Tải bản đầy đủ

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

L Ờ I NÓI Đ Ầ U
Trong nh ững năm g ầ n đây, mô hình hóa tr ở  thành ph ươ ng pháp r ấ t  
hi ệ u   qu ả   trong   nghiên   c ứ u   khoa   h ọc,   trong   th ực   t ế   s ản   xu ất   cũng   nh ư  
trong ph ục v ụ  gi ảng d ạy và họ c t ậ p.

 Trên thị  trường thế  giới cũng đã xuất  

hiện rất nhiều phần mềm Thiết kế ­ Mô phỏng mạch điện tử công suất. Có thể  
kể   ra   các   phần   mềm   như   :  
PSIM

PSPICE,   TINA,   MATLAB,   SIMSEN,   SUCCES,  

… Các phần mềm này chính là công cụ để giúp các kỹ sư, các nhà sản xuất  

tối ưu hóa công việc của mình, từ đó tạo ra những sản phẩm điện tử chính xác,  
đáng tin cậy và giá thành thấp.
Ở  nhi ề u tr ườ ng Đ ạ i Họ c và Cao Đẳ ng vi ệ c mô phỏ ng m ạ ch điệ n t ử  

còn nhi ề u khó khăn vì thi ế u v ề  trang thi ết b ị  th ực hành. Nhi ề u thi ế t b ị  mô  
ph ỏ ng cũ, s ố  l ượ ng module ít nên không đáp  ứ ng đ ượ c h ế t các nhu c ầ u v ề  
gi ả ng d ạ y và h ọ c t ậ p.
Đ ồ  án môn hoc v ớ i đ ề  tài:  “Khai thác ph ầ n m ề m PSIM ­ mô ph ỏ ng  
m ạ ch đi ệ n t ử  công su ấ t”.  V ớ i nh ữ ng m ục tiêu sau:
­
­

Gi ớ i thi ệ u v ề ph ần m ềm và  ứ ng d ụ ng c ủ a ph ầ n m ề m PSIM
Giúp sinh viên s ử  d ụ ng ph ầ n m ềm này đ ể  hi ể u rõ h ơ n lý thuy ế t đã  
h ọ c.

­

Ph ụ c v ụ  cho m ục đích nghiên c ứ u,h ọ c t ậ p đ ể  nâng cao trình độ  c ủ a  
b ả n thân.
Đ ồ  án đ ượ c trình bày thành 5 ch ươ ng:


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn 
Đắc Nam

Ch ươ ng 1: T ổ ng quan v ề m ột s ố ph ần m ềm mô ph ỏ n gm ạ ch đi ệ n t ử  công 
su ấ t.
Ch ươ ng 2: Gi ớ i thi ệu v ề ph ần m ềm PSIM.
Ch ươ ng 3:  ứng d ụng ph ần m ềm PSIM mô phỏ ng m ạ ch ch ỉ nh l ưu có điề u 
khi ể n
Ch ươ ng 4: K ết lu ận và đ ề  xu ấ t.
Trong   quá   trình   làm   đ ồ   án,   v ớ i   s ự   tìm   tòi   và   nghiên   c ứ u   c ủ a   b ả n  
thân,   đ ặ c   bi ệ t   là   s ự   giúp   đỡ   r ấ t   nhi ệ t   tình   c ủ a   th ầ y     giáo   Nguy ễ n   Đ ắ c  
Nam chúng em đã hoàn thành đ ồ  án này. Do ki ế n th ức còn h ạ n ch ế  không  
tránh kh ỏ i nh ững thi ếu xót. Em r ấ t mong nh ận  đ ượ c s ự  đóng góp ý ki ế n  
c ủ a các th ầ y cô và các b ạ n đ ể  đồ  án c ủ a chúng em hoàn thi ệ n h ơ n.
Em xin chân thành c ả m  ơn!

2


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam



CHƯƠNG MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu về điện tử công suất
     Điện tử công suất (ĐTCS) là công nghệ biến đổi điện năng từ dạng 
này sang dạng khác trong đó các phần tử bán dẫn công suất đóng vai trò 
trung tâm.Bộ biến đổi điện tử công suất còn được gọi là bộ biến đổi tĩnh 
(static converter) để phân biệt với các máy điện truyền thống (electric 
machine) biến đổi điện dựa trên nguyên tắc biến đổi điện từ trường.
    Hiện nay rất nhiều thiết bị biến đổi công suất được đề xuất để phục vụ 
những yêu cầu ngày càng cao của cuộc sống. ĐTCS đã giúp cho việc sử 
dụng điện năng một cách hiệu quả, các linh kiện điện tử  công suất được 
sử dụng trong quá trình biến đổi cũng như điều khiển công suất: hiệu quả 
cao và tổn hao thấp trong lò cao tần, truyền tải điện DC. Các thiết bị ĐTCS  
mới hiện nay được cải tiến phát triển để nâng cao hiệu suất hơn nữa việc  
sử dụng năng lượng.
    ĐTCS đóng vai trò quan trọng trong các mô hình công nghệ và được thiết  
kế  để  điều khiển năng lượng. Dòng điện điện áp và đặc tính đóng ngắt 
của các linh kiện bán dẫn liên tục được hoàn thiện, phạm vi  ứng dụng  
ngày càng được mở  rộng như   trong chiếu sáng, bộ  nguồn,  điều khiển 
động cơ, tự động hóa công nghiệp, giao thông, lưu trữ  năng lượng, truyền 
tải điện đi xa. Hiệu suất cao và đặc điểm điều khiển chặt chẽ đã giúp cho  
ĐTCS có lợi thế hơn nhiều trong điều khiển động cơ  so với các hệ  thống 
điều khiển cơ  điện và điện tử  trước đây. Ngoài ra ĐTCS còn được  ứng 
dụng trong truyền tải điện DC (VHDC), trạm biến đổi công suất, hệ thống 
truyền tải   AC mềm dẻo flexible ac transmission system (FACTS), và bù 
công suất static­var compensators (SVC). Trong truyền tải sử dụng biến đổi 
DC/AC, bộ lọc tích cực, biến đổi tần số.
     Cuộc cách mạng đầu tiên trong ĐTCS bắt đầu vào năm 1948 với việc 
phát   minh   ra   silicon   transistor   tại   phòng   thí   nghiệm   Bell   Telephone 
Laboratories bởi Bardeen, Bratain, and Schockley. Phần lớn công nghệ điện 
tử  tiên tiến ngày nay dựa trên phát minh này, các mô hình microelectronics  
cũng được phát triển từ linh kiện bán dẫn này. Cuộc cách mạng thứ hai bắt  
đầu với việc phát triển của Thyristor trong công nghiệp bởi hãng General 
Electric Company vào năm 1958. Đây là khởi đầu của kỷ  nguyên mới của 
ĐTCS. Từ  đó đến nay có rất nhiều các linh kiện bán dẫn cũng như  công  
nghệ biến đổi được đề xuất và ứng dụng.
       Sử  dụng các bộ  biến đổi công suất trong hệ  thống điện, trong giao  
thông, trong luyện kim cũng như  các lĩnh vực công nghiệp khác đã tạo đà 
phát triển kinh tế rất lớn. Ví dụ ở Mỹ hiện nay có 70% năng lượng điện sử 
dụng được biến đổi từ  các bộ  biến đổi công suất. Kỹ  thuật biến đổi là  
ngành khoa học trẻ và đã đạt được thành công rất lớn, tuy nhiên ngày càng  
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 3


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam

nhiều bài toán được đặt ra  ở  phía trước, nó đòi hởi sự  phát triển hơn nữa 
cả về lý thuyết lẫn thực tế kỹ thuật biến đổi.
 2. Đối tượng nghiên cứu của Điện tử công suất.     
   
   ĐTCS chủ yếu nghiên cứu về các bộ  biến đổi công suất và các bộ khóa 
điện tử công suất lớn.
 

a. Bộ chỉnh lưu 

                 Chỉnh lưu là quá trình biến đổi năng lượng dòng điện xoay chiều  
thành năng lượng dòng điện một chiều. Chỉnh lưu là thiết bị  điện tử  công  
suất được sử dụng rộng rãi nhất trong thực tế. 

  Mạch chỉnh lưu được chia thành nhiều loại :
­
­

­

Theo số pha cấp cho mạch van : một pha, hai pha, ba pha, sáu pha …
Theo loại van bán dẫn trong 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 và tiristo ( mạch chỉnh lưu bán  
điều khiển )
Theo sơ đồ mắc các van với nhau : sơ đồ hình tia và sơ đồ hình cầu

b. Bộ biến đổi xung áp một chiều
        
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 4


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam

Bộ biến đổi điện áp một chiều dùng để biến đổi điện áp một chiều có trị 
trung bình không thay đổi được thành điện áp một chiều có trị trung bình 
thay đổi được .

  Phân loại bộ biến đổi xung áp một chiều 
­
­

­

Dựa vào cách mắc khoá điện tử : bộ biến đổi xung áp nối tiếp và bộ 
biến đổi xung áp song song.
Dựa vào điện áp đầu ra của bộ xung áp : bộ xung áp có điện áp đầu ra 
nhỏ hơn điện áp đầu vào ; bộ biến đổi xung áp có điện áp đầu ra lớn 
hơn điện áp đầu vào
Tuỳ vào dấu điện áp : bộ biến đổi xung áp không đảo chiều và bộ 
biến đổi xung áp có đảo chiều.

c. Bộ nghịch lưu ( biến tần )

 Bộ nghịch lưu được dùng để biến đổi điện áp một chiều thành điện áp 
xoay chiều. Bộ nghịch lưu là phần tử chính trong các bộ nguồn UPS ,biến 
tần gián tiếp.

  Đặc điểm của bộ nghịch lưu  :
­
­
­

­

Điện áp xoay chiều ngõ ra có trị hiệu dụng và tần số thay đổi được 
Nếu độ lớn của bộ nghịch lưu là không đổi thì điện áp ngõ ra được 
điều chỉnh bằng cách thay đổi trị trung bình của nguồn một chiều.
Điện áp xoay chiều ngõ ra thực tế không phải là tín hiệu sin chuẩn mà 
luôn có những thành phần sóng hài bậc cao ,các sóng hài bậc cao có 
thể được giảm bớt bằng kĩ thuật đóng ngắt.
Nếu nguồn DC có trị trung bình không đổi thì trị hiệu dụng của điện 
áp ngõ ra có thể thay đổi được bằng cách thay đổi độ lớn của bộ 
nghịch lưu 

Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 5


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam

  Ưng dụng bộ nghịch lưu  :
­

­
­

Bộ nghịch lưu được dùng làm thiết bị biến đổi trong biến tần gián 
tiếp, đây là một ứng dụng quan trọng và rộng rãi nhất của bộ nghịch 
lưu.
Dùng làm nguồn điện xoay chiều trong gia đình, nguồn điện liên tục 
UPS.
Dùng bù nhiễu công suất phản kháng.

  Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu  :
­
­
­
­

Phương pháp điều chế độ rộng xung ( PWM )
Phương pháp PWM  tối ưu
Phương pháp điều rộng ( bộ nghịch lưu áp một pha )
Phương pháp điều biên (Six­step)

  Biến tần :  
­

­
­

Biến tần dùng để biến đổi tần số điện áp xoay chiều có trị hiệu dụng 
và tần số không đổi thành điện áp xoay chiều có tần số và trị hiệu 
dụng thay đổi được.
Biến tần gồm 2 loại : biến tần gián tiếp và biền tần trực tiếp 
Biến tần được sử dụng rộng rãi trong điều khiển tốc độ động cơ xoay 
chiều theo phương pháp điều khiển tần số . Ngoài việc thay đổi tần 
số biến tần còn thay đổi tổng số pha .Với sự có mặt của biến tần ta có 
thể dùng động cơ ba pha trong lưới điện một pha. Ngoài ra bộ biến 
tần còn được sử dụng rộng rãi trong kĩ thuật nhiệt điện ,trong trường 
hợp này bộ biến tần dùng để cung cấp năng luợng cho các 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 được .

Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 6


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam
 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều được điều khiển bằng hai phương 

pháp : điều khiển pha và điều khiển tỷ lệ thời gian .
 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều thường được sử dụng để điều khiển 
công suất tiêu thụ của tải như trong hệ thống điều khiển nhiệt độ lò 
,trong các máy nước nóng ,bếp điện ,điều khiển tốc độ động cơ quạt 
gió ,máy bơm  và đặc biệt dùng làm thiết bị hạn chế dòng khởi động 
cho động cơ.
3. Ứng dụng của điện tử công suất
   Điện tử công suất được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công 
nghiệp hiện đại. Có thể  kể  đến các ngành kỹ  thuật mà trong đó có những 
ứng dụng tiêu biểu của các bộ  biến đổi bán dẫn công suất như  truyền  
động điện, giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện 
phân nhôm từ  quặng mỏ, các quá trình điện phân trong công nghiệp hóa  
chất,   trong   rất   nhiều   các   thiết   bị   công   nghiệp   và   dân   dụng   khác  
nhau...Trong những năm gần đây công nghệ  chế  tạo các phần tử  bán dẫn 
công suất đã có những tiến bộ  vượt bậc và ngày càng trở  nên hoàn thiện 
dẫn đến việc chế tạo các bộ biến đổi ngày càng nhỏ gọn, nhiều tính năng  
và sử dụng ngày càng dễ dàng hơn.

4. Mô phỏng điện tử công suất
     Trong thực tế,để  nghiên cứu khoa học thì chúng ta phải mua sắm các 
trang thiết bị thí nghiệm với chi phí lớn.Trong khi nền kinh tế nước ta đang 
kém phát triển,không đủ  kinh phí để  mua sắm các trang thiết bị  đắt tiền 
đó.Để  có thể nghiên cứu  khoa học, giảng dạy được thì chúng ta  cần phải  
có một công cụ    nghiên cứu hữu hiệu nào đó, trong số  đó phải kể  đến  
phương pháp mô phỏng.Phương pháp mô phỏng là phương pháp thay cho  
việc nghiên cứu một đối tượng cụ  thể  thì chúng ta xây dựng mô hình hóa 
của đối tượng đó và tiến hành nghiên cứu.Sau khi thu được kết quả    thì 
chúng ta  đem kết quả  đó ra kiểm chứng với kết quả  thực nghiệm.Thông 
qua kết quả  thu được chúng ta có thể  rút ra được kết quả  của quá trình 
nghiên cứu.
    Để  thuận tiện cho quá trình mô phỏng ĐTCS, hiện nay đã có rất nhiều 
những   phần   mềm   mô   phỏng   ĐTCS   như   :  PSPICE,   TINA,   MATLAB, 
SIMSEN, SUCCES, PSIM… Các phần mềm này chính là công cụ  để  giúp 
các kỹ  sư, các nhà sản xuất tối  ưu hóa công việc của mình, từ  đó tạo ra 
những sản phẩm điện tử  chính xác, đáng tin cậy và giá thành thấp. Trong 
các phần mềm này thì PSIM là một công cụ  mạnh mẽ,chuyên dụng cho 
việc mô phỏng ĐTCS. 
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 7


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam

    Dưới đây là bài viết giới thiệu về một số phần mềm mô phỏng ĐTCS 
thường được sử dụng rộng rãi hiện nay.
    

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 7 là 1 trong những gói phần mềm mạnh nhất hiện nay để phân 
tích, thiết kế, mô phỏng tín hiệu số, tương tự, VHDL và kết hợp các mạch 
điện tử hay các mạch in của chúng. Bạn cũng có thể phân tích RF, các 
mạch quang điện, kiểm tra và gỡ lỗi các ứng dụng vi điều khiển và vi xử 
lý. Một tính năng đặc biệt của phần mềm là cho phép bạn đưa mạch ra 
thực tế thông qua cổng USB được điều khiển bởi phần cứng TINAlabII. 
Các kỹ sư điện tử nhận thấy rằng phần mềm TINA có nhiều ưu điểm 
như: dễ sử dụng, đây là 1 công cụ hiệu quả cao, trong khi các giảng viên 
thì đáng giá cao những tính năng của phần mềm trong môi trường đào tạo. 
Phần mềm được xây dựng với nhiều Phần tương tác với nhau, người thiết 
kế có thể vẽ mạch bằng sơ đồ nguyên lý và chuyển sang dạng mạch in, 
quan sát mạch in dưới dạng 3D và xuất ra tập tin hình ảnh để gởi đến nhà 
sản xuất… 
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 8


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam

Sự tương tác cao, đầy đủ tính năng và dễ sử dụng đã làm cho phần mềm 
TINA chiếm ưu thế hơn các phần mềm Thiết kế mạch khác hiện nay…
1.1.2. Yêu cầu cấu hình máy
   ­   Để sử dụng được phần mềm TINA, bạn phải có cấu hình máy tính tối 
thiểu như sau: 

CPU Pentium II hoặc cao hơn. 

64 MB bộ nhớ (RAM). 

Ổ cứng còn trống ít nhất 100 MB. 

Ổ CD­ROM. 

Màn hình màu SVGA. 
 Hệ điều hành: Windows 9x, Windows NT/ME/XP, Windows 2000. 
- Khởi động TINA : 
   Từ thanh Start lần lượt chọn: Start ­> Programs ­> Tina ­ 
Tina.exe.  Bấm vào Biểu tượng trên Desktop: 
Lưu ý: Sử dụng phím F1 để có thể xem Hướng dẫn theo các chủ đề.

Cài đặt Tina:
   B1 : Giải nén, tiến hành cài đặt
   B2 : Mở thư mục crack, chạy file PCB­Key.exe để lấy mã đăng ký.
   B3 :Chạy phần mềm, nhập mã đăng ký
1.1.3. Đặc điểm của TINA
       Đặc điểm của các mô phỏng trong TINA là chúng được xây dựng 
theo bản chất hoạt động vật lý bán dẫn thể hiện bằng các phương trình 
với nhiều tham số  đặc trưng, do đó mô hình mô phỏng rất sát đặc tính  
Vôn­Ampe thực của chủng loại đó. Vì vậy để  đưa vào mạch một bóng 
bán dẫn cụ thể cần phải biết khá nhiều tham số của nó, điều này không  
phải lúc nào cũng biết được. Để  dễ  dàng cho người sử dụng, thư viện 
của TINA có sẵn hàng trăm loại bóng thông dụng trên thị trường với các  
tham số chuẩn do nhà chế tạo cung cấp.
        Phần mềm TINA có nhiều ưu điểm như: dễ sử dụng, đây là 1 công 
cụ hiệu quả cao.
               Phần mềm được xây dựng với nhiều phần tương tác với nhau,  
người thiết kế  có thể  vẽ  mạch bằng sơ  đồ  nguyên lý và chuyển sang  
dạng mạch in, quan sát mạch in dưới dạng 3D và xuất ra tập tin hình 
ảnh để gởi đến nhà sản xuất…
        Sự tương tác cao, đầy đủ tính năng và dễ sử dụng đã làm cho phần  
mềm TINA chiếm  ưu thế hơn các phần mềm thiết kế  mạch khác hiện  
nay…
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 9


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam

1.1.4. Các cửa sổ chính
Cửa sổ chính của phần mềm TINA

Hình 1.1. Giao diện chính của phần mềm TINA 
Menu Bar: Trình đơn hiển thị các danh sách lệnh
The Curosr or Pointer: Con trỏ ­ được sử dụng  để lựa chọn các lệnh và 
chỉnh sửa sơ đồ nguyên lý. Bạn chỉ có thể di chuyển con trỏ bằng con 
chuột máy tinh. Phụ thuộc và các chế độ hoạt động mà con trỏ có các định 
dạng sau: hình mũi tên trong cửa sổ chính của chương trình ,hình cây bút 
khi bạn thực hiện nối dây ,hình bàn tay khi bạn trỏ vào linh kiện hoặc đang 
đưa linh kiện vào cửa sổ chính.
 The Schematic window: cửa sổ làm việc chính của chương trình, cho phép 
chỉnh sửa, mô phỏng sơ đồ nguyên lý của mạch trực tiếp. Cửa sổ này thực 
tế là một bản vẽ lớn. Bạn có thể di chuyển thanh cuộn nếu vùng soạn 
thảo vượt quá màn hình chính. 
 The Toolbar: Thanh công cụ. 

 
Bạn có thể chọn hầu hết các lệnh để chỉnh sửa mạch trên Thanh công 
cụ này. Lưu ý rằng các lệnh trên Thanh công cụ cũng nằm trong Trình đơn 
hoặc có thể sử dụng bằng các phím tắt. Chúng ta sẽ cùng đi vào chi tiết các 
lệnh trên Thanh công cụ. 

Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 10


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam

 Mở một tập tin sơ đồ nguyên lý sẵn có trong máy tính (.TSC hoặc 
.SCH), mở một Marco (.TSM) 
 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. 
 Đóng sơ đồ nguyên lý đang sử dụng. 
 Sao chép các linh kiện hoặc các chữ được lựa chọn. 

       

 Dán các linh kiện hoặc chữ đã sao chép vào nơi cần dùng. 
 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. 
 

  Sử dụng nút lệnh này để vẽ dây nối cho sơ đồ nguyên lý 

   

  Thêm các chú thích vào sơ đồ nguyên lý hay kết quả phân tích. 

   

 Cho phép cắt 2 dây dẫn chéo qua hoặc nối với nhau. 
 Đảo chiều một góc 900 các linh kiện được lựa chọn. 

     Lấy đối xứng các linh kiện được lựa chọn. Phím tắt: [CTRLL] 
hoặc [*]. 
 

   

 Hiển thị cửa sổ chính ở dạng lưới hoặc không. 

   

  Phóng to sơ đồ nguyên lý để có thể nhìn rõ các linh kiện. 

Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 11


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam

 

  Bạn có thể thay đổi tỷ lệ phóng to theo ý muốn từ 10% đến 
200%. 

      Lựa chọn danh sách các Chế độ Mô phỏng: 
        

 Chế độ DC. 
  Chế độ AC. 
   Chế độ mô phỏng tức thời lặp lại liên tục. 
  Chế độ mô phỏng tức thời không lặp lại. Bạn có thể điều chỉnh   
thời gian mô phỏng trong phần Analysis Transient. 

   

   Chế độ Số. 

   

  Chế độ VHDL 

        

   Nếu nút lệnh này được chọn, chương trình sẽ cho phép hiển thị 
trình trạng lỗi của linh kiện, ta có thể thay đổi tình trạng lỗi của 
từng linh kiện trong bản Thuộc tính (Properties Editor). 
 Chuyển đổi sơ đồ nguyên lý sang dạng 3 chiều hoặc 2 chiều. 
Phím nóng: [F6]. Đây là một đặc điểm nổi bật ở phần mềm.
TINA phiên bản 7 mà các phiên bản cũ hay các phần mềm khác 
không thể thực hiện được. Ở chế độ này, các linh kiện được 
hiển thị một cách sống động, giúp người sử dụng quan sát mạch 
trực quan hơn

Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 12


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam

                 
Chuyển đổi giữa dạng 2D hoặc 3D 
 

   

  Chuyển sơ đồ nguyên lý trực tiếp sang mạch in. 

  Tìm kiếm các linh kiện. Một hộp thoại Tìm kiếm sẽ hiện lên cho 
phép bạn tìm các linh kiện theo tên như mong muốn. Tuy nhiên chương 
trình có hạn chế là không thể hiện trước hình dạng linh kiện mà ta lựa 
chọn nên gây rất nhiều khó khăn cho người sử dụng. 

               
    
Bạn cũng có thể lựa chọn các linh kiện trong danh 
sách này. Đây là danh sách các linh kiện đầy đủ nhất của chương 
trình. 
 
The Component Bar: Thanh linh kiện.
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 13


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam

Các thanh linh kiện được sắp xếp thành một nhpms. Mỗi khi bạn lựa 
chọn một nhóm, các linh kiện trong nhóm đó sẽ xuất hiện trên thanh công 
cụ. Khi bạn nhấn chuột trái vào linh kiện mong muốn, con trỏ sẽ đổi sang 
hình bàn tay và bạn có thể bỏ linh kiện vào mạch. Bạn có thể quay hoặc 
đảo chiều các linh kiện trước khi đưa vào mạch bằng cách sử dụng các 
phím [+/­] quay 900 và phím [*]: lấy đối xứng. Khi đã hiệu chỉnh xong các 
hướng của linh kiện, bạn nhấn chuột trái một lần nữa để đặt linh kiện vào 
mạch.
Find Component Tool: công cụ giúp bạn tìm kiếm nhanh các linh kiện 
bằng tên có trong cơ sở dữ liệu của phần mềm.
Open Files Tab: thẻ mở các tệp tin.
 Bạn có thể mở nhiều mạch hoặc nhiều phần của một mạch (Marco) cùng 
một lúc, và công cụ này dùng để chuyển đổi giữa các tệp tin đã được mở. 
Chỉ cần nhấn chuột vào thẻ để chuyển đến mạch bạn cần.
The TINA Task Bar: thanh tác vụ nằm phía dưới của màn hình, có chức 
năng cung cấp nút tắt cho các dụng cụ đo khác nhau hay các máy ảo sử 
dụng trong chương trình. Khi các máy ảo được nhấn hoạt thì sẽ xuất hiện 
một cửa sổ mới tương ứng với mỗi loại. Bạn chọn nút CLOCK để đặt cửa 
sổ chính của chương trình luôn nằm phía dưới các cửa sổ máy ảo khác. 
Điều này thuận lợi cho việc quan sát mô phỏng. Tuy nhiên bạn cũng có thể 
làm ngược lại bằng cách chọn UNCLOCK (không xóa).
The Help Line: phần trợ  giúp nằm  ở  phía dưới cùng của cửa sổ  có chức  
năng cung cấp những dòng giải thích ngắn gọn hoặc các 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   bởi   hãng 
MicroSim, là một trong những phiên bản thương mại được phát triển từ 
Spicevaf trở  thành phần mềm mô phỏng phổ  biến nhất trên thế  giới. 
Pspice cho hép chúng ta mô phỏng các thiết kế trước khi di vào xây dựng 
phần cứng. Chương trình mô phỏng cho phép chúng ta quan sát họa  
động của mạch cũng như những thay đổi của các tín hiệu đầu vào hoặc  
các giá trị  của các thành phần trong mạch điện. Do đó có thể  kiểm tra 
lại các thiết kế  để  xem chúng có chạy đúng trong thực tế  hay không.  
Pspice chỉ mô phỏng và tiền hành các phép đo kiểm tra chứ không phải  
là phần thiết kế của mạch điện… 
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 14


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam

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, nhằm tổng hợp các giai đoạn thiết kế  chế  tạo 
mạch điện tử: xây dựng mạch nguyên lý, mô phỏng, chuyển mạch 
nguyên lý mạch sang mạch in, đổ sang máy làm mạch in... 
Thư  viện của PSPICE rất lớn, lên đến hàng chục nghìn linh 
kiện điện tử, bóng bán dẫn, vi mạch IC của rất nhiều hãng trên thế 
giới, vì vậy rất thuận lợi khi thiết kế hay khảo sát mạch sử dụng các  
linh kiện có sẵn trong thư  viện và xây dựng các mô hình riêng, tự 
thiết lập thư viện riêng phục vụ mục đích của mình. 
Giống như  TINA, trong PSPICE có sẵn rất nhiều loại nguồn  
điện để  người khảo sát sử  dụng (nguồn điện áp, dòng điện một 
chiều, nguồn điện hình sin, dạng sóng theo hàm mũ, nguồn tín hiệu 
điều chế tần số) và 4 nguồn phụ thuộc cơ bản. Ngoài ra còn có công 
tắc điện tử  được điều khiển bằng điện áp hoặc bằng dòng điện. 
Các phân tích chính là đặc tính truyền đạt, đặc tính tần số, điểm làm 
việc một chiều, đặc tính động. 
Trong mô phỏng mạch điện tử  công suất quan trọng nhất là 
phân tích động (Transient analysis). Trong PSPICE chế  độ  phân tích 
này thường tốn thời gian tính của PC, khi mạch phức tạp hoặc thời  
gian khảo sát lớn, dung lượng của file dữ  liệu này có thể  lên đến 
hàng trăm MB. Vì vậy khi chương trình đang chạy ta có thể  tạm  
dừng chương trình để theo dõi và kiểm tra sơ bộ nếu thấy không đạt 
thì ngắt hẳn chương trình để sửa đổi.. 
1.2.3. Cài đặt PSPICE
    Chọn biểu tượng  

Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

 chạy file setup
          

trang 15


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam

                             

        
   
   Chọn Next

        
  Chọn Next

          

                           
       
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 16


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam

Hệ thống đang cài đặt
 

Chọn Fnish

  

 

            Hình 1.2 Giao diện của phần mềm PSPICE 
     1.2.4 Các tính năng của Pspice
Pspice được đưa ra thị trường nhiều phiên bản khác nhau, mỗi phiên 
bản cung cấp các tính năng khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu khách hàng.
­

Pspice A/D là chương trình dùng để mô phỏng các mạch điện tương 
tự và số. Các tính năng chính của Pspice A/D:
­

Phân tích xoay chiều, một chiều, quá độ  : Tính năng này cho phép 
chúng ta kiểm tra các đáp ứng cảu mạch điện khi được cung cấp đầu vào  
khác nhau. Cụ thể :
­

Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 17


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam

  Phân tích một chiều  (  DC Analysis  ): Cho phép xác định điện áp 
định mức và trị số dòng điện cho tất cả các nút của mạch bằng cách quét 
toàn bộ  giá trị  của điện áp trong một khoảng do người dùng định nghĩa. 
Điều này có ý nghĩa khi muốn xác định đường đặc tính của các mạch điện 
có chứa các phần tử phi tuyến như: diode, transistor,.. hoặc muốn xác định 
điện thế định mức của các mạch khuếch đại
­ Phân tích quá độ ( Transient Analysis ) : nhằm dự  đoán các trạng 
thái của mạch khi có các sự kiện quá độ xảy ra
­ Phân tích xoay chiều ( AC Analysis ) : mô phỏng hồi đáp tần số của 
mạch điện, tức là ta có thể  quan sát được các trạng thái của mạch điện 
khi tần số  của nguồn điện thay đổi trong một dãy cho trước. Dựa vào đó 
đó ta có thể tìm thấy tần số cộng hưởng của mạch
­ Phân tích tham số, độ nhạy, giá trị giới hạn : với những tính năng 
này chúng ta có thể  quan sát những biến đổi của mạch điện khi thay đổi  
các giá trị của các thành phần của nó
­ Phân tích thời gian của các mạch số  cho phép tìm ra sự  cố  về  thời  
gian xuất hiện khi kết nối các tín hiệu có tần số  thấp trong quá trình 
truyền dẫn tín hiệu
­

Pspice A/D  cũng cung cấp các mô hình hóa về  các  ứng xử  của các 
thiết bị  tương tự và số, vì vậy chúng ta có thể  mô tả  các hàm chức năng 
của mạch điện sử dụng các biểu thức và hàm toán học. Do đó có thể xây 
dựng và phân tích các đặc tính phức tạp của thiết bị  thông qua mô hình 
toán học. Các mô hình hóa được xây dựng trong Pspice A/D không chỉ  là 
các điện trở, điện cảm, điện dung mà còn có các mô hình sau :
­

Mô hình dây dẫn, bao gồm độ trễ, độ dội, tổn hao, tán xạ và tạp âm
Mô hình của cuộn dây từ phi tuyến, bao gồm độ bão hòa và từ trễ
Mô hình của MOSFET
Mô   hình   của   transisitor   trường   có   cực   điều   khiển   cách   ly   IGBT  
MOSFET
Mô hình của các phần số với vào ra tương tự

 1.3.  Ph
  ần mềm Matlab / Simulink   
1.3.1. Tổng quan về Matlab / Simulink
    Matlab là từ viết tắt của Matrix Laboratory, Matlab là một ngôn ngữ 
lập trình cấp cao dạng thông dịch, nó là môi trường tính toán số  được 
thiết kế  bởi công ty MathWorks. Matlab cho phép thực hiện các phép 
tính toán số, ma trận, vẽ  đồ  thị  hàm số  hay biểu diễn thông tin (dưới  
dạng 2D hay 3D), thực hiện các thuật toán và giao tiếp với các chương  
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 18


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam

trình của các ngôn ngữ  khác một cách dễ  dàng. Matlab là phần mềm 
được phổ cập ở mức độ toàn cầu. Hiện nay ở nước ta, Matlab cũng khá 
quen thuộc trong lĩnh vực điều khiển và tự động hóa. 
1.3.2. Đặc điểm của Matlab/Simulink
       Matlab mới cho phép thâm 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 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  thống. Trong simulink, các van 
được mô phỏng hoặc như  một khoá lý tưởng, hoặc như  một điện trở 
hai trạng thái. Như  vậy, phần tử  bán dẫn mô phỏng không phản ánh 
chính xác đặc tính Vôn­ampe của chúng nữa song điều đó không  ảnh 
hưởng đến bản chất của hệ thống được nghiên cứu, mặt khác lại giảm 
được đáng kể  thời gian tính máy. Lưu ý rằng trong simulink, các xung  
điều khiển cho các van là tín hiệu mức logic 0/1, không phải là điện áp 
điều   khiển   hay   dòng   điều   khiển   cho   van   nên   không   cần   chú   ý   về 
phương diện cách ly giữa lực và điều khiển.
1.3.3. Cài đặt matlab/simulink
      Chạy file Setup

Chọn Install marually without using the internet sau đó ấn Next
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 19


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam

      Điền đầy đủ thông tin vào thẻ connection settings rồi ấn Ok

   
   Chọn Yes rồi ấn Next

 
     
Chọn I need to create a Mathword account sau đó ấn Next

Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 20


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam

     Điền đầy đủ thông tin vào thẻ Account Creation sau đó ấn next . Hệ 
thống sẽ tự động cài đặt
1.3.4. Các cửa sổ chính
      Giao diện chính  
           

                

 
 Hình 1.3. Giao diện của phần mềm MATLAB 

   
 Nút Start: ở góc dưới bên trái của màn hình, cho phép chạy các ứng  
dụng mẫu (demos), các công cụ  và cửa sổ  chưa hiển thị khi khởi động 
Matlab.  
             Ví dụ : Start/Matlab/Demos và chạy một ứng dụng mẫu. 
     Cửa sổ lệnh: Quá trình khởi động đưa người dùng đến Cửa sổ lệnh, 
nơi các dòng lệnh được biểu thị  bằng dấu '>>'. Đây là dấu hiệu cho  
thấy Matlab đang chờ  đánh một (câu) lệnh. Có thể  xóa trắng toàn bộ 
cửa sổ lệnh bằng lệnh: >> clc hoặc vào Edit/ Clear Command Window. 
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 21


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam

Khi thực hiện lệnh này, toàn bộ giá trị  của các biến hiện có không thay 
đổi hay mất đi. 
     Cửa sổ không gian làm việc (workspace) : Nơi lưu giữ các biến và 
dữ liệu do người dùng nhập vàongoại trừ những biến cục bộ thuộc về 
một M­file.  
Dùng lệnh 'who' hoặc 'whos' để  liệt kê các biến hiện có trong không 
gian làm việc. Để biết giá trị của biến, ta gõ tên biến tại dấu nhắc lệnh. 
Để  xóa một hàm hoặc biến khỏi không gian làm việc, sử  dụng lệnh  
'clear':  
          >> clear tên_biến; 
     Cửa sổ biên tập mảng (ma trận nói chung) : Khi đã có một mảng, 
có thể chỉnh sửa, biên tập lại bằng Array Editor. Công cụ  này làm việc 
như một bảng tính (spreadsheet) cho ma trận. 
         Cửa sổ  địa chỉ  thư  mục hiện thời:   Thư  mục hiện thời là nơi 
chương trình Matlab sẽ  tìm các M­file, và các file không gian làm việc  
(.mat files) đã tải và lưu lại.  
Để tạo một file.m trong thư mục làm việc bạn đọc có thể thực hiện:  

 Nhấp vào File/New/M­File:

                       


Cửa sổ  soạn thảo xuất hiện, gõ chương trình cần thiết vào file. 

Sau khi đã hoàn tất nhấn vào biều tượng 
tại.

Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 22

  để lưu vào thư  mục hiện 


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam

                         
       Để  thực thi tập lệnh có trong file.m trong thư  mục làm việc thì  

người dùng chỉ cần gõ tên file đó và Matlab sẽ tự động thực thi các  
dòng lệnh có trong file.m này (ví dụ  để  thực thi các lệnh có trong  
file test.m, chỉ cần gõ lệnh test). 

 

1.4. Phần mềm PSIM

1.4.1. Tổng quan về PSIM 
      PSIM là phần mềm mạch do hãng LAB­VOLT (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 khiển tương tự và số, cũng như trong  
hệ truyền động xoay chiều (AC), một chiều (DC). 
1.4.2. Đặc điểm 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 điều khiển (Control), phần tử  nguồn (Sources) và các phần tử 
khác (Others). Thư  viện trong PSIM bao gồm hai phần: Thư viện hình 
ảnh (PSIMimage.lib) và thư  viện danh sách (PSIMLIB). Thư  viện danh 
Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 23


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam

sách không thể  sửa đổi được, nhưng thư  viện hình  ảnh có thể  sửa đổi 
hoặc tạo lập một thư viện hình ảnh riêng cho người sử dụng.  
     Nhìn chung, PSIM được đánh giá là một phần mềm dễ sử dụng, trực 
quan, dung lượng nhẹ và khá mạnh trong lĩnh vực Điện tử công suất. 
PSIM có ưu điểm mô phỏng độc lập mạch lực vì các khối điều khiển đã 
được xây dựng sẵn, ta chỉ việc lắp ghép.
1.4.3. Cài đặt PSIM
      Đầu tiên là chạy file Setup

                         
     Chọn next 

                         
   
 Chọn I accept the license agreement sau đó ấn Next
                        

                         
       Điền thông tin như trên rồi ấn Next
                       

Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 24


Đồ án môn học: ĐTCS – TĐĐ                                                    GVHD: Th.s Nguyễn Đắc  
Nam

    
    
         Chọn Next

                        
     
        Chọn Next 

                         
      
   Hệ thống đang cài đặt
 1.4.4. Các cửa sổ chính 
Giao diện chính của psim :

Nhóm 2 _ Lớp TĐ1Đ12

trang 25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×