Συστήματα ελέγχου σύγχρονων κινητήρων μόνιμων μαγνητών τραπεζοειδούς μαγνητικής ροής

Abstract

Πολλά ηλεκτρονικά συστήματα από οικιακές συσκευές έως την ηλεκτροκίνηση που χρησιμοποιούν κινητήρες μόνιμου μαγνήτη συγκεντρώνουν σε παγκόσμιο επίπεδο αρκετά μεγάλο ενδιαφέρον. Τα χαρακτηριστικά τους σε υψηλή αποδοτικότητα και μεγάλου λόγου ισχύος προς όγκο, αθόρυβης λειτουργίας και χαμηλής συντήρησης τους κάνουν κατάλληλους για εφαρμογές με υψηλές απαιτήσεις. Το αντικείμενο της διπλωματικής αυτής εργασίας αφορά την παρουσίαση, ανάλυση και προσομοίωση συστημάτων ελέγχου κινητήρων μόνιμων μαγνητών τραπεζοειδούς μαγνητικής ροής ή αλλιώς κινητήρων συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες με εφαρμογή δύο τεχνικών ελέγχου. Έτσι λοιπόν, αφού παρουσιαστούν τα κυκλώματα που θα σχεδιαστούν στο πρόγραμμα προσομοίωσης Matlab/Simulink, θα γίνει σύγκριση μεταξύ των συγκεκριμένων τεχνικών ελέγχων που έχουν επιλεγεί και είναι ο τραπεζοειδής έλεγχος και ο έλεγχος με τεχνικής προσανατολισμένου πεδίου (Field Oriented Control, FOC). Επίσης, ο κινητήρας για τις εκάστοτε τεχνικές ελέγχου θα δοκιμαστεί σε διάφορες συνθήκες. Ο λόγος που θα γίνει η παραπάνω σύγκριση είναι να εξάγουμε συμπεράσματα για την ανταπόκριση των δύο μεθόδων σε διαφορετικές συνθήκες. Για την όσο το δυνατόν καλύτερη επεξήγηση των εννοιών που χρειάζονται για την κάλυψη των κυκλωμάτων και όχι μόνο (DC κινητήρας, ελεγκτής PI, τεχνική FOC, μετασχηματισμοί Clarke and Park κ.τ.λ.), η εργασία περιλαμβάνει πέντε εισαγωγικά κεφάλαια. Έτσι λοιπόν, τα κεφάλαια χωρίζονται ως εξής: στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια γενική ανασκόπηση των σύγχρονων κινητήρων που υπάρχουν στην βιομηχανία. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρατίθενται χρήσιμες γνώσεις στα ηλεκτρονικά ισχύος. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται μια εμβάθυνση στους BLDC κινητήρες και τα χαρακτηριστικά τους. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται κάποιοι μέθοδοι προσδιορισμού της θέσης του κινητήρα και στο κεφάλαιο πέντε παρουσιάζονται οι πιο διαδεδομένες τεχνικές ελέγχου που εφαρμόζονται στους κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες. Στόχος των παραπάνω είναι η πλήρης εξοικείωση με το θέμα και να γίνουν κατανοητές πολλές από τις έννοιες που χρησιμοποιούνται σε αυτούς του κινητήρες, η δομή, η υλοποίηση τους, η λειτουργία αλλά και το πως και γιατί χρησιμοποιούνται σε πολλές εφαρμογές στην βιομηχανία.