MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN - imgs.khuyenmai.zing.vnimgs.khuyenmai.zing.vn/files/tailieu/ky-thuat-cong-nghe/dien-dien... · trên sơ đồ theo như yêu cầu của đề bài. -

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

THÍ NGHIỆM

MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN

Biên soạn: Hoàng Nguyên Phước

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

THÍ NGHIỆM MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN

Ấn bản 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

THÍ NGHIỆM

MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN

Họ và tên sinh viên: ........................................................................................................

Mã số sinh viên: ........................................................................................................

Nhóm: ........................................................................................................

Lớp: ........................................................................................................

Giáo viên hướng dẫn: ........................................................................................................

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


1.2.2 Phần mô phỏng. ........................................................................................................................................................................................................................................ 4

1.3 ĐỊNH LÝ CHUYỂN VỊ NGUỒN ................................................................................................................................................................................................................ 5


1.3.2 Phần mô phỏng. ........................................................................................................................................................................................................................................ 8

1.4 ĐỊNH LÝ THEVENIN – NORTON ........................................................................................................................................................................................................ 9


1.4.2 Phần mô phỏng. .................................................................................................................................................................................................................................... 15

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

2.1.1 Phần chuẩn bị ở nhà. ................................................................................................................................................................................................................... 17

2.1.2 Phần mô phỏng. .................................................................................................................................................................................................................................... 19

2.2 NGUỒN ĐỐI XỨNG, TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG NỐI SAO. ...................................................................................................................... 21

II | MỤC LỤC


2.2.2 Phần mô phỏng. ................................................................................................................................................................................................................................... 23

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


2.3.2 Phần mô phỏng. ................................................................................................................................................................................................................................... 27

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


2.4.2 Phần mô phỏng. .......................................................................................................................................................................... 31

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

3.1 MẠCH CỘNG HƯỞNG .................................................................................................................................................................................................................................... 33


3.1.2 Phần mô phỏng. ................................................................................................................................................................................................................................... 35

3.2 MẠCH LỌC R-L-C. ............................................................................................................................................................................................................................................... 38


3.2.2 Phần mô phỏng. ................................................................................................................................................................................................................................... 39

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

4.1 MẠCH QUÁ ĐỘ CẤP MỘT R-C .......................................................................................................................................................................................................... 43


4.1.2 Phần mô phỏng. ................................................................................................................................................................................................................................... 45

4.2 MẠCH QUÁ ĐỘ CẤP HAI R-L-C ..................................................................................................................................................................................................... 48


4.2.2 Phần mô phỏng. ................................................................................................................................................................................................................................... 50

HƯỚNG DẪN > III

HƯỚNG DẪN

MÔ TẢ MÔN HỌC

Thí nghiệm mô phỏng mạch điện là môn học nhằm kiểm chứng các định luật về

mạch điện một chiều, xoay chiều một pha, xoay chiều ba pha, mô phỏng các mạch

điện xác định các chế độ của mạch điện có các phần tử R,L,C.

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.

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.

SỬ DỤNG ORCAD PSPICE > V

SỬ DỤNG ORCAD PSPICE A. VẼ SƠ ĐỒ MẠCH TRONG ORCAD CAPTURE CIS.

1. Khởi động chương trình Capture CIS.

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

trình Orcard Pspice.

2. Từ màn hình Orcard Capture, đưa con trỏ vào thanh công cụ, nhấp chuột

vào File/New/Project,

khi đó xuất hiện hộp thoại New Project, nhập tên project cần chạy chương trình mô

phỏng và đường dẫn để lưu file, đánh dấu vào mục Analog or Mixed A/D, sau đó

nhấp OK.

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

mục Create a Blank Project, sau đó nhấp OK.

VI | SỬ DỤNG ORCAD PSPICE

4. Các bước cần thực hiện để vẽ một sơ đồ mạch.

a) Chọn linh kiện để vẽ mạch.

- Trên thanh công cụ, nhấp chuột vào Place/Part (hoặc gõ phím P

từ bàn phím).

- 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.

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

Đại lượng Part name Library

Điện trở R Analog.olb

Biến trở R _ var Analog.olb

Tụ điện C Analog.olb

Cuộn dây L Analog.olb

Nguồn áp một chiều Vdc Source.olb

Nguồn áp xoay chiều Vac Source.olb

Nguồn áp sin Vsin Source.olb

Nguồn dòng một chiều Idc Source.olb

Nguồn dòng xoay chiều Iac Source.olb

Nguồn xung vuông Vpulse Source.olb

Nguồn phụ thuộc E, F, G, H Analog.olb

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

Switch SW_tClose Anl_misc.olb

SW_tOpen Anl_misc.olb

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

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),

SỬ DỤNG ORCAD PSPICE > IX

lúc này trên màn hình xuất hiện hộp thoại.

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.

X | SỬ DỤNG ORCAD PSPICE

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.

- Chọn mục Part Reference điền tên của linh kiện vào, sau đó

nhấp Apply.

- Biến trở R _ var có giá trị R = VALUE + SET + 0.001 , khi đặt giá

trị cho biến trở phải đặt giá trị cho VALUE và SET.

- Nguồn áp Vsin, đặt giá trị cho các tham số sau:

DC = (để trống).

AC = biên độ của tín hiệu được sử dụng khi phân tích tần

số (phân tích AC).

Voff = 0.

VAmpl = biên độ của tín hiệu được sử dụng khi phân tích

quá độ.

SỬ DỤNG ORCAD PSPICE > XI

Freq = tần số của tín hiệu.

td = 0.

tf = 0.

phase = 0.

- 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.

- 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 …).

f (femto) = 10-15

p (pico) = 10-12

n (nano) = 10-9

u (micro) = 10-6

m (mili) = 10-3.

k (kilo) = 103.

Meg (mega) = 106.

G (giga) = 109.

T (tera) = 1012.

Lưu ý: cách ký hiệu trên đều như nhau đối với chữ hoa và chữ thường.

XII | SỬ DỤNG ORCAD PSPICE

Ví dụ: - R1 có giá trị là 18k tức là 18kΩ.

- C3 có giá trị 100u tức là 100F.

- Nguồn V1 có giá trị 2 tức là 2V.

- Nguồn I2 có giá trị 30m tức là 30mA.

- Tần số f có giá trị 1MEG tức là 1MHz.

B. CHẠY PSPICE ĐỂ MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN.

1. Chọn chế độ phân tích.

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.

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).

SỬ DỤNG ORCAD PSPICE > XIII

- 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:

XIV | SỬ DỤNG ORCAD PSPICE

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

khác 0).

End Freq. (tần số kết thúc).

Point/Decade (số lượng điểm tính toán trong một

Decade).

Đáp ứng tần số được tính toán khi nguồn có tần số quét

từ tần số khởi đầu đến tần số kết thúc.

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.

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

SỬ DỤNG ORCAD PSPICE > XV

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.

XVI | SỬ DỤNG ORCAD PSPICE

- 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.

Documents

MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN - imgs.khuyenmai.zing.vnimgs.khuyenmai.zing.vn/files/tailieu/ky-thuat-cong-nghe/dien-dien... · trên sơ đồ theo như yêu cầu của đề bài. -