Μελέτη και κατασκευή μονοφασικού αντιστροφέα πηγής εμπέδησης
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται το σχεδιασμό και την κατασκευή ενός μετατροπέα ισχύος συνεχούς τάσης σε εναλλασσόμενη. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής το...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2020
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/13773 |
| id |
nemertes-10889-13773 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Αντιστροφείς Αντιστροφέας πηγής εμπέδησης Μετατροπείς DC/AC Inverters Impedance source inverters DC/AC converters |
| spellingShingle |
Αντιστροφείς Αντιστροφέας πηγής εμπέδησης Μετατροπείς DC/AC Inverters Impedance source inverters DC/AC converters Δρένιος, Χαράλαμπος Μελέτη και κατασκευή μονοφασικού αντιστροφέα πηγής εμπέδησης |
| description |
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται το σχεδιασμό και την κατασκευή ενός μετατροπέα ισχύος συνεχούς τάσης σε εναλλασσόμενη. 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 ο σχεδιασμός ενός μονοφασικού αντιστροφέα πηγής εμπέδησης (Single Phase Z Source Inverter). Το κύριο χαρακτηριστικό του συγκεκριμένου μετατροπέα είναι πως επιτυγχάνει την ανύψωση της τάσης στην είσοδο της μονοφασικής γέφυρας σε σχέση με την τάση εισόδου. Ως είσοδος στο μετατροπέα μπορεί να χρησιμοποιηθεί η σταθερή τάση εξόδου ενός φωτοβολταϊκού πάνελ. Στόχος είναι ανάλυση της λειτουργίας του μετατροπέα και ο έλεγχος αυτού, με απώτερο σκοπό τη διασύνδεση του υπό μελέτη αντιστροφέα πηγής εμπέδησης με το δίκτυο.
Αρχικά παρουσιάζονται οι βασικότερες τοπολογίες αντιστροφέων πηγής εμπέδησης, καθώς και τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της κάθε τοπολογίας.
Στη συνέχεια γίνεται η θεωρητική ανάλυση της λειτουργίας του κλασσικού αντιστροφέα πηγής εμπέδησης με τετραγωνικούς παλμούς 180ο αλλά με την τεχνική παλμοδότησης Simple Boost Control (SBC). Κατόπιν πραγματοποιείται η ανάλυση και μοντελοποίηση του μετατροπέα στο χώρο κατάστασης εξάγοντας τις βασικές συναρτήσεις μεταφοράς για τις διάφορες μεταβλητές ελέγχου. Επίσης παρουσιάζονται δύο τεχνικές ελέγχου του λόγου κατάτμησης καθώς και ένας έλεγχος κλειστού βρόχου για την παροχή πραγματικής και αέργου ισχύος από τον αντιστροφέα στο δίκτυο χαμηλής τάσης.
Το επόμενο βήμα είναι η επιβεβαίωση της θεωρητικής ανάλυσης και των μεθόδων ελέγχου μέσω του λογισμικού προσομοίωσης Simulink του Matlab. Πιο συγκεκριμένα, αρχικά προσομοιώθηκε ο ανοιχτός βρόχος για την επιβεβαίωση της θεωρητικής ανάλυσης του μετατροπέα. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε σε επίπεδο προσομοίωσης έλεγχος της μέσης τιμής στα άκρα των πυκνωτών του δικτύου εμπέδησης του μετατροπέα καθώς και του ρεύματος των πηνίων. Τέλος, εφαρμόστηκε ο κλειστός βρόχος ελέγχου για έγχυση πραγματικής ισχύος στο δίκτυο χαμηλής τάσης αλλά και ανταλλαγή αέργου ισχύος με αυτό.
Τέλος μελετάται και κατασκευάζεται στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας η πειραματική διάταξη, με την οποία πραγματοποιούνται μετρήσεις για την αξιολόγηση της θεωρητικής ανάλυσης. Αποδεικνύεται η ορθή λειτουργία του μετατροπέα και η πολύ καλή σύμπτωση πειραματικών αποτελεσμάτων και αποτελεσμάτων θεωρητικής ανάλυσης. Επίσης επιτεύχθηκε ικανοποιητικός βαθμός απόδοσης (~90%). |
| author2 |
Drenios, Charalampos |
| author_facet |
Drenios, Charalampos Δρένιος, Χαράλαμπος |
| author |
Δρένιος, Χαράλαμπος |
| author_sort |
Δρένιος, Χαράλαμπος |
| title |
Μελέτη και κατασκευή μονοφασικού αντιστροφέα πηγής εμπέδησης |
| title_short |
Μελέτη και κατασκευή μονοφασικού αντιστροφέα πηγής εμπέδησης |
| title_full |
Μελέτη και κατασκευή μονοφασικού αντιστροφέα πηγής εμπέδησης |
| title_fullStr |
Μελέτη και κατασκευή μονοφασικού αντιστροφέα πηγής εμπέδησης |
| title_full_unstemmed |
Μελέτη και κατασκευή μονοφασικού αντιστροφέα πηγής εμπέδησης |
| title_sort |
μελέτη και κατασκευή μονοφασικού αντιστροφέα πηγής εμπέδησης |
| publishDate |
2020 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/13773 |
| work_keys_str_mv |
AT drenioscharalampos meletēkaikataskeuēmonophasikouantistropheapēgēsempedēsēs AT drenioscharalampos designandconstructionofasinglephaseimpedancesourceinverter |
| _version_ |
1771297281889271808 |
| spelling |
nemertes-10889-137732022-09-05T20:18:54Z Μελέτη και κατασκευή μονοφασικού αντιστροφέα πηγής εμπέδησης Design and construction of a single-phase impedance source inverter Δρένιος, Χαράλαμπος Drenios, Charalampos Αντιστροφείς Αντιστροφέας πηγής εμπέδησης Μετατροπείς DC/AC Inverters Impedance source inverters DC/AC converters Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται το σχεδιασμό και την κατασκευή ενός μετατροπέα ισχύος συνεχούς τάσης σε εναλλασσόμενη. 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 ο σχεδιασμός ενός μονοφασικού αντιστροφέα πηγής εμπέδησης (Single Phase Z Source Inverter). Το κύριο χαρακτηριστικό του συγκεκριμένου μετατροπέα είναι πως επιτυγχάνει την ανύψωση της τάσης στην είσοδο της μονοφασικής γέφυρας σε σχέση με την τάση εισόδου. Ως είσοδος στο μετατροπέα μπορεί να χρησιμοποιηθεί η σταθερή τάση εξόδου ενός φωτοβολταϊκού πάνελ. Στόχος είναι ανάλυση της λειτουργίας του μετατροπέα και ο έλεγχος αυτού, με απώτερο σκοπό τη διασύνδεση του υπό μελέτη αντιστροφέα πηγής εμπέδησης με το δίκτυο. Αρχικά παρουσιάζονται οι βασικότερες τοπολογίες αντιστροφέων πηγής εμπέδησης, καθώς και τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της κάθε τοπολογίας. Στη συνέχεια γίνεται η θεωρητική ανάλυση της λειτουργίας του κλασσικού αντιστροφέα πηγής εμπέδησης με τετραγωνικούς παλμούς 180ο αλλά με την τεχνική παλμοδότησης Simple Boost Control (SBC). Κατόπιν πραγματοποιείται η ανάλυση και μοντελοποίηση του μετατροπέα στο χώρο κατάστασης εξάγοντας τις βασικές συναρτήσεις μεταφοράς για τις διάφορες μεταβλητές ελέγχου. Επίσης παρουσιάζονται δύο τεχνικές ελέγχου του λόγου κατάτμησης καθώς και ένας έλεγχος κλειστού βρόχου για την παροχή πραγματικής και αέργου ισχύος από τον αντιστροφέα στο δίκτυο χαμηλής τάσης. Το επόμενο βήμα είναι η επιβεβαίωση της θεωρητικής ανάλυσης και των μεθόδων ελέγχου μέσω του λογισμικού προσομοίωσης Simulink του Matlab. Πιο συγκεκριμένα, αρχικά προσομοιώθηκε ο ανοιχτός βρόχος για την επιβεβαίωση της θεωρητικής ανάλυσης του μετατροπέα. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε σε επίπεδο προσομοίωσης έλεγχος της μέσης τιμής στα άκρα των πυκνωτών του δικτύου εμπέδησης του μετατροπέα καθώς και του ρεύματος των πηνίων. Τέλος, εφαρμόστηκε ο κλειστός βρόχος ελέγχου για έγχυση πραγματικής ισχύος στο δίκτυο χαμηλής τάσης αλλά και ανταλλαγή αέργου ισχύος με αυτό. Τέλος μελετάται και κατασκευάζεται στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας η πειραματική διάταξη, με την οποία πραγματοποιούνται μετρήσεις για την αξιολόγηση της θεωρητικής ανάλυσης. Αποδεικνύεται η ορθή λειτουργία του μετατροπέα και η πολύ καλή σύμπτωση πειραματικών αποτελεσμάτων και αποτελεσμάτων θεωρητικής ανάλυσης. Επίσης επιτεύχθηκε ικανοποιητικός βαθμός απόδοσης (~90%). This diploma thesis is focused in design and implementation of a Single Phase Traditional Z Source Inverter. The work was conducted in the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion (LEMEC), in Department of Electrical and Computer Engineering, University of Patras Initially, some of the basic topologies of impedance inverters are introduced. The main objective is to investigate some of advantages and disadvantages of each topology. Furthermore, a theoretical analysis of traditional Z source inverter operation with square pulses 180o and with pulse modulation technique Simple Boost Control (SBC). The main feature of this converter is that achieves the increase of the voltage at the input of the single-phase bridge in relation to the input voltage. The constant output voltage of a photovoltaic panel can be used as input to the inverter. The main quest is the analysis of operational principals of the converter for the interconnection of Z source inverter with the grid, to examine its behaviour. More specifically, the open loop was initially simulated to confirm the theoretical analysis of the inverter. At the simulation level, applied a control method of the average value across the capacitors of the inverter impedance network as well as the current of the inductors. Finally, the closed control loop was applied for injection of real power in the low voltage network but also exchange of reactive power with it. The next step is to analyse the operation principals and the control methods of the converter. To validate the functionality of the Z source inverter, simulation using Matlab / Simulink are conducted. Finally, a laboratory built prototype was implemented and experiments were conducted in order to confirm the aforementioned theoretical analysis. 2020-08-20T19:00:24Z 2020-08-20T19:00:24Z 2020-07-23 http://hdl.handle.net/10889/13773 gr application/pdf |
