Giáo trình Điện tử công suất (Nghề Cơ điện tử - Trình độ trung cấp) – CĐ Kỹ thuật Công nghệ BR–VT

Nội dung giáo trình được biên soạn với 7 đơn vị bài học, giúp sinh viên có thể: Mô tả được đặc trưng và những ứng dụng chủ yếu của các linh kiện Diode, Mosfet, DIAC, TRIAC, IGBT, SCR, GTO; giải thích được dạng sóng vào, ra ở bộ biến đổi AC-AC; giải thích được nguyên lý làm việc, tính toán những bộ biến đổi DC-DC; lắp đặt được các mạch chỉnh lưu một pha, ba pha có điều khiển và không điều khiển;... Mời các bạn cùng tham khảo.

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BÀ RỊA - VŨNG TÀU TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ BR-VT

GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT NGHỀ CƠ ĐIỆN TỬ TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP

(Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐKTCN ngày…….tháng….năm của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ BR – VT)

BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2020

BM/QT10/P.ĐTSV/04/04 Ban hành lần: 3

2

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

LỜI GIỚI THIỆU

Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tọa nghề Cơ điện tử ở trình độ Cao đẳng và trung cấp, giáo trình điện tử công suất là một trong những giáo trình môn học được biên soạn theo chương trình của Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ BR-VT Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng chặc chẽ nhau

Giáo trình cập nhật những kiến thức mới có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo và mục tiêu đào tạo có tính thực tiễn cao Nội dung giáo trình được biên soạn với lượng thời gian đào tạo 75 giờ gồm có:

- Bài 1: Tổng quan về PSIM

- Bài 2: Khảo sát mạch chỉnh lưu ba pha không điều khiển

- Bài 3: Khảo sát mạch chỉnh lưu có điều khiển

- Bài 4: Khảo sát bộ biến đổi điện áp xoay chiều

- Bài 5: Khảo sát bộ biến đổi điện áp một chiều

- Bài 6: Nghịch lưu 1 pha

- Bài 7: Biến Tần

Trong quá trình sử dụng giáo trình, tùy theo yêu cầu và khoa học công nghệ phát triển mà có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung thêm kiến thức mới Giáo trình chia

ra các bài ứng với từng linh kiện và các mạch ứng dụng của linh kiện đó

Mặc dù đã cố gắng biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng cũng không tránh khỏi những sai sót Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy, cô, bạn đọc và các em học sinh, sinh viên để hiệu chỉnh cho giáo trình hoàn thiện hơn Các

ý kiến đóng góp xin gửi về Khoa Điện Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ

BR-VT

BR-VT, ngày 18 tháng 7 năm 2020

Biên soạn Chủ biên Trương Thiện Quân

3

Lời giới thiệu 2

bài 1: tổng quan về psim 6

1 Cài đặt psim 6

2 Giới thiệu psim 10

3 Giới thiệu simview 11

3.1 file menu 11

3.2 edit menu 12

3.3 axis menu 12

3.4 screen menu 13

3.5 measure menu 17

3.6 analysis menu 18

3.7 view menu 18

3.8 option menu 19

3.9 label menu 19

3.10 settings menu 20

3.11 exporting data 20

4 Các thông báo lỗi 20

5 Các linh kiện điện tử công suất 20

Bài 2: Khảo sát mạch chỉnh lưu ba pha không điều khiển 32

1 Chỉnh lưu ba pha hình tia 32

1.1 Tổng quan mạch chỉnh lưu hình tia 32

1.2 Khảo sát mạch chỉnh lưu ba pha hình tia 33

2 Chỉnh lưu ba pha hình cầu 37

2.1 tổng quan mạch chỉnh lưu hình cầu 37

2.2 khảo sát mạch chỉnh lưu ba pha hình cầu 38

bài 3: khảo sát mạch chỉnh lưu có điều khiển 45

1 Khảo sát mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ 45

2 Chỉnh lưu hai pha nửa sóng 47

3 Chỉnh lưu cầu một pha 48

4 Chỉnh lưu tia ba pha nửa sóng 51

5 Chỉnh lưu cầu bán điều khiển 53

bài 4: khảo sát bộ biến đổi điện áp xoay chiều 57

1 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha tải R 57

2 Trường hợp tải thuần cảm (tải L) 58

3 Trường hợp tải RL 59

Bài 5: Khảo sát bộ biến đổi điện áp một chiều 63

1 Bộ giảm áp 63

2 Bộ tăng áp 66

4

Bài 6: Nghịch lưu 1 pha 69

1 Định nghĩa 69

2 Phân loại 69

3 Nghịch lưu dùng IGBT 69

3.1 Nghịch lưu dòng một pha 69

3.2 Bộ nghịch lưu áp một pha 71

Bài 7: Biến tần 75

1 Khái niệm 75

2 Phân loại 75

2.1 Phân loại theo phương pháp biến đổi 75

2.2 Phân loại theo nguồn ra: 75

2.3 Phân loại theo phương pháp điều khiển: 75

2.4 Phân loại theo nguồn cấp vào 75

3 Các thông số của biến tần 75

4 Cài đặt và đấu nối 77

4.1 Đấu nối biến tần 78

4.2 Cài đặt biến tần (lập trình cho biến tần) 81

Tài liệu tham khảo 87

5

GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Điện tử công suất

Mã mô đun: MĐ 17

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học/mô đun:

- Vị trí: môn học được bố trí sau khi học xong các môn học mô đun sau: An toàn lao động, Kỹ thuật điện, Đo lường điện - điện tử, Kỹ thuật điện tử, Thiết kế và chế tạo mạch điện tử, Kỹ thuật xung - số, Kỹ thuật cảm biến

- Tính chất: là môn học chuyên môn bắt buộc

- Ý nghĩa và vai trò của môn học/mô đun:

Mục tiêu của môn học/mô đun:

- Về kiến thức:

+ Mô tả được đặc trưng và những ứng dụng chủ yếu của các linh kiện Diode, Mosfet, DIAC, TRIAC, IGBT, SCR, GTO

+ Giải thích được dạng sóng vào, ra ở bộ biến đổi AC-AC

+ Giải thích được nguyên lý làm việc, tính toán những bộ biến đổi DC-DC

- Về kỹ năng:

+ Vận dụng được các kiến thức về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch tạo xung

và biến đổi dạng xung

+ Lắp đặt được các mạch chỉnh lưu một pha, ba pha có điều khiển và không điều khiển + Vận dụng được các loại mạch điện tử công suất trong thiết bị điện công nghiệp

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

Người học có khả năng làm việc độc lập hoặc làm nhóm, có tinh thần hợp tác, giúp đỡ lẫn nhau trong học tập và rèn luyện, có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, tinh thần trách nhiệm trong công việc

Nội dung của mô đun:

6

BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ PSIM Giới thiệu:

Psim do hãng Powersim Inc sản xuất,là phần mềm mô phỏng được thiết kế đặc biệt để

mô phỏng các mạch điện tử công suất, các hệ truyền động điện, với khả năng mô phỏng nhanh, giao diện thân thiện dễ sử dụng và phân tích dạng sóng tốt Psim là công

cụ mô phỏng mạnh mẽ cho việc phân tích các bộ biến đổi điện tử công suất, nghiên cứu các hệ thống truyền động điện

Mục tiêu:

- Kiến thức

+ Biết cài đặt và sử dụngphần mềm ứng dụng PSIM

+ Nắm được các ký hiệu các linh kiện trong phần mềm và sử dụng chúng

Bước 1: Download phần mềm Psim

Bước 2: Bạn tiến hành giải nén file mà bạn đã download Sau khi giải nén bạn có hai thư mục như hình bên dưới

Hình 1.1: Thư mục cài đặt Psim Bước 3: Bạn mở thư mục PsimBook9.1.1 và chạy file psim9.1.1_32_setup.exe để tiến hành cài đặt phần mềm Một của sổ hiện ra, bạn nhấp vào chữ Next để sang bước tiếp theo

Hình 1.2: Bảng cài đặt Psim

Bước 4: Bạn chọn I accept the license agreement, sau đó nhấp vào Next

8

Bước 7: Tiếp tục nhấp Next

Hình 1.6: Bảng chọn các loại Register Bước 8: Để nguyên như mặc định và nhấn Next chương trình cài đặt sẽ mất khoảng 2 phút, sau khi cài đặt xong bạn tắt Psim và tiến hành xử lý các file crack

Hình 1.7: Bảng thông báo bắt đầu cài đặt Psim Bước 9: Bạn vào thư mục key psim copy hai file psim9.1.reg và PSIM9.1.1.Patch.exe vào thư mục cài đặt của Psim ở ổ cài đặt (có đường dẫn C:\Program Files (x86)\Powersim\PSIM9.1.1_Trial)

Hình 1.10: Bảng dùng quyền admin khi chay file crack Bước 12: Nhấn vào Next

10

Hình 1.11: Bảng thông báo quá trình cài đặt Psim kết thúc

Lưu ý: Ở bước này bạn nhấn Next liên tiếp 5 lần, nếu không thì phần mềm sẽ báo lỗi khi chạy mô phỏng

Bước 13: Sau khi xong chúng ta khởi động Psim

2 Giới thiệu PSIM

Psim do hãng Powersim Inc sản xuất, là phần mềm mô phỏng được thiết kế đặc biệt để mô phỏng các mạch điện tử công suất, các hệ truyền động điện với khả năng

mô phỏng nhanh, giao diện thân thiện dễ sử dụng và phân tích dạng sóng tốt, Psim là

bộ công cụ mô phỏng mạnh mẽ cho việc phân tích các bộ biến đổi điện tử công suất, thiết kế vòng điều khiển kín và nghiên cứu các hệ thống truyền động điện

Psim gồm 3 chương trình:

- Psim shematic: chương trình soạn thảo mạch nguyên lý, dùng để vẽ mạch cần

mô phỏng( kết quả cho file với đuôi *.sch)

Hình 1.12 cửa sổ soạn thảo mạch nguyên lý Psim shematic

- Psim simulator: Trình mô phỏng mạch nguyên lý (cho kết quả có đuôi là *.txt)

- Simview: Trình vẽ dạng sóng kết quả mô phỏng, phân tích sóng

11

Hình 1.13 Cửa sổ Simview vẽ dạng sóng kết quả mô phỏng

3 Giới thiệu SIMVIEW

SIMVIEW là chương trình xử lý hậu kỳ và hiển thị dạng sóng PSIM Dưới đây cho

thấy mô phỏng dạng sóng trong môi trường SIMVIEW

Hình 1.14 dạng sóng mô phỏng trong môi trường SIMVIEW

SIMVIEW đọc dữ liệu ở định dạng văn bản ASCII hoặc định dạng nhị phân

SIMVIEW Dưới đây cho thấy một mẫu tệp dữ liệu văn bản:

Hình 1.15 dạng văn bản ASCII

3.1 File Menu

File Menu có các chức năng sau:

- Open: Tải tệp dữ liệu ở định dạng văn bản ASCII (có đuôi txt) hoặc định dạng

nhị phân SIMVIEW(có phần mở rộng smv)

12

- Merge: Hợp nhất một tệp dữ liệu khác với tệp dữ liệu hiện có để hiển thị

- Re-Load Data: Tải lại dữ liệu từ cùng một tệp văn bản

- Save As: Lưu các dạng sóng thành định dạng dữ liệu nhị phân hoặc định dạng văn bản Khi lưu vào định dạng nhị phân, các cài đặt hiện tại cũng được lưu Trong màn hình FFT, điều này sẽ lưu Kết quả FFT đến một tệp văn bản được chỉ định bởi người dùng

- Print: In các dạng sóng

- Print Setup: Cài đặt máy in

- Print Page Setup: Thiết lập kích thước bản in cứng

- Print Preview: Xem trước bản in

- Exit: Thoát khỏi SIMVIEW

Khi dữ liệu của tệp hiện đang được hiển thị, nếu có dữ liệu mới, bằng cách chọn Tải lại

dữ liệu, mới

dữ liệu sẽ được tải và dạng sóng sẽ được vẽ lại

Với chức năng Hợp nhất, dữ liệu từ nhiều tệp có thể được hợp nhất với nhau để hiển thị

Ví dụ: nếu một tệp chứa các đường cong, phần mềm, phần mềm, phần mềm có thể là các đường cong.hợp nhất và hiển thị trên một màn hình Nếu tệp thứ hai cũng chứa một đường cong có cùng tên là I I1, thì nó sẽ là được sửa đổi thành Tiếng I1 _ ({second_file_name}) Tự động trong đó second_file_name là tên của tệp thứ hai

3.2 Edit Menu

Edit Menu có các chức năng sau:

- Undo: Quay lại cài đặt trục X và Y trước đó

- Copy to Clipboard: Sao chép các dạng sóng vào bảng tạm ở định dạng metafile hoặc định dạng bitmap

- View Data Points: Xem các điểm dữ liệu của dạng sóng trong phạm vi được hiển thị một cách riêng biệt cửa sổ Trong cửa sổ này, người ta có thể sử dụng chuột trái để tô sáng các điểm dữ liệu theo hàng hoặc cột, sau đó nhấp chuột phải và chọn Sao chép được chọn để sao chép dữ liệu vào clipboard Người ta cũng có thể sao chép hàng mà con trỏ đang bật bằng cách chọn Sao chép Hàng hoặc sao chép toàn bộ dữ liệu bằng cách chọn Sao chép tất cả Sau đó, người ta

có thể dán dữ liệu đã sao chép trở lại trong một chương trình khác

Lưu ý : chức năng Copy to Clipboard sẽ sao chép các dạng sóng được hiển thị

trên màn hình vào clipboard Đến lưu bộ nhớ và có hình ảnh dạng sóng đen trắng, trước tiên, hãy vào Option và bỏ chọn Color để có một màn hình đen trắng, sau đó sao chép dạng sóng vào clipboard

3.3 Axis Menu

Axis Menu có các chức năng sau:

- X Axis: Thay đổi cài đặt của trục X

- Y Axis: Thay đổi cài đặt của trục Y

- Choose X-Axis Variable: Theo mặc định, cột đầu tiên của dữ liệu được chọn là trục X Tuy nhiên, các cột khác cũng có thể được chọn làm trục X thông qua chức năng này

Hình 1.17: Dạng sóng sin theo trục X

3.4 Screen Menu

Screen Menu có các chức năng sau:

- New Window: Tạo một cửa sổ trùng lặp cho cửa sổ hoạt động Chức năng này rất hữu ích để xem Đường cong bổ sung trong một cửa sổ mới

- Add/Delete Curves: Thêm hoặc xóa các đường cong từ màn hình đã chọn

- Add Screen: Thêm một màn hình mới

- Delete Screen: Xóa màn hình đã chọn

- Plot Vector Diagram: Vẽ sơ đồ vector Một vectơ được xác định bởi các phần thực và phần ảo của nó, và cả hai đến từ cùng một danh sách biến của biểu đồ miền thời gian

- Display in Full Screen: Mở rộng cửa sổ SIMVIEW thành toàn màn hình

- Move Up: Di chuyển màn hình đã chọn lên

- Move Down: Di chuyển màn hình đã chọn xuống

Một màn hình được chọn bằng cách nhấp chuột trái trên đầu màn hình Cửa sổ hộp thoại thuộc tính của các đường cong được hiển thị dưới đây

14

Hình 1.18a: Cửa sổ thuộc tính của screen menu chọn giá trị xuất

Tất cả các biến có sẵn để hiển thị đều nằm trong hộp Variables Available và các biến

hiện đang được được hiển thị trong hộp Variables for Display Sau khi một biến được

tô sáng trong hộp Variables Available, nó biến có thể được thêm vào hộp Variables for

Display bằng cách nhấp vào Thêm “Add ->” Tương tự, một biến có thể được loại bỏ

từ hiển thị bằng cách tô sáng biến số và nhấp vào trên “<- Xóa '”

Trong Hộp Chỉnh sửa, các biểu thức toán học có thể được chỉ định Một biểu thức toán

học có thể chứa dấu ngoặc và không phải là trường hợp nhạy cảm Các hàm toán học

sau được cho phép:

+ addition (cộng)

- subtraction (trừ)

* multiplication (nhân)

/ division (chia)

^ to the power of [Example: 2^3 = 2*2*2] (mũ)

SQRT square-root function (hàm căn bậc hai)

SIN sine function (hàm Sin)

COS cosine function (hàm Cos)

TAN tangent function(hàm Tan)

ATAN hàm nghịch đảo tiếp tuyến

EXP hàm mũ (cơ số e) (ví dụ: EXP(x) = ex)

LOG hàm logarit (cơ số e) (ví dụ: LOG(x) = ln (x))

LOG10 hàm logarit (cơ số 10)

ABS chức năng tuyệt đối

SIGN chức năng làm tròn (SIGN(1.2) = 1; SIGN(-1.2) = -1

AVG hàm trung bình (di chuyển tính toán trung bình của đường

cong lên đến số điểm đo

AVGX Hàm trung bình định kỳ AVGX (y, Tp) trong đó y là tên đường cong

và Tp là thời gian khoảng thời gian tính trung bình

INT chức năng tích hợp

15

Nhập một biểu thức vào Hộp Chỉnh sửa và nhấp vào nút "Add ->" để thêm đường cong được tính vào màn hình Đánh dấu biểu thức bên phải và nhấp vào nút "<-

Remove" ", biểu thức sẽ được chuyển vào Edit Box để chỉnh sửa thêm

Trong tab Curves, các thuộc tính đường cong, chẳng hạn như màu sắc, độ dày đường

kẻ, ký hiệu đánh dấu và nhãn, có thể được xác định Một cửa sổ hộp thoại được hiển thị dưới đây

Hình 1.18b: Cửa sổ thuộc tính của screen menu màu của các giá trị xuất

Cài đặt mặc định của màu đường cong, độ dày đường và ký hiệu đánh dấu được xác định trong Options >> Settings

Trong tab Screen, các thuộc tính screen, chẳng hạn foreground/background colors, grid color và kích thước / loại phông chữ, Có thể định nghĩa được Một cửa sổ hộp thoại được hiển thị dưới đây

Hình 1.18c: Cửa sổ thuộc tính của screen menu chọn màu nền

Để vẽ sơ đồ vectơ, trước tiên hãy thực hiện mô phỏng Sau đó chọn Plot Vector Diagram

và xác định các vectơ

Một ví dụ được sử dụng để minh họa điều này, như được hiển thị bên dưới

16

Hình 1.19: Sơ đồ mạch điện vẽ trên Psim

Trong mạch này, phần thực và phần ảo của hai vectơ V1 và V2 được tạo ra Biên độ của V1 là 1 và biên độ của V2 là 0,8 Vector V2 đang dẫn đầu V1 30 độ

Sau khi hoàn thành mô phỏng, chọn Screen >> Plot Vector Diagram Trong cửa sổ hộp thoại, xác định phần thực và phần ảo cho vectơ V1 và V2 Cửa sổ hộp thoại sẽ xuất hiện như sau:

Hình 1.20: Cửa sổ thuộc tính Psim chọn giá trị hiển thị

Nhấp vào OK, và biểu đồ vector sẽ hiển thị như bên dưới Các dạng sóng miền thời gian của thực và phần ảo của V1 và V2 được hiển thị bên dưới bên trái

17

Hình 1.21: Dạng sóng tín hiệu xuất ra bằng Psim

Có một thanh trượt ở dưới cùng của biểu đồ vector Bằng cách trượt nó bằng chuột trái, người ta có thể phát lại bản vẽ đồ thị véc tơ Tỷ lệ phần trăm cho thấy các vị trí vectơ đối với vị trí cuối cùng của đang vẽ Ví dụ, trong trường hợp này, thời gian là từ 0 đến 0,0167 giây Một thanh trượt 0% tương ứng với thời điểm 0 giây và 100% tương ứng với thời điểm 0,0167 giây

3.5 Measure Menu

- Measure: Vào chế độ đo

- Mark Data Point Mark: các giá trị tọa độ x và y của điểm dữ liệu trong một đường cong đã chọn

- Max: Tìm mức tối đa toàn cầu của một đường cong đã chọn

- Min: Tìm mức tối thiểu toàn cầu của một đường cong đã chọn

- Next Max: Tìm mức tối đa cục bộ tiếp theo của đường cong đã chọn

- Next Min: Tìm mức tối thiểu cục bộ tiếp theo của đường cong đã chọn

- Measure Menu: Cho phép đo các dạng sóng Sau khi Measure được chọn, cửa sổ hộp thoại đo sẽ xuất hiện Bằng cách nhấp chuột trái, một dòng sẽ xuất hiện

và các giá trị của dạng sóng sẽ hiển thị Bằng cách nhấp chuột phải, một dòng khác

sẽ xuất hiện và khác nhau giữa vị trí hiện tại và vị trí trước đó, được đánh dấu bằng chuột trái, sẽ được đo

- Cửa sổ SIMVIEW với cửa sổ đo hộp thoại trong hai chế độ này được hiển thị dưới đây

18

Hình 1.22: Cửa sổ hộp thoại đo trong Simview

Khi Measure được chọn, một đường cong riêng lẻ có thể được chọn bằng cách nhấp vào menu kéo xuống trên thanh công cụ Đo Các hàm, Max, Min, Next Max, Next Min, Average và rms, có thể được sử dụng để đánh giá đường cong Lưu ý rằng các chức năng này chỉ được bật trong chế độ Đo

- Avg: Tính giá trị trung bình

- Avg(|x|): Tính giá trị tuyệt đối

- RMS: Tính giá trị rms

- PF (power factor): Tính hệ số công suất của hai dạng sóng trên màn hình Màn hình phải hiển thị hai đường cong duy nhất Giả sử đường cong thứ nhất là điện áp

và đường cong thứ hai là dòng điện, hệ số công suất được xác định là công suất thực

P chia cho công suất biểu kiến S được tạo ra bởi điện áp và dòng điện

Lưu ý : hệ số công suất khác với hệ số công suất dịch chuyển, được định nghĩa là cos

(theta) trong đó theta là chênh lệch góc giữa các thành phần cơ bản của điện áp và dòng điện Khi điện áp và dòng điện là sóng hình sin thuần túy không có sóng hài, hệ số công suất giống như hệ số công suất dịch chuyển

P (real power) Tính công suất thực của hai dạng sóng trên màn hình Màn hình phải hiển thị hai đường cong duy nhất

S (công suất biểu kiến) Tính công suất biểu kiến của hai dạng sóng trên màn hình Màn hình phải hiển thị hai đường cong duy nhất

THD :Tính THD (tổng méo sóng hài)

The View Menu có các chức năng sau:

- Zoom: Phóng to một vùng đã chọn

- Re-Draw: Vẽ lại dạng sóng bằng thang đo tự động

- Escape: Thoát khỏi trạng thái Zom hoặc trạng thái Measure

19

- Standard Toolbar: Bật / tắt thanh công cụ chuẩn

- Measure Toolbar: Bật / tắt thanh công cụ đo

- Status Bar: Bật / tắt thanh trạng thái

- Calculator: Khởi chạy Máy tính trong Simview

Giao diện của máy tính được hiển thị dưới đây

Hình 1.23: Cửa sổ máy tính trong simview

Một tính năng chính của máy tính là nó cung cấp 9 không gian bộ nhớ Bằng cách nhấp đúp vào một số trong Cửa sổ hộp thoại đo trong Simview, giá trị sẽ được tự động chuyển sang máy tính và được lưu trữ trong một trong những không gian bộ nhớ, bắt đầu từ đầu Bằng cách này, dữ liệu có thể được chuyển trực tiếp vào máy tính này để tính toán mà không cần ghi lại chúng trên một tờ giấy

The Option Menu có các chức năng sau:

- Options : Nhiều tùy chọn có thể được đặt ở đây

- Grid : Bật hoặc tắt màn hình lưới

- Color : Đặt các đường cong thành Màu (mặc định) hoặc Đen và Trắng

Cửa sổ hộp thoại Option Menu được hiển thị bên dưới

Hình 1.24: Cửa sổ hộp thoại Option Menu

3.9 Label Menu

The Label Menu có các chức năng sau:

- Text: Đặt văn bản trên màn hình

- Line: Vẽ đường thẳng

- Dotted Line: Vẽ một đường chấm chấm

- Arrow: Vẽ một đường bằng mũi tên

20

3.10 Settings Menu

The Settings Menu có các chức năng sau:

- Re-Load Settings: Tải lại cài đặt từ tệp ini và áp dụng cho màn hình hiện tại

- Save Settings: Lưu cài đặt hiện tại vào một tệp có cùng tên tệp nhưng có phần mở rộng ini

- Save Temporary Settings: Lưu các thiết lập hiện tại tạm thời Các cài đặt tạm thời không được lưu vào bất kỳ tệp nào và bị loại bỏ khi tài liệu bị đóng

- Load Temporary Settings: Tải các cài đặt tạm thời và áp dụng cho màn hình hiện tại

- Add to Favorites: Lưu các cài đặt hiện tại làm mục ưa thích Khi lưu một mục yêu thích, người ta có thể chọn lưu các cài đặt sau: màu đường và độ dày, phông chữ, hiển thị Nhật ký / dB / FFT cài đặt và phạm vi trục x và y

- Manage Favorites: Quản lý mục yêu thích

3.11 Exporting Data

Kết quả FFT có thể được lưu vào một tệp văn bản Cả kết quả mô phỏng (* txt) và kết quả FFT (* fft) đều ở định dạng văn bản và có thể được chỉnh sửa bằng trình chỉnh sửa văn bản (như Microsoft NotePad) hoặc xuất sang phần mềm khác (chẳng hạn như Microsoft Excel)

Ví dụ: để tải tệp kết quả mô phỏng Tập tin chop chop-1q.txt trong Microsoft Excel,

hãy làm theo các bước sau:

- Trong Microsoft Excel, chọn Mở từ menu Tệp Mở tệp tin Chop chop-1q.txt

- Trong cửa sổ hộp thoại “Text Import Wizard - Step 1 of 3”,bên dưới Original data type, chọn Delimited Bấm vào Next

- Trong cửa sổ hộp thoại “Text Import Wizard - Step 2 of 3”, dưới Delimiters, chọn Space Bấm vào Next

- Trong cửa sổ hộp thoại “Text Import Wizard - Step 3 of 3”, dưới Column data format, chọn General Bấm vào Finish

4 Các thông báo lỗi

- E-1 Lỗi định dạng đầu vào xảy ra trong mô phỏng

- Thông báo lỗi E-2: Nút của một phần tử đang để trống

- Cảnh báo W-1 !!! Chương trình không hội tụ khi xác định vị trí chuyển đổi sau 10 lần lặp

- Cảnh báo W-2 !!! Chương trình không đạt trạng thái ổn định sau khi thực hiện quét

60 chu kỳ ac

5 Các linh kiện điện tử công suất

PSIM chia ra 4 nhóm phần tử gồm:

• Phần tử linh kiện công suất (Power)

• Phần tử mạch điều khiển (Control)

• Phần tử nguồn (Soure)

• Các phần tử khác (Other)

Trên giao diện PSIM Schematic, vào File/New để tạo một mạch điện mới Các phần tử

và linh kiện nằm ở Menu Elements, nhấp vào ta sẽ thấy bốn nhóm phần tử: Power, Control, Sources, Other

21

Trong nhóm phần tử Power chứa các linh liện điện tử công suất, linh kiện thụ động

RLC, máy biến áp, động cơ… Để lấy các phần tử trong nhóm Power ta vào Elements/Power

• Elements/Power/RLC/…” để lấy các linh kiện thụ động RLC

• “Elements/Power/Switches/…” chứa các linh kiện điện tử công suất như Diode,

Thyristor, Transistor, IGBT, GTO, MOSFET… Ngoài ra còn một số phần tử khác như: nút nhấn (Push button switches), Gating Block (dùng để thiết lập thời gian đóng ngắt cho các linh kiện công suất), bộ chỉnh lưu, cầu diode…

• “Elements/Power/Transformer…” chứa các máy biến áp như: máy biến áp 1 pha

(1ph-Transformer), máy biến áp ba pha (3ph-Transformer), máy biến áp ba pha mắc Y/Y (3ph-Y/Y-Transformer), máy biến áp ba pha mắc Y/Δ (3ph-Y/D-Transformer)…

6 Mô phỏng các mạch điện cơ bản

Ví dụ 1: chúng ta mô phỏng mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ không điều khiển như hình vẽ sau:

Hình 1.25: Mạch chỉnh lưu 1 pha trong Psim

- Chúng ta thấy mạch bao gồm:

• 1 nguồn áp xoay chiều u1

• 1 máy biến áp 1 phase

Hình 1.26: Thanh linh kiện của Psim

- Để đo dạng sóng điện áp nguồn ngõ vào u2 và ngõ ra ut của mạch chỉnh lưu chúng

ta dùng 2 voltage probe như trên hình vẽ

- Để đo d ng điện ngõ ra it chúng ta dùng 1 current probe mắc nối tiếp với tải R như hình vẽ

- Để nối các linh kiện lại với nhau chúng ta vào menu Edit / chọn wire hoặc chọn

wire từ thanh công cụ:

22

Hình 1.27: Thanh công cụ của Psim

- Sau khi đã vẽ mạch xong chúng ta đi đặt tên và set giá trị cho các thành phần:

- Để làm điều này chúng ta double click vào thành phần mà chúng ta muốn đặt tên và set giá trị, ví dụ nguồn áp xoay chiều u1:

Hình 1.28: Bảng điều chỉnh thông số dạng sóng trong Psim

- Tương tự chúng ta thực hiện cho các thành phần khác - Bây giờ chúng ta tiến hành chạy mô phỏng mạch:

- Để chạy mô phỏng chúng ta phải có simulation control để set thời gian mô phỏng

Menu simulate / simulation control

- Sau đó di chuyển chuột để đặt ở vị trí thích hợp, và một hộp thoại được

mở ra, ta set time như sau:

Hình 1.29a Bảng điều chỉnh thông số mô phỏng

- Chúng ta cũng có thể double click vào để thay đổi time này

- Để chạy mô phỏng chúng ta vào menu simulate / run simulation , hoặc nhấn F8, hoặc chọn biểu tượng Run simulation trên thanh công cụ

24

Hình 1.31 Bảng điều chỉnh thêm dạng sóng mô phỏng

- Kết quả mô phỏng:

Hình 1.32 Kết quả mô phỏng sau khi thêm dạng sóng

Tính toán các thông số ngõ ra của mạch

Hình 1.33 Hiển thị giá trị các thông số ngõ ra

Chú ý: để xoay đối tượng ta nhấn chuột phải hoặc:

Hình 1.35: Bảng kết nối linh kiện trên Psim

- Cài đặt khối Alpha controller: double click vào khối Alpha controller

Hình 1.38: Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển tải RL

27

Hình 1.39: Kết quả mạch chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển tải RL

❖ Chúng ta cũng có thể dùng khối gating block for switch để tạo xung kích cho SCR

28

Hình 1.42: Kết quả sử dụng khối gating block

Ví dụ 3: Mạch biến đổi điện áp xoay chiều tải R

Hình 1.43: Mạch biến đổi điện áp xoay chiều tải R

29

Hình 1.46: Kết quả dạng sóng ngõ ra tải R+L

Ví dụ 5: Mạch nghịch lưu áp cầu 1 pha

Hình 1.47: Mạch nghịch lưu áp cầu 1 pha

Kết quả mô phỏng:

Hình 1.48: Kết quả dạng sóng ngõ ra Mạch nghịch lưu áp cầu 1 pha

Ví dụ 6: Mạch nghịch lưu áp cầu 1 pha: điều khiển theo kỹ thuật điều chế độ rộng

xung sine ( SPWM )

30

Hình 1.49: Mạch nghịch lưu theo PWM

Hình 1.50: Kết quả dạng sóng ngõ ra Mạch nghịch lưu theo PWM

Ví dụ 7: Nghịch lưu 3 pha: điều khiển theo kỹ thuật điều chế độ rộng xung sine ( SPWM )

Hình 1.51: Mạch Nghịch lưu 3 pha

31

Hình 1.52: Kết quả dạng sóng ngõ ra Mạch Nghịch lưu 3 pha

CÂU HỎI ÔN TẬP BÀI 1

1 Thiết bị đo công suất tải, dòng RMS trong Psim

2 Thực hiện các phép đo công suất tải, dòng điện RMS, hệ số công suất

3 Tạo bộ điều khiển góc alpha (alpha controller)

4 Các bước thay đổi kích thước, màu sắc tín hiệu

5 Xuất file và đặt màu nền hiển thị

- Ứng dụng: cấp nguồn cho các tải một chiều như: động cơ điện một chiều, bộ nạp acquy,

mạ điện phân, máy hàn một chiều, nam châm điện, ……

+ Hiểu và phân biệt được mạch chỉnh lưu hình tia, hình cầu

+ Tính toán các thông số kỹ thuật của mạch chỉnh lưu

-Kỹ năng:

+ Lắp đặt và mô phỏng được mạch chỉnh lưu

+ Vẽ được tín hiệu ngõ ra của mạch

+ Rèn luyện tính tích cực, chủ động, đảm bảo an toàn, tiết kiệm

Nội dung chính:

1 Chỉnh lưu ba pha hình tia

1.1 Tổng quan mạch chỉnh lưu hình tia

Trong sơ đồ tia 3 pha trên hình 2.1 các diode nối chung cathod, tải là thuần trở.dòng điện chạy từ lưới (nguồn) qua diode và về nguồn điện theo dây trung tính N

Hình 2.1: Sơ đồ mạch chỉnh lưu ba pha hình tia

Nguyên lý hoạt động của mạch:

Tại mỗi thời điểm, diode nào có điện áp anod cao nhất sẽ dẫn và đặt áp âm vào các diode còn lại vì các diode nối chung cathod

Ví dụ tại t=0, v A  v C v B D1 dẫn điện, D2 và D3 đặt điện áp âm

Hình 2.2 thể hiện dòng, điện áp ngõ ra trên diode D1, góc dẫn của mổi diode là 2π/3 Trị trung bình điện áp ngõ ra:

5 6 0

Áp ngược cực đại đặt vào diode là biên độ áp dây V m 6

Vì tải là thuần trở dòng điện ngõ ra i0 có cùng dạng với áp ngõ ra v0 và trị số trung bình

Sơ đồ này đơn giản dễ lắp đặt tuy nhiên có nhược điểm là phải sử dụng dây trung tính, dòng nguồn chỉ có thành phần một chiều nên chỉ được dùng khi công suất tải khá nhỏ

so với nguồn điện

1.2 Khảo sát mạch chỉnh lưu ba pha hình tia

Hình 2.3: Sơ đồ mạch chinh lưu hình tia

Có áp nguồn đầu vào 3 pha:

Từ đó ta tính được các giá trị chỉnh lưu:

Trị trung bình điện áp tải:

I

❖ Mô phỏng mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia bằng Psim

Bước 1: chạy phần mềm Psim

Bước 2: vào file →new: tạo trang mới

35

Bước 3: Vào element →sources→voltage→3-ph-sine: lấy nguồn 3 pha

Bước 4: Vào element →Power→switches→diode: lấy linh kiện diode

Bước 5: Vào element →RLC branches→Resistor: lấy linh kiện điện trở

Bước 6: Vào element →Other→Probes: lấy thiết bị đo áp(voltage probe), đo dòng(current probe)

36

Bước 7: vào wire để kết nối dây, ground nối mass, vào select để thay đổi các thông số

Bước 8: Vào simulate →simulation control để lấy đồng hồ mô phỏng

Bước 9: chạy phần mềm mô phỏng (run simulation)

Kết quả mô phỏng

37

2 Chỉnh lưu ba pha hình cầu

2.1 Tổng quan mạch chỉnh lưu hình cầu

Thiết bị chỉnh lưu sơ đồ đấu nối hình cầu về thực chất là hai bộ chỉnh lưu hình tia mắc nối tiếp

Hình 2.4: Cách cách mắc mạch chỉnh lưu 3 pha hình cầu

- Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển

Hình 2.5: Mạch chỉnh lưu 3 pha hình cầu không điều khiển

Hình 2.5 là mạch chỉnh lưu cầu 3 pha, điện áp v+ và v- của hai đầu ra so với trung tính nguồn là hình nét đậm, gồm các phần dương và âm nhất của áp ba pha, áp ra:

38

Ví dụ khi D1 và D6 dẫn điện, áp ra: v0 =v A−v C =v AC

Khi D3 và D5 dẫn điện, áp ra: v0 =v C−v B =v CB

Áp ngược cực đại đặt vào diode là biên độ áp dây V m 6

Hình 2.7: Dạng sóng dòng, áp của mạch cầu 3 pha

2.2 Khảo sát mạch chỉnh lưu ba pha hình cầu

Hình 2.8: sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha

39

Chỉnh lưu cầu ba pha được sử dụng khi có yêu cầu công suất cao do khả năng tận dụng cao nhất công suất máy biến áp Sơ đồ cầu 3 pha như hình 2.8 Các diode được đánh số sao cho chúng tuần tự được dẫn trong mỗi góc 2π/3

❖ Mô phỏng mạch chỉnh lưu 3 pha hình cầu bằng Psim

Bước 1: chạy phần mềm Psim

40

Bước 2: vào file →new: tạo trang mới

Bước 3: Vào element →sources→voltage→3-ph-sine: lấy nguồn 3 pha

Bước 4: Vào element →Power→switches→diode: lấy linh kiện diode