THÍ NGHIỆM MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THÍ NGHIỆM MƠ PHỎNG MẠCH ĐIỆN Biên soạn: Hoàng Nguyên Phước Họ tên sinh viên: Mã số sinh viên: Lớp/nhóm: Tài Liệu Lưu Hành Tại HUTECH www.hutech.edu.vn THÍ NGHIỆM MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN Ấn 2014 MỤC LỤC > I MỤC LỤC MỤC LỤC HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG ORCAD PSPICE 1.1.1 Phần chuẩn bị nhà 1.2 NGUYÊN LÝ XẾP CHỒNG 1.2.1 Phần chuẩn bị nhà 1.2.2 Phần mô 1.3.1 Phần chuẩn bị nhà 1.4 ĐỊNH LÝ THEVENIN – NORTON 1.4.1 Phần chuẩn bị nhà 1.4.2 Phần mô BÀI 2: CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA 15 17 17 17 19 2.1 NGUỐN ĐỐI XỨNG, TẢI ĐỐI XỨNG NỐI HÌNH SAO 2.1.1 Phần chuẩn bị nhà 2.1.2 Phần mô 1.3 ĐỊNH LÝ CHUYỂN VỊ NGUỒN 1.3.2 Phần mô V 1.1 ĐỊNH LUẬT PHÂN CHIA DỊNG ĐIỆN 1.1.2 Phần mơ III BÀI 1: MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT TRONG MẠCH ĐIỆN I 2.2 NGUỒN ĐỐI XỨNG, TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG NỐI SAO 21 II | MỤC LỤC 2.2.1 Phần chuẩn bị nhà 2.2.2 Phần mô 21 23 2.3 NGUỒN ĐỐI XỨNG, TẢI ĐỐI XỨNG NỐI TAM GIÁC 25 25 27 2.3.1 Phần chuẩn bị nhà 2.3.2 Phần mô 2.4 NGUỒN ĐỐI XỨNG, TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG NỐI TAM GIÁC 29 29 31 2.4.1 Phần chuẩn bị nhà 2.4.2 Phần mô BÀI 3: ĐẶC TUYẾN BIÊN TẦN-PHA TẦN CỦA MẠCH CỘNG HƯỞNG, MẠCH LỌC R-L-C .33 3.1 MẠCH CỘNG HƯỞNG 3.1.1 Phần chuẩn bị nhà 33 35 38 3.1.2 Phần mô 3.2 MẠCH LỌC R-L-C 33 3.2.1 Phần chuẩn bị nhà 3.2.2 Phần mô 38 39 BÀI 4: Q TRÌNH Q ĐỘ TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH 43 4.1 MẠCH QUÁ ĐỘ CẤP MỘT R-C .43 4.1.1 Phần chuẩn bị nhà 4.1.2 Phần mô 43 45 4.2 MẠCH QUÁ ĐỘ CẤP HAI R-L-C 48 48 50 4.2.1 Phần chuẩn bị nhà 4.2.2 Phần mô HƯỚNG DẪN > III HƯỚNG DẪN MƠ TẢ MƠN HỌC Thí nghiệm mơ mạch điện môn học nhằm kiểm chứng định luật mạch điện chiều, xoay chiều pha, xoay chiều ba pha, mô mạch điện xác định chế độ mạch điện có phần tử R,L,C NỘI DUNG MÔN HỌC − Bài Kiểm chứng định luật mạch điện: giúp sinh viên kiểm chứng 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 mạch điện xoay chiều ba pha: giúp sinh viên phân tích chế độ làm việc mạch xoay chiều ba pha với tải đối xứng không đối xứng nối sao, nối tam giác Khảo sát chế độ độ mạch điện − Bài 3: Đặc tuyến biên-tần, pha-tần mạch cộng hưởng, mạch lọc R-L-C: giúp sinh viên khảo sát tượng cộng hưởng mạch R,L,C mắc nối tiếp song song, xác định tần số cộng hưởng ωo, hệ số phẩm chất Q, tần số cắt, giản đồ Bode… Khảo sát dạng sóng đặc tuyến biên tần-pha tần, đặc tuyến tần số phần tử R,L,C mạch điện − Bài 4: Quá trình độ mạch tuyến tính: giúp sinh viên khảo sát trình độ với mạch độ cấp R-C, độ cấp R-L, độ cấp hai R-L-C KIẾN THỨC TIỀN ĐỀ Sinh viên phải nắm vững lý thuyết giải tích mạch điện sử dụng phần mềm Orcad Pspice YÊU CẦU MÔN HỌC Người học phải dự học đầy đủ buổi lên lớp làm tập đầy đủ nhà IV | HƯỚNG DẪN CÁCH TIẾP NHẬN NỘI DUNG MÔN HỌC Để học tốt mơn này, sinh viên cần tính tốn, giải tập mạch điện trước thực mô So sánh kết mô tính tốn PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ MƠN HỌC Mơn học đánh giá gồm: − Điểm trình: 30% Hình thức nội dung Giáo viên định, phù hợp với quy chế đào tạo tình hình thực tế nơi tổ chức học tập − Điểm thi: 70% Hình thức mơ mạch điện máy tính gồm tập thuộc thứ đến thứ tư nộp báo cáo thí nghiệm SỬ DỤNG ORCAD PSPICE > V SỬ DỤNG ORCAD PSPICE A VẼ SƠ ĐỒ MẠCH TRONG ORCAD CAPTURE CIS Khởi động chương trình Capture CIS Từ hình Windows, nhấp vào biểu tượng để khởi động chương trình Orcard Pspice Từ hình Orcard Capture, đưa trỏ vào cơng cụ, nhấp chuột vào File/New/Project, xuất hộp thoại New Project, nhập tên project cần chạy chương trình mơ đường dẫn để lưu file, đánh dấu vào mục Analog or Mixed A/D, sau nhấp OK Khi đó, xuất tiếp hộp thoại Create PSpice Project, đánh dấu vào mục Create a Blank Project, sau nhấp OK VI | SỬ DỤNG ORCAD PSPICE Các bước cần thực để vẽ sơ đồ mạch a) Chọn linh kiện để vẽ mạch - Trên 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 khơng tìm thấy linh kiện, nhấp vào mục Add Library, chọn thư mục Pspice mục Look in, chọn tất linh kiện để bổ sung vào thư viện SỬ DỤNG ORCAD PSPICE > VII Lưu ý: chọn nguồn nối mass phải đồng để chạy mô 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 chiều Vdc Source.olb Nguồn áp xoay chiều Vac Source.olb Nguồn áp sin Vsin Source.olb Nguồn dòng chiều Idc Source.olb Nguồn dịng xoay chiều Iac Source.olb Nguồn xung vng 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: đại lượng cần chọn để mô phải tương ứng với thư viện nêu 42 | BÀI 3: ĐẶC TUYẾN BIÊN TẦN – PHA TẦN CỦA MẠCH CỘNG HƯỞNG, MẠCH LỌC R-L-C Thay nguồn Vac nguồn Vsin hình 3.2d Chọn chế độ phân tích Transient với thời gian chạy khoảng 0.5s Khảo sát vẽ dạng sóng tín hiệu vào, cuộn dây L1 mạch R1 100 L1 V2 VOFF = VAMPL = FREQ = 10 1H (Hình 3.2d) Dạng sóng điện áp cuộn dây L1 f) Nhận xét độ dịch pha tín hiệu vào BÀI 4: QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH > 43 BÀI 4: Q TRÌNH Q ĐỘ TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH Sau học xong này, học viên có thể: - Nắm dạng sóng q trình khảo sát q độ cấp 1, cấp mạch gồm phần tử R, L, C với thời tương ứng - Tùy theo tương quan điện trở R mạch điện trở tới hạn Rth , ta khảo sát chế độ mạch độ 4.1 MẠCH QUÁ ĐỘ CẤP MỘT R-C 4.1.1 Phần chuẩn bị nhà Xác định điện áp tụ C1 uc(t) dịng điện mạch ic(t) Vẽ dạng sóng tụ C1 ứng với hai trường hợp tụ C1=200µF C1=30µF mạch điện hình 4.1a R1 TCLOSE = 0.1 U1 V1 1k 5Vdc C1 (Hình 4.1a) 44 | BÀI 4: QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MẠCH TUYN TNH ã T in C1 = 200àF • Tụ điện C1 = 30µF BÀI 4: QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH > 45 4.1.2 Phần mơ a) Vẽ Orcad – Pspice sơ đồ mạch điện hình 4.2a ứng với trường hợp:  C1 = 200µF  C1 = 30µF b) Chọn chế độ phân tích Transient với thời gian chạy 2s c) Chạy mô vẽ dạng sóng điện áp tụ C1; dòng điện mạch ứng với hai trường hợp ca t C1 ã T C1 = 200àF Dng súng điện áp tụ Dạng sóng dịng điện mạch 46 | BÀI 4: QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MCH TUYN TNH ã T C1 = 30àF Dng súng điện áp tụ Dạng sóng dịng điện mạch Thay nguồn chiều Vdc nguồn xung vuông Vpulse với thơng số mạch điện hình 4.1b Chọn chế độ phân tích Transient, thời gian chạy 2s Khảo sát vẽ dạng sóng điện áp tụ C1 dòng điện mạch TCLOSE = 0.1 V1 = V2 = V1 TD = TR = TF = PW = 100m PER = 200m R1 1k K1 C1 200u (Hình 4.1b) BÀI 4: Q TRÌNH Q ĐỘ TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH > 47 Dạng sóng điện áp tụ Dạng sóng dịng điện mạch d) Nhận xét đồ thị tính tốn số thời gian mạch 48 | BÀI 4: QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH 4.2 MẠCH QUÁ ĐỘ CẤP HAI R-L-C 4.2.1 Phần chuẩn bị nhà Xác định điện áp tụ C1 uc(t) dòng điện mạch ic(t) Vẽ dạng sóng tụ C1 ứng với trường hợp điện trở R1=80Ω, R1=Rth R1=0,4Ω mạch điện hình 4.2a TCLOSE = 50m K1 5Vdc R1 C1 1m V1 L1 10m (Hình 4.2a) • Điện trở R1 = 80Ω BÀI 4: Q TRÌNH Q ĐỘ TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH > • Điện trở R1 = Rth = ………………… 49 Ω • Điện trở R1 = 0,4Ω 50 | BÀI 4: QUÁ TRÌNH Q ĐỘ TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH 4.2.2 Phần mơ a) Vẽ Orcad – Pspice sơ đồ mạch với R1 = 80Ω b) Chọn chế độ phân tích Transient, thời gian chạy 1s c) Chạy mơ vẽ dạng sóng điện áp tụ C1 dịng điện mạch với trường hợp: •  Chế độ không dao động R1 = 80Ω  Chế độ tới hạn R1 = Rth =  Chế độ dao động R1 = 0.4Ω ………………… Ω Chế độ khơng dao động R1 = 80Ω Dạng sóng điện áp tụ Dạng sóng dịng điện mạch BÀI 4: Q TRÌNH Q ĐỘ TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH > • Chế độ tới hạn R1 = Rth = ………………… Ω Dạng sóng điện áp tụ Dạng sóng dịng điện mạch • Chế độ dao động R1 = 0.4Ω Dạng sóng điện áp tụ 51 52 | BÀI 4: Q TRÌNH Q ĐỘ TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH Dạng sóng dịng điện mạch d) Nhận xét đồ thị tính tốn số thời gian mạch Thay nguồn chiều Vdc nguồn xung vuông Vpulse với thơng số mạch điện hình 4.2b Chọn chế độ phân tích Transient, thời gian chạy 100s Khảo sát vẽ dạng sóng điện áp tụ C1 dòng điện mạch ứng với trường hợp:  Chế độ không dao động R1 = 20Ω  Chế độ tới hạn R1 = Rth =  Chế độ dao động R1 = 0.4Ω ………………… Ω BÀI 4: QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH > TCLOSE = 2 U1 R1 C1 V1 = V2 = TD = TR = TF = PW = PER = L1 V1 (Hình 4.2b) • Chế độ khơng dao động R1 = 20Ω Dạng sóng điện áp tụ Dạng sóng dịng điện mạch 53 54 | BÀI 4: QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH • Chế độ tới hạn R1 = Rth= ………………… Ω Dạng sóng điện áp tụ Dạng sóng dịng điện mạch • Chế độ dao động R1 = 0.4Ω Dạng sóng điện áp tụ BÀI 4: QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH > 55 Dạng sóng dịng điện mạch e) Nhận xét đồ thị