Σχεδιασμός Και Κατασκευή Dc-dc Μετατροπέα Ανύψωσης Τάσης Για Ένταξη Του Σε Dc Μικροδίκτυο

Abstract

ΠερίληψηΑντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη μιας απομονωμένης διάταξης συνεχούς ρεύματος με πηγή ισχύος ένα σύστημα κυψελών καυσίμου,η σχεδίαση,προσομοίωση και κατασκευή ενός μετατροπέα ανύψωσης τάσης χαμηλού κόστους, καθώς και η μελέτη δύο διαφορετικών μεθόδων ελέγχου του συστήματος του μετατροπέα.Στο 1ο κεφάλαιο αρχικά μελετάται η έννοια της Κατανεμημένης Παραγωγής και τα πλεονεκτήματα της έναντι του συμβατικού ιεραρχικού τρόπου παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας,ενώ αναφέρονται οι μορφές ανανεώσιμων πηγών ενέργειας που προσφέρουν την δυνατότητα Κατανεμημένης Παραγωγής,δίνοντας ιδιαίτερη έμφαση στις κυψέλες καυσίμου. Στο 2ο κεφάλαιο εισάγεται η έννοια των μικροδικτύων και των εξυπνων δικτύων.Μελετώνται τα χαρακηριστικά τους καθώς και τα πλεονεκτήματα που προσφέρουν οι τεχνολογίες αυτές. Ειδικότερα γίνεται μελέτη των dc μικροδικτύων και σύγκριση τους με τα ac μικροδίκτυα ώστε να δοθεί έμφαση στα σημεία στα οποια υπερτερούν.Στο 3ο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στα διάφορα είδη των μετατροπέων dc-dc και γίνεται μια θεωρητική ανάλυση του μετατροπέα ανύψωσης και σταθεροποίησης τάσης (τύπου boost). Μελετάται η λειτουργία του στην κατάσταση συνεχούς αγωγής,ασυνεχους αγωγής αλλά και το όριο συνεχούς-ασυνεχούς αγωγής.Στη συνέχεια γίνεται η σχεδίαση του μετατροπέα ανύψωσης τάσης και καθορίζονται οι προδιαγραφές των επιμέρους στοιχείων που τον αποτελούν.Επίσης μελετάται η τεχνική διαμόρφωσης εύρους παλμών (PWM) όπως και ο αναλογικός-ολοκληρωτικός έλεγχος.Στο 4ο κεφάλαιο παρουσιάζεται ο έλεγχος ανοικτού και κλειστού βρόχου του μετατροπέα ανύψωσης.Ειδικότερα μελετάται ο Έλεγχος Τάσης όπως και ο Έλεγχος Ρεύματος-Τάσης και αντλούνται οι συναρτήσεις μεταφοράς κλειστού βρόχου του συστήματος για τον κάθε έλεγχο.Στην συνέχεια γίνεται η μοντελοποίηση της πειραματικής διάταξης σε περιβάλλον Simulink Matlab ,και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα για τον κάθε τρόπο ελέγχου. Στο τέλος του κεφαλαίου γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων των δύο μεθόδων ελέγχου.Στο 5ο κεφάλαιο παρουσιάζεται η κατασκευή του μετατροπέα ανύψωσης και γίνεται μια πιο αναλυτική παρουσίαση του κάθε στοιχείου της πειραματικής διάταξης. Πιο συγκεκριμένα παρουσιάζονται τα στοιχεία του μετατροπέα που επιλέξαμε από το εμπόριο, καθώς και η σχεδίαση της πλακέτας πάνω στη οποία συνδέθηκαν τα στοιχεία. Γίνεται επίσης παρουσίαση της των τροφοδοτικών συνεχούς ρεύματος καθώς επίσης και των μετρητικών οργάνων που χρησιμοποιόυνται στην πειραματική διάταξη.Στο 6ο κεφάλαιο γίνεται παρουσίαση του μικροεπεξεργαστή Arduino που χρησιμοποιείται στην υλοποίηση της τεχνικής διαμόρφωσης έυρους παλμών PWM.Στο 7ο κεφάλαιο προχωράμε στην παρουσίαση της πειραματικής διάταξης και των αποτελεσμάτων των πειραματικών μετρήσεων που έγιναν στο εργαστήριο.Στο τέλος του κεφαλαίου γίνεται σύγκριση των πειραματικών μετρήσεων με τις θεωρητικές τιμές αλλά και με τις τιμές που προκείπτουν από το μοντέλο της προσομοίωσης. Στο 8ο κεφάλαιο εξάγονται συμπεράσματα και προτείνονται βελτιώσεις σε τμήματα της εργασίας μας όπως και προτάσεις για μελλοντική έρευνα.Τέλος καταγράφεται η βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε ενώ στο Παράρτημα ενσωματώνονται τα data sheets των στοιχείων που χρησιμοποιήθηκαν και ο κώδικας του μικροελεγκτή Arduino