| Περίληψη: | Η παρούσα εργασία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής της Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας του φοιτητή Νικόλαου Βασιλάτου, υπό την επίβλεψη του Επίκουρου Καθηγητή Δρ.-Μηχ. Επαμεινώνδα Μητρονίκα. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η μελέτη, εξομοίωση και κατασκευή ενός παρατηρητή για τον έλεγχο ενός τριφασικού σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη (Brushless DC, BLDC). Ο κινητήρας τροφοδοτείται από έναν ηλεκτρονικό τριφασικό σύγχρονο αντιστροφεά ισχύος με τάση 48V.
Αρχικά, έγινε ενδελεχής μελέτη όλων των στοιχείων του κινητηρίου συστήματος, το οποίο πέρα από τον ίδιο τον κινητήρα αποτελείται από έναν ηλεκτρονικό μετατροπέα συνεχούς τάσεως σε εναλλασσόμενη, έναν ηλεκτρονικό μετατροπέα ανύψωσης και σταθεροποίησης τάσης, μια συστοιχία κυψελών καυσίμου και μια συστοιχία συσσωρευτών. Στη συνέχεια, μελετήθηκαν οι διάφοροι τρόποι οδήγησης και ελέγχου του συγκεκριμένου κινητήρα και δόθηκε ιδιαίτερη βάση στον έλεγχο χωρίς τη χρήση οποιουδήποτε τύπου αισθητήρα (sensorless), που να ανιχνεύει τη θέση του δρομέα. Επιλέχθηκε εν τέλει ότι ο έλεγχος θα γίνει με έναν παρατηρητή κλειστού βρόχου (closed loop observer) που θα εκτιμάει την τάση εξ επαγωγής του κινητήρα.
Έπειτα, έγινε εξομοίωση ολόκληρου του κινητηρίου συστήματος μέσω του προγράμματος MATLAB/Simulink, προκειμένου να εξεταστεί η παραπάνω μέθοδος οδήγησης του κινητήρα, να διορθωθεί σε όποια σημεία χρειαζόταν και να βρεθεί η τελική μορφή του παρατηρητή κλειστού βρόχου, καθώς και των μεγεθών που χρειάζονταν να μετρηθούν και να διατεθούν σαν είσοδοι στον παρατηρητή.
Ακολούθησε η σχεδίαση του τυπωμένου κυκλώματος του κυκλώματος ελέγχου, που περιλαμβάνει τον μικροεπεξεργαστή, καθώς και του τυπωμένου κυκλώματος των διάφορων μετρητικών διατάξεων σε διαφορετικές πλακέτες μέσω του προγράμματος Kicad, οι οποίες έπειτα εκτυπώθηκαν, συναρμολογήθηκαν και προγραμματίστηκαν στο Εργαστήριο.
Για τη σωστή λειτουργία του κινητήρα, απαιτείται η συγχρονισμένη και διαδοχική τροφοδότηση των τριών τυλιγμάτων του στάτη του κινητήρα, έτσι ώστε να επιτευχθεί η παραγωγή της μέγιστης δυνατής ροπής. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιούνται κυρίως τρεις αισθητήρες Hall, οι οποίοι είναι ενσωματωμένοι στη μηχανή και είναι τοποθετημένοι σε γωνία 120ο ηλεκτρικών μοιρών μεταξύ τους. Τα σήματα που παράγουν οι αισθητήρες Hall χρησιμοποιούνται για να προσδιορίσουν τη θέση του δρομέα και οδηγούνται στο κύκλωμα ελέγχου, το οποίο ελέγχει την παλμοδότηση των έξι διακοπτικών στοιχείων ισχύος του αντιστροφέα. Ο έλεγχος των σημάτων παλμοδότησης γίνεται μέσω του λόγου κατάτμησης (duty cycle) των διακοπτών ισχύος.
Όμως, είναι δυνατόν η γνώση για τη θέση του δρομέα να γίνει γνωστή χωρίς τη χρήση αισθητήρων, αλλά μετρώντας κάποια χαρακτηριστικά μεγέθη της μηχανής, όπως τάσεις και ρεύματα. Αφού γίνει αυτό, μπορούμε να εκτιμήσουμε την τάση εξ επαγωγής, μέσω της χαρακτηριστικής εξίσωσης του κινητήρα και να βρούμε από αυτήν την πληροφορία για την ακριβή θέση του δρομέα, ώστε να τροφοδοτήσουμε κατάλληλα την μηχανή.
Τέλος, για την επίτευξη αυτού του σκοπού, χρειάστηκε θεωρητική μελέτη όλων των στοιχείων του κινητηρίου συστήματος, καθώς και η προσομοίωσή του στο πρόγραμμα MATLAB/Simulink, που επιβεβαιώνει θεωρητικά την παραπάνω μέθοδο ελέγχου και οδήγησης του κινητήρα.
|
|---|
