Μελέτη και κατασκευή εξομοιωτή ηλεκτρικού κινητηρίου συστήματος ηλεκτροκίνητου οχήματος : διάταξη ελέγχου του σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη

• Κύριος συγγραφέας: Ξύστρας, Δημήτριος
• Άλλοι συγγραφείς: Xystras, Dimitrios
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2020
• Θέματα: Ηλεκτροκίνηση; Εξομοιωτής ηλεκτροκινητηρίου συστήματος; Σύγχρονη μηχανή μονίμων μαγνητών; Διαμόρφωση παλμών με χρήση διανύσματος στο χώρο; Διανυσματικός έλεγχος με προσανατολισμό πεδίου; Διάταξη ελέγχου σύγχρονης μηχανής; Τριφασικός αντιστροφέας τάσης; Κατασκευή τριφασικού αντιστροφέα; Προσομοίωση ηλεκτροκινητηρίου συστήματος; Electric vehicle; Simulator of an electric drive system; Permanent magnet synchronous machine; Space vector pulse width modulation (SVPWM); Field oriented control (FOC); Control scheme of synchronous machine; Three phase voltage inverter; Three phase voltage inverter implementation; Simulation of an electric drive system

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και την υλοποίηση του συστήματος ελέγχου ενός σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη με τη χρήση τριφασικού αντιστροφέα τάσης και εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Η διπλωματική εργασία αυτή αποτελεί μέρος ενός πλήρους συστήματος εξομοίωσης του ηλεκτρικού κινητηρίου συστήματος ενός ηλεκτροκίνητου οχήματος. Το συνολικό σύστημα περιλαμβάνει, αφενός μεν έναν τριφασικό αντιστροφέα τάσης μέσω του οποίου ελέγχεται η Σύγχρονη Μηχανή Μονίμων Μαγνητών (ΣΜΜΜ), η οποία είναι η κινητήρια μηχανή του συστήματος, αφετέρου δε έναν DC/DC μετατροπέα ο οποίος συνδέεται σε μια μηχανή συνεχούς ρεύματος, που συνδέεται μηχανικά με τη ΣΜΜΜ, και μέσω της οποίας παράγονται οι διάφορες καταστάσεις φόρτισης του κινητήρα. Η δεύτερη διάταξη αποτελεί αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας του φοιτητή Φαίδωνα Δεπούντη. Αρχικά έγινε η θεωρητική ανάλυση της σύγχρονης μηχανής με μόνιμους μαγνήτες, προκειμένου να γίνει πλήρως κατανοητή η λειτουργία της και να εξαχθεί το μοντέλο της, το οποίο είναι απαραίτητο για την ανάπτυξη του ελέγχου. Η συγκεκριμένη μηχανή επιλέχθηκε να αποτελεί την κινητήρια μηχανή του συστήματος, επειδή χρησιμοποιείται ευρέως σήμερα σε ηλεκτρικά οχήματα, λόγω της μεγάλης πυκνότητας ισχύος που παρέχει και του μειωμένου βάρους της. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε μελέτη των διαφόρων τεχνικών παλμοδότησης για τον αντιστροφέα, και ελέγχου για τη ΣΜΜΜ. Τελικώς επιλέχθηκε να χρησιμοποιηθεί η τεχνική διαμόρφωσης του εύρους των παλμών μέσω διανυσμάτων χώρου (Space Vector Pulse Width Modulation) σε συνδυασμό με διανυσματικό έλεγχο με προσανατολισμό πεδίου (Field Oriented Control), προκειμένου να εξασφαλιστεί το ελάχιστο αρμονικό περιεχόμενο και η ελάχιστη κυμάτωση στην παραγόμενη ηλεκτρομαγνητική ροπή. Ακολούθησε η προσομοίωση του συστήματος στο περιβάλλον Matlab/Simulink, μέσω της οποίας αναλύθηκε πλήρως η λειτουργία του. Το επόμενο βήμα ήταν η κατασκευή του τριφασικού αντιστροφέα τάσης για τον οποίο χρησιμοποιήθηκαν MOSFET καρβιδίου του πυριτίου. Επίσης αναπτύχθηκαν οι κατάλληλοι κώδικες στο μικροεπεξεργαστή STM32F429ZI για τον έλεγχο του μετατροπέα. Τέλος η διάταξη δοκιμάστηκε σε πραγματικό κινητήρα στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας, προκειμένου να ληφθούν οι απαραίτητες μετρήσεις και να επιβεβαιωθεί η θεωρητική ανάλυση και η ορθή λειτουργία του συστήματος.