Ανάλυση και κατασκευή διάταξης εξομοίωσης φορτίου ενός ηλεκτροκίνητου οχήματος

• Main Author: Σταθάτος, Αντώνιος
• Other Authors: Stathatos, Antonios
• Language: Greek
• Published: 2023
• Subjects: Ηλεκτρονικά ισχύος; Έλεγχος μετατροπέων ισχύος; Power electronics; Power electronics and control

Η παρούσα διπλωματική εργασία είναι ένα εκ των δύο υποσυστημάτων που συνθέτουν έναν εξομοιωτή ενός ηλεκτρικού κινητήριου συστήματος για ένα ηλεκτρικό όχημα και πραγματεύεται την ανάλυση, τον σχεδιασμό και την υλοποίηση μίας διάταξης που θα έχει τον ρόλο του φορτίου του κινητήρα ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. O σκοπός είναι η μελέτη και υλοποίηση ενός αμφίδρομου μετατροπέα ισχύος συνεχούς τάσης σε συνεχή έτσι ώστε να ελεγχθεί η ροπή μίας μηχανής συνεχούς ρεύματος με ξένη διέγερση. Η μηχανή αυτή συνδέεται μηχανικά μέσω ενός συστήματος μετάδοσης με τον ηλεκτρικό κινητήρα του οχήματος η λειτουργία του οποίου ελέγχεται από τριφασικό αντιστροφέα τάσης. Η ελεγχόμενη ροπή της μηχανής θα πρέπει να αντιστοιχεί στην ροπή που παράγεται από το οδόστρωμα που εξαρτάται από την κλίση του και την ταχύτητα του οχήματος. Αρχικά γίνεται μία σύντομη αναφορά στην εξέλιξη και αρχιτεκτονική των ηλεκτρικών αυτοκινήτων. Παράλληλα, εξάγονται οι εξισώσεις δυνάμεων και ροπών που περιγράφουν τη συνολική ροπή που ασκείται στους τροχούς. Ακολουθεί, ανάλυση της λειτουργικής συμπεριφοράς του μετατροπέα ισχύος σε καθεμία από τις τρεις δυνατές καταστάσεις υποβιβασμού (Buck), ανύψωσης (Boost) και υποβιβασμού-ανύψωσης (Buck-Boost) ενώ παράλληλα παρουσιάζεται η λογική και η δομή των τριών μεθόδων ελέγχου που χρησιμοποιούνται. Το επόμενο βήμα είναι η προσομοίωση του συστήματος στο περιβάλλον Simulink της MATLAB. Η συγκεκριμένη ενέργεια είναι απαραίτητη πριν την κατασκευή του συστήματος στο εργαστήριο έτσι ώστε να επιβεβαιωθεί η ομαλή λειτουργία του, να εκτιμηθούν τα ηλεκτρικά και μηχανικά μεγέθη που το χαρακτηρίζουν αλλά και να προληφθούν ορισμένα σφάλματα που μπορεί να εμφανιστούν κατά την υλοποίηση. Στη συνέχεια, με βάση τα ηλεκτρικά μεγέθη του συστήματος έγινε η επιλογή των ηλεκτρονικών στοιχείων και έπειτα σχεδιάστηκαν οι τέσσερις τυπωμένες πλακέτες που απαρτίζουν το συνολικό σύστημα φόρτισης του ηλεκτροκινητήρα μέσω του λογισμικού KiCAD. Ο έλεγχος του μετατροπέα έγινε μέσω του μικροελεγκτή STM32F429ZI, για τον προγραμματισμό του χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό Keil uVision5 και η γλώσσα προγραμματισμού C. Τέλος, στον χώρο του εργαστηρίου έγινε η κατασκευή των τυπωμένων πλακετών και η διεξαγωγή πειραματικών δοκιμών με σκοπό την επιβεβαίωση της θεωρίας.