Σχεδιασμός, Μοντελοποίηση Και Πειραματική Επιβεβαίωση Διανυσματικού Ελέγχου Σύγχρονου Κινητήρα Μονίμων Μαγνητών Για Εφαρμογές Ηλεκτρικών Οχημάτων

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετώνται τα συστήματα ελέγχου των σύγχρονων κινητήρων μονίμων μαγνητών για εφαρμογές ηλεκτροκίνησης, με στόχο το σχεδιασμό συστήματος ηλεκτρικής πρόωσης πρότυπου οχήματος. Προς αυτή την κατεύθυνση, εξετάζονται οι πιο πρόσφατες τάσεις οδήγησης κινητήρων εναλλασσομένου ρεύματος, ενώ παράλληλα μοντελοποιείται και προσομοιώνεται το σύστημα ηλεκτρικής κίνησης στην μεταβατική και μόνιμη κατάσταση λειτουργίας, εφαρμόζοντας διαφορετικές τεχνικές ελέγχου.Αρχικά, αναλύεται η λειτουργία των συστημάτων ηλεκτρικής κίνησης και παρουσιάζονται οι βασικές συνιστώσες τους. Αναπτύσσεται το δυναμικό μοντέλο της σύγχρονης μηχανής μονίμων μαγνητών, με την χρήση των διανυσμάτων χώρου, και ταυτόχρονα εξετάζονται οι πολυεπίπεδοι μετατροπείς τάσεως που χρησιμοποιούνται για την οδήγησή τέτοιου τύπου κινητήρων. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στον αντιστροφέα δύο επιπέδων που χρησιμοποιείται ευρέως σε εφαρμογές μικρής ισχύος, όπως η συγκεκριμένη. Επιπλέον για τον μετατροπέα δύο επιπέδων, συγκρίνεται η λειτουργία ημιτονοειδούς διαμόρφωσης εύρους παλμών, η διαμόρφωση μέσω διανυσμάτων χώρου και η διαμόρφωση με χρήση ζώνης υστέρησης ελέγχου του ρεύματος, έτσι ώστε να εξάγουμε συμπεράσματα για την χρησιμότητα και την καταλληλότητα τους στην δική μας εφαρμογή.Στην συνέχεια μοντελοποιείται το σύστημα ηλεκτρικής κίνησης και προσομοιώνονται οι κύριες στρατηγικές ελέγχου των σύγχρονων κινητήρων μονίμων μαγνητών. Πιο συγκεκριμένα, μελετάται ο έλεγχος προσανατολισμένου πεδίου με διαμόρφωση μέσω διανυσμάτων χώρου (SVM-FOC) και ζώνης υστέρησης ελέγχου του ρεύματος (HBCC-FOC), καθώς και του PWM προβλεπτικού ελέγχου (Deadbeat control). Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης συγκρίνονται και οδηγούν στην υλοποίηση σε μικροεπεξεργαστή του ελέγχου προσανατολισμένου πεδίου με ελέγχο ρεύματος μέσω ζώνης υστέρησης. Τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαιώνουν την επίτευξη υψηλών επιδόσεων κατά τις μεταβατικές αποκρίσεις, ενώ η συμφωνία τους με εκείνα της προσομοίωσης πιστοποιούν την ορθή λειτουργία του ελέγχου.Τέλος, για τις ανάγκες του πανευρωπαϊκού διαγωνισμού οικονομίας καυσίμου, στον οποίο συμμετέχει το συγκεκριμένο πρότυπο ηλεκτρικό όχημα, αναπτύσσεται βέλτιστη τεχνική εκκίνησης μέσω του προτεινόμενου συστήματος ελέγχου, έτσι ώστε να ελαχιστοποιηθεί, η κατανάλωση ενέργειας κατά την εκκίνηση.