Μελέτη και κατασκευή τριφασικού αντιστροφέα τάσης για τον έλεγχο του σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη ενός ηλεκτροκίνητου οχήματος

• Κύριος συγγραφέας: Μίρτσεβ, Άλεξ
• Άλλοι συγγραφείς: Τατάκης, Εμμανουήλ
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2018
• Θέματα: Σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη; Τριφασικοί αντιστροφείς τάσης; Άμεσος έλεγχος ροπής και ροής; Ηλεκτρικά οχήματα; Permanent magnet synchronous motors; Τhree-phase inverters; Direct torque and field control; Electric vehicles; 621.381 532 2

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και την κατασκευή ενός τριφασικού αντιστροφέα τάσης για τον έλεγχο σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη με εφαρμογή στην αυτοκίνηση. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός είναι η κατασκευή ενός τριφασικού αντιστροφέα ικανού να οδηγήσει ένα σύγχρονο κινητήρα μόνιμου μαγνήτη υψηλής ισχύος (5kW). Ο σχεδιασμός του πρέπει να εξυπηρετεί γενικού σκοπού εφαρμογές, δηλαδή να υποστηρίζει διάφορες μεθόδους ελέγχου. Επιπλέον, μεγάλης σημασίας χρήζει η εύρεση ενός ελέγχου με γρήγορη απόκριση στα μεταβατικά φαινόμενα, καλή σύγκλιση, μικρές διακυμάνσεις στη ροπή εξόδου και ταυτόχρονα ικανού να εφαρμοστεί στο ηλεκτροκινητήρα που χρησιμοποιείται στο ηλεκτρικό όχημα Buggy του Εργαστηρίου Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας. Αρχικά, γίνεται μια πολύ σύντομη αναφορά στην ιστορία των ηλεκτρικών οχημάτων και στις προοπτικές εξέλιξης της ηλεκτροκίνησης. Ακολουθεί ανάλυση του ηλεκτροκινητήριου συστήματος ενός αμιγώς ηλεκτρικού οχήματος. Σε δεύτερη φάση, μελετάται η αρχή λειτουργίας των σύγχρονων κινητήρων με μόνιμο μαγνήτη στο δρομέα, το μοντέλο της μηχανής, οι εξισώσεις της και γίνεται αναφορά στα χαρακτηριστικά του κινητήρα που χρησιμοποιείται στην παρούσα διπλωματική. Στη συνέχεια, αναφέρονται οι πιο βασικές μέθοδοι παλμοδότησης ενός τριφασικού αντιστροφέα τάσης και περιγράφονται οι κυριότερες κατηγορίες διανυσματικού ελέγχου, όπου βάσει σύγκρισης φαίνεται να είναι καταλληλότερος ο Άμεσος Έλεγχος Ροπής και Ροής. Επειδή βασική προϋπόθεση για τη λειτουργία του διανυσματικού ελέγχου είναι η εκτίμηση της θέσης του δρομέα ως προς το στάτη, εξηγείται η μέθοδος υπολογισμού της γωνίας από τα σήματα που λαμβάνονται από τους αισθητήρες θέσης “Hall”. Ωστόσο, αυτή η τεχνική δεν είναι αποτελεσματική σε πολύ χαμηλές στροφές, λόγω της χαμηλής ακρίβειας των αισθητήρων. Για αυτόν το λόγο, προτείνεται εκκίνηση με τη μέθοδο παλμοδότησης των BLDC κινητήρων και στη συνέχεια μετάβαση στον έλεγχο κλειστού βρόχου. Το επόμενο βήμα είναι η προσομοίωση του συστήματος με τη μέθοδο ελέγχου που επιλέχθηκε και την τεχνική της μετάβασης που προαναφέρθηκε. Επιπλέον, παρουσιάζονται οι επιμέρους προσομοιώσεις που οδήγησαν στο τελικό αποτέλεσμα. Ακολουθεί ο σχεδιασμός του κυκλώματος το οποίο αποτελείται από δύο πλακέτες, αυτήν που περιλαμβάνει το κύκλωμα ισχύος του αντιστροφέα και αυτήν της παλμοδότησης με χρήση του μικροελεγκτή STM32F429ZI, καθώς και η επιλογή των κατάλληλων στοιχείων για την εφαρμογή. Να σημειωθεί πως η κατασκευή της πλακέτας του κυκλώματος ελέγχου έγινε σε συνεργασία με τον συνάδελφο Πέτρο Μακρή, ο οποίος τη σχεδίασε. Τέλος, παρουσιάζονται τα πειράματα που διεξήχθησαν με σύνδεση της διάταξης στον υπό μελέτη κινητήρα, για να ελεγχθούν η λειτουργικότητα της υλοποιηθείσας διάταξης, καθώς και η διασύνδεσή της με την πλακέτα ελέγχου. Κλείνοντας, αναφέρονται τα συμπεράσματα των αποτελεσμάτων που προέκυψαν.