Μελέτη και κατασκευή ηλεκτρονικού μετατροπέα ισχύος για τον έλεγχο του ηλεκτροκινητήριου συστήματος ενός μικρού αγωνιστικού οχήματος
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και κατασκευή ενός τριφασικού αντιστροφέα τάσης και του κυκλώματος οδήγησής του για τον έλεγχο τριφασικής σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη σε μικρό αγωνιστικό ηλεκτροκίνητο όχημα (καρτ συγκεκριμένα). Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2019
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/12484 |
| id |
nemertes-10889-12484 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Ηλεκτρικά αυτοκίνητα Σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη Τριφασικοί αντιστροφείς τάσης Ηλεκτροκίνηση Καρτ Electric cars Electric powered vehicles Three phase inverters Permanent magnet synchronous motors Brushless DC motors (BLDC) PMSM 621.317 |
| spellingShingle |
Ηλεκτρικά αυτοκίνητα Σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη Τριφασικοί αντιστροφείς τάσης Ηλεκτροκίνηση Καρτ Electric cars Electric powered vehicles Three phase inverters Permanent magnet synchronous motors Brushless DC motors (BLDC) PMSM 621.317 Βουτσινάς, Ευάγγελος Μελέτη και κατασκευή ηλεκτρονικού μετατροπέα ισχύος για τον έλεγχο του ηλεκτροκινητήριου συστήματος ενός μικρού αγωνιστικού οχήματος |
| description |
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και κατασκευή ενός τριφασικού αντιστροφέα τάσης και του κυκλώματος οδήγησής του για τον έλεγχο τριφασικής σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη σε μικρό αγωνιστικό ηλεκτροκίνητο όχημα (καρτ συγκεκριμένα). 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 μελέτη και κατασκευή κυκλώματος τριφασικού αντιστροφέα ισχύος ελεγχόμενου από κύκλωμα οδήγησης με χρήση κατάλληλης παλμοδότησης. Ο σχεδιασμός πρέπει να είναι ικανός να οδηγήσει σύγχρονο κινητήρα μόνιμου μαγνήτη και να παρουσιάζει ικανοποιητική απόκριση συστήματος σε μεταβολές, αναγκαίο στοιχείο για τη λειτουργία του ηλεκτρικού οχήματος.
Αρχικά, παρουσιάζεται η ιστορία των ηλεκτρικών αυτοκινήτων, οι προοπτικές εξέλιξής τους και η ανάλυση του ηλεκτροκινητήριου συστήματος ενός ηλεκτρικού οχήματος, ακολουθούμενα από μελέτη των επιδόσεων του οχήματος. Στη συνέχεια, αναλύονται τα χαρακτηριστικά, η αρχή λειτουργίας και οι βασικές εξισώσεις του κινητήρα. Επίσης, αναφέρονται οι κατηγορίες και οι εφαρμογές των μηχανών μόνιμου μαγνήτη και η χρήση αισθητήρων θέσης για τη λειτουργία τους.
Εν συνεχεία, παρουσιάζεται η θεωρία ελέγχου και ο σχεδιασμός του αντιστροφέα με έμφαση στην παλμοδότηση και την οδήγησή του με δύο κυκλώματα οδήγησης παλμών (gate driver circuits). Ακολουθεί η προσομοίωση του συστήματος σε Simulink με δύο μεθόδους ελέγχου, τον παραλληλισμό των στοιχείων Mosfet και την τοποθέτηση των αισθητήρων Hall.
Το επόμενο βήμα είναι η κατασκευή του μετατροπέα και η επιλογή των κυκλωμάτων του, καθώς και αναφορά της πλακέτας του μικροελεγκτή, τα οποία έγιναν σε συνεργασία με το συνάδελφο Κωνσταντίνο Βερβαινιώτη. Η κατασκευή ολοκληρώνεται με τις μηχανολογικές παρεμβάσεις που έγιναν για τη βελτίωσή του οχήματος.
Τέλος, παρουσιάζονται τα πειράματα που έγιναν για τη δοκιμή των βασικών λειτουργιών της διάταξης, τα συμπεράσματα που εξήχθησαν από τα αποτελέσματα που προέκυψαν και οι προοπτικές για μελλοντική εργασία. |
| author2 |
Μητρονίκας, Επαμεινώνδας |
| author_facet |
Μητρονίκας, Επαμεινώνδας Βουτσινάς, Ευάγγελος |
| format |
Thesis |
| author |
Βουτσινάς, Ευάγγελος |
| author_sort |
Βουτσινάς, Ευάγγελος |
| title |
Μελέτη και κατασκευή ηλεκτρονικού μετατροπέα ισχύος για τον έλεγχο του ηλεκτροκινητήριου συστήματος ενός μικρού αγωνιστικού οχήματος |
| title_short |
Μελέτη και κατασκευή ηλεκτρονικού μετατροπέα ισχύος για τον έλεγχο του ηλεκτροκινητήριου συστήματος ενός μικρού αγωνιστικού οχήματος |
| title_full |
Μελέτη και κατασκευή ηλεκτρονικού μετατροπέα ισχύος για τον έλεγχο του ηλεκτροκινητήριου συστήματος ενός μικρού αγωνιστικού οχήματος |
| title_fullStr |
Μελέτη και κατασκευή ηλεκτρονικού μετατροπέα ισχύος για τον έλεγχο του ηλεκτροκινητήριου συστήματος ενός μικρού αγωνιστικού οχήματος |
| title_full_unstemmed |
Μελέτη και κατασκευή ηλεκτρονικού μετατροπέα ισχύος για τον έλεγχο του ηλεκτροκινητήριου συστήματος ενός μικρού αγωνιστικού οχήματος |
| title_sort |
μελέτη και κατασκευή ηλεκτρονικού μετατροπέα ισχύος για τον έλεγχο του ηλεκτροκινητήριου συστήματος ενός μικρού αγωνιστικού οχήματος |
| publishDate |
2019 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/12484 |
| work_keys_str_mv |
AT boutsinaseuangelos meletēkaikataskeuēēlektronikoumetatropeaischyosgiatonelenchotouēlektrokinētēriousystēmatosenosmikrouagōnistikouochēmatos AT boutsinaseuangelos studyandconstructionofanelectricpowerconverterforcontrollingthepowertrainofasmallracingelectriccar |
| _version_ |
1771297238676406272 |
| spelling |
nemertes-10889-124842022-09-05T13:56:03Z Μελέτη και κατασκευή ηλεκτρονικού μετατροπέα ισχύος για τον έλεγχο του ηλεκτροκινητήριου συστήματος ενός μικρού αγωνιστικού οχήματος Study and construction of an electric power converter for controlling the powertrain of a small racing electric car Βουτσινάς, Ευάγγελος Μητρονίκας, Επαμεινώνδας Ταττάκης, Εμμανουήλ Voutsinas, Evangelos Ηλεκτρικά αυτοκίνητα Σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη Τριφασικοί αντιστροφείς τάσης Ηλεκτροκίνηση Καρτ Electric cars Electric powered vehicles Three phase inverters Permanent magnet synchronous motors Brushless DC motors (BLDC) PMSM 621.317 Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και κατασκευή ενός τριφασικού αντιστροφέα τάσης και του κυκλώματος οδήγησής του για τον έλεγχο τριφασικής σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη σε μικρό αγωνιστικό ηλεκτροκίνητο όχημα (καρτ συγκεκριμένα). 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 μελέτη και κατασκευή κυκλώματος τριφασικού αντιστροφέα ισχύος ελεγχόμενου από κύκλωμα οδήγησης με χρήση κατάλληλης παλμοδότησης. Ο σχεδιασμός πρέπει να είναι ικανός να οδηγήσει σύγχρονο κινητήρα μόνιμου μαγνήτη και να παρουσιάζει ικανοποιητική απόκριση συστήματος σε μεταβολές, αναγκαίο στοιχείο για τη λειτουργία του ηλεκτρικού οχήματος. Αρχικά, παρουσιάζεται η ιστορία των ηλεκτρικών αυτοκινήτων, οι προοπτικές εξέλιξής τους και η ανάλυση του ηλεκτροκινητήριου συστήματος ενός ηλεκτρικού οχήματος, ακολουθούμενα από μελέτη των επιδόσεων του οχήματος. Στη συνέχεια, αναλύονται τα χαρακτηριστικά, η αρχή λειτουργίας και οι βασικές εξισώσεις του κινητήρα. Επίσης, αναφέρονται οι κατηγορίες και οι εφαρμογές των μηχανών μόνιμου μαγνήτη και η χρήση αισθητήρων θέσης για τη λειτουργία τους. Εν συνεχεία, παρουσιάζεται η θεωρία ελέγχου και ο σχεδιασμός του αντιστροφέα με έμφαση στην παλμοδότηση και την οδήγησή του με δύο κυκλώματα οδήγησης παλμών (gate driver circuits). Ακολουθεί η προσομοίωση του συστήματος σε Simulink με δύο μεθόδους ελέγχου, τον παραλληλισμό των στοιχείων Mosfet και την τοποθέτηση των αισθητήρων Hall. Το επόμενο βήμα είναι η κατασκευή του μετατροπέα και η επιλογή των κυκλωμάτων του, καθώς και αναφορά της πλακέτας του μικροελεγκτή, τα οποία έγιναν σε συνεργασία με το συνάδελφο Κωνσταντίνο Βερβαινιώτη. Η κατασκευή ολοκληρώνεται με τις μηχανολογικές παρεμβάσεις που έγιναν για τη βελτίωσή του οχήματος. Τέλος, παρουσιάζονται τα πειράματα που έγιναν για τη δοκιμή των βασικών λειτουργιών της διάταξης, τα συμπεράσματα που εξήχθησαν από τα αποτελέσματα που προέκυψαν και οι προοπτικές για μελλοντική εργασία. This diploma thesis focuses on the study, simulation and construction of an inverter that controls a Permanent Magnet Synchronous Motor for a small racing electric car. The thesis was conducted in the Laboratory of Electromechanical Conversion of the Department of Electrical and Computer Engineering at the University of Patras. The purpose of this thesis is the design and construction of a three-phase power inverter circuit capable of driving a high-power PMSM. Necessary for the successful operation of the electric vehicle is the implementation of an appropriate control strategy, with fast response and stability applied to the motor. Initially, the history of electric vehicles is outlined, moving to their development prospects in the future, while an analysis of the powertrain of an electric vehicle is presented. Afterwards, a description about the electrical characteristics of the motor and batteries of the car and a performance case study is presented. Then, the basic features and principles of a permanent magnet motor are analyzed and the equations derived from the equivalent circuit of the motor are shown in a three-phase reference frame and in a two-phase rotation reference frame using Park transformation. In addition, a brief analysis of sensors used to estimate the rotor angle is made. Furthermore, the design of the three-phase inverter, which consists of the power circuit board, the control circuit board and the gate driver circuit boards is then demonstrated. The most appropriate pulse modulation techniques are presented along with an analysis of the control strategy. Two simulation designs of the system in Simulink follows, applying two control methods (PWM and DTFC), the parallelism of Mosfets and the position of Hall sensors used to calculate the rotor angle. Detailed simulation results are presented for different values of load torque and speed verifying the performance of the implementation. Afterwards, the construction of the control, the gate driver and the power circuits, as well as the selection of the elements of these circuits are exhibited. The control circuit is based on the microcontroller STM32F429ZI, the gate driver circuit is based on the driver IR2113 and the power circuit board contains the full bridge with parallel power switches (Mosfets) with all the measurement devices. Construction is completed with the mechanical interventions made to improve the vehicle. Finally, tests undertaken in order to test the controller on the machine and the corresponding measurements are presented and evaluated, according to which prospects and suggestions for the future are discussed. 2019-08-14T15:13:34Z 2019-08-14T15:13:34Z 2019-01 Thesis http://hdl.handle.net/10889/12484 gr 6 application/pdf |
