Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong kỹ thuật điện và tự động hóa, mô hình hóa và mô phỏng trên máy tính là phương pháp đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu khoa học, đào tạo kỹ thuật cũng như tối ưu hóa quy trình sản xuất thực tế. Sự phát triển của các công cụ phần mềm chuyên dụng như PSPICE, TINA, MATLAB/Simulink, SIMSEN, SUCCES và PSIM cho phép các kỹ sư khảo sát chính xác đặc tính làm việc của mạch điện tử công suất trước khi tiến hành chế tạo phần cứng, giảm thiểu rủi ro kỹ thuật và tiết kiệm chi phí thử nghiệm.

Đề tài đồ án tốt nghiệp "Ứng dụng phần mềm PSIM mô phỏng mạch điện tử công suất" được thực hiện tại Trường Đại học Sao Đỏ nhằm giải quyết nhu cầu khai thác công cụ mô phỏng trực quan, dung lượng nhẹ phục vụ công tác học tập và nghiên cứu chuyên ngành.

Căn cứ vào nhiệm vụ đồ án được giao, các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:

  1. Giới thiệu tổng quan về các phần mềm mô phỏng mạch điện tử công suất và đi sâu vào cấu trúc phần mềm PSIM.
  2. Hướng dẫn phương pháp sử dụng phần mềm PSIM để minh họa, kiểm chứng và làm sáng tỏ các cơ sở lý thuyết về mạch điện tử công suất đã học.
  3. Ứng dụng phần mềm PSIM để thiết kế, mô phỏng và phân tích dạng sóng làm việc của các mạch chỉnh lưu không điều khiển, mạch chỉnh lưu có điều khiển và hệ thống mạch phát xung điều khiển.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài:

  • Đối tượng nghiên cứu: Phần mềm mô phỏng PSIM (phiên bản chạy trên nền tảng Windows); các phần tử bán dẫn công suất (Điôt, Thyristor); các cấu hình mạch chỉnh lưu một pha, ba pha và các khâu chức năng của mạch điều khiển phát xung mở van.
  • Phạm vi không gian: Đồ án được thực hiện tại Khoa Điện, Trường Đại học Sao Đỏ, tỉnh Hải Dương.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được giao ngày 02/5/2012 và hoàn thành ngày 16/7/2012.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên lý thuyết mạch điện tử công suất, lý thuyết biến đổi điện năng xoay chiều thành một chiều (chỉnh lưu) và nguyên lý điều khiển pha của van bán dẫn Thyristor. Cấu trúc mạch điều khiển chỉnh lưu trong đồ án được phân rã thành bốn khâu chức năng tiêu chuẩn:

  • Khâu đồng bộ hóa và phát sóng răng cưa (ĐBH & FSRC);
  • Khâu so sánh (SS);
  • Khâu sửa xung (SX);
  • Khâu khuếch đại và truyền xung (KĐ & TX).

Về phương pháp nghiên cứu, tác giả kết hợp các phương pháp cụ thể sau:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp và so sánh: Khảo sát, phân tích ưu điểm, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của bốn phần mềm mô phỏng tiêu biểu (TINA, PSPICE, MATLAB/Simulink và PSIM) để làm rõ lý do lựa chọn PSIM cho bài toán điện tử công suất.
  • Phương pháp mô phỏng số trên máy tính: Sử dụng môi trường PSIM Schematic để vẽ sơ đồ nguyên lý mạch lực và mạch điều khiển; gán thông số vận hành; thiết lập các thông số thời gian qua khối Simulation Control; chạy giải thuật mô phỏng bằng PSIM Simulator và trích xuất, phân tích đồ thị dạng sóng điện áp, dòng điện trên SIMVIEW.
  • Nguồn dữ liệu: Sử dụng các mô hình phần tử trong thư viện chuẩn của phần mềm PSIM do hãng Lab-Volt phát triển, kết hợp các công thức giải tích kinh điển trong giáo trình điện tử công suất để tính toán giá trị điện áp trung bình trên tải ($U_d$), dòng điện tải ($I_d$), dòng điện qua van ($I_v$) và điện áp ngược cực đại đặt lên van ($U_{ng\max}$).

Thiết kế mô hình và quy trình mô phỏng kỹ thuật

Trong phần mềm PSIM, một hệ thống mạch điện tử công suất hoàn chỉnh được biểu diễn thông qua cấu trúc liên kết giữa bốn khối chức năng chính:

  1. Mạch động lực (Power circuit): Chứa các van bán dẫn công suất, nguồn cấp, máy biến áp lực và các nhánh phụ tải $RLC$.
  2. Mạch điều khiển (Control circuit): Biểu diễn dưới dạng sơ đồ khối gồm các khâu hàm truyền trong miền $S$, miền $Z$, các cổng logic, khối tính toán phi tuyến và khối định thời.
  3. Hệ cảm biến (Sensors): Đo lường các giá trị điện áp và dòng điện tức thời từ mạch lực để phản hồi tín hiệu về mạch điều khiển.
  4. Bộ điều khiển chuyển mạch (Switch controllers): Tiếp nhận tín hiệu từ mạch điều khiển để phát lệnh đóng/ngắt trực tiếp đến các cực điều khiển của van bán dẫn trong mạch lực.

Quy trình khảo sát và mô phỏng một mạch điện tử công suất trên PSIM được tác giả chuẩn hóa theo 3 bước:

  • Bước 1: Xác định mô hình các phần tử bán dẫn và thông số tải cần thiết để thiết lập mạch.
  • Bước 2: Vẽ sơ đồ nguyên lý trên giao diện soạn thảo (PSIM Schematic), thực hiện nối dây (Wire), đặt nhãn (Label) và gán tham số cho từng linh kiện.
  • Bước 3: Thiết lập bảng điều khiển mô phỏng (Simulation Control) với các tham số bước thời gian (Time step) và tổng thời gian mô phỏng (Total Time); chạy mô phỏng (Run PSIM / phím F8) và sử dụng công cụ SIMVIEW để lựa chọn, hiển thị và phân tích các đường cong điện áp, dòng điện.

Bảng dưới đây tổng hợp đặc điểm kỹ thuật của các phần mềm mô phỏng được khảo sát trong đồ án:

Phần mềm Đơn vị phát triển Đặc điểm mô hình phần tử bán dẫn Ưu điểm chính Hạn chế / Lưu ý vận hành
TINA DesignSoft Xây dựng theo phương trình vật lý bán dẫn sát đặc tính Vôn-Ampe thực tế. Thư viện có sẵn hàng trăm linh kiện thương mại chuẩn; hỗ trợ xuất mạch in 3D. Đòi hỏi người dùng phải biết nhiều thông số vật lý của linh kiện cụ thể.
PSPICE Đại học Berkeley Thư viện hàng chục nghìn linh kiện, IC và cho phép tự tạo mô hình riêng. Khả năng phân tích động (Transient analysis) rất mạnh, độ chính xác cao. Thời gian tính toán lâu; dung lượng tệp dữ liệu lớn (có thể lên tới hàng trăm MB).
MATLAB / Simulink MathWorks Mô hình hóa van bán dẫn như khóa lý tưởng hoặc điện trở hai trạng thái nối tiếp điện cảm có nhánh $RC$ song song. Rất thuận lợi khi khảo sát hệ thống vòng kín ở mức tổng thể; giảm thời gian tính toán. Không phản ánh chính xác đặc tính Vôn-Ampe thực tế; xung điều khiển ở dạng mức logic 0/1.
PSIM Lab-Volt Tách biệt rõ ràng giữa mạch lực và mạch điều khiển; các khối điều khiển được đóng gói sẵn. Giao diện trực quan, dung lượng nhẹ, tốc độ mô phỏng nhanh, cấu trúc thư viện chuyên biệt cho điện tử công suất. Yêu cầu cấu hình tối thiểu: RAM 32 MB, hệ điều hành Windows 98/NT/2000/XP.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về một số phần mềm mô phỏng mạch điện tử công suất

Chương này trình bày khảo sát tổng quan về bốn công cụ phần mềm mô phỏng chuyên dụng trong lĩnh vực mạch điện và điện tử công suất:

  • Phần mềm TINA: Được chia thành 8 nhóm chức năng chính (Basic components, Meters, Sources, Semiconductors, Gate, Flip-flop, Logic IC). Điểm khác biệt của TINA là mô hình linh kiện bán dẫn (Điôt, Transistor, Thyristor, Triac, Diac) được xây dựng dựa trên phương trình bản chất vật lý bán dẫn, bám sát đặc tính Vôn-Ampe thực tế. Phần mềm tích hợp tính năng thiết kế mạch in và xem mô hình 3D.
  • Phần mềm PSPICE: Được đánh giá là công cụ mô phỏng mạch điện - điện tử phổ biến trên thế giới. Thư viện PSPICE chứa hàng chục nghìn linh kiện, vi mạch từ nhiều nhà sản xuất. Phần mềm cho phép thực hiện phân tích đặc tính truyền đạt, tần số, điểm làm việc một chiều và phân tích quá trình quá độ (Transient analysis).
  • Phần mềm MATLAB / Simulink: Kể từ phiên bản 5.3, gói thư viện Power System Blockset trong Simulink hỗ trợ mô phỏng các phần tử bán dẫn (Thyristor, Điôt, GTO, MOSFET, Ideal switch). Các van được mô hình hóa dưới dạng khóa lý tưởng hoặc điện trở hai trạng thái, giúp giảm tải thời gian tính toán của máy tính khi phân tích các hệ thống điều khiển kín. Tín hiệu điều khiển van trong Simulink sử dụng mức logic 0/1.
  • Phần mềm PSIM: Là phần mềm chuyên dụng do hãng Lab-Volt (Hoa Kỳ) phát triển, tối ưu cho nghiên cứu mạch điện tử công suất, hệ thống điều khiển tương tự/số và truyền động điện xoay chiều (AC), một chiều (DC). Yêu cầu tài nguyên phần cứng thấp (RAM tối thiểu 32 MB trên môi trường Microsoft Windows 98/NT/2000/XP), thao tác trực quan và tốc độ mô phỏng nhanh.

Chương 2: Giới thiệu về phần mềm PSIM

Chương 2 mô tả chi tiết kiến trúc, hệ thống menu, cấu trúc thư viện và quy trình vận hành của phần mềm PSIM:

  • Cấu trúc phần mềm: Bao gồm ba chương trình tích hợp là PSIM Schematic (soạn thảo mạch), PSIM Simulator (động cơ mô phỏng) và PSIM VIEW / SIMVIEW (chương trình hiển thị đồ thị kết quả).
  • Cấu trúc thư viện: Gồm thư viện hình ảnh (PSIMimage.lib - có thể chỉnh sửa) và thư viện danh sách (PSIMLIB - mặc định, không thể sửa đổi). Thư viện phần tử được phân nhóm:
    • Thư viện Power: Nhánh điện trở, cuộn cảm, tụ điện ($R, L, C, RL, RC, LC, RLC$ một pha và ba pha, biến trở, điện kháng bão hòa, cuộn cảm ghép); khóa chuyển mạch hai trạng thái (Điôt, Diac, Thyristor, Triac, GTO, NPN, PNP, IGBT, MOSFET kênh n/p, khóa hai chiều SSWI); khóa ba trạng thái; các mô-đun chỉnh lưu đóng gói sẵn (cầu 1 pha/3 pha Điôt, cầu 1 pha/3 pha Thyristor, chỉnh lưu tia 3 pha); khối phát xung điều khiển Switch Gating Block (với các tham số Frequency, Number of points, Switching points); máy biến áp một pha và ba pha (TF_3F, TF_3YY, TF_3YD, TF_3YYD, TF_3YDD).
    • Thư viện Control: Các khối hàm truyền (tỷ lệ, tích phân, vi phân, tỷ lệ - tích phân PI, bộ lọc); khối tính toán số học và phi tuyến (cộng, nhân, chia, căn bậc hai, mũ, lũy thừa, logarit, trị hiệu dụng RMS, trị tuyệt đối, dấu, lượng giác, biến đổi Fourier nhanh FFT); khối chức năng logic (so sánh, hạn chế, xung hình thang LKUP_TZ, xung chữ nhật LKUP_SQ, trễ thời gian Time Delay, các cổng logic AND, OR, XOR, NOT, NAND, NOR, bộ chuyển đổi A/D và D/A 8 bit và 10 bit).
    • Thư viện Other: Bộ điều khiển khóa đóng cắt (On-off Controller), bộ điều khiển góc mở $\alpha$ (Alpha Controller), cảm biến điện áp (Voltage Sensor), cảm biến dòng điện (Current Sensor), các đầu đo hiển thị (Voltage Probe, Current Probe, đồng hồ đo điện năng).
    • Thư viện Sources: Nguồn điện áp DC, nguồn áp hình Sin, nguồn dòng DC và nguồn dòng hình Sin.
  • Ví dụ mô phỏng thực hành:
    • Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha dùng Điôt: Cấu hình tải trở và sức phản điện động ($R + E$) với các thông số $R = 10,\Omega$, $E = 100,\text{VDC}$, sử dụng biến áp một pha và hệ thống đo lường dòng - áp.
    • Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha dùng Thyristor: Cấu hình tải trở cảm ($R + L$) với $R = 10,\Omega$, $L = 0,5,\text{H}$, nguồn xoay chiều điện áp $110,\text{V}$, tần số $f = 60,\text{Hz}$, điều khiển góc mở thông qua khối Gating block.

Chương 3: Ứng dụng phần mềm PSIM thiết kế mạch điều khiển

Chương này tập trung phân tích nguyên lý, tính toán giải tích và xây dựng mô hình mô phỏng cho hệ thống điều khiển phát xung mở Thyristor cùng các sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển:

  • Yêu cầu kỹ thuật đối với mạch điều khiển: Mạch điều khiển phải đảm bảo phát xung đúng pha và đúng góc điều khiển $\alpha$; phạm vi điều chỉnh góc mở $\alpha_{\min} \div \alpha_{\max}$ đáp ứng dải điện áp ra tải; đảm bảo độ đối xứng điều khiển tốt (góc lệch giữa các van không vượt quá $1^\circ \div 3^\circ$); thời gian tác động nhanh dưới $1,\text{ms}$; có khả năng chống nhiễu công nghiệp và cách ly an toàn giữa mạch lực điện áp cao với mạch điều khiển điện áp thấp.
  • Phân tích và mô phỏng 4 khâu chức năng của mạch điều khiển:
    1. Khâu đồng bộ hóa và phát sóng răng cưa: Máy biến áp đồng bộ hạ áp và cách ly lưới điện. Trong nửa chu kỳ dương ($0 \to \pi$), điện áp đồng bộ $U_{db} > 0$, điôt $D$ mở làm transistor $Tr$ khóa ($U_{BE} < 0$), tụ $C$ được nạp từ nguồn $+U_{cc}$ qua điện trở $R_3$, điện áp răng cưa $U_{rc}$ tăng dần tuyến tính. Trong nửa chu kỳ âm ($\pi \to 2\pi$), $U_{db} < 0$, $D$ khóa, transistor $Tr$ mở thông nhờ phân cực qua $R_1, R_2$, tụ $C$ phóng điện nhanh qua transistor và $R_4$, đưa điện áp $U_{rc}$ về mức thấp.
    2. Khâu so sánh: Thực hiện so sánh điện áp răng cưa $U_{rc}$ với điện áp điều khiển một chiều $U_{dk}$. Khi $U_{rc} > U_{dk}$, điện áp đầu ra bộ so sánh nhảy lên mức bão hòa âm ($-E_{cc}$); khi $U_{rc} < U_{dk}$, điện áp ra đạt mức bão hòa dương ($+E_{cc}$), xác định chính xác thời điểm xuất hiện góc mở $\alpha$.
    3. Khâu sửa xung: Định hình lại độ rộng xung và dạng xung điều khiển sao cho phù hợp với yêu cầu kích mở của van thông qua mạch vi phân và nạp/xả của tụ $C$ kết hợp transistor định thiên.
    4. Khâu khuếch đại xung: Tăng công suất dòng và áp của xung điều khiển. Mạch sử dụng cặp transistor $Tr_1, Tr_2$ đóng cắt theo tín hiệu xung vào $U_v$, cấp dòng qua cuộn sơ cấp biến áp xung. Cuộn thứ cấp cảm ứng điện áp đưa qua điôt $D_3$ kích vào cực điều khiển $G$ của Thyristor. Điôt $D_1$ đóng vai trò khép mạch triệt tiêu sức điện động tự cảm khi các transistor khóa.
  • Các sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển và công thức xác lập:
    • Chỉnh lưu một pha dùng biến áp có điểm giữa (tải $R-L$): Dòng điện tải được duy trì liên tục qua các khoảng dẫn của van $T_1$ (từ $\theta_1$ đến $\theta_2$) và $T_2$ (từ $\theta_2$ đến $\theta_3$) nhờ năng lượng tích lũy trong cuộn cảm $L$. Các công thức giải tích gồm:
      • Điện áp trung bình trên tải: $U_d = \frac{2\sqrt{2}}{\pi} U_2 \cos\alpha = 0,9 U_2 \cos\alpha$
      • Dòng điện trung bình trên tải: $I_d = \frac{U_d}{R}$
      • Dòng điện trung bình qua van: $I_v = \frac{I_d}{2}$
      • Điện áp ngược cực đại đặt lên mỗi van: $U_{ng\max} = 2\sqrt{2} U_2$
    • Chỉnh lưu cầu một pha dùng Thyristor (tải $R-L$): Hoạt động theo nguyên tắc dẫn luân phiên từng cặp van chéo nhau ($T_1 - T_3$ và $T_2 - T_4$) tại các góc kích $\alpha$, điện áp đặt lên tải chuyển đổi giữa $+u_2$ và $-u_2$.
    • Các cấu hình mở rộng: Đồ án khảo sát sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha dùng Thyristor, chỉnh lưu cầu 3 pha dùng Thyristor và mô phỏng mạch điều khiển phát xung cho sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển trên phần mềm PSIM.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Xây dựng thành công các mô hình mô phỏng hoàn chỉnh trên phần mềm PSIM cho hai nhóm mạch chỉnh lưu cơ bản: mạch chỉnh lưu cầu 1 pha Điôt tải $R + E$ ($R = 10,\Omega, E = 100,\text{VDC}$) và mạch chỉnh lưu cầu 1 pha Thyristor tải $R + L$ ($R = 10,\Omega, L = 0,5,\text{H}$, nguồn $110,\text{V} - 60,\text{Hz}$).
  • Thiết lập và mô phỏng chi tiết dạng sóng vận hành của từng khâu thành phần trong hệ thống mạch điều khiển Thyristor: khâu đồng bộ hạ áp, khâu phát sóng răng cưa tuyến tính nạp/xả qua tụ, khâu so sánh ngưỡng điện áp $U_{rc}$ và $U_{dk}$, khâu sửa dạng xung và khâu khuếch đại xung qua biến áp xung để đưa vào cực $G$ của van lực.
  • Trích xuất được các đồ thị dạng sóng điện áp trên tải ($u_d$), dòng điện tải ($i_d$), điện áp đặt trên van và tín hiệu phát xung kích trên giao diện SIMVIEW, chứng minh tính đúng đắn của các biểu thức lý thuyết về góc điều khiển $\alpha$ và quá trình chuyển mạch của van bán dẫn.

Đóng góp của đề tài

  • Hệ thống hóa tài liệu hướng dẫn kỹ thuật bằng tiếng Việt về cách sử dụng phần mềm PSIM, từ việc quản lý các menu chức năng, phân loại thư viện linh kiện đến các bước thiết lập và chạy mô phỏng mạch điện tử công suất.
  • Cung cấp một phương pháp luận trực quan giúp sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện và Tự động hóa kết nối giữa lý thuyết giải tích trừu tượng với dạng sóng thực tế của mạch điện tử công suất mà không cần tiếp xúc trực tiếp với điện áp cao trong giai đoạn đầu học tập.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Đồ án được thực hiện trong khoảng thời gian có hạn (từ ngày 02/5/2012 đến ngày 16/7/2012), do đó phạm vi nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở các bài toán mô phỏng trên máy tính cho mạch chỉnh lưu và mạch điều khiển tương tự cơ bản.
  • Chưa tiến hành lắp ráp mạch phần cứng thực nghiệm để đo kiểm, so sánh trực tiếp dạng sóng thực tế trên máy hiện sóng (Oscilloscope) với kết quả mô phỏng thu được trên SIMVIEW nhằm đánh giá sai số do các tham số ký sinh.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Mở rộng ứng dụng phần mềm PSIM để mô phỏng các hệ thống điện tử công suất phức tạp hơn như bộ biến đổi tần số (Inverter), bộ biến đổi điện áp xoay chiều, các bộ băm xung một chiều (Chopper) và hệ thống truyền động điện xoay chiều/một chiều.
  • Nghiên cứu kết hợp các khối điều khiển số (Digital Control Blocks), khối DSP hoặc nhúng mã C vào PSIM để mô phỏng các giải thuật điều khiển hiện đại cho van bán dẫn.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo phù hợp cho sinh viên, học viên và cán bộ giảng dạy thuộc các ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện, Tự động hóa, Kỹ thuật Điều khiển và Điện tử công suất.

Các nội dung có giá trị tham khảo cụ thể gồm:

  • Bảng tổng hợp so sánh các phần mềm mô phỏng (Chương 1): Cung cấp góc nhìn kỹ thuật rõ ràng về sự khác biệt giữa TINA, PSPICE, MATLAB/Simulink và PSIM trong cách xử lý mô hình van bán dẫn.
  • Tài liệu hướng dẫn thư viện PSIM (Chương 2): Giúp người mới bắt đầu dễ dàng tra cứu ký hiệu, thông số và cách thức kết nối của các linh kiện mạch lực, cảm biến và khối điều khiển.
  • Sơ đồ nguyên lý và mô hình mô phỏng 4 khâu mạch điều khiển (Chương 3): Là tài liệu mẫu hữu ích cho các đồ án môn học Điện tử công suất, Trang bị điện hoặc các khóa luận tốt nghiệp có liên quan đến thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu Thyristor.

Câu hỏi thường gặp

1. Cấu hình phần cứng tối thiểu để cài đặt và chạy phần mềm PSIM theo đồ án là gì?

Theo thuyết minh đồ án, phần mềm PSIM hoạt động trong môi trường hệ điều hành Microsoft Windows 98/NT/2000/XP với yêu cầu dung lượng bộ nhớ RAM tối thiểu là 32 MB.

2. Cấu trúc một mạch điện trong phần mềm PSIM được phân chia thành những khối nào?

Phần mềm PSIM biểu diễn một mạch điện tử công suất qua 4 khối:

  • Khối mạch động lực (Power circuit);
  • Khối mạch điều khiển (Control circuit);
  • Khối cảm biến (Sensors);
  • Khối bộ điều khiển chuyển mạch (Switch controllers).

3. Nguyên lý nạp và xả của tụ điện trong khâu đồng bộ và phát sóng răng cưa được thực hiện như thế nào?

Trong nửa chu kỳ điện áp đồng bộ dương ($0 \to \pi$), $U_{db} > 0$, điôt $D$ phân cực thuận mở thông làm điện áp $U_{BE} < 0$, transistor $Tr$ khóa lại, tụ $C$ được nạp từ nguồn $+U_{cc}$ qua điện trở $R_3$ khiến điện áp trên tụ tăng dần. Trong nửa chu kỳ âm ($\pi \to 2\pi$), $U_{db} < 0$, điôt $D$ bị phân cực ngược khóa lại, transistor $Tr$ mở thông do được phân áp dương từ $R_1, R_2$, tụ $C$ nhanh chóng phóng điện qua transistor và điện trở $R_4$ về cực âm, làm điện áp trên tụ giảm nhanh về mức thấp.

4. Mạch điều khiển Thyristor cần thỏa mãn những yêu cầu kỹ thuật chính nào?

Mạch điều khiển phải phát xung đúng pha và đúng góc $\alpha$; đảm bảo dải điều chỉnh $\alpha_{\min} \div \alpha_{\max}$; độ đối xứng điều khiển giữa các van không lệch quá $1^\circ \div 3^\circ$; độ tác động nhanh dưới $1,\text{ms}$; có khả năng chống nhiễu công nghiệp và cách ly an toàn về điện áp giữa mạch lực với mạch điều khiển.

5. Công thức xác định điện áp tải và điện áp ngược cực đại của sơ đồ chỉnh lưu một pha dùng biến áp có điểm giữa là gì?

Đối với tải trở cảm ($R-L$), điện áp trung bình trên tải được tính theo công thức: $$U_d = \frac{2\sqrt{2}}{\pi} U_2 \cos\alpha = 0,9 U_2 \cos\alpha$$ Điện áp ngược cực đại đặt lên mỗi van Thyristor khi khóa là: $$U_{ng\max} = 2\sqrt{2} U_2$$ Trong đó $U_2$ là điện áp hiệu dụng của mỗi nửa cuộn thứ cấp máy biến áp và $\alpha$ là góc điều khiển mở van.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Ứng dụng phần mềm PSIM mô phỏng mạch điện tử công suất" của hai sinh viên Lương Văn Thái và Nguyễn Khắc Ngọc tại Trường Đại học Sao Đỏ đã giải quyết trọn vẹn nhiệm vụ xây dựng tài liệu và mô hình hóa các mạch chỉnh lưu cơ bản. Thông qua việc phân tích và so sánh các phần mềm mô phỏng, đề tài đã khẳng định ưu thế về tính trực quan và tốc độ xử lý của PSIM trong việc mô phỏng tách biệt mạch lực và mạch điều khiển. Toàn bộ các khâu chức năng phát xung đồng bộ, so sánh, sửa xung, khuếch đại xung cũng như các cấu hình chỉnh lưu Điôt và Thyristor đã được mô phỏng và kiểm chứng dạng sóng thành công trên công cụ SIMVIEW, đóng góp nguồn tài liệu tham khảo có giá trị cho công tác đào tạo chuyên ngành Tự động hóa và Kỹ thuật Điện.