Σχεδίαση και Υλοποίηση ενός Αρθρωτού Μετατροπέα Υψηλής Διακοπτικής Συχνότητας (MHFC) για την Οδήγηση Ηλεκτρικού Κινητήρα

Abstract

Τα συστήματα πρόωσης για τα ηλεκτρικά αεροσκάφη του μέλλοντος απαιτούν μετατροπείς ηλεκτρονικών ισχύος με εξαιρετικά υψηλή απόδοση, πυκνότητα ισχύος και αξιοπιστία. Αντικείμενο αυτής της εργασίας είναι η μελέτη του Αρθρωτού Μετατροπέα Υψηλής Διακοπτικής Συχνότητας (MHFC) ο οποίος φαίνεται να παρουσιάζει ιδιαίτερα καλές προοπτικές για τέτοιου είδους εφαρμογές. Αρχικά, γίνεται μία ανάλυση της λειτουργίας μόνιμης κατάστασης και της δυναμικής συμπεριφοράς του σταδίου εισόδου του μετατροπέα. Μετά από μια διεξοδική επισκόπηση των μηχανισμών απωλειών σε διακόπτες τύπου MOSFET, παρουσιάζεται ένα αναλυτικό μοντέλο απωλειών το οποίο λαμβάνει υπόψιν τα φαινόμενα ηπίων μεταβάσεων. ΄Ενα εργαστηριακό πρωτότυπο τριών υπομονάδων, ισχύος 1 kW και διακοπτικής συχνότητας 97.66 kHz σχεδιάζεται και υλοποιείται. Τα εξαρτήματα των ημιαγώγιμων διακοπτών και των πυκνωτών στο DC-link επιλέγονται κατόπιν αξιολόγησης διαφόρων διαθέσιμων εξαρτημάτων. Η δυναμική έναυσης και σβέσης των διακοπτών καθώς και η επίδραση της παλμοδότησης με σχετική ολίσθηση φάσης (PS-PWM) στην κυμάτωση του ρεύματος του επαγωγικού στοιχείου αποτελούν αντικείμενο εκτενούς πειραματικής διερεύνησης. Ο μετατροπέας χρησιμοποιείται σε σχήμα τριφασικού σταδίου εξόδου για την οδήγηση ενός κινητήρα επαγωγής. Επιδεικνύεται ότι είναι δυνατόν να επιτευχθεί ευσταθής λειτουργία ακόμα και χωρίς την ύπαρξη ενός συστήματος ελέγχου κλειστού βρόχου για την εξισορρόπηση των τάσεων.