Σχεδίαση Και Έλεγχος Ηλεκτρικών Μηχανών Μεταβλητής Μαγνητικής Αντίστασης (switched Reluctance Machines - Srms)

Abstract

Η προκείμενη διδακτορική διατριβή, που τιτλοφορείται «Σχεδίαση και Έλεγχος Ηλεκτρικών Μηχανών Μεταβλητής Μαγνητικής Αντίστασης (Switched Reluctance Machines - SRMs)», αποτελεί μια αναλυτική και ενδελεχή μελέτη επί της λειτουργίας και του ελέγχου των SRMs. Κύρια επιδίωξη της εργασίας αποτελεί η σκιαγράφηση των δυνατοτήτων αλλά και των αδυναμιών των συστημάτων ηλεκτρικής κίνησης με SRMs και η ανάπτυξη προτάσεων που θα βελτιώσουν τα χαρακτηριστικά τους. Πρώτο βήμα στην πορεία αυτή είναι η ανάλυση της λειτουργίας των SRMs και των σύνθετων ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων που συνδέονται με αυτή. Από τη λεπτομερή ανάλυση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων (FEA), προέκυψαν σημαντικές παρατηρήσεις και ιδιαίτερα χρήσιμα δεδομένα, τα οποία αποτέλεσαν το εφαλτήριο για τη συνέχεια. Βάσει αυτών μελετήθηκε, σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε εκ βάθρων πρότυπη 6/4 SRM, καθώς και η σχετική διάταξη οδήγησης με ηλεκτρονικούς μετατροπείς ισχύος που ελέγχονται από ψηφιακό επεξεργαστή σήματος (DSP). Η ανωτέρω πειραματική διάταξη χρησιμοποιείται για την πειραματική επιβεβαίωση των νέων προτεινόμενων τεχνικών ελέγχου. Στα πλαίσια της διατριβής, αναπτύχθηκε νέα μη γραμμική τεχνική για τον ακριβή έλεγχο του ρεύματος φάσεως μιας SRM, η οποία βασίζεται στην τεχνική ελέγχου με ολίσθηση επί επιφανείας (sliding mode control). Η νέα τεχνική παρέχει ρύθμιση ρεύματος με εξαιρετική δυναμική συμπεριφορά και ακρίβεια, ενώ εξασφαλίζει περίπου σταθερή διακοπτική συχνότητα και ομοιόμορφη χρήση των ημιαγωγών. Η αντιπαραβολή της με τις καθιερωμένες τεχνικές ελέγχου και η πειραματική επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων τεκμηριώνουν πλήρως την επιλογή της. Επιπλέον, αναλύθηκε και προτάθηκε κατάλληλος εκτιμητής άνευ αισθητήρα (sensorless) της γωνιακής θέσεως του δρομέα και της αναπτυσσόμενης ηλεκτρομαγνητικής ροπής, ο οποίος επιτρέπει την ακριβή εκτίμηση των εν λόγω μεγεθών, ακόμα και όταν περισσότερες της μιας φάσεις της SRM άγουν ταυτοχρόνως. Η λειτουργία του εκτιμητή βασίζεται στα δεδομένα που εξήχθησαν από την ανάλυση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου που προηγήθηκε. Εν κατακλείδι, η παρούσα διατριβή δημιουργεί πάμπολλα εναύσματα για περεταίρω μελέτη και ανοίγει νέες ερευνητικές ατραπούς, οι οποίες θα ωθήσουν τα συστήματα ηλεκτρικής κίνησης με SRMs να λάβουν μια καίρια θέση στις εφαρμογές του μέλλοντος._