Ανάλυση του Split-Pi DC-DC Μετατροπέα Αμφίδρομης Ροής Ισχύος, Έλεγχος σε Λειτουργία Ολίσθησης επί Επιφάνειας και Εφαρμογές

Abstract

Οι τεχνολογίες συνεχούς ρεύματος αναπτύσσονται ταχέως στην παρούσα χρονική περίοδο λόγω των αναγνών που προκύπτουν από τη διείσδυση των μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής καθώς και των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Χάρη στους σύγχρονους ημιαγωγούς και στα ηλεκτρονικά ισχύος, έγινε δυνατός ο χειρισμός του συνεχούς ρεύματος. Προς μεγαλύτερη εξοικονόμηση και ομαλότερη καμπύλη παραγόμενης ισχύος, αναδύεται η ανάγκη για χρήση μετατροπέων αμφίδρομης ροής ισχύος. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται η δομή και οι λειτουργίες ενός μετατροπέα με δυνατότητα αμφίδρομης αγωγής, του Split-Pi μετατροπέα. Αποτελεί μια καινοτόμα εφεύρεση, με ευρεία δυνατότητα μετατροπής της συνεχούς τάσης από μια τιμή σε κάποια άλλη, η οποία εκμεταλλευόμενη την δομή των MOSFET επιτρέπει την αμφίδρομη αγωγή. Για να κατανοηθεί πλήρως η λειτουργία του μετατροπέα αυτού, εξηγείται η δομή και η λειτουργία των MOSFET ισχύος, καθώς και των υπόλοιπων ημιαγωγικών διακοπτών που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρονικά ισχύος και γίνεται μια σύγκριση μεταξύ των διαθέσιμων ημιαγωγικών διακοπτών ισχύος. Επίσης ο εν λόγω μετατροπέας ανήκει στην οικογένεια των διακοπτικών μετατροπέων DC-DC, όπως είναι ο Buck ή ο Boost μετατροπέας και για να γίνει κατανοητή η λειτουργία του πρώτου αναλύεται η λειτουργία των τελευταίων. Παραδοσιακά για τον έλεγχο των διακοπτικών μετατροπέων χρησιμοποιείται η τεχνική της διαμόρφωσης έυρους παλμού σε συνδυασμό με τον PID έλεγχο για να προσαρμόζεται η τάση στα επιθυμητά επίπεδα ανεξαρτητα των διαταραχών που υπεισέρχονται στο σύστημα. Στην παρούσα εργασία δίνεται έμφαση σε ένα άλλο είδος μη γραμμικού ελέγχου, ο οποίος παρουσιάζει άριστη απόρριψη διαταραχών (υπερέχοντας του ελέγχου PID) και ονομάζεται έλεγχος ολίσθησης επί επιφάνειας, γνωστός ως Sliding Mode Control. Στην εργασία αυτή, αναπτύχθηκε και θεμελιώθηκε ο συγκεκριμένος έλεγχος για τον μετατροπέα Split-Pi, για τις λειτουργίες ανύψωσης και υποβιβασμού. Επιπρόσθετα αναπτύσσεται ένα μοντέλο του μετατροπέα με έλεγχο ολίσθησης επί επιφάνειας αλλά και PΙ έλεγχο στο πρόγραμμα προσομοίωσης Matlab Simulink και παρατίθενται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων για όλες τις δυνατές λειτουργίες του μετατροπέα, συμπεριλαμβανομένου της λειτουργίας αμφίδρομης αγωγής στην εφαρμογή της αναγεννητικής πέδησης ενός DC ηλεκτροκινητήρα.