Ανάλυση Και Προσομοίωση Μοντέλων Υπερπυκνωτών Και Σύνδεση Με Αντιστροφέα

Abstract

Σκοπός της διπλωματικής εργασίας αυτής είναι η μελέτη λειτουργίας των υπερπυκνωτών καθώς και η μοντελοποίηση τους σε περιβάλλον Simulink. Παρουσιάζονται διάφορα μαθηματικά μοντέλα που βρέθηκαν στην διεθνή βιβλιογραφία και προτείνονται τρόποι βελτίωσης ενός από αυτά.Συγκεκριμένα στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η αρχή λειτουργίας υπερπυκνωτών. Ακολουθεί απαρίθμηση των ειδών των υπερπυκνωτών καθώς και ιστορική αναδρομή από την εφεύρεση τους μέχρις τις τρέχουσες ερευνητικές εξελίξεις.Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύονται οι κύριες εφαρμογές των υπερπυκνωτών τόσο στην βιομηχανία όσο και στην καθημερινή ζωή (ηλεκτρικά αυτοκίνητα, βελτίωση ποιότητας ισχύος).Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύονται αποτελέσματα πειραμάτων σε υπερπυκνωτές ώστε να γίνει σαφής η λειτουργία τους και η εξάρτηση των χαρακτηριστικών τους από τις πειραματικές παραμέτρους. Επίσης γίνεται μια σύντομη παρουσίαση του μαθηματικού πακέτου Simulink.Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται περιγραφή και ανάλυση κάθε μοντέλου ξεχωριστά. Αναλυτικότερα παρουσιάζεται το κυκλωματικό ισοδύναμο από το οποίο εξάγονται οι εξισώσεις που είναι απαραίτητες για την υλοποίηση του μοντέλου στο Simulink. Τέλος κάθε μοντέλο προσομοιώνεται και εξάγονται τα αντίστοιχα διαγράμματα.Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζεται ένα απλό μοντέλο αντιστροφέα και γίνεται προσομοίωση σύνδεσης υπερπυκνωτή - αντιστροφεά - φορτίου.The purpose of this thesis is the study of the operation of Supercapacitors and their modeling in Simulink. Various mathematical are presented and several improvements are being investigated. Specifically, in the first chapter the working principle of supercapacitors is being presented followed by a presentation of the different supercapacitor types and the history from their invention until current research developments. The second chapter analyzes the main uses of the upercapacitors both in industrial applications and everyday life (electric cars, improved power quality). In the third chapter we present experimental results on supercapacitors and the relations between their characteristics and various experimental parameters are being investigated. There is also a short presentation of the mathematical package Simulink.In the fourth chapter we describe and analyze each model separately. Firstly, equivalent circuit is presented and then the equations needed to implement the model in Simulink are derived. Finally each model is simulated and diagrams are drawn.The fifth chapter presents a simple model of an inverter and the connection between supercapacitor - inverter - electric load is simulated.