Bài giảng Thí nghiệm mô phỏng mạch điện - Hoàng Nguyên Phước

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 
1.2.1 Phần chuẩn bị ở nhà. ....................................................................................................................................................................................................................... 3 
1.2.2 Phần mô phỏng. ........................................................................................................................................................................................................................................ 4 
1.3 ĐỊNH LÝ CHUYỂN VỊ NGUỒN ................................................................................................................................................................................................................ 5 
1.3.1 Phần chuẩn bị ở nhà. ....................................................................................................................................................................................................................... 5 
1.3.2 Phần mô phỏng. ........................................................................................................................................................................................................................................ 8 
1.4 ĐỊNH LÝ THEVENIN – NORTON ........................................................................................................................................................................................................ 9 
1.4.1 Phần chuẩn bị ở nhà. ....................................................................................................................................................................................................................... 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 
2.2.1 Phần chuẩn bị ở nhà. ................................................................................................................................................................................................................... 21 
2.2.2 Phần mô phỏng. ................................................................................................................................................................................................................................... 23 
2.3 NGUỒN ĐỐI XỨNG, TẢI ĐỐI XỨNG NỐI TAM GIÁC ................................................................................................................................. 25 
2.3.1 Phần chuẩn bị ở nhà. ................................................................................................................................................................................................................... 25 
2.3.2 Phần mô phỏng. ................................................................................................................................................................................................................................... 27 
2.4 NGUỒN ĐỐI XỨNG, TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG NỐI TAM GIÁC. ................................................................................................... 29 
2.4.1 Phần chuẩn bị ở nhà. ................................................................................................................................................................................................................... 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 
3.1.1 Phần chuẩn bị ở nhà. ................................................................................................................................................................................................................... 33 
3.1.2 Phần mô phỏng. ................................................................................................................................................................................................................................... 35 
3.2 MẠCH LỌC R-L-C. ............................................................................................................................................................................................................................................... 38 
3.2.1 Phần chuẩn bị ở nhà. ................................................................................................................................................................................................................... 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 
4.1.1 Phần chuẩn bị ở nhà. ................................................................................................................................................................................................................... 43 
4.1.2 Phần mô phỏng. ................................................................................................................................................................................................................................... 45 
4.2 MẠCH QUÁ ĐỘ CẤP HAI R-L-C ..................................................................................................................................................................................................... 48 
4.2.1 Phần chuẩn bị ở nhà. ................................................................................................................................................................................................................... 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 ... ...................................................................................................................................................................................................................................... 
4.2.2 Phần mô phỏng. 
a) Vẽ trong Orcad–Pspice sơ đồ mạch điện hình 4.2a ứng với các trường hợp: 
 Chế độ không dao động R1 = 80. 
 Chế độ tới hạn R1 = Rth =  . 
 Chế độ dao động R1 = 0.4. 
b) Chọn chế độ Transient, thời gian khảo sát là 1s. 
c) Chạy mô phỏng và vẽ dạng sóng điện áp trên tụ C1, dòng điện trong mạch 
với các trường hợp trên. 
BÀI 4: QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH > 51 
 Chế độ không dao động R1 = 80. 
Dạng sóng điện áp trên tụ. 
Dạng sóng dòng điện trong mạch. 
 Chế độ tới hạn R1 = Rth =  . 
Dạng sóng điện áp trên tụ. 
52 | BÀI 4: QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH 
Dạng sóng dòng điện trong mạch. 
 Chế độ dao động R1 = 0.4. 
Dạng sóng điện áp trên tụ. 
Dạng sóng dòng điện trong mạch. 
BÀI 4: QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH > 53 
d) Nhận xét các đồ thị và tính toán các hằng số thời gian của mạch. 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 
Thay nguồn một chiều Vdc bằng nguồn xung vuông Vpulse với các thông số 
trong mạch điện hình 4.2b. 
Chọn chế độ Transient, thời gian chạy là 100s. Khảo sát và vẽ các dạng sóng 
điện áp trên tụ C1, dòng điện trong mạch ứng với các trường hợp: 
 Chế độ không dao động R1 = 20. 
 Chế độ tới hạn R1 = Rth =  . 
 Chế độ dao động R1 = 0.4. 
(Hình 4.2b) 
0
V1TD = 0
TF = 0
PW = 3
PER = 6
V1 = 0
TR = 0
V2 = 2 L1
4
1
2
C1
1
R1
U1
TCLOSE = 2
1 2
54 | BÀI 4: QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH 
 Chế độ không dao động R1 = 20. 
Dạng sóng điện áp trên tụ. 
Dạng sóng dòng điện trong mạch. 
 Chế độ tới hạn R1 = Rth=  . 
Dạng sóng điện áp trên tụ. 
BÀI 4: QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH > 55 
Dạng sóng dòng điện trong mạch. 
 Chế độ dao động R1 = 0.4. 
Dạng sóng điện áp trên tụ. 
Dạng sóng dòng điện trong mạch. 
56 | BÀI 4: QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH 
e) Nhận xét các đồ thị. 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 
 ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 
 .............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................