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 -> Switch Controllers -> chọn Alpha Controller.
53
Hình 3.48: Chọn bộ điều khiển góc mở cho Thyristor trong thực đơn Element
- Lấy 1 nguồn áp một chiều làm tín hiệu điều khiển góc mở.
Hình 3.49: Chọn nguồn áp một chiều trong thực đơn Element
- Tạo tín hiệu cho phép bộ điều khiển góc mở làm việc, sử dụng nguồn bước nhảy Step:
Hình 3.50: Chọn bộ tạo tín hiệu cho phép bộ điều khiển góc mở của thyristor trong thực đơn Element
- Gán thông số cho bộ điều khiển và góc mở VDC với góc mở của Thyristor là = 30o như sau:
54
Hình 3.51: Đặt thông số cho bộ điều khiển và góc mở VDC
- Lấy tín hiệu nối đất GROUND đặt ở các ví trí như hình dưới đây:
Hình 3.52: Lấy tín hiệu nối đất GROUND
- Nối dây, dùng bút nối dây ta được:
Hình 3.53: Giao diện sau khi kết nối bộ so sánh, cảm biến
- Thêm các đồng hồ đo điện áp tại đầu vào nguồn và đầu ra tải (làm tương tự như ví dụ 1).
55
Hình 3.54: Giao diện sau khi thêm các đồng hồ đo điện áp
Bước 4: Lưu file chứa mạch nguyên lý vừa tạo bằng cách vào File -> Save
as, đặt tên file là untitled2.
Bước 5: Mô phỏng:
- Cài cặt chế độ mô phỏng Vào Simulate -> chọn Simulation Control
Hình 3.55: 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:
56 Ở đây đặt thời gian mô phỏng là 0.1s
- Chạy mô phỏng: Vào Simulate -> chọn Run Simulation, hoặc ấn F8
Hình 3.57: Chọn chế độ mô phỏng trong 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, sau đó kích đúp lên Vd và Vs để hiển thị sóng áp vào và ra trên cùng một đồ thị
Hình 3.58: Chọn sóng Vs cần hiển thị
rồi chọn OK.
Sóng điện áp nguồn Vs (màu xanh) và sóng điện áp trên tải Vd (màu đỏ) sẽ hiển thị trên cùng một đồ thị như sau:
57
Hình 3.59: Giản đồ sóng nguồn và điện áp tải
chọn nút , hoặc vào Screen -> chọn Add Screen để hiển thị thêm sóng dòng điện chạy qua tải, kích đúp lên I(RL1), rồi ấn OK. Sóng dòng điện chạy qua tải hiện ra như sau:
Hình 3.60: Giản đồ sóng điện áp ra trên tải
- Thay đổi tải R = 10, L = 0,01H, E = 50V (có sức phản điện động tải) Trở lại trang soạn thảo mạch, kích đúp lên nguồn E rồi gán thông số:
Hình 3.61: Đặt lại thông số cho nguồn 1 chiều
Nhấn F8 để chạy mô phỏng lại ta được kết quả khi tải có sức phản điện động dương và bằng 50V như sau:
58
Hình 3.62: Giản đồ sóng điện áp và dòng ra trên tải sau khi thay đổi giá trị nguồn 1 chiều
3.3.3 Mô phỏng mạch điều khiển điện áp xoay chiều một pha.
Nguồn xoay chiều 220V 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 với R = 10, L = 0 H. - Tải R-L với R = 10, L = 0,01H. Với sơ đồ nguyên lý:
Hình 3.63: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển điện áp xoay chiều một pha
Thực hiện:
Bước 1, 2: làm tương tự như ví dụ 1
Bước 3: Vẽ mạch:
- Lấy nguồn xoay chiều hình sin một pha, Thyristor T1, T2, tải R-L đưa vào cửa sổ soạn thảo như ví dụ 1.
Kích đúp vào ký hiệu nguồn sin, T1, T2 và RL rồi gán thông số: T2
R T1
U~
59
Hình 3.64: Đặt thông số cho nguồn sin, T1, T2
Dùng bút vẽ dây điện nối mạch điện, ta được hình như sau:
Hình 3.65: Sơ đồ mạch điều khiển điện áp xoay chiều một pha sau khi kết nối
- Lấy cảm biến điện áp, bộ so sánh, bộ điều khiển góc mở cho Thyristor, một nguồn áp một chiều làm tín hiệu điều khiển góc mở, lấy nguồn bước nhảy Step, lấy tín hiệu nối đất GROUND như ví dụ 1.
- Gán thông số cho bộ điều khiển và góc mở VDC với góc mở của Thyristor là = 30o như ví dụ 1.
- Thêm các đồng hồ đo điện áp tại đầu vào nguồn và đầu ra tải (làm tương tự như ví dụ 1).
60
Hình 3.66: Sơ đồ mạch điều khiển điện áp xoay chiều một pha sau khi kết nối cảm biến điện áp, bộ so sánh, bộ điều khiển góc mở
Bước 4: Lưu file chứa mạch nguyên lý vừa tạo bằng cách vào File -> Save
as, đặt tên file là untitled3.
Bước 5: Mô phỏng:
- Làm tương tự ví dụ 1.
- Cửa sổ cho phép chọn sóng muốn hiển thị hiện ra, sau đó kích đúp lên Vn và Vtai để hiển thị sóng áp vào và ra trên cùng một đồ thị
Hình 3.67: Chọn sóng điện áp nguồn và điện áp tải muốn hiển thị
rồi chọn OK.
- Chọn nút , hoặc vào Screen -> chọn Add Screen để hiển thị thêm sóng dòng điện chạy qua tải, kích đúp lên I(RL1), rồi ấn OK. Khi đó sóng điện áp nguồn
61
Vs (màu đỏ) và sóng điện áp trên tải Vtai (màu xanh) và sóng dòng điện chạy qua tải sẽ hiển thị trên cùng một đồ thị như sau:
Hình 3.68: Giản đồ sóng dòng điện tải, điện áp nguồn và điện áp tải
- Thay đổi tải R = 10, L = 0,01H.
Trở lại trang soạn thảo mạch, kích đúp lên tải RL rồi gán thông số cho L Nhấn F8 để chạy mô phỏng lại ta được kết quả khi tải có L = 0,01 H như sau:
Hình 3.69: Giản đồ sóng dòng điện tải, điện áp nguồn và điện áp tải sau khi thay đổi L
62
3.4 Thực nghiệm sƣ phạm
3.4.1 Mục đích và đối tƣợng thực nghiệm 3.4.1.1 Mục đích
Trên cơ sở của chương trình mô phỏng đã xây dựng, áp dụng vào quá trình giảng dạy, tiến hành thực nghiệm đối với sinh viên cao đẳng chuyên ngành trang bị điện – điện tử tại trường Cao đẳng công nghiệp Phúc Yên nhằm khẳng định giả thuyết của luận văn là đúng đắn: Áp dụng mô phỏng trong dạy học nhằm kích thích hứng thú học tập, phát tư duy kỹ thuật nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả đào tạo nghề.
Thu nhận và xử lý thông tin phản hồi về phương pháp và chương trình mô phỏng thông qua ý kiến chuyên gia, giáo viên và sinh viên từ đó rút ra kinh nghiệm cụ thể để đánh gia khả năng áp dụng các kết quả nghiên cứu của luận văn.
3.4.1.2 Đối tƣợng
Thực nghiệm được tiến hành trên 2 hệ đào tạo: Cao đằng và trung học chuyên nghiệp ngành trang bị điện – điện tử tại Trường Cao đẳng công nghiệp Phúc Yên. Cụ thể là các lớp:
Giáo viên dạy thực nghiệm: Trần Thị Thu Hường. - Lớp thực nghiệm CĐ4 K46 ( 25 sinh viên). - Lớp đối chứng CĐ5 K46 (25 sinh viên). Giáo viên Đối chứng: Trần Thị Thu Hà
- Lớp thực nghiệm A3 T46 ( 25 sinh viên). - Lớp đối chứng A5 T46 (25 sinh viên).
3.4.2 Nội dung và tiến trình thực nghiệm 3.4.2.1 Nội dung thực nghiệm