Σχεδίαση και ΄Ελεγχος Ηλεκτρικής Μηχανής Μεταβλητής Μαγνητικής Αντίστασης (Switched Reluctance Machine - SRM)

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της συμπεριφοράς των μηχανών μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης (Switched Reluctance Machine - SRM) σε υψηλές ταχύτητες. Παράλληλα, στόχος είναι η μελέτη των εν λόγω μηχανών από όλες τις οπτικές γωνίες, δηλαδή από τη σχεδίαση μέχρι τη μοντελοποίηση και τον έλεγχο. Ακόμα, αποτελεί σκοπό η υλοποίηση συγκεκριμένης εφαρμογής υψηλών ταχυτήτων ώστε να επιβεβαιωθούν ή όχι τα πλεονεκτήματα και τα μειωνεκτήματα των SRM.

Στην εργασία αυτή, αρχικά, τίθενται οι θεωρητικές βάσεις για το αντικείμενο των μηχανών μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης και αναλύονται κάποιοι κανόνες σχεδίασής τους. Σύμφωνα με τους κανόνες αυτούς, υλοποιείται ένα παραμετροποιημένο εργαλείο σχεδίασης SRM, με το οποίο σχεδιάζεται ένας 8/6 κινητήρας μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης ισχύος περί των 21 kW. Στόχος αυτού του κινητήρα είναι να μπορεί να αποδίδει 20Nm στις 10.000 στροφές ανά λεπτό (ΣΑΛ). Έπειτα, γίνεται εκτενής μελέτη της ηλεκτρομαγνητικής συμπεριφοράς της μηχανής με τη βοήθεια της μεθόδου πεπερασμένων στοιχείων. Ως αποτέλεσμα, συλλέγονται τα απαραίτητα δεδομένα ώστε να εξαχθούν οι μεταβλητές της μηχανής. Η ανάλυση πραγματοποιείται μέσω του λογισμικού MATLAB σε συνδυασμό με το λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων FEMM.

Με τα δεδομένα που συλλέγονται από την ηλεκτρομαγνητική ανάλυση, είναι εφικτή η μοντελοποίηση ενός συστήματος ηλεκτρικής κίνησης με SRM στο περιβάλλον του Simulink χρησιμοποιώντας μεμονωμένα στοιχεία και όχι έτοιμα blocks της βιβλιοθήκης. Όσον αφορά την οδήγηση της μηχανής, πραγματοποιείται στιγμιαίος έλεγχος ροπής, αποτελούμενος από δύο ελεγκτές. Ο ένας ελεγκτής είναι αναλογικός - ολοκληρωτικός και ο άλλος είναι ελεγκτής υστέρησης. Επίσης, αξίζει να σημειωθεί ότι χρησιμοποιείται συνάρτηση κατανομής ροπής αναφοράς σε παραπάνω από μία φάσεις, με σκοπό την επίτευξη βέλτιστου ελέγχου.

Τέλος, το μοντέλο δοκιμάζεται για διάφορες τιμές ταχυτήτων αλλά και ροπών αναφοράς. Σχολιάζονται τα αποτελέσματα των δοκιμών και αναφέρονται τα κύρια συμπεράσματα που προέκυψαν για κάθε ένα από τα στοιχεία του συστήματος ηλεκτρικής κίνησης με SRM.