PSIM gồm 3 chương trình (hình 3.1):
- PSIM Schematic: Chương trình thiết kế, soạn thảo mạch nguyên lý (kết quả cho file với đuôi *.sch).
- PSIM Simulator: Chương trình mô phỏng mạch nguyên lý (cho kết quả có đuôi là *.txt).
- SIMVIEW: Chương trình vẽ dạng sóng kết quả mô phỏng, phân tích sóng.
Hình 3.1: Các chƣơng trình PSIM
Để mô phỏng mạch điện trong PSIM dùng 4 khối (hình 3.2): - Power Circuit – Mạch điện
PSIM Schematic
PSIM Simulator
30 - Control Circuit – Mạch điều khiển
- Switch Controllers – Điều khiển đóng cắt mạch điện - Sensors – Các cảm biến
Hình 3.2: Cấu trúc các khối chƣơng trình PSIM 3.1.2.Các đối tƣợng của phần mềm:
Phần mềm PSIM là một công cụ hữu hiệu hỗ trợ cho các SV, HS thiết kế, phân tích các mạch và hệ thống ĐTCS, giúp hiểu rõ hơn và tiếp cận với việc mô phỏng mạch ĐTCS một cách trực quan và dễ dàng.
Phần mềm hỗ trợ mô phỏng khá mạnh nên được các giáo viên đánh giá cao trong môi trường giảng dạy, công cụ soạn bài giảng, bài thí nghiệm, nghiên cứu ứng dụng của ĐTCS ở các trường đại học, CĐ, dạy nghề.
3.2 Hƣớng dẫn cơ bản sử dụng phần mềm.
Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu các giao diện và cấu trúc, tổ chức phần mềm. Từng bước làm quen với việc sử dụng phần mềm.
3.2.1 Giao diện chính của phần mềm:
Sau khi khởi động, giao diện chính của chương trình và nháy chuột vào biểu tượng New , màn hình mới sẽ hiện ra (hình 3.3). Giao diện người sử dụng của PSIM như sau:
Power Circuit
Switch
Controllers Sensors
31
Hình 3.3: Giao diện thiết kế của chƣơng trình PSIM
Đây là giao diện chính để thiết kế, soạn thảo mạch nguyên lý. Dưới đây tác giả xin mô tả giao diện đó:
Thanh công cụ hệ thống (System toolbar):
Thanh có các nút thực hiện các chức năng chung như tạo một mạch điện mô phỏng mới, mở một mạch điện mô phỏng đã tạo trước đó có trên đĩa …
Thanh công cụ (The Toolbar):
Ta có thể chọn hầu hết các lệnh để ch nh sửa mạch trên Thanh công cụ này. Tuy nhiên các lệnh trên Thanh công cụ cũng nằm trong Trình đơn hoặc có thể sử dụng bằng các phím tắt. Chi tiết các lệnh trên thanh công cụ:
Mở một tập tin sơ đồ nguyên lý mới.
Mở một tập tin sơ đồ nguyên lý sẵn có trong máy tính.
Lưu sơ đồ nguyên lý đang sử dụng. Bạn sẽ thuận lợi hơn nếu thường xuyên lưu trữ lại mạch đang làm nhằm tránh tình trạng mất dữ liệu khi máy tính tắt đột xuất.
32 In sơ đồ nguyên lý đang hiển thị.
Cắt, sao chép, dán các linh kiện hoặc các chữ được lựa chọn. Quay các linh kiện hoặc các chữ được lựa chọn, mỗi lượt 900.
Lấy đối xứng linh kiện được chọn theo chiều ngang, thẳng đứng. Sử dụng nút lệnh này để vẽ dây nối cho sơ đồ nguyên lý.
Nhãn.
Khi nút này được nhấn vào, bạn có thể sử dụng con trỏ để di chuyển các linh kiện, dây nối hoặc các chữ, thuận lợi trong việc sắp xếp lại sơ đồ nguyên lý theo ý muốn.
Lấy thêm 1 bản sao của linh kiện trước đó mà bạn đã chọn với cùng các tham số.
Phóng to, thu nhỏ sơ đồ nguyên lý trong cửa sổ chương trình. Chạy mô phỏng sơ đồ mạch nguyên lý.
Chạy dạng sóng của sơ đồ nguyên lý.
Thêm các chú thích vào sơ đồ nguyên lý hay kết quả phân tích.
Thanh công cụ các linh kiện:
Gồm các mẫu linh kiện, ta có thể lấy các linh kiện được liệt kê trong bảng như tụ điện, điện trở, điện cảm… trực triếp bằng cách kích vào nó mà không phải vào thư viện.
Nối đất Điện trở
Điện cảm Điện dung Điot
Nguồn điện áp một chiều DC Nguồn điện áp hình sin Nguồn điện áp xung tam giác Nguồn điện áp xung vuông Nguồn điện áp bước
33
3.2.2 Thao tác với linh kiện trong PSIM:
Sau khi khởi động PSIM, để soạn thảo, thiết kế mạch nguyên lý, ta tiến hành thao tác với các linh kiện.
Có hai cách để chọn ra các linh kiện phục vụ thiết lập mạch điện nguyên lý:
Cách 1: Sử dụng thực đơn Element.
Vào Element chọn chủng loại linh kiện tên linh kiện.
Ví dụ:chọn linh kiện là điện trở (Resister) ta làm như sau (hình 4.4): Vào Element chọn Powerchọn RLC Branches chọn Resister. Thyristor
MOSFET IGBT
Cầu ch nh lưu một pha Cầu ch nh lưu ba pha Khối đóng cắt
Đóng, cắt có điều khiển
Đầu đo điện áp(giữa điểm đo và đất)
Đầu đo điện áp (giữa hai điểm đo)
Đầu đo dòng điện
Cảm biến điện áp Cảm biến dòng điện Khối tỷ lệ Khối tích phân Khối tổng và hiệu Khối tổng Khối so sánh Khối giới hạn Khối cổng đảo Khối nhân Khối chia
34
Hình 3.4: Chọn linh kiện điện trở trong thực đơn Element
Cách 2: Sử dụng thanh công cụ các linh kiện.
Di chuyển con trỏ màn hình đến vị trí (điện trở) trên thanh công cụ các linh kiện ở phía dưới.
Chú ý: - Để hủy bỏ lệnh ta ấn Esc trên bàn phím. - Để quay linh kiện ta click chuột phải.
Các thông số của mỗi phần tử mạch điện được cài đặt nhờ ba hộp thoại (hình 3.5), khi click đúp chuột trái lên trên linh kiện. Trên các hộp thoại này có
Parameters – Các thông số, Other Info – Các thông tin khác và Color – Màu sắc. Hộp thoại các thông số sẽ được dùng để cài đặt giá trị cho các linh kiện khi thiết kế mạch.
Hộp thoại các thông tin khác ch để hiển thị các thông tin như: nhà sản xuất, số mã hiệu, tên thiết bị… qua ViewElement List.
35
Hình 3.5: Hộp thoại cài đặt linh kiện: (a) Hộp thoại Parameters
(b) Hộp thoại Other Info (c) Hộp thoại Color
Trên cửa sổ Parameters – Các thông số có thể được đưa vào dạng số thập phân hoặc biểu thức toán học, ví dụ như:
12.5, 12.5k, 12.5Ohm, 12.5kOhm, 25/2Ohm, R1+R2, R1*0.5+(Vo+0.7)/Io… Chú ý: Trong PSIM, để biểu diễn phần thập phân ta dùng dấu “.” thay cho việc dùng dấu “,”.
3.2.3 Các đơn vị đo trong PSIM:
Khi thay đổi các tham số hay các giá trị cho một linh kiện, ta có thể sử dụng các chữ viết tắt có định dạng như sau:
p = pico = 10-12 T = tera = 1012 n = nano = 10-9 G = giga = 109 = micro = 10-6 M = mega = 106 m = milli = 10-3 k = kilo = 103
Ví dụ: ta nhập giá trị 1 điện trở là: 1M thay vì nhập 1.000.000 (ohm).
Chú ý: khi nhập giá trị sử dụng các chữ viết tắt ta phải phân biệt chữ hoa và
chữ thường, đồng thời không có khoảng trống giữa chữ và số trước đó.
3.2.4 Hàm toán học trong PSIM:
Các hàm toán học được dùng: + phép cộng
36 - phép trừ * phép nhân / phép chia ^ hàm số mũ (ví dụ 3^2 = 3*3) SQRT hàm căn bậc hai SIN hàm sin COS hàm cos ASIN hàm arsin ACOS hàm arcos TAN hàm tang ATAN hàm artang
ATAN2 hàm artang (- atan2(y,x) ) SINH hàm sin hypecbol
COSH hàm cos hypecbol
EXP hàm mũ cơ số e (ví dụ EXP(x) = ex)
LOG hàm logarit cơ số e ( ví dụ LOG(x) = ln(x)) LOG10 hàm logarit cơ số 10
ABS hàm giá trị tuyệt đối
SIGN hàm dấu (ví dụ SIGN(1,2) = 1: SIGN(-1,2) = -1)
3.3 Thực hành mô phỏng ĐTCS
Trong phần này, giới thiệu mô tả cách đặt và nối các phần tử trong mạch mô phỏng ĐTCS bằng PMMP PSIM 9.0. Bước đầu tiên là chọn các linh kiện mà ta sử dụng, đặt chúng vào cửa sổ mạch thiết kế ở những vị trí và hướng mong muốn, nối dây chúng lại với nhau, và chuẩn bị những điều kiện khác cho việc thiết kế.
3.3.1 Mô phỏng mạch chỉnh lƣu cầu một pha.
Nguồn xoay chiều 220V AC, 50Hz. Điện áp trên Diot khi dẫn là 1V. Vẽ dạng sóng điện áp nguồn vào và điện áp ra trên tải, dòng điện tải trong trường hợp:
37 Với sơ đồ nguyên lý:
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lƣu cầu một pha
Thực hiện:
Bước 1: Khởi động PSIM, bằng cách vào Start -> All Programs -> PSIM 9.0
-> chọn PSIM
Hình 3.7: Khởi động phần mềm
Cửa sổ soạn thảo mạch nguyên lý mở ra như sau:
Hình 3.8: Mở cửa sổ soạn thảo
Bước 2: Tạo một trang soạn thảo mới bằng cách chọn File -> New
D2 D1 U ~ D3 L D4 R
38
hoặc dùng con chuột nhấn vào nút ở góc trên bên trái Cửa sổ soạn thảo có dạng:
Hình 3.9: Tạo trang soạn thảo mới
Bước 3: Soạn thảo mạch:
- Lấy nguồn xoay chiều: Vào Elements -> Sources -> Voltage chọn Sine (nguồn xoay chiều một pha hình sin)
Hình 3.10: Chọn nguồn xoay chiều một pha hình sin trong thực đơn Element
Dùng chuột, đưa phần tử nguồn đến vị trí gần góc trên bên trái, xoay phần tử nguồn bằng cách ấn , ta được hình dưới:
39
Hình 3.11: Xoay phần tử nguồn
Kích đúp vào ký hiệu nguồn vừa đặt vào của sổ soạn thảo, cửa sổ VSIN gán thông số cho nguồn này mở ra, đánh thông số nguồn như hình dưới đây:
Hình 3.12: Đặt thông số cho nguồn xoay chiều một pha hình sin
Đóng cửa sổ lại.
- Lấy điot: Vào Elements -> Power -> Switches -> chọn Diode
Hình 3.13: Chọn Diode trong thực đơn Element
40
Hình 3.14: Đặt vị trí Diode
Kích đúp lên linh kiện Diot rồi gán thông số như sau:
Hình 3.15: Đặt thông số cho Diode
Đóng cửa sổ DIODE lại.
Tương tự ta lấy được D2, D3, D4.
Hình 3.16: Cửa sổ soạn thảo sau khi đặt nguồn và diode
41
Hình 3.17: Chọn tải RL trong thực đơn Element
kích chuột phải để xoay nhánh RL, rồi đặt gần nguồn sin và Diot như sau:
Hình 3.18: Cửa sổ soạn thảo sau khi đặt tải RL
Kích đúp lên nhánh RL, gán thông số như sau:
Hình 3.19: Đặt thông số cho tải RL
- Khi chọn cờ dòng (Current Flag) bằng “1” thì chương trình sẽ lưu giá trị dòng điện chạy qua nhánh RL, nhờ đó ta có thể dùng để xem dạng sóng dòng điện chạy qua tải RL. Đóng cửa sổ lại.
42
Hình 3.20: Chọn bút vẽ trong thực đơn Edit
hoặc nhấn chuột trái chọn nút trên thanh công cụ Toolbar. Dùng bút vẽ dây này để nối các phần tử như sau
Hình 3.21: Sơ đồ soạn thảo sau khi kết nối
- Thêm thế “0” cho dụng cụ đo điện áp: Kích chuột trái vào nút ở góc dưới bên trái màn hình, hoặc vào Elements -> Other -> Chọn Ground.
Hình 3.22: Chọn nối đất trong thực đơn Elements
43
Hình 3.23: Sơ đồ mạch sau khi nối đất
- Thêm đồng hồ đo điện áp: kích chuột trái vào nút ở giữa dưới màn hình trên thanh Elements Toolbar, hoặc vào Elements -> Other -> Probes -> chọn Voltage Probe:
Hình 3.24: Chọn đồng hồ đo điện áp trong thực đơn Elements
44
Hình 3.25: Sơ đồ mạch sau khi đặt đồng hồ đo điện áp
đặt tên cho các đồng hồ bằng cách kích đúp lên mỗi đồng hồ rồi gán thông số như sau:
Hình 3.26: Gán thông số cho các đồng hồ đo điện áp
45
Hình 3.27: Mạch soạn thảo sau khi đặt thông số
Bước 4: Lưu file chứa mạch nguyên lý vừa tạo bằng cách vào File -> Save
as, đặt tên file là untitled1
Bước 5: Mô phỏng
- Cài cặt chế độ mô phỏng: Vào Simulate -> chọn Simulation Control
Hình 3.28: Chọn chế độ mô phỏng
Đặt bảng điều khiển mô phỏng như sau (đặt ở đâu cũng được, miễn nó nằm trong trang soạn thảo là được) rồi gán các thông số như sau:
Hình 3.29: Đặt thời gian chạy mô phỏng
46
- Chạy mô phỏng: Vào Simulate -> chọn Run Simulation, hoặc ấn F8
Hình 3.30: Chọn mô phỏng từ thực đơn Simulate
hoặc dùng chuột trái chọn nút trên thanh Toolbar.
Chương trình PSIM Simulator sẽ tiến hành mô phỏng mạch, rồi tự động gọi chương trình SIMVIEW hiển thị các dạng sóng.
Cửa sổ cho phép chọn sóng muốn hiển thị hiện ra
Hình 3.31: Cửa sổ chọn sóng muốn hiển thị
Kích đúp lên Vn để hiển thị sóng áp vào trên đồ thị
Hình 3.32: Chọn sóng Vn muốn hiển thị
rồi chọn OK.
47
Hình 3.33: Giản đồ sóng điện áp nguồn Vn
chọn nút , hoặc vào Screen -> chọn Add Screen để hiển thị thêm sóng điện áp của D2, và tải R-L và dòng điện qua tải I(RL1)
kích đúp lên Vk, Va rồi ấn OK, tương tự với Vtai và I(RL1), ta được:
Hình 3.34: Chọn sóng điện áp Va, Vk, Vtai và I
48
Hình 3.35: Giản đồ điện áp Va, Vk
Sóng dòng điện và điện áp tải hiện ra như sau:
49
3.3.2 Mô phỏng mạch chỉnh lƣu có điều khiển dùng Thyristor 1 pha ½ chu kỳ.
Nguồn xoay chiều 100V AC, 50Hz. Điện áp trên Thyristor khi dẫn là 2V. Vẽ dạng sóng điện áp nguồn vào và điện áp ra trên tải, dòng điện tải trong hai trường hợp:
- Tải R-L-E với R = 10, L = 0,01H; E = 0V. - Tải R-L-E với R = 10, L = 0,01H; E = 50V. Với sơ đồ nguyên lý:
Hình 3.37: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lƣu có điều khiển dùng Thyristor 1 pha ½ chu kỳ
Thực hiện:
Bước 1,2: Làm tương tự như ví dụ trên
Bước 3: Vẽ mạch
- Lấy nguồn xoay chiều: Vào Elements -> Sources -> Voltage chọn Sine (nguồn xoay chiều một pha hình sin)
Hình 3.38: Chọn nguồn xoay chiều một pha hình sin trong thực đơn Element
Kích đúp vào ký hiệu nguồn vừa đặt vào của sổ soạn thảo, cửa sổ VSIN gán thông số cho nguồn này mở ra, đánh thông số nguồn như hình dưới đây:
U ~
R L
THY1
50
Hình 3.39: Đặt thông số cho nguồn xoay chiều một pha hình sin
Đóng cửa sổ lại.
- Lấy tải R-L đưa vào cửa sổ soạn thảo như sau: Vào Elements -> Power -> RLC Branches -> chọn RL
Hình 3.40: Chọn tải RL trong thực đơn Element
Kích chuột phải để xoay nhánh RL, dùng chuột đưa phần tử RL đến vị trí gần góc trên bên trái. Kích đúp chuột phải vào phần tử RL rồi gán thông số như sau:
Hình 3.41: Đặt thông số cho tải RL
khi chọn cờ dòng (Current Flag) bằng “1” thì chương trình sẽ lưu giá trị dòng điện chạy qua nhánh RL, nhờ đó ta có thể dùng để xem dạng sóng dòng điện chạy qua tải RL. Đóng cửa sổ lại.
51
- Lấy Thyristor đưa vào cửa sổ soạn thảo như sau: Vào Elements -> Power - > Switches -> chọn Thyristor.
Hình 3.42: Chọn Thyristor trong thực đơn Element
- Lấy nguồn một chiều để mô phỏng sức phản điện động của tải: Elements -> Sources -> Voltage -> chọn DC.
Hình 3.43: Chọn nguồn DC trong thực đơn Element
Kích đúp vào ký hiệu nguồn sin, THY, RL và nguồn DC (tải sức phản điện động) rồi gán thông số như sau:
52
Dùng bút vẽ dây điện nối mạch điện như sau:
Hình 3.45: Mạch chỉnh lƣu có điều khiển dùng Thyristor 1 pha ½ chu kỳ sau khi kết nối
- Lấy cảm biến điện áp: Elements -> Other -> Sensors -> chọn Voltage Sensor.
Hình 3.46: Chọn cảm biến điện áp trong thực đơn Element
- Lấy bộ so sánh: Elements -> Control -> chọn Comparator.
Hình 3.47: Chọn bộ so sánh trong thực đơn Element
- Lấy bộ điều khiển góc mở cho Thyristor: Vào Elements -> Other ->