Μοντελοποίηση Διανυσματικού Ελέγχου Διπολικής Σύγχρονης Μηχανής Μονίμων Μαγνητών

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία επιχειρείται η ανάπτυξη συστήματος ελέγχου σύγχρονου κινητήρα μονίμων μαγνητών για εφαρμογές ηλεκτροκίνησης. Έμφαση δίνεται στη μελέτη των τεχνικών προβλεπτικού ελέγχου ρεύματος και ταχύτητας, καθώς και στην υλοποίηση του διανυσματικού ελέγχου προσανατολισμένου πεδίου. Για αυτό τον σκοπό, μετά την ανάλυση των βασικών συνιστωσών ενός συστήματος ηλεκτρικής κίνησης ακολουθεί η ανάπτυξη δυναμικών μοντέλων ώστε να προσομοιωθεί το πραγματικό σύστημα σε μόνιμη και μεταβατική λειτουργία. Αρχικά παρουσιάζεται η σύγχρονη τεχνολογία συστημάτων ηλεκτρικής κίνησης και μερικές σημαντικές εφαρμογές στη βιομηχανία. Κατόπιν, επιχειρείται μια κατηγοριοποίηση των σύγχρονων ηλεκτρικών μηχανών μονίμων μαγνητών βάσει των κατασκευαστικών χαρακτηριστικών τους, ενώ μετά τη θεωρητική ανάλυσή τους, αναπτύσσεται το δυναμικότους μοντέλο με χρήση των μετασχηματισμών Clarke-Park που μετατρέπουν το πλαίσιο αναφοράς από τριφασικό στατό σε διφασικό στρεφόμενο με σύγχρονη ταχύτητα. Στη συνέχεια, περιγράφονται η λειτουργία του τριφασικού αντιστροφέα δυο επιπέδων, ο οποίος αποτελεί μια βασική συνιστώσα του συστήματος κίνησης, καθώς και οι πιο διαδεδομένες τεχνικές οδήγησης των διακοπτικών στοιχείων ισχύος, όπως οι τεχνικές διαμόρφωσης εύρους παλμών (SPWM, SVPWM) και η τεχνική ελέγχου ρευμάτων με ζώνη υστέρησης. Η ενότητα αυτή ολοκληρώνεται με την ανάλυση των σημαντικότερων τεχνικών ελέγχου ηλεκτρικών κινητήρων εστιάζοντας στην μελέτη των τεχνικών του διανυσματικού ελέγχου πεδίου και του διακριτού προβλεπτικού ελέγχου (MPC). Το επόμενο τμήμα της εργασίας αφορά στην προσομοίωση του συστήματος ηλεκτρικής κίνησης σε διάφορες λειτουργικές συνθήκες. Αναλύονται τα βήματα της ανάπτυξης του μοντέλου του διανυσματικού ελέγχου προσανατολισμένου πεδίου μέσω διαμόρφωσης χωρικών διανυσμάτων και στη συνέχεια παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης κατά την διάρκεια διάφορων μεταβατικών φαινομένων και σε μόνιμη κατάσταση. Η εργασία ολοκληρώνεται με την παράθεση των συμπερασμάτων που προέκυψαν από την επεξεργασία των αποτελεσμάτων.