Giáo trình Ứng dụng PSIM trong Điện tử Công suất - ThS. Đỗ Đức Trí & ThS. Vương Thị Ngọc Hân

Giáo trình PSIM ứng dụng điện tử công suất. Hướng dẫn chi tiết sử dụng phần mềm mô phỏng để thiết kế và phân tích mạch điện công suất. Tài liệu từ ĐH Sư Phạm

• Tác giả: Đỗ Đức Trí
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Điện tử công suất
• Đề tài: Ứng dụng PSIM trong điện tử công suất
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình ứng dụng PSIM trong điện tử công suất

Giáo trình ứng dụng PSIM trong điện tử công suất là tài liệu học tập được biên soạn bởi ThS. Đỗ Đức Trí và ThS. Vương Thị Ngọc Hân thuộc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Giáo trình xuất bản năm 2015, dành cho sinh viên ngành Điện - Điện tử. Nội dung bao gồm sáu chương chính: cài đặt phần mềm PSIM, mạch chỉnh lưu không điều khiển, mạch chỉnh lưu có điều khiển, bộ biến đổi AC-AC, bộ biến đổi DC-DC và bộ nghịch lưu. Mỗi chương kết hợp lý thuyết cơ bản với hướng dẫn mô phỏng thực tế trên phần mềm PSIM 9.3. Giáo trình hoạt động như một phòng thí nghiệm ảo, cho phép sinh viên quan sát sóng điện áp, dòng điện và đặc tính của các mạch công suất mà không cần thiết bị phần cứng đắt tiền. Phương pháp tiếp cận này giúp người học nắm vững nguyên lý hoạt động của các phần tử bán dẫn công suất.

1.1. Mục tiêu và đối tượng của giáo trình

Giáo trình hướng đến đối tượng sinh viên các trường cao đẳng nghề, trung cấp nghề và đại học khối công nghệ. Mục tiêu chính là cung cấp kiến thức và kỹ năng cơ bản về điện tử công suất thông qua phần mềm mô phỏng PSIM. Tài liệu hỗ trợ những cơ sở giáo dục có điều kiện cơ sở vật chất chưa đầy đủ. Người học được tiếp cận các mạch công suất phức tạp dưới dạng mô hình ảo, từ đó hiểu sâu bản chất lý thuyết và nhận diện rõ ràng các hiện tượng thực tế xảy ra trong mạch.

1.2. Cấu trúc nội dung sáu chương học

Giáo trình được tổ chức thành sáu chương với trình tự logic từ cơ bản đến nâng cao. Chương 1 giới thiệu cài đặt và sử dụng phần mềm PSIM 9.3. Chương 2 và 3 trình bày mạch chỉnh lưu không điều khiển và có điều khiển. Chương 4 tập trung vào bộ biến đổi AC-AC. Chương 5 giải thích nguyên lý bộ biến đổi DC-DC. Chương 6 giới thiệu bộ nghịch lưu. Mỗi chương đều có phần lý thuyết song song với hướng dẫn mô phỏng chi tiết, giúp sinh viên liên kết kiến thức sách vở với thực hành mô phỏng.

II. Vấn đề khó khăn khi nghiên cứu mạch điện tử công suất

Nghiên cứu mạch điện tử công suất đặt ra nhiều thách thức cho sinh viên và giảng viên. Thứ nhất, các mạch công suất sử dụng linh kiện bán dẫn như thyristor, MOSFET, IGBT hoạt động ở tần số cao và điện áp lớn, việc quan sát trực tiếp trên phần cứng đòi hỏi thiết bị bảo vệ phức tạp và chi phí đầu tư lớn. Thứ hai, hiện tượng commutation, quá điện áp và quá dòng xảy ra trong thời gian rất ngắn, khó ghi nhận bằng thiết bị đo thông thường. Thứ ba, nhiều cơ sở giáo dục tại Việt Nam thiếu phòng thí nghiệm đạt chuẩn, gây hạn chế trong việc thực hành. Thứ tư, việc thay đổi thông số mạch để đánh giá ảnh hưởng lên đặc tính đầu ra mất nhiều thời gian khi thực hiện trên mô hình vật lý. Những khó khăn này tạo nhu cầu cấp thiết về công cụ mô phỏng máy tính để hỗ trợ quá trình giảng dạy và học tập hiệu quả hơn.

2.1. Hạn chế của phòng thí nghiệm truyền thống

2.2. Khó khăn trong việc trực quan hóa sóng tín hiệu

III. Phương pháp mô phỏng mạch công suất bằng phần mềm PSIM

Phần mềm PSIM là công cụ mô phỏng chuyên dụng cho mạch điện tử công suất và điều khiển động cơ. PSIM sử dụng thuật toán mô phỏng nhanh, phù hợp với các mạch có linh kiện chuyển mạch. Giáo trình hướng dẫn cài đặt PSIM 9.3 và cập nhật phiên bản mới nhất. Người dùng thiết kế giản đồ mạch bằng cách kéo thả các phần tử từ thư viện: nguồn điện, điện trở, tụ điện, cuộn cảm, máy biến áp, diode, thyistor, MOSFET, IGBT. PSIM cung cấp các phần tử mạch động lực và mạch điều khiển riêng biệt. Sau khi hoàn thiện sơ đồ, người dùng thiết lập thông số mô phỏng như thời gian mô phỏng, bước tích phân. Kết quả hiển thị dưới dạng sóng thời gian trên cửa sổ SIMVIEW. Công cụ này cho phép phân tích đặc tính tần số, vẽ đồ thị truyền đạt và xuất dữ liệu ra các định dạng khác nhau để phân tích thêm.

3.1. Hướng dẫn thiết kế giản đồ mạch trong PSIM

3.2. Phân tích kết quả mô phỏng trên SIMVIEW

IV. Kết luận và ứng dụng thực tế của giáo trình PSIM điện tử công suất

Giáo trình ứng dụng PSIM trong điện tử công suất đóng vai trò quan trọng trong đào tạo kỹ sư điện tử tại Việt Nam. Tài liệu giúp thu hẹp khoảng cách giữa lý thuyết và thực hành bằng công cụ mô phỏng tiên tiến. Sinh viên sau khi học xong giáo trình có khả năng thiết kế và phân tích các mạch chỉnh lưu, biến đổi tần số, bộ nghịch lưu phục vụ ứng dụng công nghiệp. Kiến thức từ giáo trình áp dụng trực tiếp vào các lĩnh vực như nguồn cấp công nghiệp, điều khiển động cơ, hệ thống năng lượng tái tạo, truyền tải điện áp cao một chiều HVDC. Phần mềm PSIM với ưu điểm mô phỏng nhanh và chính xác trở thành công cụ không thể thiếu trong nghiên cứu và phát triển sản phẩm điện tử công suất. Giáo trình cũng là tài liệu tham khảo quý giá cho giảng viên và kỹ sư làm việc trong ngành năng lượng và tự động hóa.

4.1. Ứng dụng trong đào tạo kỹ sư điện tử công suất

4.2. Ứng dụng trong nghiên cứu và phát triển sản phẩm

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

• Môn học và vị trí trong chương trình đào tạo: Giáo trình Ứng dụng PSIM trong điện tử công suất do ThS. Đỗ Đức Trí và ThS. Vương Thị Ngọc Hân (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh) biên soạn, được Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh ấn hành năm 2015. Đây là tài liệu phục vụ trực tiếp cho môn học Điện tử công suất trong chương trình đào tạo kỹ sư, cử nhân kỹ thuật ngành Điện – Điện tử tại các trường đại học, cao đẳng khối công nghệ, cao đẳng nghề và trung cấp nghề.
• Mục tiêu học tập (Learning Outcomes): Giáo trình trang bị cho người học phương pháp phân tích nguyên lý hoạt động của các mạch biến đổi công suất; kỹ năng thiết lập sơ đồ nguyên lý, cấu hình tham số linh kiện và vận hành mô phỏng trên phần mềm chuyên dụng PSIM 9.3; khả năng khảo sát, đọc hiểu các giản đồ dạng sóng điện áp, dòng điện và đánh giá các chỉ số chất lượng điện năng như độ méo hài tổng (THD), thành phần sóng cơ bản qua biến đổi Fourier nhanh (FFT).
• Cấu trúc và cách tiếp cận: Nội dung giáo trình được tổ chức thành 2 phần với 6 chương logic. Cách tiếp cận của tài liệu đặt trọng tâm vào việc kết hợp chặt chẽ giữa cơ sở lý thuyết giải tích mạch và kỹ thuật mô phỏng kiểm chứng dạng sóng, đóng vai trò như một hệ thống thực hành mô hình ảo cho sinh viên.
• Điểm đặc sắc của giáo trình: Tài liệu khai thác sâu phần mềm PSIM (sản phẩm của hãng Lab-Volt, Hoa Kỳ) – một công cụ chuyên dụng trong lĩnh vực điện tử công suất và truyền động điện. Giáo trình chuẩn hóa quy trình mô phỏng mạch điện thông qua 4 khối chức năng (mạch động lực, mạch điều khiển, hệ cảm biến, bộ điều khiển chuyển mạch), giúp người học phân tách rõ ràng giữa tầng công suất và tầng điều khiển giải thuật.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình phân bổ nội dung qua 6 chương chuyên đề:

• Chương 1: Cài đặt và sử dụng phần mềm PSIM: Giới thiệu tổng quan cấu trúc phần mềm PSIM 9.3 (gồm PSIM Schematic *.sch, PSIM Simulator *.txt, SIMVIEW *.smv/*.fra). Hướng dẫn chi tiết thư viện linh kiện mạch động lực (RLC một pha/ba pha, biến trở, van bán dẫn hai trạng thái như Diode, Diac, Zener, Thyristor, Triac, GTO, Transistor, MOSFET, IGBT; van ba trạng thái BJT NPN-1/PNP-1; các bộ biến đổi tích hợp một pha/ba pha BDIOD3, BTHY3, BTHY3H, BTHY6H, VSI3, CSI3; máy biến áp lý tưởng và đa cuộn dây). Đồng thời, chương này trình bày hệ thống phần tử mạch điều khiển (hàm truyền $s$, khối tỷ lệ P, tích phân I, vi phân D, PI, bộ lọc bậc hai FILTER-LP2/HP2/BP2/BS2, khối tính toán giải tích, khối lượng giác, khối FFT, khối THD, bảng tra cứu LKUP/LKUP2D, khối lấy mẫu giữ Sampling/Hold, khối logic, bộ chuyển đổi A/D và D/A).
• Chương 2: Mạch chỉnh lưu không điều khiển: Khảo sát các sơ đồ chỉnh lưu Diode từ cơ bản đến phức tạp: chỉnh lưu tia một pha, chỉnh lưu tia hai pha, chỉnh lưu cầu một pha, chỉnh lưu tia ba pha, chỉnh lưu cầu ba pha và chỉnh lưu tia sáu pha không có cuộn kháng cân bằng.
• Chương 3: Mạch chỉnh lưu có điều khiển: Phân tích các cấu hình chỉnh lưu sử dụng Thyristor: chỉnh lưu tia một pha, hai pha, ba pha, sáu pha và chỉnh lưu cầu một pha, cầu ba pha. Nội dung đi sâu vào các chế độ tải thuần trở (R), tải trở cảm (R+L), tải trở cảm có sức điện động (R+L+E) với hai phương thức điều khiển toàn phần và điều khiển bán phần, đồng thời phân tích hiện tượng trùng dẫn do điện cảm nguồn.
• Chương 4: Bộ biến đổi AC – AC: Phân tích các bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều một pha và ba pha (cấu hình ba pha có dây trung tính, ba pha tải đấu sao không trung tính và ba pha tải đấu tam giác).
• Chương 5: Bộ biến đổi DC – DC: Xây dựng mô hình mô phỏng cho ba cấu trúc nguồn xung cơ bản: bộ biến đổi giảm áp BUCK, bộ biến đổi tăng áp BOOST và bộ biến đổi tăng - giảm áp BUCK - BOOST.
• Chương 6: Bộ nghịch lưu: Khảo sát các cấu trúc nghịch lưu độc lập: nghịch lưu áp một pha nửa cầu và toàn cầu theo giải thuật đóng cắt ON/OFF và giải thuật điều chế độ rộng xung hình sin (SINPWM); nghịch lưu ba pha sáu bước (chế độ dẫn $120^\circ$ và $180^\circ$ lệch pha $60^\circ$ trên tải R); nghịch lưu ba pha hai bậc SINPWM; các cấu trúc nghịch lưu đa bậc nâng cao gồm nghịch lưu ba pha ba bậc Diode kẹp (Diode Clamped) SINPWM và nghịch lưu ba pha năm bậc nối tầng (Cascade) SINPWM.

                    TIẾN TRÌNH NỘI DUNG GIÁO TRÌNH
 [Chương 1: Công cụ PSIM & Thư viện mô phỏng (Động lực - Cảm biến - Điều khiển)]
       [Chương 2 & 3: Bộ biến đổi AC - DC (Không điều khiển & Có điều khiển)]
       [Chương 4 & 5: Bộ biến đổi AC - AC & Bộ biến đổi DC - DC (Buck/Boost)]
       [Chương 6: Bộ biến đổi DC - AC (Nghịch lưu 1 pha, 3 pha & Đa bậc SINPWM)]

Progression logic: Trình tự kiến thức phát triển tuyến tính từ việc làm chủ công cụ mô phỏng và mô hình hóa phần tử (Chương 1), tiến đến khảo sát các bộ biến đổi tĩnh phi điều khiển và có điều khiển cơ bản (Chương 2, 3), mở rộng sang các dạng biến đổi điện áp xoay chiều/một chiều (Chương 4, 5), và kết thúc ở các giải thuật điều chế nghịch lưu đa bậc phức tạp (Chương 6).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

• Fundamental theories: Lý thuyết đóng cắt van bán dẫn công suất lý tưởng ($R_{on} = 10^{-4},\Omega$, $R_{off} = 1,\text{M}\Omega$); lý thuyết chỉnh lưu dòng điện xoay chiều; nguyên lý biến đổi điện áp một chiều đóng cắt; lý thuyết điều chế độ rộng xung véc-tơ và sóng sin.
• Core principles: Nguyên lý phân tách hệ thống điện lực thành 4 khối chức năng; quan hệ vi phân, tích phân và hàm truyền đạt miền Laplace ($s$); hiện tượng trùng dẫn và chuyển mạch van bán dẫn dưới ảnh hưởng của điện cảm mạch.
• Essential frameworks: Khung phân tích chất lượng điện áp và dòng điện thông qua trị hiệu dụng (RMS), hệ số méo dạng sóng hài tổng (THD) và phổ phân tích điều hòa Fourier (FFT với số điểm lấy mẫu lên đến 1024 điểm).

Kỹ năng phát triển

• Technical skills: Kỹ năng vẽ và thiết lập sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch phát xung điều khiển trên PSIM Schematic; kỹ năng khai báo thông số tệp bảng xung (*.tbl), tệp tham số (*.FILE), tệp mạch (*.cct); kỹ năng sử dụng công cụ SIMVIEW để xuất đồ thị dạng sóng.
• Analytical skills: Kỹ năng phân tích giản đồ thời gian điện áp/dòng điện trên các van bán dẫn và tải tiêu thụ; kỹ năng giải thích hiện tượng quá độ, trùng dẫn và ảnh hưởng của góc mở kích van ($\alpha$).
• Practical competencies: Năng lực thiết kế, kiểm thử và tối ưu hóa thông số các bộ nguồn công suất (Buck, Boost, chỉnh lưu điều khiển, nghịch lưu SINPWM) trên mô hình ảo trước khi triển khai chế tạo phần cứng.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

• Pedagogical approach: Giáo trình áp dụng phương pháp dạy học thông qua thực nghiệm ảo (Virtual Laboratory Learning). Lý thuyết các cấu trúc mạch được cụ thể hóa thành các sơ đồ mô phỏng trực quan, giúp người học đối chiếu trực tiếp giữa biểu thức toán học và dạng sóng mô phỏng.
• Bài tập và case studies: Sách cung cấp các case study mô phỏng mẫu như mạch băm áp một chiều trong một góc phần tư (chop.sch), mạch phân cực Transistor BJT NPN-1 ở chế độ khuếch đại và đóng cắt, mạch tạo trễ, mạch lọc tín hiệu và các cấu hình nghịch lưu công nghiệp.
• Practical exercises: Hệ thống bài tập thực hành yêu cầu người học tự xây dựng sơ đồ mạch, cấu hình thông số nguồn (nguồn sin một pha, ba pha đối xứng đấu sao, nguồn xung vuông, nguồn thời gian), thiết lập khối phát xung kích Gating block hoặc Alpha controller, và thực hiện đo kiểm các đại lượng điện áp/dòng điện.
• Assessment methods: Đánh giá kết quả học tập qua mức độ chính xác của sơ đồ mạch mô phỏng, khả năng thiết lập đúng tham số điều khiển van và năng lực trích xuất, giải thích kết quả dạng sóng trên màn hình SIMVIEW.
• Self-study guidelines: Để tự học đạt hiệu quả, người đọc cần tiến hành cài đặt phần mềm PSIM 9.3 theo chỉ dẫn ở Phần 1, thực hiện cấu hình tệp bản quyền Psim.lic, thao tác tuần tự từng mạch điện mẫu từ Chương 2 đến Chương 6, và thay đổi các tham số góc kích $\alpha$, điện cảm $L$, điện dung $C$ để quan sát sự biến đổi của hệ thống.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Updates so với ấn bản cũ: So với cuốn sách đầu tiên của tác giả xuất bản năm 2010 tập trung vào chủ đề Điện tử thực hành và điện tử căn bản, giáo trình năm 2015 đã nâng cấp toàn diện sang lĩnh vực Điện tử công suất chuyên sâu, ứng dụng nền tảng phần mềm PSIM phiên bản 9.3/9.400.
• Current trends được tích hợp: Giáo trình cập nhật các cấu trúc nghịch lưu công suất hiện đại, đặc biệt là nghịch lưu đa bậc (Multilevel Inverters) gồm nghịch lưu ba pha ba bậc Diode kẹp (Diode-Clamped Multilevel Inverter) và nghịch lưu ba pha năm bậc nối tầng (Cascade Multilevel Inverter) ứng dụng giải thuật điều chế SINPWM. Ngoài ra, giáo trình tích hợp các khối hàm xử lý tín hiệu số, chuyển đổi A/D, D/A, khối trễ TDELAY/UDELAY và khối lấy mẫu lưu giữ Sampling/Hold.
• Real-world applications: Các mô hình trong giáo trình gắn liền với ứng dụng truyền động điện xoay chiều/một chiều, hệ thống nạp điện áp, bộ biến đổi nguồn DC-DC hiệu suất cao cho thiết bị công nghiệp và hệ thống điều hòa công suất lưới điện AC.
• Industry connections: Phần mềm PSIM do hãng Lab-Volt (Hoa Kỳ) phát triển là một trong những công cụ mô phỏng chuẩn hóa được ứng dụng rộng rãi trong các phòng nghiên cứu R&D và doanh nghiệp thiết kế hệ thống điện tử công suất.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên mục tiêu: Sinh viên năm thứ 3 và năm thứ 4 chuyên ngành Kỹ thuật Điện, Điện tử công nghiệp, Tự động hóa, Cơ điện tử tại các trường đại học, cao đẳng khối công nghệ và trường đào tạo nghề.
• Prerequisites cần có: Người học cần hoàn thành các học phần tiên quyết gồm: Mạch điện (Lý thuyết mạch), Kỹ thuật Điện tử căn bản, Giải tích hàm, Đại số tuyến tính và Lý thuyết điều khiển tự động (khái niệm hàm truyền, miền Laplace $s$).
• Giảng viên và cách sử dụng: Giảng viên có thể sử dụng giáo trình làm tài liệu giảng dạy chính cho học phần Thực hành Điện tử công suất, hoặc làm tài liệu minh họa trực quan trong các bài giảng lý thuyết trên lớp nhằm giảm tải tính trừu tượng của các công thức giải tích.
• Tự học và tài liệu tham khảo: Giáo trình là tài liệu tham khảo hữu ích cho các kỹ sư điện - điện tử, học viên cao học và cán bộ kỹ thuật cần công cụ mô phỏng khảo sát nhanh các mạch van công suất mà không đòi hỏi hệ thống thiết bị phần cứng đắt tiền.

---

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?

Tài liệu được biên soạn cho sinh viên đại học, cao đẳng kỹ thuật ngành Điện – Điện tử, học viên trường nghề, cũng như các kỹ sư đang nghiên cứu, thiết kế mạch điện tử công suất và truyền động điện.

2. Cần chuẩn bị những kiến thức nền tảng nào trước khi học?

Người học cần nắm vững kiến thức về phân tích mạch điện xoay chiều/một chiều, nguyên lý làm việc của các linh kiện bán dẫn cơ bản (Diode, Transistor), công cụ biến đổi Laplace và các phép toán lượng giác, giải tích cơ bản.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu Điện tử công suất thuần lý thuyết?

Giáo trình kết hợp lý thuyết mạch với mô phỏng trực quan trên PSIM 9.3, cung cấp thông số cụ thể cho từng mô hình ảo (từ khối mạch động lực đến giải thuật mạch điều khiển), giúp người học quan sát dạng sóng thực tế thay vì chỉ tính toán giải tích trên giấy.

4. Làm thế nào để tự học và thực hành hiệu quả theo giáo trình?

Người học nên cài đặt phần mềm PSIM 9.3 theo hướng dẫn tại Chương 1, tự vẽ lại các sơ đồ mạch mẫu từ Chương 2 đến Chương 6, thiết lập thông số mô phỏng và so sánh kết quả dạng sóng trên SIMVIEW với các biểu thức lý thuyết được cung cấp.

5. Giáo trình có các tệp dữ liệu và tài liệu bổ trợ nào đi kèm?

Giáo trình hướng dẫn cấu trúc các tệp ví dụ mạch (*.sch như chop.sch), tệp bảng xung kích (test.tbl), tệp tham số (*.FILE), đồng thời cung cấp danh mục tài liệu tham khảo chuyên ngành và địa chỉ liên hệ trao đổi học thuật của tác giả ([e-mail]).

---

Kết luận

• Giá trị cốt lõi: Giáo trình Ứng dụng PSIM trong điện tử công suất chuẩn hóa phương pháp tiếp cận môn học thông qua mô hình hóa thực nghiệm ảo trên PSIM 9.3, giúp nâng cao năng lực phân tích mạch và khắc phục rào cản thiếu hụt trang thiết bị thí nghiệm phần cứng tại các cơ sở đào tạo.
• Lộ trình học tập đề xuất: Người học bắt đầu từ việc nắm vững môi trường và thư viện phần tử PSIM (Chương 1) $\rightarrow$ Khảo sát các bộ chỉnh lưu không điều khiển và có điều khiển (Chương 2, 3) $\rightarrow$ Làm chủ các bộ biến đổi AC-AC và DC-DC Buck/Boost (Chương 4, 5) $\rightarrow$ Nghiên cứu chuyên sâu các cấu trúc nghịch lưu ba pha và nghịch lưu đa bậc SINPWM (Chương 6).
• Tài nguyên bổ trợ: Các tệp sơ đồ nguyên lý mẫu, thư viện linh kiện chuẩn của PSIM (Psim.lib, Psim.dll) và các tài liệu tham khảo chuyên sâu về Điện tử công suất được liệt kê trong giáo trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 CÀI ĐẶT VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSIM I. GIỚI THIỆU PSIM 9.3 Các phần mềm mô phỏng lĩnh vực điện nói chung, điện tử công suất nói riêng đang được sử dụng rộng rãi như: Matlab, Protues, Electronic Workbench, Multisim,… PSIM là một trong những phần mềm chuyên dụng trong lĩnh vực điện tử công suất và truyền động điện. PSIM là phần mềm do hãng LAB-VOLT (Hoa Kỳ), một trong các nhà sản xuất các thiết bị dạy học nổi tiếng viết và đưa ra thương trường. Đây là phần mềm không chỉ hữu ích trong học tập, giảng dạy, nhằm giúp cho sinh viên nắm vững hơn các bài giảng trên lớp, mà còn là tài liệu cơ bản cho các kỹ sư khi nghiên cứu, phân tích, khai thác mạch điện tử công suất, các mạch điều khiển tương tự và số, cũng như truyền động xoay chiều (AC), một chiều (DC).

PSIM bao gồm 3 chương trình: chương trình thiết kế mạch (Schematic), chương trình mô phỏng (Simulator) và chương trình phân tích (View) dựa trên các biểu đồ thời gian của kết quả mô phỏng. Psim Schematic Input:*.sch Psim Simulator Input:*.txt SimView Input:*.1: Quá trình mô phỏng trên PSIM Một mạch điện sẽ được Psim biểu diễn trên 4 khối: mạch động lực (power circuit), mạch điều khiển (control circuit), hệ cảm biến (sensor) và bộ điều khiển chuyển mạch (switch controllers). Mạch động lực bao gồm các van bán dẫn công suất, các phần tử RLC, máy biến áp và cuộn cảm san bằng. Mạch điều khiển sẽ được biểu diễn bằng các sơ đồ khối, bao gồm cả các phần tử trong miền S, miền Z, các phần tử logic (ví dụ như các cổng logic, flip-flop) và các phần tử phi tuyến (ví dụ như bộ nhân, bộ chia).

Các phần tử cảm biến sẽ đo các giá trị điện áp, dòng điện 11 trong mạch động lực để đưa các tín hiệu đo này về mạch điều khiển. Sau đó mạch điều khiển sẽ cho các tín hiệu đến bộ điều khiển chuyển mạch để điều khiển quá trình đóng cắt các van bán dẫn trong mạch động lực. Power Circuit Switch controllres Sensor Control Circuit Hình 1.2: Biểu diễn một mạch điện trên PSIM II. CÀI ĐẶT VÀ CẬP NHẬT PSIM 9.

CÀI ĐẶT PSIM 9.3 Từ đĩa CD hoặc người sử dụng tải chương trình PSIM 9.400 về máy giải nén bằng Winrar ta có được folder PSIM 9.400, trong folder này gồm có folder Setup và Cập nhật. Dowdload file:https://rapidshare.com/files/432942272/PSIM_Professional_Version_ 9.rar Tiến hành cài đặt bằng việc chạy file PSIM 9.400 trong folder Setup 12 Hộp thoại PSIM 9.3 setup xuất hiện: Click Next => chọn I accept the license agreement  Next tiếp,trong phần License Configuration chọn 3-Softkey version,chọn tiếp Select “psim. 13 Đưa đường dẫn tới file Psim.lic trong folder Setup vừa giải nén =>Open  Chọn Next 14  Trong phần Destination Folder ta chọn nơi cài đặt cho Psim => Sau khi đã chọn xong nơi cài đặt ta chọn Next 15 Xuất hiện Ready to Install the Application  Chọn Next 16 Máy tính tiến hành cài đặt Psim vào máy. Sau khi cài đặt xong thì xuất hiện hộp thoại PSIM 9.3 has been successfullyinstalled.

Đồng thời hỏi bạn có chạy Psim ngay bây giờ không? Ta bỏ dấu check ở Launch PSIM now để tiến hành Cập nhật PSIM 9. CẬP NHẬT PSIM 9.3 Trong folder PSIM giải nén lúc trước có folder Cập nhật, mở folder này ta thấy có 2 file là Psim.lic và Register PSIM. Tiến hành copy 2 file này vào Folder PSIM ta vừa cài đặt 17 Máy tính sẽ hỏi có chép đè lên hai file cũ không, ta chọn Overwrite All. Trong folder Psim vừa cài đặt ta tìm file Register PSIM Chạy file này Máy tính sẽ hỏi có muốn add những giá trị trong register vào máy không? Ta chọn Yes 18 => Máy tính báo đã add giá trị thành công => OK Ta mở Chương trình PSIM để kiểm tra PSIM có hoạt động không.

Click đôi vào biểu tượng PSIM ở Desktop, chương trình PSIM xuất hiện. Như vậy đã kết thúc quá trình cài đặt và Cập nhật PSIM 9. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSIM 9.3 Một số file trong thư mục Psim được thể hiện như sau: File Mô tả Psim.dll Mô phỏng trên Psim Psim.exe Soạn thảo, thiết lập mạch trên Psim SIMVIEW.exe Phân tích,xử lý kết quả Psim.lib Thư viện trên Psim Psimimage.hlp File hỗ trợ *.sch File ví dụ các mạch 19 Các file mở rộng: File Mô tả *.sch File thiết lập mạch (dạng nhị phân) *.cct File danh sách (dạng văn bản) *.txt File kết quả mô phỏng (dạng văn bản) *.fra File phân tích kết quả (dạng văn bản) *.smv File đường cong mô phỏng (dạng nhị phân) 1. MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN Ví dụ để mô phỏng một bộ băm áp một chiều trong một góc phần tư trên file “chop.sch”: - Khởi động PSIM, chọn Open từ file để nạp file “chop.

- Từ menu Simulate, chọn Run Simulation để khởi động quá trình mô phỏng. Kết quả mô phỏng được lưu trong file “chop. Mọi thông báo trong quá trình mô phỏng sẽ được lưu trong file “message. - Nếu không chọn trên menu Option phần Auto-run SIMVIEW, thì từ menu Simulate lựa chọn Run SIMVIEW để khởi động SIMVIEW.

Còn nếu đã lựa chọn Auto-Run SIMVIEW thì phần mềm sẽ tự động chạy SIMVIEW. Trên SIMVIEW chúng ta có thể chọn đường cong hiển thị trên màn hình. BIỂU DIỄN THAM SỐ CÁC PHẦN TỬ Các tham số mỗi phần tử, bộ phận của mạch được đối thoại trên 3 cửa sổ của PSIM như trên hình 1.3,bao gồm: các tham số (Parameters), các thông tin khác (Other Info) và màu sắc (Color).3: Cửa sổ trao đổi tham số trên PSIM Cửa sổ Parameters được sử dụng trong quá trình mô phỏng, còn cửa sổ Other Info không sử dụng cho mô phỏng mà chỉ dành cho người sử dụng, các thông tin này sẽ được hiện ra trong mục View/Element List, ví dụ như các thông tin loại thiết bị, tên nhà sản xuất, số sản xuất… Còn cửa sổ Color để xác định màu sắc cho từng phần tử. 20 Trên cửa sổ Parameters, các tham số được đưa vào dưới dạng các số thập phân hay dạng biểu thức toán học Ví dụ: một điện trở có thể được biểu diễn dưới dạng sau: 12.

Các lũy thừa sau sử dụng các chữ cái để thể hiện: 10 9 : G, 10 6 : M, 103: K, 10-3: m, 10-6: µ, 10 9 :n, 10 12 : p Các hàm toán học sau được sử dụng: + phép cộng - phép trừ * phép nhân / phép chia ^ hàm mũ SQRT hàm căn bậc hai SIN hàm sin COS hàm cos TAN hàm tang ATAN hàm arctang EXP hàm mũ tự nhiên (ví dụ: EXP(x)=e x ) LOG hàm logarit cơ số tự nhiên (ví dụ:LOG(x)=ln(x)) LOG10 hàm logarit cơ số 10 ABS hàm giá trị tuyệt đối SIGN hàm dấu (ví dụ: SIGN(1. CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC 3. Điện trở, điện cảm và điện dung (RLC) Với PSIM, các phần tử R, L, C rời rạc hay một nhánh RLC đều có thể được mô tả với các điều kiện đầu được xác định (dòng điện trên L, điện áp trên C). Ngoài ra trong mạch ba pha đối xứng, nhánh RLC cũng được mô tả với các điều kiện đầu xác định bằng 0 bằng các ký hiệu “R3”, “RL3”, “RC3” và “RLC3”.

Các ký hiệu này được biểu diễn trên PSIM như ở hình 1. Cách mô tả các phần tử này như sau: Resistor: điện trở,  Inductance: điện cảm, H 21 Capacitance: điện dung, F Initial current: dòng điện ban đầu trên điện cảm, A Initial voltage: điện áp ban đầu trên điện dung, V Current flag: cờ dòng điện của nhánh: nếu dòng điện có cờ bằng 0 có nghĩa là không có dòng điện ra, còn nếu cờ là 1 thì dòng điện sẽ được lưu giữ trong file đầu ra và được hiển thị trong SIMVIEW. Dòng điện có cờ dương khi dòng chạy vào điểm cuối của nhánh RLC Current Flag _ A: cờ của dòng pha A Current Flag _ B: cờ của dòng pha B Current Flag _C: cờ của dòng pha C Hình 1.4: Ký hiệu phần tử RLC một pha và ba pha 3. Biến trở Biến trở là điện trở có điều chỉnh, được ký hiệu như trên hình 1.5 với cách mô tả như sau: Total resistance: giá trị tổng điện trở R của biến trở từ cực k đến cực m, Ohm.

Tab position (0 to 1): vị trí của con trượt, điện trở từ k đến m là tập R*Tap. Current flag: ký hiệu chiều dòng điện qua biến trở, dòng chạy vào k.5: Ký hiệu biến trở 22 3. Các khóa chuyển mạch Có hai dạng cơ bản của khóa đóng cắt trong PSIM: một là theo kiểu khóa gồm hai trạng thái (đóng và mở khóa), hai là theo kiểu ba trạng thái (đóng, mở và làm việc trong chế độ khuếch đại tuyến tính). Khóa hai trạng thái bao gồm: Diod, Diac,Thyristor,Triac, GTO, Transistor công suất kiểu NPN hay PNP, IGBT, MOSFET kênh n (MOSFET_N) và kênh p (MOSFET_P), và khóa hai chiều (SSWI).Các phần tử này được mô tả như các khóa lý tưởng, nghĩa là ở trạng thái đóng (cho dòng chạy qua) khóa có giá trị nội trở bằng 10  , còn ở trạng thái mở (không có dòng) sẽ có giá trị 1M .

Diod,Diac và Diod Zener Các ký hiệu của ba phần tử này được biểu diễn trên hình 1.6: Ký hiệu Diod, diac, Diod Zener trong PSIM  Mô tả Diod Diod voltage drop : điện áp rơi trên Diod khi Diod dẫn Initial position : ký hiệu trạng thái ban đầu của Diod, Diod ở trạng thái thông có ký hiệu 0 và ở trạng thái khóa có ký hiệu 1 Current flag : cờ dòng điện ra của Diod: khi cờ có giá trị bằng 0 là không có dòng điện ra (IDiod), còn khi cờ bằng1 thì có dòng điện ra (IDiod) sẽ được lưu giữ ở file và được hiển thị ở SIMVIEW  Mô tả Diac Breakover voltage : điện áp để diac chuyển từ trạng thái khóa sang trạng thái thông Breakback voltage : điện áp để diac chuyển từ trạng thái thông sang trạng thái khóa Current flag : cờ dòng điện 23  Mô tả Diod Zener Breakdown voltage : điện áp đánh thủng V B Forward voltage drop: điện áp rơi trên Diod khi dẫn từ A đến K Current flag : cờ dòng điện từ A đến K 3. Thyristor và Triac Ký hiệu Thyristor và Triac trên hình 1.