Μελέτη και κατασκευή τριφασικών ανορθωτικών διατάξεων ελεγχόμενων από μικροελεγκτή για εργαστηριακούς σκοπούς

• Main Author: Βογιατζάκης, Χαράλαμπος - Δημήτριος
• Other Authors: Τατάκης, Εμμανουήλ
• Format: Thesis
• Language: Greek
• Published: 2018
• Subjects: Τριφασικοί μετατροπείς; Θυρίστορ; Γέφυρα έξι παλμών; Μετατροπέας τριών παλμών; Μικροελεγκτής dsPIC; Έλεγχος στροφών κινητήρα; Έλεγχος PID; Three-phase controlled rectifiers; Thyristors; SCR; PID control; Three-phase halfwave rectifier; Three-phase full bridge controlled rectifier; Microcontroller; DC motor speed control; LabVIEW; 621.381 532 2

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και κατασκευή τριφασικών ανορθωτικών διατάξεων που ελέγχονται από μικροελεγκτή για εργαστηριακούς σκοπούς. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Ως στόχος ορίζεται η υλοποίηση του τριφασικού μετατροπέα απλής ανόρθωσης (τριών παλμών) και του μετατροπέα διπλής ανόρθωσης (γέφυρα έξι παλμών) σε μία συσκευή, για τροφοδοσία παθητικών φορτίων αλλά και έλεγχο στροφών ενός κινητήρα συνεχούς ρεύματος. Απώτερος σκοπός είναι η μελέτη των διατάξεων και η πραγματοποίηση μετρήσεων στα πλαίσια εργαστηριακής άσκησης. Αρχικά, αναπτύσσεται η θεωρία γύρω από τη λειτουργία των ανορθωτικών διατάξεων και γίνεται η προσομοίωση τους με ωμικό φορτίο, ωμικό-επαγωγικό και κινητήρα σε κλειστό βρόχο. Έπειτα, μελετώνται οι προδιαγραφές των στοιχείων του κυκλώματος ισχύος για δεδομένο κινητήρα 4,5 kW. Σε αυτό το πλαίσιο, παρουσιάζονται ο τριφασικός μετασχηματιστής εισόδου, τα θυρίστορ και η δίοδος ελεύθερης διέλευσης -με τον αντίστοιχο απαγωγό θερμότητας- που χρησιμοποιήθηκαν. Επίσης, γίνεται αναφορά στα μετρητικά στοιχεία που επιλέχθηκαν για τη μέτρηση τάσεων και ρευμάτων σε κατάλληλα σημεία. Στη συνέχεια, εξετάζονται τα κυκλώματα παλμοδότησης και ελέγχου της συσκευής, τα οποία υλοποιούνται με χρήση του μικροελεγκτή dsPIC30F4011. Αναλύονται αφενός οι περιφερειακές μονάδες του μικροελεγκτή και αφετέρου τα κυκλώματα με τα οποία αυτές συνδυάζονται για να υλοποιήσουν τις επιθυμητές λειτουργίες της διάταξης: ανίχνευση μηδενισμού της τάσης εισόδου, παλμοδότηση των θυρίστορ, έλεγχο των ρελέ επιλογής τοπολογίας, επικοινωνία με τον χρήστη και μέτρηση της ταχύτητας περιστροφής του κινητήρα. Το επόμενο βήμα αφορά τον χειρισμό της διάταξης μέσω του λογισμικού LabVIEW. Ενώ στην αυτόνομη λειτουργία ο χρήστης αλληλοεπιδρά με τη συσκευή άμεσα μέσω πληκτρολογίου και οθόνης LCD, στην επικοινωνία μέσω Ηλεκτρονικού Υπολογιστή ο χειρισμός, οι μετρήσεις και η επεξεργασία τους γίνονται από απόσταση με τη χρήση του LabVIEW. Τέλος, κατασκευάζεται το κύκλωμα στο εργαστήριο και στη συνέχεια πραγματοποιούνται μετρήσεις για όλους τους τύπους φορτίων και ελέγχου (ανοικτός ή κλειστός βρόχος). Έτσι επιτυγχάνεται η επιβεβαίωση της ορθής λειτουργίας της διάταξης, επαληθεύοντας τη θεωρητική μελέτη.