Μελέτη Και Κατασκευή Ηλεκτρονικού Μετατροπέα Με Στόχο Τον Έλεγχο Κινητήρα Μονίμων Μαγνητών Για Εφαρμογές Ηλεκτροκίνησης

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία επιχειρεί αφενός τη μελέτη του ελέγχου του συστήματος οδήγησης πρότυπου ηλεκτρικού οχήματος και αφετέρου την αξιολόγηση της απόδοσής του σύμφωνα με πειραματικές μετρήσεις μετά το σχεδιασμό και την κατασκευή του. Το σύστημα κίνησης σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε με στόχο τη συμμετοχή του οχήματος σε πανευρωπαϊκό διαγωνισμό εξοικονόμησης ενέργειας στην κατηγορία των αποκλειστικά ηλεκτρικών πρότυπων μονοθέσιων οχημάτων.Αρχικά, παρουσιάζεται η δομή των συστημάτων ηλεκτρικής κίνησης οχημάτων και οι βασικές συνιστώσες τους. Στη συνέχεια, περιγράφονται οι συνιστώσες του κυκλώματος ισχύος του κινητηρίου συστήματος που υλοποιήθηκε για τις ανάγκες του διαγωνισμού. Αφού αιτιολογηθεί η επιλογή του τύπου της μηχανής ως μηχανή μονίμων μαγνητών, γίνεται εκτενής αναφορά στο δυναμικό μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε κατά τη διάρκεια των προσομοιώσεων. Ο τριφασικός αντιστροφέας πηγής τάσης είναι το είδος του μετατροπέα που υπαγορεύεται από τις απαιτήσεις της εφαρμογής. Για αυτό το λόγο αναλύονται οι λειτουργίες τετραγωνικού παλμού και διαμόρφωσης εύρους παλμών (PWM) του μετατροπέα αυτού. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στη λειτουργία ημιτονοειδούς διαμόρφωσης εύρους παλμών (SPWM) και στη διαμόρφωση εύρους παλμών με έλεγχο του ρεύματος σε ζώνη υστέρησης (HBCC). Παρουσιάζονται επίσης οι κυριότερες μεθοδολογίες βαθμωτού και διανυσματικού ελέγχου συστημάτων οδήγησης μηχανών μονίμων μαγνητών με αντιστροφέα πηγής τάσης. Ακολουθεί η μοντελοποίηση του κινητηρίου συστήματος, ώστε να προσομοιωθεί η συμπεριφορά του, χρησιμοποιώντας τις προαναφερθείσες μεθοδολογίες ελέγχου σε διάφορες συνθήκες λειτουργίας. Γίνεται αποτίμηση των αποτελεσμάτων και σύγκριση των μεθοδολογιών. Επιπλέον, διερευνάται η εφαρμογή μεθοδολογίας αλγορίθμου ελαχιστοποίησης απωλειών στο παρόν κινητήριο σύστημα. Κατόπιν, παρουσιάζεται η διαδικασία σχεδιασμού και κατασκευής του συστήματος οδήγησης, αλλά και ο υπολογισμός του βαθμού απόδοσής του με τη χρήση κατάλληλης πειραματικής διάταξης. Τέλος, παρουσιάζονται οι αποκρίσεις των βασικών μεγεθών του κινητηρίου συστήματος συγκριτικά με την προσομοίωση και αποτιμάται η ορθότητα του δυναμικού μοντέλου που χρησιμοποιήθηκε.