cảm điện dung (RLC) 27 2.2.2 Các khóa chuyển mạch 27 2.2.3 Khối điều khiển Gating Block 28 2.2.4 Máy biến áp 28 2.2.5 Các Modul biến đổi pha ba pha 29 2.3 Một số phần tử mạch điều khiển 30 2.3.1 Khối hàm truyền 30 2.3.2 Các khối tính toán 31 2.3.3 Các khối hàm khác 31 2.3.4 Các phần tử logic 32 2.4 Các phần tử khác 33 2.4.1 Các dạng nguồn 33 2.4.2 Bộ điều khiển chuyển mạch 34 2.4.3 Mạch phụ 35 2.5 Các bước tiến hành mô mạch Điện tử công suất 36 2.6 Ví dụ mô 37 2.6.1 Thiết kế mạch điện 37 2.6.2 Cài đặt tham số cho phần tử mạch lực 37 2.6.3 Cài đặt tham số phần tử mạch điều khiển 37 2.6.4 Chạy mô 38 Chương Ứng dụng phần mềm Psim mô mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều 42 3.1 Phân tích dạng sóng biến đổi điện áp xoay chiều 42 3.1.1 Chức 42 3.1.2 Ứng dụng 42 3.1.3 Phân loại 42 3.2 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều pha tải R 43 3.2.1 Ký hiệu 43 3.2.2 Giả thiết 43 Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 Trang 73 Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam 3.3 Ứng dụng Psim mô biến đổi AC – AC 43 3.4 Tổng quan lò điện 50 3.4.1 Giới thiệu chung lò điện 50 3.4.2 Giới thiệu lò điện trở 51 3.4.3 Phương pháp điều khiển lò điện trở mạch điều áp xoay chiều 53 3.5 Mạch điều khiển 57 3.5.1 Khâu đồng pha 58 3.5.2 Khâu tạo điện áp cưa 59 3.5.3 Khâu so sánh 60 3.5.4 Khâu tạo xung chùm 61 3.5.5 Chọn cổng AND 63 3.5.6 Khâu khuếch đại biến áp xung 64 3.5.7 Khâu phản hồi 65 3.6 Sơ đồ nguyên lý kênh điều khiển 66 3.7 Giản đồ điện áp kênh 67 3.8 Sơ đồ mạch lực mạch điều khiển lò điện trở 68 3.9 Giản đồ điện áp ba pha 69 Chương Kết luận đề xuất 70 Tài liệu tham khảo 71 Nhóm _ Lớp TĐ1Đ12 Trang 74 [...]... 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. .. 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... 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... 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... 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... 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,... 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... 2.2 Một số phần tử mạch lực 2.2.1 Điện trở, điện cảm và điện dung (RLC) Với PSIM, các phần tử R, L, C rời rạc hay một nhánh RLC đều có thể được mô tả với các điều kiện đầu được xác định (dòng điện trên L, điện áp trên C) Ngoài ra mạch ba pha đối xứng, nhánh RLC cũng được mô tả với các điều kiện đầu được xác định bằng 0 bằng các ký hiệu “R3”, “RL3”, “RC3” và “RLC3” Hình 2.5 ký hiệu phần tử RLC một pha... 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 Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam - Switch controllers: bộ điều khiển mạch Mạch động lực bao gồm các van bán dẫn công suất, các phần tử RLC, máy biến áp lực và cuộn cảm san bằng Mạch điều khiển sẽ được biểu diễn bằng các sơ đồ khối,... bao gồm cả các phần tử trong miền S, miền Z, các phần tử logic (ví dụ như các cổng logic,flip-flop) và các phần tử phi tuyến (ví dụ bộ chia) Các phần tử cảm biến sẽ đo các giá trị điện áp, dòng điện trong mạch lực để đưa các tín hiệu đo này về mạch điều khiển Sau đó mạch điều khiển sẽ cho các tín hiệu đến bộ điều khiển chuyển mạch để điều khiển quá trình đóng cắt các van bán dẫn trong mạch lực 2.1.2