Giáo trình Ứng dụng PSIM trong điện tử công suất (Giáo trình dành cho sinh viên ngành Điện - Điện tử)

ì lại được dùng để phân tích AC trong thời gian rất ngắn. Các bước để thiết lập phân tích AC như sau: - Xác định nguồn hình sin (VSIN) làm nguồn kích cho bộ quét AC. 68 - Đặt một bộ dò quét AC (ACSWEEP-OUT) vào đầu ra cần thiết. Để đo kết quả của một mạch vòng điều khiển, cần phải dùng một bộ dò nút-nút (ACSWEEP-OUT2). - Đặt phần tử ACSWEEP vào sơ đồ mạch và cho các thông số của bộ quét AC. - Chạy mô phỏng. Ký hiệu của các bộ quét trung gian AC như trên hình 1.75. Hình 1.75: Ký hiệu các phần tử quét AC  Phương pháp mô tả: Start frequency : tần số ban đầu của bộ quét AC, Hz End frequency : tần số cuối của bộ quét AC, Hz No, of points : số điểm các dữ liệu Flag for points : ký hiệu xác định các điểm có dữ liệu đưa ra. Khi cho bằng 0 thì các điểm sẽ được phân bổ một cách tuyến tính theo tỷlệ LOG10.Khi cho bằng 1 thì các điểm sẽ được phân bổmột cách tuyến tính Source name : tên của nguồn kích thích Start amplitude : biên độ của nguồn kích thích ở chính tần số ban đầu End amplitude : biên độ của nguồn kích ở chính tần số cuối Frequencies for extrapoints: tần số ở các điểm đặc biệt. Nếu đặc tính tần thay đổi nhanh ở một số dải tần thì tại các vùng này cần phải thêm vào cácđiểm đặc biệt để nhận được kết quả hợp lý Nguyên lý phân tích AC: bơm một tín hiệu kích thích AC rất nhỏ vào trong mạch như một tín hiệu nhiễu và tín hiệu có cùng tần số sẽ được trích ra ở đầu ra. Để phân tích AC chính xác kết quả thì biên độ của 69 nguồn kích phải chọn hợp lý. Biên độ này phải đủ nhỏ để nhiễu của hệ vẫn nằm trong vùng tuyến tính. Nhưng nó cũng phải đủ lớn để tín hiệu ra không bị ảnh hưởng của sai số tính toán. Nói chung trong một hệ vật lý phải có độ suy giảm nhỏ ở tần số thấp và độ suy giảm lớn ở tần số cao, vì vậy lựa chọn đúng biên độ của nguồn kích thích theo quan hệ: biên độ nhỏ ở tần số thấp, biên dộ lớn ở tần số cao. 6.3. Khối quét tham số (Parameter Sweep) Parameter Sweep cần có các thông số sau đây: - Điện trở, điện cảm và điện dung trong nhánh RLC. - Hệ số khuếch đại của số tỷ lệ (P). - Hằng số thời gian của khối tích phân (I). - Hệ số khuếch đại và hằng số thời gian của khối tỷ lệ/ tích phân (PI). - Hệ số khuếch đại, tần số cắt và hệ số suy giảm của bộ lọc thông thấp và thông cao bậc hai (FILTER-LP2/FILTER-HP2). - Hệ số khuếch đại, tần số trung bình và dải thông/dải chắncủa bộ lọc thông một dải/chắn một dải bậc hai (FILTER-BP2/FILTER-BS2).  Ký hiệu của khối quét tham số cho trên hình 1.76với cách mô tả như sau: Start value : giá trị ban đầu của khối End value : giá trị cuối của khối Increment step : gia số bước Parameter to be swept: tham số quét Hình 1.76: Ký hiệu của khối tham số quét 70 7. THIẾT KẾ GIẢN ĐỒ MẠCH ĐIỆN Chương trình thiết kế mạch của PESIM là một chương trình có tính tương tác và là giao diện giữa người sử dụng với các thư mục và phần soạn thảo mạch điện. Hình 1.77 là một ví dụ mạch chỉnh lưu được thiết kế trên PSIM. Hình 1.77: Ví dụ mạch chỉnh lưu Thyristor thiết kế trên PSIM Với PSIM các phần tử của mạch được chứa trong menu Elements. Các phần tử được chia thành bốn nhóm như đã được trình bày trong phần mô hình các phần tử ở các đề mục trên: phần tử mạch công suất (Power), phần tử mạch điều khiển (Control), các phần tử khác (Others) và phần tử nguồn (Sources). 7.1. Thiết lập mạch điện Các bước để thiết lập mạch điện trên PSIM như sau: - Get: Để nhận được một phần tử mạch trên menu Elements, sau đó chọn phầntử cần thiết trên submenu bằng cách nháy con trỏ vào phần tử đó. Ví dụđể có phần tử nguồn một chiều: menu Elements Voltage DC. - Place: Đặt vị trí của phần tử đã chọn vào mạch bằng cách giữ nút chuột trái và di chuyển đến vị trí cần thiết. - Rotate: Quay phần tử đã chọn trên mạch điện. - Wire: Nối dây vào hai nút trong mạch: chọn menu Wire thì sẽ xuất hiện biểu tượng rồi giữ nút chuột trái để kéo dây từ điểm đầu đến 71 điểm cuối trên nút lưới của màn hình. Để dễ dàng kiểm tra thì nút di chuyển sẽ hiển thịbằng một vòng tròn, còn nút nối sẽ hiển thị bằng một dấu chấm. - Label:Gán ký hiệu, Khi có hai nút hay nhiều hơn hai nút có cùng ký hiệu thì các nút này sẽ được coi là nối với nhau bằng một dây dẫn, điều đó cho phép giảm thiểu sự phức tạp của mạch. Ký hiệu này cũng có thể di chuyển được và được chọn trên Tab. - Assign:Gán thông số cho phần tử, Nháy kép con trỏ lên phần tử đó sẽ xuất hiệnmột cửa sổ hội thoại để gán giá trị thông số, sau đó đóng cửa sổ này lại. 7.2. Soạn thảo một mạch điện Các bước để soạn thảo mạch trên menu Edit và View như sau: - Select: Chọn một phần tử hoặc một khối trong mạch, chọn phần tử bằng cáchnháy con trỏ vào phần tử sẽ xuất hiện một ô vuông xung quanh phần tử. Chọn một khối thì ấn và giữ nút chuột trái rồi di chuyển cho đến khi ô vuông bao lấy khối cần thiết. - Delete: Xóa một phần tử hay khối đã chọn trong mạch: chọn menu Cut hoặc phím trên bàn phím. Khi dùng Cut thì phần tử cuối cùng bị xóa có thể trở lại khi dùng ký hiệu hủy xóa (Undo). - Move: Dịch chuyển một phần tử hay khối đã chọn trong mạch: ấn và giữ chuột trái rồi kéo đến vị trí cần thiết. - Text: Đặt soạn thảo ký tự trên màn hình: chọn menu Text, soạn thảo ký tự trêncửa sổ hội thoại text rồi ấn và giữ nút chuột trái đến vị trí cần thiết. - Disable: Không cho phép tác động vào một phần tử hay một khối đã chọn trongmạch cho đến khi quá trình mô phỏng mạch được thực hiện. - Enable: Xóa bỏ chức năng Disable đã chọn ở trên. - Zoom: Phóng to mạch (Zoom in) hoặc một khối của mạch (Zoom in Selected). Để bỏ chọn dùng Zoom out hoặc Fit to page. - Escape: Thoát ra khỏi các chức năng soạn thảo trên khi chọn menu Escape. 7.3. Mạch phụ (SUBCIRCUIT) Các bước để soạn thảo và thao tác một mạch phụ như sau: - New Subcircuit: thiết lập một mạch phụ mới 72 - Load Subcircuit: tải xuống một mạch phụ đã có, mạch phụ này sẽ hiển thịtrên màn hình như một khối - Edit Subcircuit: soạn thảo kích thước và tên file của mạch phụ - Set Size: cài đặt độ lớn của mạch phụ - Place port: đặt vị trí cổng kết nối giữa mạch chính với mạch phụ - Display port: hiển thị cổng kết nối của mạch phụ - Edit default variable list: Soạn thảo danh sách các thông số mặc định trên mạch phụ - Edit image: soạn thảo hình ảnh của mạch phụ - Display subcircuit ports: hiển thị tên của mạch phụ - Show subcircuit ports: hiển thị tên cổng của mạch phụ trong mạch chính - Hide subcircuit ports: không cho hiển thị tên cổng của mạch phụ trong mạch chính - Subcircuit list: danh sách tên file của mạch chính và mạch phụ - One page up: quay trở lại mạch chính, khi đó mạch mạch phụ sẽ được lưu tự động - Top page: nhảy từ mạch phụ (mức thấp) lên mạch chính (mức cao) cho phép sử dụng dễ dàng khi có nhiều mạch phụ Trên hình 1.78 là một ví dụ sử dụng mạch phụ ở phía trái trong mạch chính bên phải. Hình 1.78: Ví dụ mạch điện có sử dụng mạch phụ 7.3.1. Tạo mạch phụ trong mạch chính Các bước để tạo lập một mạch phụ có tên file “chop_sub.sch” trong mạch chính có địa chỉ “chop.sch” như sau: - Mở hay tạo mạch chính “chop.sch”. 73 - Nếu như file “chop.sch” chưa có thì phải đến menu Subcircuit để chọn New Subcircuit. Nếu như file “chop.sch” đã có thì chọn Load Subcircuit. - Một khối vuông sẽ xuất hiện trên màn hình để tạo mạch phụ. 7.3.2. Tạo mạch phụ nằm trong mạch phụ Để tạo một mạch phụ thì nháy kép vào mạch phụ đó, rồi thực hiện các bước tiếp theo như sau: - Thiết lập/soạn thảo nội dung của mạch phụ giống như đối với mạch chính. - Xác định độ lớn (size) của mạch phụ bằng cách chọn Set Size ở menu Subcircuit. - Xác định cổng nối tương ứng với các nút trên mạch chính. Chọn Place Port trên menu Subcircuit thì hình ảnh của cổng nối xuất hiện. Saukhi cổng nối đã được đặt vào vị trí thì một cửa sổ sẽ xuất hiện, trong đó các nút kết nối được thể hiện bằng các hình thoi trên bốn mặt của khối mạch phụ. Khi một hình thoi được chọn thì trên hình thoi đó sẽ có màu đỏ. Theo mặc định thì hình thoi ở phía trên bên trái sẽ được chọn đầu tiên, còn để chọn một nút kết nối bất kỳ thì nháy con trỏ vào nút đó và xác định tên cổng kết nối. - Sau khi bốn nút kết nối đã xác định vị trí bằng tên các nút kết nối thì mạch phụ sẽ xuất hiện. Hình 1.79 là một ví dụ tạo lập mạch phụ theo phương pháp này. Hình 1.79: Ví dụ thiết lập mạch phụ trong mạch phụ 7.3.3. Kết nối mạch phụ trong mạch chính Khi mạch phụ đã được thiết lập cùng với các cổng kết nối của nó đã xác định, cần nối mạch phụ vào mạch chính theo các bước sau: 74 - Trong mạch chính các điểm nối của khối mạch phụ sẽ xuất hiện các vòng tròn rỗng. - Chọn khối mạch phụ và chọn Show Subcircuit Ports trên menu subcircuit để hiển thị tên cổng được xác định ở phần trên. - Dùng dây nối vào các điểm nối tương ứng. 7.3.4. Các đặc điểm khác của mạch phụ Để thấy rõ các đặc điểm đặc biệt của mạch phụ, chúng ta sẽ xét một ví dụ cụ thể như trên hình 1.80: thiết lập một mạch băm áp một chiều (chopper) làm việc trong một góc phần tư sử dụng phần tử MOSFET. Điện áp ra của bộ chopper sẽ có một bộ lọc LC rồi mới cung cấp cho phụ tải R 1 +R 2 . Bộ lọc này sẽ được thiết lập khi sử dụng một mạch phụ sau đó kết nối vào mạch chính. Tên file của mạch chính là “main.sch”, tên file của mạch phụ là “sub.sch”. a) Truyền các tham số từ mạch chính đến mạch phụ: Các giá trị mặc định của L, C trong mạch phụ có thể được xác định khi chọn Subcircuit/Set Default Variable List, khi đó L=5mH, C=100 F Khi mạch phụ này được tải vào mạch chính trong thời gian đầu thì các giá trị mặc định này sẽ được hiển thị trên bảng “Subcircuit Variables” nằm trong Subcircuit/Edit. Subcircuit của mạch chính “main.sch”. Các tham số mới có thể được thêm vào và giá trị mới của L, C có thể được thay đổi ở trong bảng này. Ví dụ thay đổi giá trị L = 2mH còn giữ nguyên giá trị C, khi đó các tham số và giá trị mới sẽ được ghi vào trong Netlist File và được dùng trong quá trình mô phỏng, còn các giá trị mặc định sẽ bị bỏ qua. Chúng ta gọi cách xác định tham số của mạch phụ như trên là xác định từ mạch chính và trong một mạch phụ giống như vậy dùng trong thời điểm khác ở một mạch nào đó thì các tham số này sẽ có thể được gán các giá trị khác. 75 Hình 1.80: Ví dụ sử dụng mạch phụ trong bộ băm áp một chiều b) Tạo lập mạch phụ theo yêu cầu: Các bước để tiến hành như sau: - Trên menu Subcircuit chọn Edit Image sẽ xuất hiện cửa sổ hình ảnh để thiết lập mạch phụ như trên hình 1.81. Trên cửa sổ này có các ô hình thoi màu đỏ, đó là các nút kết nối của mạch phụ tương ứng với các điểm nối trên mạch chính. - Dùng các công cụ trên cửa sổ hình ảnh để tạo lập/soạn thảo mạch phụ. Nếu các công cụ để vẽ mạch chưa hiển thị trên cửa sổ thì trở lại menu View để kiểm tra Drawing Tools. Nháy con trỏ trên biểu tượng Zoom In và Zoom Out trên thanh công cụ để điều chỉnh kích thước của hình ảnh mạch phụ. Sau khi mạch phụ được thiết lập thì trên cửa sổ hình ảnh này có một mạch như ở hình 1.81. - Quay lại cửa sổ mạch phụ “sub.sch” để ghi nhớ lại mạch phụ vừa được tạo lập thì mạch phụ này sẽ xuất hiện trên mạch chính. 76 Hình 1.81: Cửa sổ hình ảnh mạch phụ được tạo lập theo yêu cầu c) Đưa mạch phụ vào danh sách các phần tử trên PSIM: Nếu đã thiết lập một thư mục “User Defined” nằm trong thư mục PSIM 9.0.3 và các mạch phụ cần thiết đã được đặt trong thư mục này, các mạch phụ này sẽ xuất hiện như các danh mục trong menu Elements/User Defined giống như các phần tử khác trong PSIM. Tiếp đó ta tiếp tục tạo lập các thư mục phụ nhiều cấp nằm trong thư mục User Defined và đưa các mạch phụ này vào trong các thư mục đó. Sau khi đã đưa các mạch phụ vào danh sách các phần tử trên PSIM thì việc sử dụng và quản lý sẽ thuận tiện hơn rất nhiều. 7.4. Các tùy chọn (Options) 7.4.1. Chạy mô phỏng Để chạy mô phỏng một mạch điệnta vào menu Simulate và chọn Run Simulation. Bộ mô phỏng của PSIM sẽ khởi động. Để xem kết quả mô phỏng, từ menu Simulation chọn Run SIMVIEW. 7.4.2. Thiết lập và xem Netlist File Để tạo lập một file danh sách (Netlist), trong menu Simulate chọn Generate Netlist File. File này sẽ có đuôi mở rộng “.cct” và được ghi nhớ vào trong cùng thư mục của file thiết kế mạch (Schematic File). Để xem Netlist File, vào menu Simulate rồi chọn View Netlist File. 77 7.4.3. Xác định hiển thị thời gian mô phỏng (Runtime Display) Bất kỳ một mô phỏng nào cũng cần phải xem và phân tích dạng sóng, khi đó dạng sóng cần phải hiển thị trên màn hình trong khoảng thời gian mô phỏng. Thời gian này sẽ được xác định và lựa chọn trong danh sách tín hiệu ra cần xác định trong mạch mô phỏng. 7.4.4. Cài đặt Tất cả các thông số trên màn hình, như ô lưới hiển thị, kiểu chữ soạn thảo, các chú thích khi mô phỏng, màu sắc của đường cong...đều được cài đặt trong Settings của menu Option. Trước khi một mạch điện được in ra cần xem trước mạch đó được in ra trên giấy như thế nào, chúng ta chọn Print Page Border nằm trong lựa chọn Settings. Nếu mạch in ra kéo dài sang hai trang giấy ta có thể dịch chuyển để mạch in ra nằm gọn trong một trang. Nếu mạch in ra quá khổ của trang giấy, ta có thể thu nhỏ mạch khi dùng Zoom out. Các chú giải trên trang in, ví dụ như tên người sử dụng, tên của mạch, ngày thángcó thể được tạo lập trên menu File khi chọn Print Page Setup bỏ mục show print page legend. Khi vào lựa chọn Settings nếu như chúng ta chọn Disable Simulation Warning Message thì tất cả các cảnh báo đưa ra trong quá trình mô phỏng sẽ không xuất hiện trên màn hình và các cảnh báo này sẽ được đưa ra trước khi dạng sóng được hiển thị trên SIMVIEW. 7.4.5. In một mạch điện Để in ra một mạch điện ta vào menu File rồi lựa chọn Print, tương tự ta có thể in một phần của mạch khi chọn Print Selected. 7.5. Thư viện trong PSIM Thư viện bao gồm hai phần: thư viện hình ảnh (Psimmimage lib) và thư viện danh sách (Psimlib). Thư viện danh 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. Để tạo lập hoặc sửa đổi thư viện hình ảnh, chúng ta vào Edit/Edit Library/Edit Library File rồi thực hiện tiếp các chỉ dẫn trên màn hình. 78 8. BIẾN ĐỔI DẠNG SÓNG CỦA KẾT QUẢ MÔ PHỎNG SIMVIEW là chương trình để hiển thị và biến đổi dạng sóng trong PSIM. Trên hình 1.86 là một ví dụ kết quả dạng sóng sau khi mô phỏng trong SIMVIEW, với màn hình hiển thị này ta sẽ lần lượt giải thích từng chức năng của menu. 8.1. File menu File menu có chức năng sau đây: - Open: mở một file dữ liệu soạn thảo ký tự (text) - Open binary: mở một file nhị phân (binary) của SIMVIEW - Merge: nhập một file dữ liệu khác vào file dữ liệu đã có để hiển thị lênmàn hình - Re-load data: mở lại dữ liệu từ cùng một file dữ liệu (text) - Save: trong hiển thị theo thời gian ghi nhớ dạng sóng vào binary file của SIMVIEW có đuôi mở rộng “.smv”.Trong hiển thị theo biến đổi Fourier nhanh FFT, ghi nhớ kết quả FFT vào text file có đuôi mở rộng “.fft”. Thứ tự các dữ liệu sẽ được ghi nhớ giốngnhư được hiển thị trên màn hình - Save as: trong hiển thị theo thời gian ghi nhớ dạng sóng vào Binary File của SIMVIEW được xác địng bởi người sử dụng. Trong hiển thịtheo FFT ghi nhớ kết quả FFT vào text file được xác định bởingười sử dụng - Save settings:ghi nhớ các hiển thị được cài đặt hiện hành vào một file text có đuôi mở rộng “.ini”, file này được soạn thảo bởi người sử dụng. Khi SIMVIEW được mở ra hoặc khi các dữ liệu được tải xuống, nếu file cài đặt này đã có thì SIMVIEW sẽ đọc file này và dùng các chế độ cài đặt cho hiển thị - Print: in dạng sóng - Print setup: cài đặt kiểu in - Print page setup: cài đặt kích thước in - Print preview: xem trước trang in - Exit: ra khỏi SIMVIEW Khi các dữ liệu của một text file đang hiển thị, sau khi các dữ liệu mới của cùng một file đã có hiệu lực thì với Re-load Data dạng sóng sẽ được vẽ lại với dữ liệu mới. 79 Khi sử dụng chức năng Merge thì dữ liệu của nhiều file sẽ được nhập với nhau để hiển thị lên màn hình. Ví dụ có hai file dữ liệu, file thứ nhất là các đường cong dòng điện I1, I2,file thứ hai là điện áp V1,V2, với chức năng thì Merge thì cả bốn đường cong sẽ cùng hiển thị trên màn hình, nhưng ký hiệu tham số V1,V2 sẽ được thay đổi tự động sang I1-, I2-1. 8.2. Edit file Edit menu có chức năng sau đây: - Copy to cliboard: sao chép dạng sóng - Edit title: soạn thảo tiêu đề để in ra, mặc định của tiêu đề là tên file 8.3. Axis Menu Axis Menu có các chức năng sau đây: - X Axis: thay đổi các cài đặt trên trục tọa độ X - Y Axis: thay đổi các cài đặt trên trục tọa độ Y - Axis label setting: thay đổi các ký hiệu tham số đã cài đặt trên trục X/Y - Edit default: thay đổi tên tham số khi một danh mục nào đó được kiểm tra thìthông thường cột đầu tiên cũng để mặc định là thời gian - Variable list: danh sách các tham số sử dụng trên trục tọa độ X Hộp thoại để cài đặt trục X/Y sẽ được hiển thị như trên hình 1.82, trong đó nếu ta chọn tỷ lệ tự động (Auto-Scale) và chia lưới (Grid Division) theo mặc định thì các dữ liệu lớn nhất sẽ tự động gán cho các trục tọa độ. Nếu không sử dụng mặc định thì ta cần đưa vào các số liệu cụ thể. Với chức năng Axis Label Setting, ta có thể thay đổi kích thước các ký hiệu tham số trên các trục, hoặc không cho các ký hiệu này hiển thị trên màn hình. Chức năng Default X-Axis có mặc định gán cho trục X là tham số thời gian, tương ứng với cột nào trong bảng dữ liệu đầu tiên. Nếu chức năng này không được lựa chọn thì bất cứ cột nào trong bảng dữ liệu cũng có thể gán cho trục X. 80 Hình 1.82: Hộp thoại cài đặt trục tọa độ X/Y 8.4. Screen Menu Screen Menu có các chức năng sau đây: - Add/Delete curves: thêm vào hoặc xóa đi các đường cong trên màn hình đã chọn - Add screen: thêm vào một màn hình mới - Delete screen: xóa đi một màn hình đã chọn Để chọn một màn hình nào đó, ta nháy nút chuột trái vào phía trên màn hình đó. Hộp thoại Add/Delete Curves như trên hình 1.83, trong đó cửa sổ bên trái Variable Available là các tham số có thể được hiển thị trên màn hình, còn cửa sổ bên phải Variables for Display là các tham số mong muốn được hiển thị trên màn hình. Các tham số của hai cửa sổ này có thể được chuyển đổi cho nhau thông qua nút chức năng “Add” và “Remove”. Cửa sổ Edit Box là để soạn thảo các công thức tóan học, các công thức phải viết trong dấu ngoặc đơn ở dạng tường minh theo các hàm toán học cơ bản sau đây: + Phép cộng - Phép trừ * Phép nhân / Phép chia ^ Phép mũ (ví dụ: 2^3 = 2*2*2) 81 SQRT Căn bậc hai SIN Hàm sine COS Hàm cosine TAN Hàm tang ATAN Hàm arctang EXP Hàm lũy thừa số tự nhiên (ví dụ: EXP(x) = ex) LOG Hàm logarit cơ số tự nhiên (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) AVG Hàm trung bình của tham số INT Hàm tích phân của tham số Hình 1.83: Hộp thoại Add/Delete Curves 8.5. Measure Menu Measure Menu có các chức năng sau đây: - Measure: lựa chọn cho kiểu đo lường 82 - Max: tìm giá trị cực đại tổng quát cho một đường cong đã chọn - Min: tìm giá trị cực tiểu tổng quát cho một đường cong đã chọn - Next Max: tìm giá trị cực đại tiếp theo của một dải cho một đường cong đã chọn - Next Min: tìm giá trị cực tiểu tiếp theo của một dải cho một đường cong đã chọn - Avg: tính giá trị trung bình của đường cong trong một khoảng thời gian đã chọn - Avg (lxl): tính trung bình của giá trị tuyệt đối của đường cong trong một khoảng thời gian đã chọn - RMS: tính giá trị hiệu dụng của đường cong trong một khoảng thời gian đã chọn Sau khi chọn Measure sẽ xuất hiện một hộp thoại đo lường như trên hình 1.84, nháy nút chuột trái tại một vị trí thì đường thẳng đứng xuất hiện và giá trị của đường cong tại vị trí đó sẽ được hiển thị. Nháy nút chuột phải tại một vị trí khác thì một đường thẳng đứng sẽ xuất hiện với giá trị của đường cong tại vị trí thứ hai. Giá trị khác nhau tại hai vị trí của hai đường thẳng đứng này sẽ được đo khi nháy nút chuột trái. Trên hình 1.84 cũng cho thấy ví dụ các giá trị đo theo chức năng này. Hình 1.84: Hộp thoại của chức năng đo lường Chú ý là tất cả các chức năng đo lường phải thực hiện qua kiểu Measure sau khi một đường cong đã được lựa chọn. Để vào kiểu Measure, ta nháy con trỏ vào biểu tượng Measure. Để chọn đường cong 83 ta nháy con trỏ vào tên đường cong (nằm phía ngoài màn hình, ở phía trên bên trái). 8.6. View Menu View Menu bao gồm các chức năng sau đây: - Zoom: phóng to và thu nhỏ một vùng đã chọn - Re-draw: vẽ lại đường cong theo tỷ lệ khác - Escape: thoát ra khỏi chức năng Zoom hoặc Measure - Toolbar: hiển thị hoặc không hiển thị thanh công cụ - Status Bar: hiển thị hoặc không hiển thị thanh trạng thái nằm phía dưới của cửa sổ SIMVIEW 8.7. Option Menu Option Menu có các chức năng sau đây: - FFT: thực hiện biến đổi Fourier nhanh - Time: khóa chuyển từ hiển thị trong phổ tần số sang hiển thị trong miền thời gian - Set text fonts: thay đổi kiểu và kích thước chữ - Set background: thay đổi màu nền cho màn hình đen (mặc định) hoặc trắng - Grid: hiển thị hay không hiển thị ô lưới của màn hình - Color: thay đổi màu các đường cong Với chức năng FFT, các biên độ sóng hài trong miền thời gian sẽ được tính toán và hiển thị. Khi yêu cầu để nhận được các kết quả FFT chính xác thì quá trình mô phỏng sẽ tìm trạng thái ổn định và các dữ liệu mô phỏng sẽ bị hạn chế (sử dụng chức năng cài đặt X-Axis) để có bội nguyên của chu kỳ sóng cơ bản. Chức năng Set Curves sẽ làm thay đổi hiển thị đường cong: các điểm dữ liệu của đường cong sẽ được biểu diễn thông qua các biểu tượng nhu hình tròn, hình vuông hay hình tam giáchay không có các biểu tượng này. Đồng thời đường cong sẽ là đường liền nối các điểm hoặc đường rời rạc không liên tục. Để thay đổi cài đặt cho các đường cong, trước tiên chúng ta chọn đường cong bằng cách nháy nút chuột trái, sau đó chọn chế độ cài đặt 84 thích hợp rồi nháy vào nút “Apply”, sau khi tất cả các cài đặt đã được chọn ta nháy con trỏ vào “OK”. Hộp đối thoại Set Curvew như trên hình 1.85, một khi chức năng “Color” không sử dụng thì hiển thị của đường cong sẽ là đen trắng. Hình 1.85:Hộp đối thoại cài đặt đường cong “Set Curves” 8.8. Label Menu Label menu có các chức năng sau đây: - Text : đặt một đoạn soạn thảo (text) vào trong màn hình - Line : vẽ một đường thẳng - Dotted line: vẽ một đường chấm chấm - Arrow : vẽ một đường thẳng có mũi tên Để vẽ một đường thẳng trước tiên ta chọn chức năng Line trong Label Menu, sau đó nháy và giữ nút chuột trái từ vị trí đầu cho đến vị trí cuối của đường thẳng. Cách vẽ các đường chấm chấm và đường mũi tên cũng tương tự như vậy. 8.9. Xuất dữ liệu Như đã biết, kết quả của FFT có thể được ghi nhớ trong một file soạn thảo (text). Cả hai kết quả mô phỏng trong file (*.txt) và (*.fft) đều có dạng text, đều có thể được soạn thảo khi sử dụng Text Editor (Ví dụ Microsoft NotePad) và đều có thể xuất sang các phần mềm khác (Ví dụ Microsoft Excel). Ví dụ: Để xuất một kết quả mô phỏng trong file “chop-lq-txt” sang Microsoft Excel, ta thực hiện các bước sau: 85 - Trong Microsoft Excel chúng ta chọn Open trong File menu, mở file “chop-lq-txt”. - Trên cửa sổ đối thoại “Text Import Wizard-Step 1 of 3” nằm trong “Orginal data type” ta chọn Delimited, sau đó nháy vào Next. - Trên cửa sổ đối thoại “Text Import Wizart-Step 2 of 3” nằm trong Deliliters, chúng ta chọn Space, sau đó nháy vào Next. - Trên cửa sổ đối thoại “Text Import Wizard-Step 2 of 3” nằm trong Colum data format, ta chọn General, sau đó nháy vào Finish. 9. THIẾT LẬP THÔNG SỐ CHO PSIM VÀ ĐIỀU CHỈNH KIỂU CHỮ- MÀU CHO HÌNH VẼ 9.1. Thiết lập thông số Để thiết lập các thông số cơ bản cho các đường vẽ, khoảng cách ô lưới, màu, người sử dụng có thể chọn trong hộp thoại: vào Option => Settings - Grid - Element - Subcircuit - Port - Test - Node - Lable - Wire color Hình 1.86: Hộp thoại cài đặt màu 86 9.2. Điều chỉnh kiểu chữ cho hình vẽ Để điều chỉnh Font cho hình vẽ ta kich double như hình vẽ 1.87 một hộp thoại xuất hiện => chọn screen và làm theo hướng dẫn trên màn hình Hình 1.87: Hộp thoại điều chỉnh Font cho hình vẽ 9.3. Điều chỉnh màu và đường nét cho hình vẽ Để điều chỉnh màu cho hình vẽ ta kich double như hình vẽ 1.88, một hộp thoại xuất hiện, chọn Curves, chọn Color Hình 1.88: Hộp đối thoại điều chỉnh màu 87 Để chọn nét vẽ ta chọn Line thickness và chọn nét vẽ tùy theo người mô phỏng (hình 1.89) Hình 1.89: Hộp đối thoạiđiều chỉnh nét vẽ 9.4. Tìm kiếm linh kiện Để tìm kiếm một linh kiện nào đó sử dụng công cụ Library browser như sau: Hình 1.90: Công cụ tìm kiếm linh kiện Vào ô Find gõ ký hiệu của linh kiện tìm kiếm sau đó chọn Find 89 Phần 2 MÔ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƯU BẰNG PHẦN MỀM PSIM 91 Chương 2 MẠCH CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN I. CHỈNH LƯU TIA MỘT PHA 1. TẢI R a. Cơ sở lý thuyết UdRU2U1 I2I1 ID D U2 Ud t t π 2π 0 0 GĐ1 GĐ2 Hình 2.1: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào, điện áp tải R tia một pha Điều kiện để Diod phân cực thuận: VA>VK Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0 ÷ π, u2>0 ⇒ D PCT (phân cực thuận) ⇒ Udcó dạng sóng như dạng sóng ngõ vào(áp vào bằng áp ra, bỏ qua điện áp rơi trên Diod). Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ π ÷ 2π, u2<0 ⇒ D PCN (VA<VK) ⇒ Ud có dạng sóng bằng 0. So sánh kết quả mô phỏng với dạng sóng lý thuyết kết quả như nhau. b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Từ sơ đồ lý thuyết ta vẽ mạch chỉnh lưu cần mô phỏng trên PSIM. Vào Elements/sources/voltage/sine để lấy nguồn tín hiệu sin (hoặc chọn biểu tượng trên thanh công cụ). 92 Vào Elements/power/switches/Diod để lấy Diod (hoặc chọn biểu tượng trên thanh công cụ). Vào Elements/ Power/ RLC Branches/Resistor để lấy điện trở (hoặc chọn biểu tượng trên thanh công cụ). Vào Elements/ Other/ Probes/ Current Probe và Voltage Probe để lấy đầu dò đo dòng điện và đo điện áp. Vào Elements/Other/Ground để lấy mass (hoặc chọn biểu tượng trên thanh công cụ). Chọn wire trên thanh công cụ để kết nối dây. 93 Để hiển các thông số (Tên, giá trị . . . ) của các linh kiện mạch mô phỏng ta chọn ô Display theo bảng sau: Nhập thông số cho phù hợp từng linh kiện, vào Simulate Control để chọn đồng hồ thời gian rồi nhập thông số cho đồng hồ thời gian, cứ T = 0.01 hiển thị dạng sóng mô phỏng là một bán kỳ, thường chọn T = 0.06 để hiển thị ba chu kỳ . Sau đó nhập các thông số của điện áp vào như yêu cầu bài toán rồi chọn thời gian mô phỏng cho phù hợp (ví dụ này do chu kỳ tín hiệu ngõ vào là 50Hz nên ta chọn thời gian của quá trình mô phỏng là 0.08s để có thể quan sát được bốn chu kỳ của tín hiệu). - Cho nguồn AC tín hiệu vào: U = 220 sin(100πt) (V). - Tải thuần trở R = 20Ω. - Các Diod có giá trị lý tưởng. Vào Simulate/Run simulation (hoặc nhấn phím F8) để chạy chương trình. 94 Để quan sát dạng sóng ngõ vào và ngõ ra ta vào Elements/Other/ Probes/Current Probe và Voltage Probe để lấy đầu dò đo dòng điện và đo điện áp. Sau khi nhấp vào Run Simulation hoặc F8 ta chọn các giá trị nào cần quan sát như điện áp ngõ vào U2 chọn Add khi thấy xuất hiện ở cột Variables for display nhấp vào Ok. Để lấy dạng sóng điện áp ra Udta có thể lấy trên cùng trục đồ thị hoặc tách rời đồ thị tùy vào người mô phỏng ta chọn như hình bên dưới 95 Kết quả chạy mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 2.2: Đồ thị dạng sóng điện áp vào và dòng điện, điện áp trên tải R tia một pha 2. TẢI R+L a. Cơ sở lý thuyết Tải cảm kháng là các cuộn hút, cuộn dây nam châm điện, ly hợp điện từ, cuộn dây kích từ. Ud R U2U1 I2 I1 ID D U2 Ud t t π 2π 0 0 L Id λ λ0 t GĐ2GĐ1 GĐ3 Id Hình 2.3: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào, điện áp trên tải R+L tia một pha Với λ gọi là góc tắt dòng. Điều kiện để Diod phân cực thuận: VA>VK Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0 ÷ π, u2>0 ⇒ D PCT (phân cực thuận) ⇒ Ud có dạng sóng như dạng sóng ngõ vào(áp vào bằng áp ra, bỏ qua điện áp rơi trên Diod) ⇒ L nạp năng lượng. 96 Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ π ÷ λ, L xả năng lượng qua D ⇒ Ud có dạng sóng phóng qua trục 0 như hình vẽ. Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ λ ÷ 2 π, u2<0 ⇒ D PCN (phân cực ngược) (VA<VK) ⇒ Ud có dạng sóng bằng 0. Trong thực tế với mạch tải R + L người ta thường dùng một Diod hoàn năng lượng mắc song song ngược chiều với tải, bảo vệ Diod chỉnh lưu và duy trì dòng tải trong nửa chu kì âm của điện áp nguồn và được thể hiện như hình vẽ 2.4: Ud R U2U1 I2 I1 ID D U2 Ud t t π 2π 0 0 L Id λ0 t D0 Hình 2.4: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào, điện áp trên tải R+L có sử dụng Diod hoàn năng lượng tia một pha b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Để lấy cuộn dây chọn Elements/Power/RLC Branches/Inductor (hoặc chọn biểu tượng trên thanh công cụ).  Trường hợp 1 (không có Diod hoàn năng lượng) Đặt tất cả các thông số cho các linh kiện trong mạch điện rồi vào Simulate/Run simulation (hoặc nhấn phím F8) để chạy chương trình. 97 Có thể thay đổi giá trị của từng linh kiện để khảo sát nhiều dạng sóng khác nhau. Kết quả chạy mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 2.5: Đồ thị dạng sóng điện áp vào, dòng điện, điện áp trên tải R+L tia một pha  Trường hợp 2 (có Diod hoàn năng lượng): Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 2.6: Đồ thị dạng sóng điện áp vào, dòng điện, điện áp trên tải R+L có Diod hoàn năng lượng tia một pha 98 3. TẢI R+E a. Cơ sở lý thuyết Ứng dụng của tải R+E: động cơ điện, bể điện phân, bộ nạp ắc-quy, tụ điện lớn, R ID D + UdU2U1 I2I1 E 0 θ1 θ2 θ3 θ4π 2π GĐ1 GĐ3GĐ2 GĐ4 Ud 0 E U2 t t U2 Hình 2.7: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào, điện áp tải R+E tia một pha Điều kiện để Diod phân cực thuận: VA>VK, u2>E Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0 ÷ θ1, VA>VK, u2<E ⇒ D PCN (u2<E) ⇒ Ud = E và có dạng sóng là đường thẳng. Giai đoạn 2(GĐ2): Trong khoảng từ θ1÷ θ2, VA>VK, u2>E ⇒ D PCT ⇒ Ud có dạng sóng như dạng sóng ngõ vào. Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ θ2÷ π, VA>VK, u2<E ⇒ Ud = E và có dạng sóng là đường thẳng. Giai đoạn 4 (GĐ4): Trong khoảng từ π ÷ 2 π, VA<VK ⇒ D PCN (phân cực ngược)⇒ Ud =E có dạng sóng là đường thẳng. b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Ta có mạch điện: 99 Chọn thông số phù hợp cho mạch điện rồi tiến hành mô phỏng. Có thể thay đổi giá trị của từng linh kiện để khảo sát nhiều dạng sóng khác nhau. Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM: Hình 2.8: Đồ thị dạng sóng điện áp lối vào và dòng điện, điện áp tải R+E tia một pha 4. TẢI R+L+E a. Cơ sở lý thuyết Trong trường hợp này điện cảm làm dòng điện tăng chậm ở sườn trước và kéo dài khoảng dẫn của Diod ở sườn sau. Ud R U2U1 I2I1 ID D + E Ud t 0 E U2, E L 0 θ1 θ2 θ3 θ4π 2π λ GĐ1 GĐ3GĐ2 GĐ4 Id t U2 Hình 2.9: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào, điện áp tải R+L+E tia một pha Điều kiện để Diod phân cực thuận: VA>VK, u2>E Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0 ÷ θ1, VA>VK, u2<E ⇒ D PCN (u2<E) ⇒ Ud = E và có dạng sóng là đường thẳng. 100 Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ θ1÷ θ2, VA>VK, u2>E ⇒ D PCT, L nạp năng lượng ⇒ Ud có dạng sóng như dạng sóng ngõ vào. Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ θ2÷ λ, L xả năng lượng ⇒ Ud có dạng sóng phóng xuống trục 0. Giai đoạn 4 (GĐ4): Trong khoảng từ λ ÷ 2π, D PCN(VA<VK)⇒ Ud = E có dạng sóng là đường thẳng. b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Để lấy nguồn E ta có thể vào Elements/Sources/Voltage/DC (battery). Hoặc có thể vào Elements/ Sources/ Voltage/ DC. Đặt tất cả các thông số cho các linh kiện trong mạch điện rồi vào Simulate/Run simulation (hoặc nhấn phím F8) để chạy chương trình. Có thể thay đổi giá trị của từng linh kiện để khảo sát nhiều dạng sóng khác nhau. Kết quả chạy mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 2.10: Đồ thị dạng sóng điện áp lối vào và dòng điện, điện áp tải R+L+E tia một pha 101 II. CHỈNH LƯU TIA HAI PHA 1. TẢI R a. Cơ sở lý thuyết Ud R U21 U1 I21 I1 ID D1 U22 I22 D2 Id U21, U22 Ud π 2π 0 0 GĐ1 GĐ2 t t Hình 2.11: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào, điện áp tải R tia hai pha Điều kiện để Diod phân cực thuận: VA>VK Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0 ÷ π, u21>0 ⇒ D1 PCT (phân cực thuận) ⇒ Ud có dạng sóng như dạng sóng ngõ vào(áp vào bằng áp ra, bỏ qua điện áp rơi trên Diod). Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ π ÷ 2π, u22>0 ⇒ D2 PCT (phân cực thuận) ⇒ Ud có dạng sóng như dạng sóng áp vào. b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Ta có mạch điện: 102 Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 2.12: Đồ thị dạng sóng điện áp lối vào và dòng điện, điện áp tải R tia hai pha 2.TẢI R+L a. Cơ sở lý thuyết t Ud RU21 U1 I21 I1 ID D1 U22 I22 D2 Id U21, U22 Ud π 2π 0 0 GĐ1 GĐ2 L t Hình 2.13: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp lối vào và dòng điện, điện áp trên tải R tia hai pha Điều kiện để Diod phân cực thuận: VA>VK Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0 ÷ π, u21>0 ⇒ D1 PCT (phân cực thuận), L nạp năng lượng ⇒ Ud có dạng sóng như dạng sóng ngõ vào (áp vào bằng áp ra, bỏ qua điện áp rơi trên Diod). 103 Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ π ÷ 2π, u22>0 ⇒ D2 PCT (phân cực thuận), L nạp năng lượng ⇒ Ud có dạng sóng như dạng sóng áp vào. Chú ý: Dòng điện trễ pha so với áp do quá trình quá độ của cuộn dây. b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Ta có thể lấy biến áp bằng cách: Mạch điện: Kết quả chạy mô phỏng trên phần mềm PSIM: Hình 2.14: Đồ thị dạng sóng điện áp lối vào và dòng điện, điện áp trên tải R +L tia hai pha 104 3. TẢI R+E a. Cơ sở lý thuyết Ud RU21 U1 I21I1 ID D1 U22 I22 D2 IdE 0 θ1 θ2 π+θ1π 2π GĐ1 GĐ3GĐ2 GĐ4 Ud 0 E U21,22 GĐ5 GĐ6 t t π+θ2 U21 U22 Hình 2.15: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào, điện áp tải R+E tia hai pha Điều kiện để Diod phân cực thuận: VA>VK, u2>E Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0 ÷ θ1, VA>VK, u21 <E, D1 PCN ⇒ Ud = E và có dạng sóng là đường thẳng. Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ θ1÷ θ2, VA>VK, u21>E, D1 PCT ⇒ Ud có dạng sóng như dạng sóng ngõ vào. Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ θ2÷ π, VA>VK, u21<E, D1 PCN ⇒ Ud = E và có dạng sóng là đường thẳng. Giai đoạn 4 (GĐ4): Trong khoảng từ π÷(π+θ1), VA>VK, u22<E D2 PCN⇒ Ud = E và có dạng sóng là đường thẳng. Giai đoạn 5(GĐ5): Trong khoảng từ (π+θ1)÷ (π+θ2, VA>VK, u22>E, D2 PCT ⇒ Ud có dạng sóng như dạng sóng ngõ vào. Giai đoạn 6 (GĐ6): Trong khoảng từ (π+θ2)÷ 2π, VA>VK, u22<E D2 PCN ⇒ Ud = E và có dạng sóng là đường thẳng. b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Mạch điện mô phỏng: 105 Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 2.16: Đồ thị dạng sóng điện áp lối vào và dòng điện, điện áp trên tải R +E tia hai pha 4. TẢI R+L+E a. Cơ sở lý thuyết Ud R U21 U1 I21I1 ID D1 U22 I22 D2 IdE 0 GĐ1 GĐ3GĐ2 GĐ4 Ud 0 E U21,22, E GĐ5 GĐ6 L λ θ1 θ2 π+θ1π 2ππ+θ2 t t U21 U22 Hình 2.17: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào, điện áp tải R+L+E tia hai pha Điều kiện để Diod phân cực thuận: VA>VK, u2>E Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0 ÷ θ1, VA >VK, u21<E ⇒ D1 PCN ⇒ Ud = E và có dạng sóng là đường thẳng. Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ θ1÷ θ2, VA>VK, u21>E ⇒ D PCT, L nạp năng lượng ⇒ Ud có dạng sóng như dạng sóng ngõ vào. 106 Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ θ2÷ λ, L xả năng lượng ⇒ Ud có dạng sóng phóng xuống trục 0. Giai đoạn 4 (GĐ4): Trong khoảng từ λ ÷(π+θ1), VA>VK, u22<E D2 PCN ⇒ Ud = E và có dạng sóng là đường thẳng. Giai đoạn 5 (GĐ5): Trong khoảng từ (π+θ1)÷(π+θ2), VA>VK, u22>E ⇒ D2 PCT, L nạp năng lượng ⇒Udcó dạng sóng như dạng sóng ngõ vào. Giai đoạn 6 (GĐ6): Trong khoảng từ (π+θ2)÷ 2π, L xả năng lượng ⇒ Ud có dạng sóng phóng qua trục 0. b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM - Mạch điện: Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 2.18: Đồ thị dạng sóng điện áp lối vào và dòng điện, điện áp trên tải R +L+E tia hai pha 107 III. CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA 1. TẢI R a. Cơ sở lý thuyết Ud R U1 I1 IdU2 D4 D1 D2D3 U2 Ud π 2π 0 0 GĐ1 GĐ2 t t Hình 2.19: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào và điện áp trên tải R cầu một pha Điều kiện để Diod phân cực thuận: VA >VK Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0 ÷ π, u2>0, D1, D3 PCT (phân cực thuận) ⇒ Ud có dạng sóng như dạng sóng ngõ vào (áp vào bằng áp ra, bỏ qua điện áp rơi trên Diod). Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ π ÷ 2π, u2>0 ⇒ D2, D4 PCT (phân cực thuận) ⇒ Ud dạng sóng ngõ ra như dạng sóng ngõ vào. b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Thực hiện tương tự như bài trên ta có sơ đồ mạch điện. Thay Diod bằng bộ chỉnh lưu cầu được lấy từ Elements/Power/Switches/ Diod để lấy Diod (hoặc chọn biểu tượng trên thanh công cụ). Ta có mạch điện cần mô phỏng: 108 Kết quả chạy mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 2.20: Đồ thị dạng sóng điện áp vào và dòng điện, điện áp trên tải R cầu một pha 2. TẢI R+L a. Cơ sở lý thuyết U2 0 Ud π 2π0 GĐ1 GĐ2 Ud R U1 I1 IdU2 D4 D1 D2D3 L t t Hình 2.21: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào, điện áp tải R+L cầu một pha Điều kiện để Diod phân cực thuận: VA>VK Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0 ÷ π, u2>0 ⇒ D1, D3 PCT (phân cực thuận), L nạp năng lượng ⇒ Ud có dạng sóng như dạng sóng ngõ vào (áp vào bằng áp ra, bỏ qua điện áp rơi trên Diod). Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ π ÷ 2π, u2>0 ⇒ D2, D4 PCT (phân cực thuận), L nạp năng lượng ⇒ Ud có dạng sóng như dạng sóng áp vào. 109 b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Mạch điện cần mô phỏng: Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 2.22: Đồ thị dạng sóng điện áp vào và dòng điện, điện áp trên tải R+L cầu một pha 3. TẢI R+E a. Cơ sở lý thuyết U2, E 0 E 0 GĐ1 GĐ3GĐ2 GĐ4 Ud GĐ5 GĐ6 Ud R U1 I1 IdU2 D4 D1 D2D3 E t t θ1 θ2 π+θ1π 2ππ+θ2 U2 Hình 2.23: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào, điện áp tải R+E 110 Điều kiện để Diod phân cực thuận: VA>VK, u2>E Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0 ÷ θ1, VA>VK, u2<E; D1, D3 PCN ⇒ Ud = E và có dạng sóng là đường thẳng. Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ θ1 ÷ θ2, VA>VK, u2>E ⇒ D1, D3 PCT ⇒ Ud có dạng sóng như dạng sóng ngõ vào. Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ θ2÷ π, VA>VK, u2<E ⇒ D1, D3 PCN ⇒ Ud = E và có dạng sóng là đường thẳng. Giai đoạn 4 (GĐ4): Trong khoảng từ π ÷(π+θ1), VA>VK, u2<E D2, D4 PCN ⇒ Ud = E và có dạng sóng là đường thẳng. Giai đoạn 5(GĐ5): Trong khoảng từ (π+θ1)÷(π+θ2), VA>VK, u2>E ⇒ D2, D4 PCT ⇒ Ud có dạng sóng như dạng sóng ngõ vào. Giai đoạn 6 (GĐ6): Trong khoảng từ (π+θ2)÷2π, VA>VK , u2<E ⇒ Ud= E và có dạng sóng là đường thẳng. b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Mạch điện cần mô phỏng: Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 2.24: Đồ thị dạng sóng điện áp vào và dòng điện, điện áp trên tải R+E cầu một pha 111 IV. CHỈNH LƯU BA PHA HÌNH TIA 1. TẢI R a. Cơ sở lý thuyết Ud A B C D1 D2 D3 R Id 0 ua ub uc U2 Ud 0 0 π/6 5π/6 9π/6 GĐ1 GĐ3GĐ2 GĐ4 t t Hình 2.25: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào, điện áp tải R tia ba pha Điều kiện để Diod phân cực thuận: VA>VK Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0 ÷ π/6, ua, ub, uc<0 ⇒ D1, D2, D3PCN (phân cực ngược) ⇒ Ud có dạng sóng ngõ ra bằng 0. Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ π/6 ÷ 5π/6, ua>0 ⇒ D1 PCT (phân cực thuận) ⇒ Ud có dạng sóng ra như dạng sóng ngõ vào ua. Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ 5π/6 ÷ 9π/6, ub>0 ⇒ D2 PCT (phân cực thuận) ⇒ Ud có dạng sóng ra như dạng sóng ngõ vào ub. Giai đoạn 4(GĐ4): Trong khoảng từ 9π/6 ÷ 13π/6, uc>0 ⇒ D3 PCT (phân cực thuận) ⇒ Ud có dạng sóng ra như dạng sóng ngõ vào uc. b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Vào Elements/ Sources/ Voltage/ 3-ph Sine để lấy nguồn tín hiệu ba pha Sine. 112 Mạch điện cần mô phỏng: Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 2.26: Đồ thị dạng sóng điện áp vào và dòng điện, điện áp trên tải R tia ba pha 2. TẢI R+L a. Cơ sở lý thuyết Ud A B C D1 D2 D3 R Id 0 ua ub uc U2 Ud 0 0 π/6 5π/6 9π/6 GĐ1 GĐ3GĐ2 GĐ4 t t L Id Hình 2.27: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào, điện áp tải R+L tia ba pha 113 Điều kiện để Diod phân cực thuận: VA>VK Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0 ÷ π/6, ua, ub, uc<0 ⇒ D1, D2, D3PCN (phân cực ngược) ⇒ Ud có dạng sóng ngõ ra bằng 0. Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ π/6 ÷ 5π/6, ua>0 ⇒ D1 PCT (phân cực thuận), L nạp năng lượng ⇒ Ud có dạng sóng ra như dạng sóng ngõ vào ua. Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ 5π/6 ÷ 9π/6, ub>0 ⇒ D2 PCT (phân cực thuận), L nạp năng lượng ⇒ Ud có dạng sóng ra như dạng sóng ngõ vào ub. Giai đoạn 4 (GĐ4): Trong khoảng từ 9π/6 ÷ 13π/6, uc>0 ⇒ D3 PCT (phân cực thuận), L nạp năng lượng ⇒ Ud có dạng sóng ra như dạng sóng ngõ vào uc. b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Mạch điện cần mô phỏng: Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 2.28: Đồ thị dạng sóng điện áp vào và dòng điện, điện áp trên tải R+L tia ba pha 114 3. TẢI R+E a. Cơ sở lý thuyết Ud A B C D1 D2 D3 R Id 0 ua ub uc Ua,b,c Ud 0 0 t E θ10 π/6 5π/6 9π/6 GĐ1 GĐ3GĐ2 GĐ4 13π/6 E E θ2 GĐ5 GĐ6 2 U2 E 2 U2 E 2 2 Trường hợp Trường hợp Ua Ub Uc π+θ1 π+θ2 2π-θ1 2π-θ2 Hình 2.29: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào, điện áp tải R+E tia ba pha Trường hợp nguồn E nhỏ hơn điểm chuyển mạch tự nhiên �√2𝑈𝑈2 2 > 𝐸𝐸� Điều kiện để Diod phân cực thuận: VA>VK. Do E nhỏ hơn điểm chuyển mạch tự nhiên �√2𝑈𝑈2 2 > 𝐸𝐸� nên u2 luôn lớn hơn E cho nên ta chỉ xét trường hợp VA>VK. Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0 ÷ π/6, ua, ub, uc<0 ⇒ D1, D2, D3 PCN (phân cực ngược) ⇒ Ud có dạng sóng ngõ ra bằng E. Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ π/6 ÷5π/6, ua>0 ⇒ D1 PCT (phân cực thuận) ⇒ Ud có dạng sóng ra như dạng sóng ngõ vào ua. Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ 5π/6 ÷ 9π/6, ub>0 ⇒ D2 PCT (phân cực thuận)⇒ Ud có dạng sóng ra như dạng sóng ngõ vào ub. Giai đoạn 4 (GĐ4): Trong khoảng từ 9π/6 ÷ 13π/6, uc>0 ⇒ D3 PCT (phân cực thuận) ⇒ Ud có dạng sóng ra như dạng sóng ngõ vào uc. b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Mạch điện cần mô phỏng: 115 Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 2.30: Đồ thị dạng sóng điện áp vào và dòng điện, điện áp trên tải R+E tia ba pha khi �√2𝑈𝑈2 2 > 𝐸𝐸� Trường hợp nguồn E nhỏ hơn điểm chuyển mạch tự nhiên �√2𝑈𝑈2 2 < 𝐸𝐸� Điều kiện để Diod phân cực thuận: VA >VK, u2 = ua = ub = uc>E Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0÷θ1, ua>0, ua<E ⇒ D1 PCN (phân cực ngược) ⇒ Ud có dạng sóng ngõ ra bằng E. Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ θ1÷θ2, ua>0, ua>E ⇒ D1 PCT (phân cực thuận) ⇒ Ud có dạng sóng ra như dạng sóng ngõ vào ua ( dạng sóng ua từ θ1÷ θ2). Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ θ2÷(π +θ1), ub > 0, ub < E ⇒ D1, D2 PCN (phân cực ngược) ⇒ Ud có dạng sóng ngõ ra bằng E. 116 Giai đoạn 4 (GĐ4): Trong khoảng từ (π +θ1)÷(π +θ2), ub>0, ub>E ⇒ D2 PCT (phân cực thuận) ⇒ Ud có dạng sóng ra như dạng sóng ngõ vào ua (dạng sóng ub từ π +θ1÷ π +θ2). Giai đoạn 5 (GĐ5): Trong khoảng từ (π +θ2)÷(2π –θ1), uc>0, uc<E ⇒ D2,D3 PCN (phân cực ngược) ⇒Ud có dạng sóng ngõ ra bằng E. Giai đoạn 6 (GĐ6): Trong khoảng từ (2π –θ1)÷(2π +θ1), uc>0, uc>E ⇒ D3 PCT (phân cực thuận) ⇒Ud có dạng sóng ra như dạng sóng ngõ vào uc (dạng sóng uc từ (2π –θ1) ÷(2π +θ1)). Mạch điện cần mô phỏng: Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 2.31: Đồ thị dạng sóng điện áp vào và dòng điện, điện áp trên tải R+E tia ba pha khi �√2𝑈𝑈2 2 < 𝐸𝐸� 117 V. CHỈNH LƯU CẦU BA PHA 1. TẢI R a. Cơ sở lý thuyết Ud D1 Id A B Ua Ub Uc 0 π 2π Ua,b,c π/6 5π/6 0 M N L P Ud uab π/6 3π/6 P (+) N (-) R D3 D5 D4 D6 D2 D1 D6 D2 D3 D4 D5D1 D2 D3 D4 D5 D6 uac ubc uba uca ucb Ua Ub Uc t t C Hình 2.32: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào, điện áp tải R cầu ba pha Điều kiện để Diod phân cực thuận: VA>VK Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ π/6 ÷ 3π/6, uab> 0 ⇒ D1, D6 PCT (phân cực thuận) ⇒ Ud có dạng sóng như dạng sóng ngõ vào uab (áp vào bằng áp ra, bỏ qua điện áp rơi trên Diod). Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ 3π/6 ÷ 5π/6, uac>0 ⇒ D1, D2 PCT (phân cực thuận) ⇒ Udcó dạng sóng ngõ ra như dạng sóng ngõ vào uac. Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ 5π/6 ÷ 7π/6, ubc>0 ⇒ D2, D3 PCT (phân cực thuận) ⇒ Udcó dạng sóng như dạng sóng ngõ vào ubc. Giai đoạn 4(GĐ4): Trong khoảng từ 7π/6 ÷ 9π/6, uba>0 ⇒ D3, D4 PCT (phân cực thuận) ⇒ Ud dạng sóng ngõ ra như dạng sóng ngõ vào uba. Giai đoạn 5 (GĐ5): Trong khoảng từ 9π/6 ÷ 11π/6, uca>0 ⇒ D4, D5 PCT (phân cực thuận) ⇒Ud có dạng sóng như dạng sóng ngõ vào uca. Giai đoạn 6(GĐ6): Trong khoảng từ 11π/6 ÷ 13π/6, ucb>0 ⇒ D5, D6 PCT (phân cực thuận) ⇒ Ud dạng sóng ngõ ra như dạng sóng ngõ vào ucb. 118 b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Mạch điện cần mô phỏng: Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 2.33: Đồ thị dạng sóng điện áp vào và dòng điện, điện áp trên tải R cầu ba pha 2. TẢI R + E a. Cơ sở lý thuyết Ud D1 Id A B C Ua Ub Uc 0 Ua,b,c 0 M N L P Ud uab π/6 3π/6 P (+) N (-) R D3 D5 D4 D6 D2 uac ubc uba uca ucb Ua Ub Uc E Id t t 2ππ + - 5π/67π/6 9π/6 11π/ 6 13π/ 6 Hình 2.34: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào, điện áp tải R+E cầu ba pha 119 Điều kiện để Diod phân cực thuận: VA>VK. Do E nhỏ hơn điểm chuyển mạch tự nhiên nên điện áp dây đầu vào luôn lớn hơn E. Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ π/6÷ 3π/6, uab>0 ⇒ D1, D6 PCT (phân cực thuận) ⇒ Udcó dạng sóng như dạng sóng ngõ vào uab (áp vào bằng áp ra, bỏ qua điện áp rơi trên Diod). Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ 3π/6 ÷ 5π/6, uac>0 ⇒ D1, D2 PCT (phân cực thuận) ⇒ Ud dạng sóng ngõ ra như dạng sóng ngõ vào uac. Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ 5π/6 ÷ 7π/6, ubc>0 ⇒ D2, D3 PCT (phân cực thuận) ⇒ Udcó dạng sóng như dạng sóng ngõ vào ubc. Giai đoạn 4 (GĐ4): Trong khoảng từ 7π/6 ÷ 9π/6, uba>0 ⇒ D3, D4 PCT (phân cực thuận) ⇒ Ud dạng sóng ngõ ra như dạng sóng ngõ vào uba. Giai đoạn 5 (GĐ5): Trong khoảng từ 9π/6÷ 11π/6, uca>0 ⇒ D4, D5 PCT (phân cực thuận) ⇒ Udcó dạng sóng như dạng sóng ngõ vào uca. Giai đoạn 6 (GĐ6): Trong khoảng từ 11π/6 ÷13π/6, ucb>0 ⇒ D5, D6 PCT (phân cực thuận) ⇒ Ud dạng sóng ngõ ra như dạng sóng ngõ vào ucb. b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Mạch điện cần mô phỏng: 120 Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 2.35: Đồ thị dạng sóng điện áp vào và dòng điện, điện áp trên tải R cầu ba pha VI. CHỈNH LƯU HÌNH TIA SÁU PHA KHÔNG CÓ CUỘN KHÁNG CÂN BẰNG 1. TẢI R a. Cơ sở lý thuyết Ud D1 Id A B C Uc Ua’ R D3 D5 D4 D6 D2Ub Ua Uc’ Ub’ 0 Ua,c’,b,a’,c,b’ Ud π/3 2π/3 3π/3 4π/30 5π/3 6π/3 7π/3 Ua Ub UcUa’ Ub’ GĐ1 GĐ2 GĐ3 GĐ4 GĐ5 GĐ6 Uc’ t t Hình 2.36: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào, điện áp tải R tia sáu pha Điều kiện để Diod phân cực thuận: VA>VK. 121 Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ π/3 ÷ 2π/3, ua>0 ⇒ D1PCT (phân cực thuận) ⇒ Udcó dạng sóng như dạng sóng ngõ vào ua (áp vào bằng áp ra, bỏ qua điện áp rơi trên Diod). Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ 2π/3 ÷ 3π/3, uc’>0 ⇒ D6 PCT (phân cực thuận) ⇒ Udcó dạng sóng ngõ ra như dạng sóng ngõ vào uc’. Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ 3π/3 ÷ 4π/3, ub>0 ⇒ D2 PCT (phân cực thuận) ⇒ Udcó dạng sóng như dạng sóng ngõ vào ub. Giai đoạn 4 (GĐ4): Trong khoảng từ 4π/3 ÷ 5π/3, ua’>0 ⇒ D4 PCT (phân cực thuận) ⇒ Udcó dạng sóng ngõ ra như dạng sóng ngõ vào ua’. Giai đoạn 5 (GĐ5): Trong khoảng từ 5π/3 ÷ 6π/3, uc>0 ⇒ D3 PCT (phân cực thuận) ⇒ Udcó dạng sóng như dạng sóng ngõ vào uc. Giai đoạn 6 (GĐ6): Trong khoảng từ 6π/3 ÷ 7π/3, ub’>0 ⇒ D5 PCT (phân cực thuận) ⇒ Udcó dạng sóng ngõ ra như dạng sóng ngõ vào ub’. b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Mạch điện cần mô phỏng: 122 Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 2.37: Đồ thị dạng sóng điện áp vào và dòng điện, điện áp trên tải R tia sáu pha 2. TẢI R+E a. Cơ sở lý thuyết Ud D1 Id Uc Ua’ R D3 D5 D4 D6 D2Ub Ua Uc’ Ub’ 0 Ua,c’,b,a’,c,b’ Ud π/3 2π/3 3π/3 4π/30 5π/3 6π/3 7π/3 Ua Ub UcUa’ Ub’ GĐ1 GĐ2 GĐ3 GĐ4 GĐ5 GĐ6 Uc’ E Id A B C t t Hình 2.38: Sơ đồ và đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào, điện áp tải R+E tia sáu pha Điều kiện để Diod phân cực thuận: VA>VK. Do E nhỏ hơn điểm chuyển mạch tự nhiên nên các điện áp pha đầu vào luôn lớn hơn E. 123 Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ π/3 ÷ 2π/3, ua>0 ⇒ D1PCT (phân cực thuận) ⇒ Udcó dạng sóng như dạng sóng ngõ vào ua (áp vào bằng áp ra, bỏ qua điện áp rơi trên Diod). Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ 2π/3÷ 3π/3, uc’>0 ⇒ D6 PCT (phân cực thuận) ⇒ Ud dạng sóng ngõ ra như dạng sóng ngõ vào uc’. Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ 3π/3 ÷ 4π/3, ub>0 ⇒ D3 PCT (phân cực thuận) ⇒ Ud có dạng sóng như dạng sóng ngõ vào ub. Giai đoạn 4 (GĐ4): Trong khoảng từ 4π/3 ÷ 5π/3, ua’>0⇒ D4 PCT (phân cực thuận)⇒ Ud dạng sóng ngõ ra như dạng sóng ngõ vào ua’. Giai đoạn 5 (GĐ5): Trong khoảng từ 5π/3÷ 6π/3, uc>0 ⇒ D3 PCT (phân cực thuận) ⇒ Udcó dạng sóng như dạng sóng ngõ vào uc. Giai đoạn 6 (GĐ6): Trong khoảng từ 6π/3 ÷ 7π/3, ub’>0 ⇒ D5 PCT (phân cực thuận) ⇒ Udcó dạng sóng ngõ ra như dạng sóng ngõ vào ub’. b. Mô phỏng bằng phần mềm PSIM Mạch điện cần mô phỏng: 124 Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM Hình 2.39: Đồ thị dạng sóng điện áp vào và dòng điện, điện áp trên tải R+E tia sáu pha