giáo trình thí nghiệm mô phỏng mạch điện

- Để xác định đáp ứng tần số của mạch, trên thanh công cụ, chọn Pspice/Edit Simulation Settings và sau khi xuất hiện hộp thoại Simulation Settings, nhấp chuột vào Analysis Tab, trong k

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

www.hutech.edu.vn Tài Liệu Lưu Hành Tại HUTECH

Trang 2

THÍ NGHIỆM MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN

Ấn bản 2014

Trang 4

MỤC LỤC > I

MỤC LỤC

MỤC LỤC I HƯỚNG DẪN III

SỬ DỤNG ORCAD PSPICE V

BÀI 1: MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT TRONG MẠCH ĐIỆN 1

1.1 ĐỊNH LUẬT PHÂN CHIA DÒNG ĐIỆN 1

1.1.1 Phần chuẩn bị ở nhà 1

1.1.2 Phần mô phỏng 2

1.2 NGUYÊN LÝ XẾP CHỒNG 3

1.3 ĐỊNH LÝ CHUYỂN VỊ NGUỒN 5

1.4 ĐỊNH LÝ THEVENIN – NORTON 9

BÀI 2: CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA 17

2.1 NGUỐN ĐỐI XỨNG, TẢI ĐỐI XỨNG NỐI HÌNH SAO 17

2.1.2 Phần mô phỏng 19 2.2 NGUỒN ĐỐI XỨNG, TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG NỐI SAO 21

Trang 5

II | MỤC LỤC

2.3 NGUỒN ĐỐI XỨNG, TẢI ĐỐI XỨNG NỐI TAM GIÁC 25

2.4 NGUỒN ĐỐI XỨNG, TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG NỐI TAM GIÁC 29

BÀI 3: ĐẶC TUYẾN BIÊN TẦN-PHA TẦN CỦA MẠCH CỘNG HƯỞNG, MẠCH LỌC R-L-C 33

3.1 MẠCH CỘNG HƯỞNG 33

3.2 MẠCH LỌC R-L-C 38

BÀI 4: QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH 43

4.1 MẠCH QUÁ ĐỘ CẤP MỘT R-C 43

4.2 MẠCH QUÁ ĐỘ CẤP HAI R-L-C 48

Trang 6

NỘI DUNG MÔN HỌC

 Bài 1 Kiểm chứng các định luật về mạch điện: giúp sinh viên kiểm chứng các định luật phân chia dòng điện, nguyên lý xếp chồng, định lý chuyển vị nguồn, định lý Thevenin–Norton

 Bài 2: Các chế độ làm việc của mạch điện xoay chiều ba pha: giúp sinh viên phân tích các chế độ làm việc của mạch xoay chiều ba pha với tải đối xứng và không đối xứng nối sao, nối tam giác Khảo sát chế độ quá độ trong mạch điện

 Bài 3: Đặc tuyến biên-tần, pha-tần của mạch cộng hưởng, mạch lọc R-L-C: giúp sinh viên khảo sát hiện tượng cộng hưởng trong mạch R,L,C mắc nối tiếp và song song, xác định tần số cộng hưởng  o , hệ số phẩm chất Q, tần số cắt, giản đồ Bode… Khảo sát dạng sóng của các đặc tuyến biên tần-pha tần, đặc tuyến tần số của các phần tử R,L,C trong mạch điện

 Bài 4: Quá trình quá độ trong mạch tuyến tính: giúp sinh viên khảo sát quá trình quá độ với mạch quá độ cấp một R-C, quá độ cấp một R-L, quá độ cấp hai R-L-C

KIẾN THỨC TIỀN ĐỀ

Sinh viên phải nắm vững lý thuyết giải tích mạch điện và sử dụng được phần mềm Orcad Pspice

YÊU CẦU MÔN HỌC

Người học phải dự học đầy đủ các buổi lên lớp và làm bài tập đầy đủ ở nhà

Trang 7

IV | HƯỚNG DẪN

CÁCH TIẾP NHẬN NỘI DUNG MÔN HỌC

Để học tốt môn này, sinh viên cần tính toán, giải các bài tập về mạch điện trước khi thực hiện mô phỏng So sánh kết quả mô phỏng và tính toán

PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC

Môn học được đánh giá gồm:

 Điểm quá trình: 30% Hình thức và nội dung do Giáo viên quyết định, phù hợp với quy chế đào tạo và tình hình thực tế tại nơi tổ chức học tập

 Điểm thi: 70% Hình thức mô phỏng mạch điện trên máy tính gồm các bài tập thuộc bài thứ nhất đến bài thứ tư và nộp báo cáo thí nghiệm

Trang 8

SỬ DỤNG ORCAD PSPICE > V

SỬ DỤNG ORCAD PSPICE

1 Khởi động chương trình Capture CIS

Từ màn hình Windows, nhấp vào biểu tượng để khởi động chương

3 Khi đó, sẽ xuất hiện tiếp hộp thoại Create PSpice Project, đánh dấu vào

mục Create a Blank Project, sau đó nhấp OK

Trang 9

- Trong cửa sổ Place Part gõ tên linh kiện vào ô Part,

- Nếu không tìm thấy linh kiện, nhấp vào mục Add Library, chọn thư mục Pspice trong mục Look in, chọn tất cả các linh kiện để bổ sung vào thư

viện

Trang 10

SỬ DỤNG ORCAD PSPICE > VII

Lưu ý: khi chọn nguồn và nối mass phải đồng nhất để chạy mô phỏng đúng

CÁC ĐẠI LƯỢNG THƯỜNG DÙNG TRONG MÔ PHỎNG

Đồng hồ đo dòng, áp IPRINT, VPRINT Special.olb

Lưu ý: các đại lượng cần chọn để mô phỏng phải tương ứng với thư viện nêu trên

Trang 11

VIII | SỬ DỤNG ORCAD PSPICE

b) Nối mạch

- Trên thanh công cụ nhấp chuột vào Place/Wire (hoặc gõ phím W

từ bàn phím), lúc này biểu tượng chuột thay đổi có dạng hình dấu cộng, cho phép ta

nối chân các linh kiện lại với nhau

- Di chuyển chuột để kéo dài dây nối

- Nhấp phím trái chuột để tạo một góc vuông và tiếp tục vẽ

- Nhấp phím phải chuột, chọn End wire để kết thúc nối

- Nếu nối bó dây, nhấn nút Place/Bus trên thanh công cụ

c) Nối mass cho mạch

- Trên thanh công cụ nhấp chuột vào Place/Ground (hoặc gõ phím

G từ bàn phím),

lúc này trên màn hình xuất hiện hộp thoại

Trang 12

SỬ DỤNG ORCAD PSPICE > IX

d) Xử lý sơ đồ mạch khi vẽ xong

- Sau khi vẽ xong ta tiến hành chỉnh sửa các thông số của linh kiện trên sơ đồ theo như yêu cầu của đề bài

- Chỉnh sửa các thông số của linh kiện trên sơ đồ mạch bằng cách

nhấp đôi lên giá trị cần chỉnh sửa của linh kiện Khi đó xuất hiện hộp thoại Display

Properties

- Tại đây nhập giá trị mới vào ô Value, và định dạng chế độ hiển thị (Display Format) rồi chọn OK

- Để đánh dấu những điểm muốn xem trên mạch khi đã chạy Orcad

Pspice, vào Pspice của Schematics, chọn Markers sau đó chọn đại lượng cần xem

e) Cách khác

- Muốn thay đổi tên của các linh kiện, ví dụ như R, L, C…, ta nhấp

đúp con trỏ vào linh kiện cần thay đổi, khi đó xuất hiện hộp thoại Properties Editor

Trang 13

- Nguồn áp một chiều VSRC đặt giá trị cho các tham số sau:

 DC = giá trị nguồn một chiều

 AC = (để trống)

 Tran = (để trống)

- Đồng hồ đo IPRINT , VPRINT: để tạo ra bảng giá trị về dòng điện

và điện áp ở phần output file

- Nhấp đôi chuột vào linh kiện, khi đó xuất hiện hộp thoại

Properties Editor, chọn chế độ phân tích DC, AC hay TRAN bằng cách đánh vào giá

trị “1” vào ô cần khảo sát

Trang 14

SỬ DỤNG ORCAD PSPICE > XI

- Nếu chọn phân tích AC, chọn các đại lượng cần hiển thị ở dữ liệu

ngõ ra (output file) như sau: MAG (biên độ) , PHASE (góc pha), REAL (phần thực),

IMAG (phần ảo)

f) Một số lưu ý khi đặt giá trị:

Cách ký hiệu đơn vị (cho điện trở, tụ điện, điện áp, dòng điện, tần số …)

a) Từ thanh công cụ, chọn Pspice/New Simulation Profile,

khi đó xuất hiện hộp thoại New Simulation Trong khung Name, đặt tên file cần chạy mô phỏng, sau đó nhấp chuột vào mục Create

Trang 15

XII | SỬ DỤNG ORCAD PSPICE

b) Chọn chế độ phân tích (Analysis type)

- Trước khi chạy Orcad Pspice trong Schematics Tùy thuộc vào yêu

cầu của bài thí nghiệm phải chọn chế độ phân tích thích hợp (phân tích DC, AC, Transient…) có nhiều chế độ phân tích nhưng trong bài thí nghiệm chủ yếu sử dụng

phân tích AC (AC Sweep/Noise) và phân tích quá độ (Transient)

- Để xác định đáp ứng tần số của mạch, trên thanh công cụ, chọn

Pspice/Edit Simulation Settings

và sau khi xuất hiện hộp thoại Simulation Settings, nhấp chuột vào Analysis Tab, trong khung Analysis Type chọn mục AC Sweep/Noise để cài đặt như sau:

Trang 16

SỬ DỤNG ORCAD PSPICE >

XII

I

 Trong AC Sweep Type, chọn Logarithmic/ Decade, rồi

đặt giá trị cho các thông số:

 Start Freq (tần số khởi đầu thường chọn là 1, chú ý phải

 Nhấp chuột vào Apply để chấp nhận, sau đó nhấp Okđể

kết thúc cài đặt hoặc chọn chế độ phân tích khác

- Để xác định đáp ứng quá độ của mạch (xác định dòng điện, điện

áp tại tất cả các điểm trong mạch theo thời gian) vào menu Pspice của Schematics,

chọn Edit Simulation Settings và xuất hiện hộp thoại Simulation Settings, nhấp chuột chọn Analysis Tab trong khung Analysis Type và nhấp chuột vào Time

Domain (Transient) để cài đặt như sau:

 Run to Time: định thời gian chạy mô phỏng

 Start saving data after: định thời điểm bắt đầu lưu trữ dữ liệu phân tích

 Maximum step size: định bước phân tích

Trang 17

XIV | SỬ DỤNG ORCAD PSPICE

 Nhấp chuột vào Apply để chấp nhận, sau đó nhấp OK

2 Chạy Orcad Pspice

- Sau khi cài đặt các chế độ phân tích và chạy mô phỏng tên thanh

công cụ, chọn Pspice/Run (hoặc nhấn phím F11 từ bàn phím),

- Sau khi mô phỏng xong, Orcad Pspice sẽ được chạy tự động

- Dựa vào Orcad Pspice để xem đáp ứng tần số hoặc quá độ tại tất

cả các điểm trong mạch

- Sau khi chạy Orcad Pspice, sẽ xuất hiện đồ thị của những điểm đã

được đánh dấu trên mạch (đánh dấu bằng cách vào Menu Pspice của Schematics, chọn markers, chọn tiếp Voltage Level)

- Để xem đồ thị của những điểm khác, trên thanh công cụ chọn

Trace/Add Trace, khi đó xuất hiện một danh sách các điểm trên mạch

Trang 18

SỬ DỤNG ORCAD PSPICE > XV

- Nhấn chọn bất kỳ điểm nào mà ta muốn xem trong hộp thoại danh sách Nhấp OK để chấp nhận

- Để xác định giá trị tại một vị trí trên đồ thị, trên thanh công cụ,

chọn Cursor/Display, khi đó xuất hiện cửa sổ Probe Cursor

- Sử dụng con trỏ của chuột xác định các giá trị trên đồ thị

- Muốn xem các kết quả chi tiết khác, trên thanh công cụ chọn

View/Output File

- Để xem các nút phân bố các linh kiện trong mạch, trên thanh

công cụ chọn Pspice/View Netlist

Trang 20

BÀI 1: MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT TRONG MẠCH ĐIỆN > 1

BÀI 1: MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT

TRONG MẠCH ĐIỆN

Sau khi thí nghiệm mô phỏng bài này, học viên có thể:

- Kiểm chứng hai định luật Kirchoff;

- Kiểm chứng nguyên lý xếp chồng và định lý chuyển vị nguồn;

- Kiểm chứng định lý Thevenin - Norton;

1.1 ĐỊNH LUẬT PHÂN CHIA DÒNG ĐIỆN 1.1.1 Phần chuẩn bị ở nhà Tính toán các dòng điện I 1 , I 2 , I 3 qua các nhánh rẽ trong mạch hình 1.1 (Hình 1.1)

R2 3

R3 6

V1

6Vdc

0

IPRINT

R1 2

IPRINT IPRINT

Trang 21

2 | BÀI 1: MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT TRONG MẠCH ĐIỆN

1.1.2 Phần mô phỏng a) Vẽ trong Orcad – Pspice sơ đồ mạch hình 1.1; dùng IPRINT trong thư viện SPECIAL.OLB để xác định dòng điện trong các nhánh b) Chọn chế độ phân tích Bias Point c) Chạy mô phỏng ghi kết quả vào bảng 1.1 Bảng 1.1 I 1 (A) I 2 (A) I 3 (A) I 2 /I 3 R 3 /R 2 Ghi chú d) Nhận xét kết quả tính toán với kết quả mô phỏng

Trang 22

R1 3

R2 6 V1

Trang 23

 Giữ nguyên nguồn V 1 và các thông số trong mạch, triệt tiêu nguồn V 2

 Giữ nguyên nguồn V 2 và các thông số trong mạch, triệt tiêu nguồn V 1 c) Chạy mô phỏng ghi kết quả vào bảng 1.2

Trang 24

Bảng 1.2

Hai nguồn tác động Nguồn V 1 tác động Nguồn V 2 tác động

d) Nhận xét và so sánh kết quả tính toán với kết quả mô phỏng

0

IPRINT IPRINT

IPRINT

(Hình a)

Trang 25

2Vdc

I5

R2 0.125

(Hình b)

R1 0.25

V1

6Vdc

Trang 26

 Phương pháp chuyển vị nguồn (hình 1.3b)

Trang 27

1.3.2 Phần mô phỏng

a) Vẽ trong Orcad – Pspice sơ đồ mạch như trên, dùng IPRINT trong thư viện SPECIAL.OLB để xác định dòng điện trong các nhánh và lắp mạch như hình 1.3a,b

b) Chọn chế độ phân tích Bias Point cho hai trường hợp:

 Phương pháp thông thường (hình a)

 Phương pháp chuyển vị nguồn Chuyển vị hai nguồn áp V 1 , V 2 (hình b)

c) Chạy mô phỏng và ghi kết quả vào bảng 1.3

Bảng 1.3

Hình a Hình b

d) Nhận xét và so sánh kết quả tính toán với kết quả mô phỏng

Trang 28

Một nguồn dịng mắc song song với trở kháng Z gọi là mạch tương đương Norton Nguồn dịng cĩ giá trị bằng dịng điện ngắn mạch qua hai đầu mạng một cửa

1.4.1 Phần chuẩn bị ở nhà

Tính tốn các đại lượng dịng điện và điện áp theo các giá trị biên độ, gĩc pha,

phần thực, phần ảo như mạch điện hình 1.4 a,b,c,d,e,f với các trường hợp:

a) Dùng phương pháp thơng thường: tính tốn điện áp ở hai đầu tải U Rtải và dịng điện qua tải I Rtải trong mạch điện hình 1.4a

R1 3

R2 10 I1 4Aac

ACPHASE = 45

Rtải 5

Trang 29

b) Dùng mạch tương đương Thevenin–Norton: tính toán điện áp hở mạch U hở

ở hai đầu (a-b) trong mạch điện hình 1.4b

a

V1 25Vac

ACPHASE = 90 0

I1 4Aac

ACPHASE = 45

b

R1 3

R2 10

Trang 30

c) Dùng mạch tương đương Thevenin–Norton: tính toán dòng điện ngắn mạch

I ngắn ở hai đầu (a-b) trong mạch điện hình 1.4c

V1 25Vac

ACPHASE = 90 0

R2 10

Trang 31

d) Dùng mạch tương đương Thevenin–Norton: xác định trở kháng Thevenin

Z thevenin trong mạch điện hình 1.4d

R1

3 R2

10

Trang 32

0

I1

IPRINT

ZT V1

V=Uho

IPRINT

0

Trang 33

Trang 34

1.4.2 Phần mô phỏng

a) Vẽ trong Orcad – Pspice sơ đồ mạch điện, dùng IPRINT và VPRINT trong thư viện SPECIAL.OLB để xác định dòng điện, điện áp theo hai phương pháp sau:

 Phương pháp thông thường

 Phương pháp mạch tương đương Thevenin và mạch tương đương Norton

b) Giả sử  = 1rad/s Chọn chế độ phân tích AC với tần số bắt đầu bằng 0.159, Tần số kết thúc bằng 0.159 và số điểm bằng 1

c) Ghi các kết quả mô phỏng vào bảng 1.4

A Phương pháp thông thường

Vẽ trong Orcad – Pspice sơ đồ mạch điện hình 1.4a; dùng VPRINT và IPRINT để xác định điện áp hai đầu U Rtải và dòng điện qua tải I Rtải

Chạy mô phỏng, ghi kết quả vào bảng 1.4

B Tìm dòng điện và điện áp trên tải dùng mạch tương đương Thevenin – Norton

a) Bỏ điện trở tải (R tải ), cho hai điểm a, b hở mạch hình 1.4b; xác định điện

áp hai đầu ab (U hở ) dùng VPRINT2 Chạy mô phỏng và ghi kết quả vào

bảng 1.4

Trang 35

b) Cho hai điểm a, b ngắn mạch hình 1.4c; xác định dòng ngắn mạch I ngắn Chạy mô phỏng và ghi kết quả vào bảng 1.4

c) Xác định trở kháng Thevenin: triệt tiêu tất cả các nguồn độc lập trong mạch, cấp vào hai đầu a, b một nguồn dòng AC có biên độ 1A và góc pha

là 0 o , xác định điện áp hai đầu a, b trong mạch điện hình 1.4d Đây chính

là giá trị trở kháng Z T giữa hai điểm a, b; (vì ) Chạy mô phỏng và

ghi kết quả vào bảng 1.4

d) Xây dựng sơ đồ tương đương Thevenin và Norton: mắc vào hai đầu a, b của mạch tương đương Thevenin một điện trở tải có giá trị R tải = 5 Xác định các giá trị điện áp trên tải và dòng điện trong mạch điện hình 1.4e Ghi kết quả mô phỏng vào bảng 1.5

e) Mắc vào hai đầu a, b của mạch tương đương Norton một điện trở tải có giá trị R tải = 5 Xác định các giá trị điện áp trên tải và dòng điện trong mạch điện hình 1.4f Ghi kết quả mô phỏng vào bảng 1.5

Trang 36

BÀI 2: CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA > 17

BÀI 2: CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC

CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA

Sau khi học xong bài này, học viên có thể:

- Nắm được các đại lượng về dòng điện, điện áp và góc pha trong hệ thống ba pha với nguồn và tải đối xứng hoặc không đối xứng trong mạch mắc hình sao hoặc tam giác

2.1 NGUỐN ĐỐI XỨNG, TẢI ĐỐI XỨNG NỐI

HÌNH SAO

2.1.1 Phần chuẩn bị ở nhà

Tính toán các đại lượng dòng điện, điện áp theo các giá trị biên độ, góc pha,

theo mạch điện hình 2.1a

ACPHASE = 0

Trang 37

18 | BÀI 2: CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	1,93 MB