Μελέτη και υλοποίηση συστήματος ελέγχου σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη

• Main Author: Γκρίζης, Χρήστος
• Other Authors: Gkrizis, Christos
• Language: Greek
• Published: 2022
• Subjects: Σύγχρονες μηχανές; Διανυσματικός έλεγχος; Προσομοίωση συστήματος ελέγχου; Έλεγχος σύγχρονης μηχανής; Synchronous machines; Vector control; Control system simulation; Synchronous machine control

Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι ο έλεγχος μιας μηχανής μονίμου μαγνήτη με τη χρήση τριφασικού αντιστροφέα. Ο έλεγχος της μηχανής πραγματοποιείται μέσω κλειστού βρόγχου ελέγχου για τα ρεύματα της μηχανής. Για την παλμοδότηση του αντιστροφέα χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος διαμόρφωσης εύρους παλμών με διάνυσμα χώρου. Το σύστημα εξετάζεται σε περιβάλλον προσομοίωσης και στη συνέχεια υλοποιείται στο εργαστήριο. Αρχικά γίνεται μια ιστορική αναδρομή στις ηλεκτρικές μηχανές. Έμφαση δίνεται στη ραγδαία αύξηση των εφαρμογών τους μετά την εφεύρεση του τρανζίστορ και κατ’ επέκταση των μικροεπεξεργαστών και των ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος. Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στις αρχές λειτουργίας της σύγχρονης ηλεκτρικής μηχανής και του τριφασικού αντιστροφέα. Έπειτα, αφού παρουσιαστούν η ηλεκτρική μηχανή και ο αντιστροφέας που χρησιμοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, αναφέρονται οι διάφορες μεθοδολογίες ελέγχου μιας μηχανής και οι κύριες μέθοδοι παλμοδότησης ενός τριφασικού αντιστροφέα. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στη διαμόρφωση εύρους παλμών με διάνυσμα στον χώρο (SVPWM), μιας και είναι η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα διπλωματική. Το επόμενο βήμα περιλαμβάνει τη διαδικασία των πειραμάτων κατά τα οποία υπολογίστηκαν τα χαρακτηριστικά μεγέθη της μηχανής τα οποία απαιτούνται για την ανάπτυξη του αλγορίθμου ελέγχου, καθώς και αυτή της προσομοίωσης της εν λόγω διάταξης με τη βοήθεια της οποίας σχεδιάστηκε ο βρόγχος ελέγχου. Για την υλοποίηση του βρόγχου χρησιμοποιείται έλεγχος ανατροφοδότησης σε συνδυασμό με έμπροσθεν έλεγχο, αυξάνοντας σημαντικά την απόκριση του συστήματος, μιας και με τον έμπροσθεν έλεγχο επιτυγχάνεται η απόζευξη ρευμάτων που μελετώνται στη μηχανή. Στο βήμα αυτό παρουσιάζονται και οι έλεγχοι προστασίας του αντιστροφέα σχετικά με το ρεύμα και τη τάση εξόδου, οι οποίοι διασφαλίζουν ασφαλή λειτουργία του συστήματος. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα βασικά χαρακτηριστικά του μικροεπεξεργαστή που χειρίζεται το κύκλωμα του αντιστροφέα και η διαδικασία ανάπτυξης του λογισμικού. Τα κύρια στάδια είναι η βαθμονόμηση των αισθητήρων με μη γραμμική συμπεριφορά, η παλμοδότηση σε ανοιχτό βρόγχο και τελικά, η υλοποίηση του κλειστού βρόχου (Έλεγχος με προσανατολισμό στο πεδίο ροής). Τέλος αναλύονται τα αποτελέσματα των πειραμάτων που διεξήχθησαν Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζονται τα προβλήματα και τα συμπεράσματα που προέκυψαν κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, αρχικά σε ανοιχτό βρόγχο και στη συνέχεια στη μετάβαση σε κλειστό βρόγχο, σε διάφορες μεταβολές στο σύστημα, αλλά και σε μόνιμη κατάσταση. παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν και αναφέρονται προτάσεις για τα επόμενα βήματα με σκοπό την περαιτέρω βελτίωση του ελέγχου του κινητήρα.