Έλεγχος ταχύτητας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη με έκτυπους πόλους
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη, την προσομοίωση και την ανάπτυξη κατάλληλου υλικολογισμικού για την οδήγηση ενός τριφασικού αντιστροφέα τάσης με σκοπό τον έλεγχο ταχύτητας μιας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη με έκτυπους πόλους σε εργαστηριακό χώρο. Η εργασία πραγματοποιήθη...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2022
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/15934 |
| id |
nemertes-10889-15934 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη Εξασθένιση πεδίου Μέγιστη ροπή ανά αμπέρ Δέλτα διαμόρφωση παλμών Permanent magnet synchronous motors Sliding mode observers Field weakening Maximum torque per ampere Delta modulation |
| spellingShingle |
Σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη Εξασθένιση πεδίου Μέγιστη ροπή ανά αμπέρ Δέλτα διαμόρφωση παλμών Permanent magnet synchronous motors Sliding mode observers Field weakening Maximum torque per ampere Delta modulation Ρούσσος, Αναστάσιος Έλεγχος ταχύτητας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη με έκτυπους πόλους |
| description |
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη, την προσομοίωση και την ανάπτυξη κατάλληλου υλικολογισμικού για την οδήγηση ενός τριφασικού αντιστροφέα τάσης με σκοπό τον έλεγχο ταχύτητας μιας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη με έκτυπους πόλους σε εργαστηριακό χώρο. Η εργασία πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Στόχος είναι η υλοποίηση μιας μεθοδολογίας διανυσματικού ελέγχου που να μπορεί να εφαρμοσθεί σε ένα ηλεκτροκινητήριο σύστημα και να προσαρμόζει ανά πάσα στιγμή την ταχύτητα του κινητήρα στην τιμή αναφοράς που δίνει ο χρήστης. Επομένως πέρα από την ομαλή λειτουργία σε μόνιμη κατάσταση, ο έλεγχος θα πρέπει να ανταποκρίνεται εξίσου καλά και γρήγορα σε περιπτώσεις μεταβατικών καταστάσεων ως προς την ταχύτητα αναφοράς και το μηχανικό φορτίο. Αρχικά, πραγματοποιείται μια ιστορική αναδρομή στην δημιουργία και εξέλιξη των ηλεκτρικών κινητήρων καθώς και μία σύγκριση ανάμεσα σε αυτούς και τους κινητήρες εσωτερικής καύσης. Έπειτα γίνεται σύντομη παρουσίαση της θεωρίας των ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος και πιο συγκεκριμένα του τριφασικού αντιστροφέα ισχύος που αποτελεί βασικό τμήμα του ηλεκτροκινητήριου συστήματος. Επιπλέον παρουσιάζονται κάποιες βασικές μέθοδοι παλμοδότησης οι οποίες χρησιμοποιούνται ευρέως για την λειτουργία των αντιστροφέων. Ακολουθεί περιγραφή της δομής, των κατασκευαστικών χαρακτηριστικών και της λειτουργίας των σύγχρονων μηχανών μόνιμου μαγνήτη. Πραγματοποιείται παρουσίαση του μετασχηματισμού Clarke και Park καθώς και των βασικών εξισώσεων της μηχανής που χρησιμοποιούνται στον έλεγχο. Στη συνέχεια αναλύονται η θεωρία και οι εξισώσεις του διανυσματικού ελέγχου. Πιο συγκεκριμένα στην παρούσα διπλωματική χρησιμοποιούνται οι τεχνικές Μέγιστης Ροπής ανά Αμπέρ & Εξασθένισης Πεδίου οι οποίες παράγουν κατάλληλα ρεύματα αναφοράς ανάλογα με την ταχύτητα αναφοράς της μηχανής. Εκτεταμένη αναφορά γίνεται και στην μέθοδο του Sliding Mode Observer που υπολογίζει την ταχύτητα και τη θέση του δρομέα χωρίς την ανάγκη χρήσης κάποιου αισθητήρα. Το επόμενο βήμα είναι η εύρεση των απαραίτητων παραμέτρων της υπό μελέτη μηχανής και η προσομοίωση του όλου ηλεκτροκινητήριου συστήματος στο περιβάλλον του Simulink σε διάφορες περιπτώσεις λειτουργίας. Ακολουθεί ανάλυση του μικροεπεξεργαστή STM32F446RCT6 και ανάπτυξη του απαραίτητου κώδικα για την εφαρμογή του ελέγχου στον χρησιμοποιούμενο αντιστροφέα. Τέλος γίνεται παρουσίαση της υπό μελέτη διάταξης, των πειραμάτων που διεξήχθησαν και των συμπερασμάτων που προέκυψαν από την όλη εργασία. |
| author2 |
Roussos, Anastasios |
| author_facet |
Roussos, Anastasios Ρούσσος, Αναστάσιος |
| author |
Ρούσσος, Αναστάσιος |
| author_sort |
Ρούσσος, Αναστάσιος |
| title |
Έλεγχος ταχύτητας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη με έκτυπους πόλους |
| title_short |
Έλεγχος ταχύτητας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη με έκτυπους πόλους |
| title_full |
Έλεγχος ταχύτητας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη με έκτυπους πόλους |
| title_fullStr |
Έλεγχος ταχύτητας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη με έκτυπους πόλους |
| title_full_unstemmed |
Έλεγχος ταχύτητας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη με έκτυπους πόλους |
| title_sort |
έλεγχος ταχύτητας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη με έκτυπους πόλους |
| publishDate |
2022 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/15934 |
| work_keys_str_mv |
AT roussosanastasios elenchostachytētassynchronēsmēchanēsmonimoumagnētēmeektypouspolous AT roussosanastasios speedcontrolofasalientpolepermanentmagnetsynchronousmotor |
| _version_ |
1771297336683659264 |
| spelling |
nemertes-10889-159342022-09-05T20:21:53Z Έλεγχος ταχύτητας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη με έκτυπους πόλους Speed control of a salient pole permanent magnet synchronous motor Ρούσσος, Αναστάσιος Roussos, Anastasios Σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη Εξασθένιση πεδίου Μέγιστη ροπή ανά αμπέρ Δέλτα διαμόρφωση παλμών Permanent magnet synchronous motors Sliding mode observers Field weakening Maximum torque per ampere Delta modulation Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη, την προσομοίωση και την ανάπτυξη κατάλληλου υλικολογισμικού για την οδήγηση ενός τριφασικού αντιστροφέα τάσης με σκοπό τον έλεγχο ταχύτητας μιας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη με έκτυπους πόλους σε εργαστηριακό χώρο. Η εργασία πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Στόχος είναι η υλοποίηση μιας μεθοδολογίας διανυσματικού ελέγχου που να μπορεί να εφαρμοσθεί σε ένα ηλεκτροκινητήριο σύστημα και να προσαρμόζει ανά πάσα στιγμή την ταχύτητα του κινητήρα στην τιμή αναφοράς που δίνει ο χρήστης. Επομένως πέρα από την ομαλή λειτουργία σε μόνιμη κατάσταση, ο έλεγχος θα πρέπει να ανταποκρίνεται εξίσου καλά και γρήγορα σε περιπτώσεις μεταβατικών καταστάσεων ως προς την ταχύτητα αναφοράς και το μηχανικό φορτίο. Αρχικά, πραγματοποιείται μια ιστορική αναδρομή στην δημιουργία και εξέλιξη των ηλεκτρικών κινητήρων καθώς και μία σύγκριση ανάμεσα σε αυτούς και τους κινητήρες εσωτερικής καύσης. Έπειτα γίνεται σύντομη παρουσίαση της θεωρίας των ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος και πιο συγκεκριμένα του τριφασικού αντιστροφέα ισχύος που αποτελεί βασικό τμήμα του ηλεκτροκινητήριου συστήματος. Επιπλέον παρουσιάζονται κάποιες βασικές μέθοδοι παλμοδότησης οι οποίες χρησιμοποιούνται ευρέως για την λειτουργία των αντιστροφέων. Ακολουθεί περιγραφή της δομής, των κατασκευαστικών χαρακτηριστικών και της λειτουργίας των σύγχρονων μηχανών μόνιμου μαγνήτη. Πραγματοποιείται παρουσίαση του μετασχηματισμού Clarke και Park καθώς και των βασικών εξισώσεων της μηχανής που χρησιμοποιούνται στον έλεγχο. Στη συνέχεια αναλύονται η θεωρία και οι εξισώσεις του διανυσματικού ελέγχου. Πιο συγκεκριμένα στην παρούσα διπλωματική χρησιμοποιούνται οι τεχνικές Μέγιστης Ροπής ανά Αμπέρ & Εξασθένισης Πεδίου οι οποίες παράγουν κατάλληλα ρεύματα αναφοράς ανάλογα με την ταχύτητα αναφοράς της μηχανής. Εκτεταμένη αναφορά γίνεται και στην μέθοδο του Sliding Mode Observer που υπολογίζει την ταχύτητα και τη θέση του δρομέα χωρίς την ανάγκη χρήσης κάποιου αισθητήρα. Το επόμενο βήμα είναι η εύρεση των απαραίτητων παραμέτρων της υπό μελέτη μηχανής και η προσομοίωση του όλου ηλεκτροκινητήριου συστήματος στο περιβάλλον του Simulink σε διάφορες περιπτώσεις λειτουργίας. Ακολουθεί ανάλυση του μικροεπεξεργαστή STM32F446RCT6 και ανάπτυξη του απαραίτητου κώδικα για την εφαρμογή του ελέγχου στον χρησιμοποιούμενο αντιστροφέα. Τέλος γίνεται παρουσίαση της υπό μελέτη διάταξης, των πειραμάτων που διεξήχθησαν και των συμπερασμάτων που προέκυψαν από την όλη εργασία. The present diploma thesis deals with the study, simulation and firmware development for a three-phase inverter for the speed control of a permanent magnet synchronous motor with salient poles. This thesis was conducted in the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion of the Department of Electrical and Computer Engineering of the Polytechnic School of University of Patras. The purpose of this diploma thesis is the implementation of a vector control method that can be applied to an electric motor system and adjust the motor’s speed to the reference value given by the user at any time. Therefore, in addition to smooth operation in steady state, the control should respond equally well and quickly to transient phenomena in terms of reference speed and mechanical load. In the beginning, a brief historical review of the evolution of electric motors is made, as well as a comparison between them and internal combustion engines. Afterwards, there is a short presentation of the theory of electronic power converters and more specifically of the three-phase power inverter that is the key part of the electric motor system. In addition, some basic pulsation methods are presented which are widely used in the operation of the inverter. The next chapter includes a description of the structure, characteristics and operation of permanent magnet synchronous machines. The Clarke and Park transformations are presented as well as the basic motor’s equations which are used in the control and result from Park transformation. Then the theory and equations of the vector control are analyzed. More specifically, in the present diploma, the Maximum Torque per Ampere & Field Weakening techniques are used to produce the appropriate reference currents depending on the reference speed of the machine. Extensive reference is also made to the Sliding Mode Observer method which calculates the speed and position of the rotor without the need sensors. The next step is to find the necessary parameters of the machine under study and to simulate the entire electric motor system in the Simulink environment under various operating modes. Subsequently, an analysis of the STM32F446RCT6 microprocessor is performed, followed by the development of the firmware needed for the implementation of the control on the inverter in use. Finally, the electrical system under study, the experiments performed and the conclusions that emerged from the whole work are presented. 2022-03-08T08:36:11Z 2022-03-08T08:36:11Z 2022-03-05 http://hdl.handle.net/10889/15934 gr application/pdf |
