Αναγεννητική πέδηση σε εφαρμογές ηλεκτρικής κίνησης

Abstract

Στην κάτωθι διπλωματική εργασία μελετάται η Αναγεννητική Πέδηση (Regenerative Braking) σε εφαρμογές ηλεκτρικής κίνησης, οι οποίες εξελίσσονται με ραγδαίους ρυθμούς. Πρόκειται για μια διαδικασία ωφέλιμης μετατροπής της κινητικής ενέργειας των ηλεκτρικών κινητήρων σε ηλεκτρική μέσω της επιβράδυνσης των κινούμενων μερών τους. Με την αναγεννητική πέδηση προωθούνται ηλεκτρικά κινητήρια συστήματα πράσινης τεχνολογίας, συμβάλλοντας στην προστασία του περιβάλλοντος. Με σκοπό την αποδοτικότερη χρήση των πόρων, η πλειοψηφία των αυτοβιομηχανιών κατασκευάζει πλέον ηλεκτρικά οχήματα υψηλής ενεργειακής απόδοσης με μεγαλύτερη αυτονομία. Εφαρμόζοντας την αναγεννητική τεχνική σε λειτουργικές περιοχές επιβράδυνσης ή πέδησης του οχήματος, μέρος της κινητικής ενέργειας μετατρέπεται σε ηλεκτρική. Με αυτόν τον τρόπο εξασφαλίζεται η φόρτιση των μπαταριών, αυξάνοντας την αυτονομία και την απόδοση του οχήματος. Ακόμη, αναλύονται οι διατάξεις ηλεκτρονικών ισχύος αναγεννητικής πέδησης για τις περισσότερες κατηγορίες ηλεκτρικών μηχανών, ενώ περιγράφονται οι τεχνικές ελέγχου κάθε διάταξης αντίστοιχα. Συγκεκριμένα, μελετώνται οι μηχανές συνεχούς ρεύματος, οι ασύγχρονες και σύγχρονες μηχανές εναλλασσόμενου ρεύματος και οι κινητήρες μόνιμων μαγνητών, οι οποίοι αποτελούν ειδική κατηγορία των σύγχρονων κινητήρων. Επίσης, παρουσιάζονται οι μαθηματικές εξισώσεις που διέπουν κάθε κατηγορία ηλεκτρικών μηχανών και αναλύονται τα κυκλώματα αναγεννητικής πέδησης, αντίστοιχα. Περιγράφονται ανά κεφάλαιο τα συστήματα ηλεκτρικής κίνησης, παρουσιάζοντας τη θεωρητική τους ανάλυση και τον τρόπο λειτουργίας τους, ενώ μελετώνται οι διατάξεις ηλεκτρονικών ισχύος. Ακόμη, παρουσιάζονται οι τεχνικές ελέγχου αναγεννητικής πέδησης που αφορούν τον DC, τον BLDC και τον PMSM κινητήρα. Η λειτουργία αυτών των συστημάτων επιβεβαιώνεται μέσω προσομοίωσης σε περιβάλλον Simulink (του Matlab). Η παρουσίαση εκτείνεται σε δύο βασικούς άξονες, αναδεικνύοντας την αναγεννητική πέδηση στους συμβατικούς DC και στους σύγχρονους PM κινητήρες. Στην περίπτωση του DC κινητήρα παρακολουθείται η συμπεριφορά δύο κινητήριων συστημάτων, τροφοδοτούμενα από μετατροπείς DC-DC δύο και τεσσάρων τεταρτημορίων, αντίστοιχα. Έπειτα, εξετάζονται οι διατάξεις ελέγχου αναγεννητικής πέδησης για δύο κατηγορίες σύγχρονων PM κινητήρων, τους BLDC τραπεζοειδούς ροής και τους PMSM ημιτονοειδούς ροής. Τέλος, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα που αφορούν τη λειτουργία των κινητήριων συστημάτων με την εμφάνιση των βασικών κυματομορφών τους, ενώ καταγράφονται τα συμπεράσματα και οι παρατηρήσεις.