Τεχνικές Ελέγχου για Αρθρωτούς Μετατροπείς Υψηλής Διακοπτικής Συχνότητας σε Εφαρμογές Ηλεκτρικής Κίνησης

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζει τη λειτουργία των αρθρωτών μετατροπέων υψηλής διακοπτικής συχνότητας (MHFC) και αναδεικνύει τα χαρακτηριστικά που τους καθιστούν ενδιαφέρουσα προοπτική σε εφαρμογές ηλεκτρικής κίνησης. Αρχικά, εξάγονται οι βασικές εξισώσεις λειτουργίας του μετατροπέα στη μόνιμη κατάσταση και περιγράφεται το δυναμικό του μοντέλο. Ξεχωριστή ανάλυση γίνεται για την περίπτωση του μονοφασικού φορτίου στην έξοδο του μετατροπέα, που απαιτεί ειδική διαχείριση. Το κύριο σκέλος της εργασίας περιλαμβάνει την υλοποίηση ενός συστήματος ελέγχου κλειστού βρόχου για τον μετατροπέα, που αφορά τα στάδια συνεχούς και εναλλασσόμενου ρεύματος της αρθρωτής διάταξης, με κάθε υπομονάδα σε τοπολογία DC-DC μετατροπέα ημιγέφυρας σε αλυσωτή διασύνδεση με τριφασικό αντιστροφέα. Συγκεκριμένα, για το στάδιο συνεχούς ρεύματος υλοποιούνται ελεγκτές για το ρεύμα εισόδου και τις τάσεις των πυκνωτών των υπομονάδων του μετατροπέα, με ιδιαίτερη έμφαση να δίνεται στην περίπτωση της ασύμμετρης κατάστασης λειτουργίας των υπομονάδων. Οι ελεγκτές αυτοί υλοποιούνται αρχικά σε περιβάλλον προσομοίωσης και στη συνέχεια εξετάζονται πειραματικά στο εργαστήριο. Όσον αφορά το στάδιο εναλλασσόμενου ρεύματος, μελετώνται σχήματα ελέγχου μηχανών επαγωγής σε περιβάλλον προσομοίωσης και πραγματοποιείται οδήγηση κινητήρα επαγωγής στο εργαστήριο. Ακόμη, ερευνώνται τεχνικές για την αποδοτικότερη λειτουργία του μετατροπέα. Οι προσομοιώσεις πραγματοποιούνται στο περιβάλλον PLECS, όπου υλοποιούνται οι ελεγκτές συνεχούς χρόνου. Για την πειραματική υλοποίηση, ο σχεδιασμός των αντίστοιχων ελεγκτών διακριτού χρόνου γίνεται με κατάλληλο προγραμματισμό μιας πλατφόρμας ανάπτυξης FPGA, που περιλαμβάνει FPGA και επεξεργαστή. Η επαλήθευση της ορθής λειτουργίας τους πραγματοποιείται αξιοποιώντας ένα υπάρχον εργαστηριακό πρωτότυπο του MHF μετατροπέα, όπως αυτό σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε στα πλαίσια διαφορετικής διπλωματικής εργασίας. Όλες οι κυματομορφές που προκύπτουν παρουσιάζονται σε περιβάλλον Matlab.