tiểu luận mô phỏng mạch điện- điện tử

những bài tập có lời giải rất hay. Giup bạn giành điểm cao

Bài tập mô phỏng

Bài 1: Mạch điện gồm tổng trở Z1 , mắc nối tiếp với hai tổng trở Z2 và Z3 mắc song song với nhau, được cung cấp bằng nguồn điện áp xoay chiều hình sin

- Mô phỏng mạch điện này để nghiệm lại định luật Kirhoff I và II

- Thay đổi các thông số của phần tử tải để tạo cộng hưởng dòng điện hoặc điện áp trong mạch

- Vẽ đồ thị vecto các dòng điện và điện áp trên các phần tử trong các trường hợp trên

- Các thông số biết: Z1 = 141 Ω ; E = 220√2sin(100πt)

Z2 = 50,04 + j3,04 Ω

Z3 = 50,04 – j30,04 Ω

BÀI LÀM

- Mô phỏng mạch điện này để nghiệm lại định luật Kirhoff I và II

R2 = R3= 50,04Ω

L1 = 3,04314 = 9,68153 mH

C1 = 314 ×3,041 = 1047,6μF

U = 220V

f = 50Hz

- Lựa chọn các thông số của mạch R1 = 5Ω; L1 = 3mH, C1 = 400µF;

R2=10 Ω;f = 50Hz; U´ =50 00

Ta có:

xL = L = 2.50.3.10-3 = 0,94ΩΩ

Z1 = R1 + jxL = 5 + j0,94Ω Ω = 5,0910,65 0 ’Ω ;

Z2=R2−j x c=R2− 1

ωCC j=

1

2 π 50.400 10− 6 =10− j 8 Ω

=12,838039'Ω

Z vào=5+ j0,94 +(10− j 8) R3

R3+10− j 8 =5+0,94 j+

R3(10− j 8)( R3+10+ j8)

(R¿¿ 3+10) 2

+ 64 ¿

Để có cộng hưởng, thành phần phản kháng của tổng trở Zvào phải được triệt tiêu Vậy ta có:

0,94− 8 R3

2

(R3+ 10)2+64=0 suy ra R3=6,19 Ω

Với giá trị R3 = 6,19Ω tổng trở phức của cả mạch chỉ còn lại phần thực:

R vào=5+10 R3

2

+164 R3

¿ ¿

Dòng điện trong nhánh chính:

´

I1 = U´

R vào=

500 0

9,3 =5,4 0

0 A Dòng điện trong các nhánh song song:

´I2=´I1 Z3

Z2+Z3=1,85 26

0 17' A

´I3=´I1 Z2

Z2 +Z3

= ¿3,83−12022' A

Kết quả mô phỏng được cho ở hình 1, trong đó đồng hồ Ampe A1 chỉ dòng I1, A2

chỉ dòng I2, A3 chỉ dòng I3 Từ kết quả mô phỏng bằng phần mềm Multisim12 ta thấy giá trị dòng điện tính toán và giá trị đo xấp xỉ bằng nhau

Hình 2 Đồ thị vectơ

Bài 2: Mạch điện ba pha có:

Tải ba pha không đối xứng đấu hình tam giác, được cung cấp bởi nguồn ba pha đối xứng Mô phỏng mạch điện này để thấy rõ dòng điện dây và dòng điện pha, công suất các pha trên tải và nguồn:

Biết:

Ud = 220V; ZAB = R1 = 4Ω1 Ω; ZBC = R2 + jx2 = 1+ j31,04Ω = 31,0688,150Ω

ZCA = R3 + jX3 = 1 - j31,04Ω = 31,06-88,150Ω

Chọn U´ AB=220 0 0

; U´ BC=220−120 0

; U´ CA=220 120 0 Dòng điện pha và dòng điện dây:

´

I BC=

´

U AB

Z AB=

220−120 0

31,06 88,150=7,083−208,15

0 =−6,25+ j3,34 A

IBC = 7,083A

´

I AB=

´

U AB

Z AB=

220 00

41 =5,37 0

0

A

IAB = 5,37A

´

I CA=U´CA

Z CA=

220 1200 31,06−88,150=7,083 208,15

0

=−6,25− j3,34 A

ICA =7,083A

Tại nút A:

´I A=´I AB−´I CA=5,37−(−6,25−3,34 j)=11,615+3,34 j

´I A=12,085 16 0 2' A; suy ra giá trị hiệu dụng IA = 12,085A

Tại nút B:

´I B=´I BC−´I AB=−6,25+3,34 j−5,365=−11,615+3,34 j=12,085163057 ' A

Suy ra giá trị hiệu dụng IB = 12,085A

Tại nút C:

´I C=´I CA−´I BC=−6,25−3,34 j−(−6,25+3,34 j)=− j 6,68=6,68−900A

Suy ra giá trị hiệu dụng IC = 6,68A

Công suất tác dụng của tải 3 pha

P=R1I2AB

+R2I BC2

+R3I CA2

= 41.(5,365)2+1.(7,083)2+1.(7,083)2=1280,5W Công suất phản kháng của tải 3 pha

Q= X2I BC2 −X3I CA2 = ¿ 1.(7,083)2 –1.(7,083)2 = 0 Var

Số chỉ mỗi Oátmet

P1 = UABIAcos(UAB,IA) = 220.12,09.cos(-1200 – 163057’-900) = 2580,3W

P2 = UCBICcos(UCB,IC) = 220.21,75.cos(1200 +90 0) = - 1296,1W

Từ kết quả mô phỏng ta thấy:

- Các giá trị dòng điện pha, dòng điện dây đo được trên mạch mô phỏng gần chính xác so với các giá trị tính toán

- Trong mạch mô phỏng ta sử dụng phương pháp đo 2 oát kế:

Pđo = PW1 + PW2 =2555-1274= 1281W≈ Ptinhtoan = 1280,5W

Bài 3:

a) Mô phỏng quá trình quá độ trong mạch điện một chiều gồm điện trở và điện cảm mắc nối tiếp, mắc song song (hoặc điện dung) để thấy rõ ảnh hưởng của các trị số các phần tử ảnh hưởng đến hằng số thời gian, thời gian diễn ra quá trình quá độ

b) Mô phỏng quá trình quá độ trong mạch điện xoay chiều hình sin gồm điện trở và điện cảm mắc nối tiếp, mắc song song (hoặc điện dung) để thấy rõ ảnh hưởng của thời điểm đóng, cắt đến gián điệu nghiệm

Bài làm

a) Lựa chọn mạch điện mô phỏng quá trình quá độ như sau:

- Nguồn 1 chiều E = 100V

- Tải (R1 nt L1) nt (R2//L2) Các điện trở và điện cảm có giá trị như hình vẽ

- Ta cần mô phỏng quá trình quá độ trong mạch điện một chiều khi khóa K đóng bằng phần mềm Multisim 12

Kết quả mô phỏng được cho ở đồ thị sau:

Từ kết quả mô phỏng ta thấy:

- Các đường cong mô phỏng quá trình quá độ của dòng điện qua các phần tử trong mạch có dạng đường cong của hàm mũ là phù hợp lý thuyết

- Từ đồ thị mô phỏng cho thấy, dòng điện i1(R1), i3(L2) đạt giá trị xác lập bằng 900mA sau khoảng thời gian quá độ bằng tqđ = 12ms, dòng điện i2(R2) đạt giá trị xác lập bằng 0 sau cùng khoảng thời gian quá độ Kết quả này đúng với lý thuyết do cuộn cảm L2 có điện trở rất nhỏ nên coi nó như dây dẫn nối ngắn mạch qua R2

Thay đổi các thông số của mạch để thấy rõ ảnh hưởng của trị số các phần tử

Ri, Li tới hằng số thời gian và thời gian quá độ của mạch điện

- Trong mạch có chứa các phần tử tích trữ năng lượng và các điện trở, khi mạch hoạt động, năng lượng của các phần tử có thể tăng hoặc giảm dần theo thời gian để đạt tới trạng thái xác lập Để đo mức độ tăng hoặc giảm nhanh hay chậm của các đại lượng này ta dùng hằng số thời gian   càng nhỏ thì đáp ứng đầu ra càng nhanh đạt tới trạng thái xác lập

- Thời gian quá độ tqđ là khoảng thời gian tính từ thời điểm đóng khóa K đến khi mạch điện đạt trạng thái xác lập

Cả , tqđ đều phụ thuộc vào giá trị các phần tử R, L (hoặc C)

b) Mô phỏng quá trình quá độ trong mạch điện xoay chiều hình sin gồm điện trở và điện cảm mắc nối tiếp, mắc song song ( hoặc điện dung) để thấy rõ ảnh hưởng của thời điểm đóng cắt đến dáng điệu nghiệm

Sử dụng phần mềm Multisim 12 mô phỏng mạch với các tham số như sau:

Kết quả dạng sóng dòng điện quá độ iRL1 được cho ở hình sau:

Từ đồ thị ta thấy nếu đóng khóa K tại thời điểm t = 0, u(V1) = 0 thì dáng điệu nghiệm có dạng như hình trên

-Nếu đóng khóa K tại thời điểm t = /2 tức là V2 sớm pha hơn V1 /2: V1= (t+/ 2) = V1(t)

Dạng sóng dòng điện quá độ khi đóng khóa K tại t =900

Từ đồ thị ta thấy dáng điệu nghiệm có thay đổi nhiều so với việc đóng khóa K tại thời điểm t =0

Kết luận: Thời điểm đóng khóa K có ảnh hưởng rất lớn đến dáng điệu dòng điện quá độ trong mạch điện xoay chiều

Bài 4:

Mô phỏng mạch chỉnh lưu 3 pha dùng thyristor cung cấp cho tải, điện trở và điện cảm mắc nối tiếp Nhận xét về ảnh hưởng tính chất tải, chế độ làm việc của các phần tử

Bài làm

II Sử dụng phần mềm mô phỏng PSIM9.0

Bài 1: Mô phỏng quá trình quá độ trong mạch điện một chiều gồm điện trở, điện

cảm và điện dung (bậc hai), với các thông số của các phần tử khác nhau để thấy rõ ảnh hưởng của các trị số của các phần tử ảnh hưởng đến dáng điệu nghiệm không dao động tiến tới xác lập (nghiệm thực) hoặc dao động tắt dần tiến tới xác lập (nghiệm phức)

BÀI LÀM Thành lập mạch điện có các thông số như ở hình

Lúc đầu khóa K ở trạng thái OFF, sau khi chuyển khóa K về trạng thái ON, chọn phím F8 trên bàn phím để quan sát dạng sóng dòng điện i=i(R1) chạy trong mạch điện

Từ đồ thị trên ta thấy:

Ứng với giá trị ban đầu của các phần tử R, L, C đã cho thì dáng điệu nghiệm của dòng điện i(R1) là dạng dao động tắt dần tiến tới trạng thái xác lập Tức là các nghiệm của phương trình đắc trưng là nghiệm phức Giá trị dòng điện xác lập là

i R 1= 120

400=300 mA sau tqđ ≈ 0.025s

-Thay đổi các thông số của mạch điện hình 12 để kiểm nghiệm sự ảnh hưởng của giá trị R, L, C đến sự thay đổi dáng điệu nghiệm i(R1)

a Thay R1 = 400Ω bằng R’1=200Ω.

Kết quả mô phỏng được cho ở hình

Từ đồ thị ta thấy: Khi giảm R1 làm cho dáng điệu nghiệm i(R1) chuyển từ dao động tắt dần sang dao động không tắt dần Nghiệm của phương trình đặc trưng là nghiệm thực Ngược lại tăng R1 sẽ làm cho nghiệm có dạng dao động mạnh hơn b)thay L1 = ¿100mH bằng L’1 = 50mH giữ nguyên R1, C1

Kết quả mô phỏng được cho ở hình

Từ đồ thị ta thấy: Khi giảm giá trị L1 thì dòng điện quá độ iR1 vẫn có dạng dao động tắt dần nhưng biên độ dao động cực đại lớn hơn và tần số dao động cũng lớn hơn

cThay C1 =5µF bằng C’1 = 1µF

Kết quả mô phỏng

Từ đồ thị ta thấy: Khi giảm giá trị C1 thì dòng điện quá độ iR1 dao động tắt dần có

xu hướng giảm Nếu tiếp tục giảm C1 thì dáng điệu nghiệm sẽ chuyển sang dạng không dao động tắt dần