Lý thuyết mạch - Mô phỏng mạch điện bắng phần mềm psim, mutisim

Ch­¬ng i : M« pháng m¹ch ®iÖn b»ng phÇn mÒm PSIM Bµi 1: M¹ch §iÖn chØnh l­u 3 pha cÇu Cho m¹ch ®iÖn 3 pha nguån ®Êu sao (H×nh 11), dïng bé chØnh l­u 3 pha cÇu D1, D2, D3, D4, D5, D6 vµ tµi cã ®iÖn chë Rt= 100 MΩ, ngoµi ra m¹ch cßn dïng thªm c¸c dông cô ®o dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p trªn t¶i vµ tõng pha cña m¹ch, m¹ch ®­îc m« pháng b»ng phÇn mÒm PSIM nh­ sau: H×nh 1: S¬ ®å m¹ch ®iÖn chØnh l­u cÇu 3 pha 1. Ph©n tÝch m¹ch T¹i thêi ®iÓm pha V1 d­¬ng nhÊt (V3 ©m nhÊt) sÏ xuÊt hiÖn dßng ®iÖn ®i tõ V1® ampekÕ ® D1 ® ampekÕ ® t¶i Rt ® D6 ®V3. T¹i c¸c thêi ®iÓm tiÕp theo pha V2 d­¬ng nhÊt (V1 ©m nhÊt), V3 d­¬ng nhÊt (V2 ©m nhÊt) qu¸ tr×nh dßng ®iÖn ch¶y trong m¹ch diÔn ra t­¬ng tù. Nh­ vËy trong mçi chu kú cña dßng ®iÖn ®i qua hai ®ièt chØnh l­u, dßng ®iÖn sau chØnh l­u cã chÊt l­îng tèt h¬n. 2. Ch¹y m¹ch m« pháng Khi nèi m¹ch chØnh l­u víi m¸y hiÓn thÞ sãng XSC1 vµ ch¹y m¹ch víi c¸c tham sè kh¸c nhau ta ®­îc c¸c d¹ng ®å thÞ sãng cña m¹ch nh­ sau. Bµi 2 : M¹ch æn ¸p cè ®Þnh dïng transistor Cho m¹ch æn ¸p nh­ h×nh vÏ gåm: Mét nguån xoay chiÒu, bé chØnh l­u ®ièt, bé æn ¸p gåm transistor vµ ®iÖn trë R1, t¶i Rt vµ c¸c thiÕt bÞ ®o th«ng sè m¹ch ®iÖn ®­îc m¾c nh­ h×nh vÏ. H×nh 2: S¬ ®å m¹ch ®iÖn æn ¸p dïng transistor Ph©n tÝch m¹ch. Nguån xoay chiÒu 110V ®­îc nèi víi bé chØnh l­u ®ièt cho dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p mét chiÒu t¹i ®Çu ra, v«n kÕ m¾c t¹i ®Çu ra cña chØnh l­u cho biÕt th«ng sè ®iÖn ¸p sau chØnh l­u. Tô ®iÖn C cã t¸c dông läc thµnh phÇn ®iÖn ¸p xoay chiÒu trong m¹ch. §iÖn trë ph©n ¸p R1 m¾c nèi víi transistor kÕt hîp cïng ®ièt æn ¸p Z1 cã t¸c dông æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra t¶i Rt. Khi ®iÖn ¸p trong m¹ch t¨ng, transistor sÏ h¹n chÕ bít dßng ®iÖn ®i qua, phÇn qu¸ ¸p qua ®ièt æn ¸p vµ trë vÒ nguån. Nh­ vËy ®iÖn ¸p ®Æt trªn phô t¶i lu«n ®­îc æn ®Þnh, c¸c v«n kÕ vµ ampekÕ chØ c¸c th«ng sè m¹ch ®iÖn ®Æt lªn t¶i Rt. Ch¹y m¹ch vµ m« pháng b»ng phÇn mÒm PSIM Ch­¬ng Ii : M« pháng m¹ch §iÖn B»ng phÇn mÒm mutisim Bµi 1: M« pháng m¹ch ®iÖn 3 pha. Cho nguån 3 pha 380V ®èi xøng nh­ h×nh vÏ, t¶i lµ mét ®éng c¬ 3 pha ®Êu sao, cã g¾n Tiristo l ®Ó ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p xoay chiÒu cung cÊp cho ®éng c¬ 3 pha kh«ng ®ång bé, cho c¸c dông cô ®o nh­ Ammenter, V«nmenter vµ dïng m¸y ®o ossillocope ®Ó kh¶o s¸t ®­êng ®Æc tÝnh cña m¹ch ®iÖn. (H×nh 1) H×nh 3: M¹ch ®iÖn 3 pha cã ®iÒu khiÓn 1, Ph©n tÝch m¹ch: Ta cho nguån mét pha xoay chiÒu kÕt hîp thµnh nguån 3 pha xoay chiÒu, sau ®ã thay ®æi trÞ sè cho phï hîp vµ ®Æt gãc lÖch pha, mçi pha lÖch nhau 1200. Dïng thªm bé chØnh ®iÖn ¸p Tiristo cã t¸c dông ®iÒu khiÓn gãc më , h×nh d¸ng ®å thÞ vµ trÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p t¶i ë mçi pha phô thuéc vµo gãc më nµy. NÕu ®iÒu khiÓn ®èi xøng, tøc c¸c Tiristo cã cïng gãc më nh­ nhau th× ®iÖn ¸p t¶i ë c¸c pha ®Òu cã d¹ng nh­ nhau, lÖch nhau . Khi ®iÒu khiÓn gãc më th× tïy thuéc vµo gi¸ trÞ tøc thêi cña c¸c ®iÖn ¸p d©y mµ cã lóc cã ba van ë 3 pha kh¸c nhau dÉn dßng, ®iÖn ¸p tøc thêi trªn t¶i chÝnh lµ ®iÖn ¸p pha, ë nh÷ng ®o¹n chØ cã hai van dÉn dßng ®iÖn ¸p t¶i sÏ b»ng mét nöa ®iÖn ¸p d©y t­¬ng øng. Khi ®iÒu khiÓn v­ît qu¸ gi¸ trÞ giíi h¹n nµo ®ã > th× kh«ng tån t¹i chÕ ®é dÉn dßng ë c¶ ba pha mµ chØ cã chÕ ®é dÉn dßng hai pha, ë ®o¹n c¸c van dÉn dßng th× ®iÖn ¸p t¶i b»ng nöa ®iÖn ¸p d©y t­¬ng øng. 2. Ch¹y m¹ch m« pháng. Ch¹y m¹ch ta ®­îc ®­êng ®Æc tÝnh sau: H×nh 4: Kh¶o s¸t ®­êng §Æc tÝnh cña m¹ch ®iÖn C¸c gi¸ trÞ cña dßng ®iÖn lµ 8,377mA, ®iÖn ¸p cã c¸c gi¸ trÞ lÇn l­ît lµ 190V, 51V cuèi cïng æn ®Þnh lµ 51V. NhËn thÊy ®iÖn ¸p thay ®æi gi¸ trÞ khi c¸c van ë ba pha kh¸c nhau dÉn dßng vµ chØ cã hai van dÉn dßng nªn mét pha sÏ bÞ hë m¹ch do ®ã ®iÖn ¸p b»ng mét nöa ®iÖn ¸p d©y do vËy trªn ®­êng ®Æc tÝnh chØ thÓ hiÖn hai pha. Bµi 2 : M¹ch Qu¸ ®é xoay chiÒu Cho m¹ch ®iÖn xoay U=36V tÇn sè f= 50Hz, c¸c ®iÖn trë R1, R2, R3 lÇn l­ît cã c¸c gi¸ trÞ 200Ω, 10Ω, 50Ω, cuén c¶m L=4H, tô ®iÖn cã gi¸ trÞ lÇn l­ît lµ C1=5F, C2=20F, dïng thiÕt bÞ ®o ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn, osilloscope XSC1 ®Ó m« pháng m¹ch ®iÖn nh­ (H×nh 3). H×nh 5: M¹ch qu¸ ®é xoay chiÒu 1, Ph©n tÝch m¹ch:  Ta sÏ m« pháng m¹ch ®iÖn ®Ó kh¶o s¸t chÕ ®é lµm viÖc cña m¹ch khi khãa J1 thay ®æi theo thêi gian, còng lµ lóc m¹ch x¶y ra qu¸ tr×nh qu¸ ®é, m¹ch ®iÖn h×nh 1 ®­îc nèi víi mét m¸y hiÖn sãng XSC1 ®Ó gi¸m s¸t ®iÖn ¸p trªn hai ®iÓm tr­íc khãa J1 vµ sau khãa J1 khi thay ®æi ®ãng ng¾t theo thêi gian. ë ®©y ta ®Æt thêi gian më cña khãa J1 lµ 10msec, thêi gian ®ãng lµ 20msec. 2, Ch¹y m¹ch ®iÖn vµ Quan s¸t c¸c dông cô ®o trªn m¸y tÝnh b»ng mutisim H×nh 6: §­êng ®Æc tÝnh m¹ch qu¸ ®é xoay chiÒu Nh×n vµo ®­êng ®Æc tÝnh ta nhËn thÊy khi khãa J1 ®ãng th× ®­êng ®Æc tÝnh lµ ®­êng th¼ng, ch­a x¶y ra hiÖn t­îng qu¸ ®é vÉn ë chÕ ®é x¸c lËp cò, sau 20 msec khãa më th× m¹ch cã hiÖn t­îng qu¸ ®é trong kho¶ng thêi gian lµ 25 msec m¹ch l¹i chë vÒ tr¹ng th¸i x¸c lËp nh­ ban ®Çu. Bµi 3 : M¹ch qu¸ ®é mét chiÒu Cho nguån ®iÖn mét chiÒu DC 120V, ®iÖn chë cã c¸c gi¸ trÞ lÇn l­ît R1=100Ω, R2=50Ω, R3=150Ω, ®iÖn c¶m L1=40H, L2=100H, tô ®iÖn C1=50F vµ khãa J1 ë chÕ ®é th­êng më, dông cô ®o gåm cã ®o dßng ®iÖn Ammenter A1, ®o ®iÖn ¸p Vonmenter A2. dông cô m« pháng osilloscope XSC1. M« pháng m¹ch qu¸ ®é mét chiÒu? (H×nh 5) H×nh 7: M¹ch qu¸ ®é mét chiÒu Ph©n tÝch m¹ch: T­¬ng tù nh­ m¹ch ®iÖn xoay chiÒu ®Ó m« pháng m¹ch ®iÖn ta cho khãa J1 ®ãng më theo thêi gian, ë ®©y ta ®¨t khãa ®ãng më J1 më lµ 10 msec, ®ãng lµ 25 msec. Khi cÊp nguån cho m¹ch ho¹t ®éng lóc nµy khãa J1 th­êng më, lóc nµy ta x¸c ®Þnh ®­îc dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p ë qu¸ tr×nh x¸c lËp nµy ë kho¶ng thêi gian t, sau kho¶ng 10 msec khãa J1 ®ãng lóc nµy m¹ch ®­îc nèi thªm thµnh phÇn R2 vµ L2 qu¸ tr×nh x¸c lËp míi ®­îc t¹o ra ë thêi gian lµ t = 25 msec. 2. Ch¹y m¹ch vµ m« pháng m¹ch ®iÖn trªn m¸y tÝnh trªn mutisim H×nh 8: M« pháng m¹ch qu¸ ®é mét chiÒu Nh×n vµo ®­êng ®Æc tÝnh ta thÊy m¹ch x¶y ra qu¸ tr×nh qu¸ ®é trong kho¶ng thêi gian rÊt ng¾n lµ 25 msec, víi biªn ®é giao ®éng cã thêi ®iÓm xuèng -100V sau ®ã theo ®­êng cong vµ æn ®Þnh. Bµi 4 : ChØnh l­u nöa chu kú Cho m¹ch ®iÖn nh­ (H×nh 7), nguån ®­îc cung cÊp bëi biÕn ¸p 220V tÇn sè f=50Hz, mét ®i«t m· hiÖu 1BH62, t¶i cã ®iÖn chë Rt=100 kΩ vµ ®å thÞ osilloscope XSC1 ®Ó m« pháng m¹ch b»ng mutisim. Ph©n tÝch m¹ch : M¹ch chØnh l­u nöa chu kú hay cßn gäi (m¹ch chØnh l­u b¸n chu kú) sö dông mét ®i«t m¾c nèi tiÕp víi t¶i tiªu thô ë chu kú d­¬ng di«t ®­îc ph©n cùc thuËn do ®ã cã dßng ®iÖn ®i qua ®i«t vµ ®i qua t¶i, ë chu kú ©m ®i«t ph©n cùc ng­îc do ®ã kh«ng cã dßng qua t¶i H×nh 9 : S¬ ®å m¹ch ®iÖn chØnh l­u nöa chu kú Ch¹y m¹ch vµ m« pháng m¹ch ®iÖn b»ng mutisim H×nh 10 : M« pháng m¹ch chØnh l­u nöa chu kú NhËn xÐt : Nh×n vµo ®­êng ®Æc tÝnh cña m¹ch ®iÖn cho ta biÕt ®­îc ®iÖn ¸p phÝa thø cÊp lµ 40V cÊp cho ®i«t va víi t¶i Rt. Bµi 5 : ChØnh l­u c¶ chu kú Cho m¹ch ®iÖn nh­ (H×nh 9) mét m¸y biÕn ¸p 220V ®iÖn ¸p ra 36V cung cÊp cho cÇu ®i«t D1, D2, D3, D4, ë ®©y sö dông ®i«t c©u cã m· hiÖu 1B4B42, m¾c víi t¶i cã ®iÖn trë t¶i Rt= 200 kΩ, vµ ®­îc m« pháng b»ng phÇn mÒm mutisim nhê m¸y hiÖn sãng Osilloscope. Ph©n tÝch m¹ch. Còng gièng nh­ nguyªn lý m¹ch chØnh l­u nöa chu kú, m¹ch chØnh l­u cÇu c¶ chu kú gåm 4 ®i«t, trong tõng nöa chu kú cña ®iÖn ¸p thø cÊp mét cÆp van cã an«t d­¬ng nhÊt vµ kat«t ©m nhÊt më, cho dßng mét chiÒu ra Rt, cÆp van cßn l¹i khãa vµ chÞu ®iÖn ¸p ng­îc b»ng biªn ®é. H×nh 11 : S¬ ®å m¹ch ®iÖn chØnh l­u c¶ chu kú 2. Ch¹y m¹ch vµ m« pháng m¹ch chØnh l­u c¶ chu kú H×nh 12: M« pháng m¹ch ®iÖn chØnh l­u c¶ chu kú NhËn xÐt : Râ rµng ®iÖn ¸p ng­îc cùc ®¹i ®Æt lªn van lóc khãa cã gi¸ trÞ b»ng mét nöa so víi tr­êng hîp bé chØnh l­u nöa chu kú ®· xÐt ë trªn, ®©y lµ ­u ®iÓm quan träng nhÊt cña s¬ ®å cÇu.