Γιπλωμαηική Δργαζία. Σνπ θνηηεηή ηνπ Σκήκαηνο Ηιεθηξνιόγσλ Μεραληθώλ θαη Σερλνινγίαο Τπνινγηζηώλ ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξώλ. Βάζζη Νικόλαοσ Α.Μ.

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΠΑΣΡΨΝ ΣΜΗΜΑ ΗΛΕΚΣΡΟΛΟΓΨΝ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΚΑΙ ΣΕΦΝΟΛΟΓΙΑ ΤΠΟΛΟΓΙΣΨΝ ΣΟΜΕΑ ΤΣΗΜΑΣΨΝ ΗΛΕΚΣΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΕΡΓΑΣΗΡΙΟ ΗΛΕΚΣΡΟΜΗΦΑΝΙΚΗ ΜΕΣΑΣΡΟΠΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Διετθτνσήρ: Καθηγησήρ Δπ.-Μηφ. Αθανάςιορ Ν. αυάκαρ Γιπλωμαηική Δργαζία Σνπ θνηηεηή ηνπ Σκήκαηνο Ηιεθηξνιόγσλ Μεραληθώλ θαη Σερλνινγίαο Τπνινγηζηώλ ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξώλ Βάζζη Νικόλαοσ Α.Μ «Μονηελοποίηζη και Ανάλσζη ζσμπεριθοράς Αζύγτρονης μητανής ηροθοδοηούμενης μέζω ηλεκηρονικού μεηαηροπέα ζε περίπηωζη ζθαλμάηων ηοσ δρομέα» Νν Δπηβιέπνπζα: Γξ. Μερ. Σδόγηα Καππάηνπ, Λέθηνξαο Πάηξα, Ινύιηνο 2009 ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟΤΠΟΛΗ ΠΑΣΡΑ ΡΙΟΝ - ΠΑΣΡΑ Σηλ: Σηλ: Σηλ: Fax: a.n.safacas@ece.upatras.gr 1

2 2

3 ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΠΑΣΡΨΝ ΣΜΗΜΑ ΗΛΕΚΣΡΟΛΟΓΨΝ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΚΑΙ ΣΕΦΝΟΛΟΓΙΑ ΤΠΟΛΟΓΙΣΨΝ ΕΡΓΑΣΗΡΙΟ ΗΛΕΚΣΡΟΜΗΦΑΝΙΚΗ ΜΕΣΑΣΡΟΠΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΔΙΠΛΨΜΑΣΙΚΗ ΕΡΓΑΙΑ «Μονηελοποίηζη και Ανάλσζη ζσμπεριθοράς Αζύγτρονης μητανής ηροθοδοηούμενης μέζω ηλεκηρονικού μεηαηροπέα ζε περίπηωζη ζθαλμάηων ηοσ δρομέα» Βάςςη Νικολάοτ σοτ Θψμά ΥΟΙΣΗΣΗ ΣΟΤ ΣΜΗΜΑΣΟ ΗΛΕΚΣΡΟΛΟΓΨΝ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΚΑΙ ΣΕΦΝΟΛΟΓΙΑ ΤΠΟΛΟΓΙΣΨΝ ΕΠΙΒΛΕΠΟΤΑ: ΛΕΚΣΟΡΑ ΣΖΟΓΙΑ Φ. ΚΑΠΠΑΣΟΤ ΑΡΙΘΜΟ ΔΙΠΛΨΜΑΣΙΚΗ ΕΡΓΑΙΑ:.../2009 Πάσπα, Ιοόλιορ

4 4

5 ΠΙΣΟΠΟΙΗΗ Πιςσοποιείσαι ϋσι η διπλψμασική επγαςία με θέμα: «Μονηελοποίηζη και Ανάλσζη ζσμπεριθοράς Αζύγτρονης μητανής ηροθοδοηούμενης μέζω ηλεκηρονικού μεηαηροπέα ζε περίπηωζη ζθαλμάηων ηοσ δρομέα» σοτ υοισησή σοτ Σμήμασορ Ηλεκσπολϋγψν Μηφανικύν και Σεφνολογίαρ Τπολογιςσύν Βάςςη Νικολάοτ σοτ Θψμά (Α.Μ. 5599) παποτςιάςσηκε δημϋςια και εξεσάςσηκε ςσο Σμήμα Ηλεκσπολϋγψν Μηφανικύν και Σεφνολογίαρ Τπολογιςσύν σην.../.../2009. Η Επιβλέποτςα Ο Διετθτνσήρ σοτ Σομέα Λέκσοπαρ, Δπ.-Μηφ. T.Καππάσοτ Καθηγησήρ Α.Αλεξανδπίδηρ 5

6 6

7 ΑΡΙΘΜΟ ΔΙΠΛΨΜΑΣΙΚΗ ΕΡΓΑΙΑ: /2009 ΣΙΣΛΟ: «Μονηελοποίηζη και Ανάλσζη ζσμπεριθοράς Αζύγτρονης μητανής ηροθοδοηούμενης μέζω ηλεκηρονικού μεηαηροπέα ζε περίπηωζη ζθαλμάηων ηοσ δρομέα» ΥΟΙΣΗΣΗ: Βάςςηρ Νικϋλαορ ΕΠΙΒΛΕΠΟΤΑ: Καππάσοτ Σζϋγια ΠΕΡΙΛΗΧΗ σην παποόςα διπλψμασική επγαςία μονσελοποιήθηκε και αναλόθηκε η λεισοτπγία και η ςτμπεπιυοπά ενϋρ σπιυαςικοό αςόγφπονοτ κινησήπα σπουοδοσοόμενοτ μέςψ ηλεκσπονικοό μεσασποπέα σϋςο ςσην πεπίπσψςη σηρ «τγιοόρ» μηφανήρ, ϋςο και ςσην πεπίπσψςη μηφανήρ η οποία παποτςίαζε ςυάλμασα ςσον κλψβϋ. Πιο ςτγκεκπιμένα, με σην βοήθεια ππογπάμμασορ πεπεπαςμένψν ςσοιφείψν και ειδικϋσεπα ππαγμασοποιύνσαρ ανάλτςη ςσιρ δόο διαςσάςειρ, πποςομοιύςαμε σην σάςη εξϋδοτ ενϋρ ανσιςσπουέα πηγήρ σάςηρ με λεισοτπγία διαμϋπυψςηρ εόποτρ παλμύν μέςψ κύδικα ποτ ςφεδιάςαμε, και ςσην ςτνέφεια σπουοδοσήςαμε με σοτρ παλμοόρ ποτ 7

8 παπήφθηςαν σα στλίγμασα σοτ ςσάση σηρ αςόγφπονηρ τπϋ μελέση μηφανήρ. Ακολοόθψρ με σην φπήςη σοτ πποαναυεπθένσορ ππογπάμμασορ έγινε ηλεκσπομαγνησική ανάλτςη, σηρ μηφανήρ. Παπήφθηςαν οι κτμασομοπυέρ σψν βαςικϋσεπψν μεγεθύν σηρ μηφανήρ και ππαγμασοποιήςαμε με σην βοήθεια σοτ ππογπάμμασορ MATLAB/SIMULINK(R2008A), αναλόςειρ fourier ςσα υαςικά πεόμασα και ςσιρ υαςικέρ σάςειρ σοτ ςσάση, σϋςο για σο μονσέλο σηρ αςόγφπονηρ μηφανήρ φψπίρ ςυάλμασα σοτ δπομέα ϋςο και για σο μονσέλο με ςυάλμασα. Για σην διάγνψςη σοτ ςυάλμασορ φπηςιμοποιήθηκε η μέθοδορ MCSA(motor current signature analysis) καθύρ και η ανάλτςη σψν απμονικύν ςσο υάςμα σηρ ποπήρ. Αναλτσικϋσεπα, ςσο ππύσο κευάλαιο γίνεσαι μια ειςαγψγή ςσα κασαςκεταςσικά φαπακσηπιςσικά καθύρ και ςσιρ βαςικέρ μεθϋδοτρ λεισοτπγίαρ σηρ αςόγφπονήρ μηφανήρ, ενύ γίνεσαι ιδιαίσεπη αναυοπά ςσον έλεγφο κινησήπψν γενικϋσεπα ϋπψρ επίςηρ και ςσην λεισοτπγία ατσύν ςε πεπίπσψςη ςυαλμάσψν. σο δεόσεπο κευάλαιο πεπιγπάυονσαι οι ηλεκσπονικοί μεσασποπείρ ιςφόορ για ςτςσήμασα οδήγηςηρ αςόγφπονψν κινησήπψν. Ειδικϋσεπα, παποτςιάζεσαι ςτνοπσικά η λεισοτπγία σοτ σπιυαςικοό ανοπθψσή, ενύ ιδιαίσεπη αναυοπά γίνεσαι ςσον σπιυαςικϋ ανσιςσπουέα. Πιο ςτγκεκπιμένα, παποτςιάζονσαι σα κασαςκεταςσικά και σα λεισοτπγικά φαπακσηπιςσικά σοτ ανσιςσπουέα πηγήρ σάςηρ, γίνεσαι εκσενήρ αναυοπά ςσην λεισοτπγία σοτ με διαμϋπυψςη εόποτρ παλμύν (PWM mode of operation) ενύ κτπίψρ αναλόεσαι η ςτμπεπιυοπά σοτ ςσην γπαμμική πεπιοφή λεισοτπγίαρ σοτ(0<modulation index<0.907), ϋποτ και μαρ ενδιαυέπει. σο σπίσο κευάλαιο παποτςιάζονσαι σα αποσελέςμασα σηρ εξομοίψςηρ σοτ αςόγφπονοτ σπιυαςικοό κινησήπα, με και φψπίρ ςυάλμα ςσον δπομέα ϋπψρ ατσά πποέκτχαν απϋ σην ανάλτςη ποτ ππαγμασοποιήθηκε με φπήςη σοτ ππογπάμμασορ πεπεπαςμένψν ςσοιφείψν. Παπάλληλα δίνεσαι ανάλτςη σοτ κύδικα ποτ ςφεδιάςσηκε για σην πποςομοίψςη σηρ σάςηρ εξϋδοτ ενϋρ σπιυαςικοό ανσιςσπουέα με λεισοτπγία PWM για σην σπουοδοςία σψν στλιγμάσψν σηρ μηφανήρ μαρ, γεγονϋρ σο οποίο και αποσελεί κτπίαπφο πεπιεφϋμενο σηρ παποόςαρ διπλψμασικήρ επγαςίαρ. 8

9 σο σέσαπσο κευάλαιο γίνεσαι αναυοπά ςσο πειπαμασικϋ ςκέλορ σηρ διπλψμασικήρ επγαςίαρ. Πεπιγπάυεσαι δηλαδή η πειπαμασική διάσαξη ποτ τλοποιήθηκε ςσο επγαςσήπιο φπηςιμοποιύνσαρ δόο ϋμοιοτρ σπιυαςικοόρ αςόγφπονοτρ κινησήπερ κλψβοό, ένα με ςυάλμα ςσο δακσόλιο βπαφτκόκλψςηρ και ένα φψπίρ ςυάλμα, ενύ σατσϋφπονα παπασίθενσαι οι κτμασομοπυέρ σοτ πεόμασορ ςσάση ςσιρ οποίερ έγινε ανάλτςη FFΣ έσςι ύςσε να ενσοπιςσοόν οι ςτφνϋσησερ ςσιρ οποίερ ειςάγονσαι απμονικέρ λϋγψ σοτ ςυάλμασορ ςσο δακσόλιο βπαφτκόκλψςηρ και να γίνει έσςι η διάγνψςη σοτ ςυάλμασορ. σο πέμπσο κευάλαιο ππαγμασοποιοόμε επεξεπγαςία σψν πειπαμασικύν αποσελεςμάσψν καθύρ και σψν αποσελεςμάσψν σα οποία πποκόπσοτν απϋ σην εξομοίψςη σψν δόο κινησήπψν απϋ σο ππϋγπαμμα πεπεπαςμένψν ςσοιφείψν OPERA- 2D. τγκεκπιμένα ππαγμασοποιοόμε ανάλτςη FFT μέςψ σοτ ππογπάμμασορ MATLAB/SIMULINK(R2008A) ςσιρ κτμασομοπυέρ σοτ πεόμασορ ςσάση και σψν σάςεψν ατσοό καθύρ και σηρ ποπήρ για σοτρ δόο κινησήπερ σϋςο ςσην πεπίπσψςη ημισονοειδοόρ σπουοδοςίαρ σοτρ, ϋςο και ςσην πεπίπσψςη ποτ σπουοδοσοόνσαι με σην σάςη εξϋδοτ ενϋρ inverter με pwm διαμϋπυψςη. Απϋ σα αποσελέςμασα ποτ πποκόπσοτν εξάγοτμε ςημανσικά ςτμπεπάςμασα ϋςο αυοπά ση λεισοτπγία σψν δόο κινησήπψν ενύ σατσϋφπονα επιστγφάνεσαι και μια ςόγκπιςη σψν πειπαμασικύν αποσελεςμάσψν με σα αποσελέςμασα σηρ εξομοίψςηρ. Σέλορ, ςσο έκσο κευάλαιο, σο οποίο αποσελεί και σο παπάπσημα σηρ παποόςαρ διπλψμασικήρ επγαςίαρ, δίνεσαι η μονσελοποίηςη μέςψ σοτ SIMULINK σοτ ανσιςσπουέα πηγήρ σάςηρ με λεισοτπγία PWM, ενύ παπάλληλα γίνεσαι αναυοπά ςσιρ διακοπσικέρ απύλειερ σψν αςόγφπονψν κινησήπψν ϋσαν ατσοί σπουοδοσοόνσαι με σην σάςη εξϋδοτ ενϋρ inverter με pwm διαμϋπυψςη, αλλά και σψν ανσιςσπουέψν πηγήρ σάςηρ, οι οποίοι αποσέλεςαν και κτπίαπφο ανσικείμενο μελέσηρ. 9

10 ΕΤΦΑΡΙΣΙΕ Θα ήθελα να ετφαπιςσήςψ κασαπφήν σην επιβλέποτςα καθηγήσπια Δπ. Μηφανικϋ κα. Σζϋγια Καππάσοτ για σην οτςιαςσική ςτνεπγαςία και καθοδήγηςή σηρ κασά σην εκπϋνηςη ατσήρ σηρ διπλψμασικήρ επγαςίαρ. Οι ςτμβοτλέρ σηρ και οι παπασηπήςειρ σηρ, ςε ςτνδταςμϋ με σιρ εξειδικετμένερ επιςσημονικέρ σηρ γνύςειρ, ςτνέβαλλαν ςσην πεπάσψςη ατσήρ σηρ επγαςίαρ και ςσην διαμϋπυψςη σοτ σελικοό αποσελέςμασορ. Ετφαπιςσύ επίςηρ, σον καθηγησή κ Επαμεινύνδα Μησπονίκα, ο οποίορ βοήθηςε ππϋθτμα με φπήςιμερ τποδείξειρ, καθύρ και σον μεσαπστφιακϋ υοισησή κ Ηλία Γεψπγακϋποτλο για σην απεπιϋπιςση πποθτμία σοτ να παπέφει κάθε δτνασή βοήθεια ςσην εκπϋνηςη σοτ πειπαμασικοό σμήμασορ σηρ διπλψμασικήρ επγαςίαρ ϋπψρ επίςηρ και σο τπϋλοιπο πποςψπικϋ σοτ Επγαςσηπίοτ Ηλεκσπομηφανικήρ Μεσασποπήρ Ενέπγειαρ για σην πποθτμία σοτ για βοήθεια και κτπίψρ σον καθηγησή και ππϋεδπο σοτ σμήμασορ κ Αθανάςιο αυάκα. Σέλορ, θα ήθελα να εκυπάςψ σην ετγνψμοςόνη μοτ ςσοτρ γονείρ μοτ Θψμά και Ελένη αλλά και ςσα αδέπυια μοτ, για σην ηθική και τλική σοτρ τποςσήπιξη, ϋφι μϋνο κασά σην εκπϋνηςη ατσήρ σηρ διπλψμασικήρ επγαςίαρ αλλά και ςε ϋλη σην διάπκεια σψν ςποτδύν μοτ. ε ατσοόρ θα ήθελα να αυιεπύςψ σην διπλψμασική μοτ επγαςία. ΒΑΗ ΝΙΚΟΛΑΟ ΙΟΤΛΙΟ

11 11

12 ΠΙΝΑΚΑ ΠΕΡΙΕΦΟΜΕΝΨΝ ΚΕΥΑΛΑΙΟ 1. ΑΤΓΦΡΟΝΕ ΜΗΦΑΝΕ 1.1 ΑΤΓΦΡΟΝΟ ΚΙΝΗΣΗΡΑ ΕΙΑΓΨΓΗ ΚΑΣΑΚΕΤΑΣΙΚΑ ΣΟΙΦΕΙΑ ΒΑΙΚΕ ΑΡΦΕ ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΑ ΑΤΓΦΡΟΝΗ ΜΗΦΑΝΗ ΤΦΝΟΣΗΣΑ ΚΑΙ ΟΛΙΘΗΗ ΕΛΕΓΦΟ ΚΙΝΗΣΗΡΨΝ ΕΠΑΓΨΓΗ ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΑ ΥΑΛΜΑΣΑ 28 ΚΕΥΑΛΑΙΟ2.ΗΛΕΚΣΡΟΝΙΚΟΙ ΜΕΣΑΣΡΟΠΕΙ ΙΦΤΟ ΓΙΑ ΤΣΗΜΑΣΑ ΟΔΗΓΗΗ ΑΤΓΦΡΟΝΨΝ ΚΙΝΗΣΗΡΨΝ 2.1 ΕΙΑΓΨΓΗ ΑΝΟΡΘΨΣΗ (Rectifier) ΣΡΙΥΑΙΚΟ ΑΝΟΡΘΨΣΗ ΔΙΟΔΨΝ ΠΛΗΡΟΤ ΚΤΜΑΣΟ (ΜΗ ΕΛΕΓΦΟΜΕΝΟ) ΕΛΕΓΦΟΜΕΝΟΙ ΑΝΟΡΘΨΣΕ ΣΡΙΥΑΙΚΟ ΑΝΟΡΘΨΣΗ ΘΤΡΙΣΟΡ ΠΛΗΡΟΤ ΚΤΜΑΣΟ ΜΕ ΕΛΕΓΦΟ ΣΗ ΓΨΝΙΑ ΕΝΑΤΗ ΑΝΟΡΘΨΣΕ ΜΕ ΔΙΑΜΟΡΥΨΗ ΕΤΡΟΤ ΠΑΛΜΨΝ (PWM RECTIFIERS) ΑΝΟΡΘΨΣΕ ΣΑ ΤΣΗΜΑΣΑ ΚΙΝΗΗ ΜΕΣΑΒΛΗΣΗ ΣΑΦΤΣΗΣΑ ΑΝΣΙΣΡΟΥΕΑ (INVERTER) ΕΙΑΓΨΓΗ ΣΡΙΥΑΙΚΟ ΑΝΣΙΣΡΟΥΕΑ ΠΗΓΗ ΣΑΕΨ ΣΟΠΟΛΟΓΙΑ ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΑ ΜΕ ΣΕΣΡΑΓΨΝΙΚΟ ΠΑΛΜΟ ΣΑΕΨ (SQUARE WAVE MODE OF OPERATION) ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΑ ΜΕ ΔΙΑΜΟΡΥΨΗ ΕΤΡΟΤ ΠΑΛΜΨΝ (PWM MODE OF OPERATION) ΣΕΦΝΙΚΗ PWM ΗΜΙΣΟΝΟΕΙΔΗ PWM SPACE VECTOR PWM 67 12

13 ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΠΕΡΙΟΦΗ ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΑ ΣΟΤ ΑΝΣΙΣΡΟΥΕΑ (0<MODULATION INDEX<0,907) ΠΕΡΙΟΦΗ ΤΠΕΡΔΙΑΜΟΡΥΨΗ ΔΙΑΜΟΡΥΨΗ ΕΤΡΟΤ ΠΑΛΜΨΝ ΜΕ ΕΛΕΓΦΟ ΡΕΤΜΑΣΟ Ε ΖΨΝΗ ΤΣΕΡΗΗ ΠΑΡΕΝΕΡΓΕΙΕ ΑΠΟ ΣΗ ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΑ ΜΕΣΑΣΡΟΠΕΨΝ Ε ΤΣΗΜΑΣΑ ΟΔΗΓΗΗ ΜΕΣΑΒΛΗΣΗ ΣΑΦΤΣΗΣΑ 81 ΚΕΥΑΛΑΙΟ 3. ΚΙΝΗΣΗΡΑ ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΑ ΕΞΟΜΟΙΨΗ ΣΡΙΥΑΙΚΟΤ ΑΤΓΦΡΟΝΟΤ 3.1 ΕΙΑΓΨΓΗ ΣΕΦΝΙΚΑ ΦΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΑ ΚΙΝΗΣΗΡΑ ΔΗΜΙΟΤΡΓΙΑ ΚΨΔΙΚΑ ΓΙΑ ΣΗΝ ΣΡΟΥΟΔΟΙΑ ΑΝΑΛΤΗ ΣΟΤ ΚΨΔΙΚΑ ΔΤΝΑΜΙΚΗ ΑΝΑΛΤΗ ΚΙΝΗΣΗΡΑ ΦΨΡΙ ΥΑΛΜΑ ΚΙΝΗΣΗΡΑ ΜΕ ΥΑΛΜΑ ΣΟ ΔΑΚΣΤΛΙΟ ΒΡΑΦΤΚΤΚΛΨΗ 105 ΚΕΥΑΛΑΙΟ 4. ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΗ ΔΙΑΣΑΞΗ-ΜΕΣΡΗΕΙ 4.1 ΕΙΑΓΨΓΗ ΣΕΦΝΙΚΑ-ΚΑΣΑΚΕΤΑΣΙΚΑ ΦΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΑ ΚΙΝΗΣΗΡΨΝ ΤΛΟΠΟΙΗΗ ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΗ ΔΙΑΣΑΞΗ ΜΗΦΑΝΙΚΗ ΚΑΣΑΚΕΤΗ ΗΛΕΚΣΡΙΚΟ ΚΤΚΛΨΜΑ ΣΡΙΥΑΙΚΟ ΑΝΣΙΣΡΟΥΕΑ ΠΗΓΗ ΣΑΗ ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΕ ΜΕΣΡΗΕΙ ΜΕΣΡΗΕΙ ΣΗΝ ΜΗΦΑΝΗ ΦΨΡΙ ΥΑΛΜΑ ΜΕΣΡΗΕΙ ΣΗΝ ΜΗΦΑΝΗ ΜΕ ΥΑΛΜΑ 123 ΚΕΥΑΛΑΙΟ 5. ΕΠΕΞΕΡΓΑΙΑ ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΨΝ ΤΓΚΡΙΗ ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΨΝ ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΨΝ ΜΕ ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΑ ΑΝΑΛΤΗ 5.1 ΕΙΑΓΨΓΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΙΑ ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΨΝ ΕΞΟΜΟΙΨΗ ΑΝΑΛΤΗ FFT ΡΕΤΜΑΣΟ ΚΑΙ ΣΑΗ ΣΑΣΗ ΤΓΙΟΤ ΚΙΝΗΣΗΡΑ ΚΑΙ ΚΙΝΗΣΗΡΑ ΜΕ ΥΑΛΜΑ ΣΟΝ ΔΡΟΜΕΑ ΑΝΑΛΤΗ FFT ΡΟΠΗ ΣΟΟ ΣΗΝ ΠΕΡΙΠΣΨΗ ΤΓΙΟΤ ΚΙΝΗΣΗΡΑ ΟΟ ΚΑΙ ΣΗΝ ΠΕΡΙΠΣΨΗ ΚΙΝΗΣΗΡΑ ΜΕ ΥΑΛΜΑ ΣΟΝ ΔΡΟΜΕΑ

14 5.3 ΕΠΕΞΕΡΓΑΙΑ ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΨΝ ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΨΝ ΑΝΑΛΤΗ FFT ΡΕΤΜΑΣΟ ΣΑΣΗ ΤΓΙΟΤ ΚΙΝΗΣΗΡΑ ΚΑΙ ΚΙΝΗΣΗΡΑ ΜΕ ΥΑΛΜΑ ΣΟΝ ΔΡΟΜΕΑ 149 ΚΕΥΑΛΑΙΟ 6. ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ 6.1 ΜΟΝΣΕΛΟΠΟΙΗΗ ΜΕΨ ΣΟΤ SIMULINK ΣΟΤ ΑΝΣΙΣΡΟΥΕΑ ΠΗΓΗ ΣΑΗ ΜΕ ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΑ PWM ΚΑΣΑΣΑΞΗ ΑΠΨΛΕΙΨΝ ΔΙΑΚΟΠΣΙΚΕ ΑΠΨΛΕΙΕ ΔΙΑΚΟΠΣΙΚΕ ΑΠΨΛΕΙΕ ΦΑΛΚΟΤ ΔΙΑΚΟΠΣΙΚΕ ΑΠΨΛΕΙΕ ΠΤΡΗΝΑ ΟΛΙΚΕ ΔΙΑΚΟΠΣΙΚΕ ΑΠΨΛΕΙΕ ΑΠΨΛΕΙΕ ΣΟΝ ΣΡΙΥΑΙΚΟ ΑΝΣΙΣΡΟΥΕΑ ΠΗΓΗ ΣΑΕΨ 163 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΥΙΑ

15 Κευάλαιο 1: Αςόγφπονερ Μηφανέρ 1.1 Αςόγφπονορ κινησήπαρ Διζαγωγή Η φπήςη και η αξιοποίηςη σηρ ενέπγειαρ είναι μια ςημανσική ςτνιςσύςα ςση βελσίψςη σηρ ποιϋσησαρ σηρ ζψήρ μαρ. Η ηλεκσπική ενέπγεια είναι μια μοπυή ενέπγειαρ η οποία ςτνδέεσαι με σην παποτςία ή σην κίνηςη ηλεκσπικύν υοπσίψν. Είναι μια πολό φπήςιμη μοπυή ενέπγειαρ γιασί μποπεί εόκολα και αποδοσικά να μεσασπαπεί ςε άλλερ μοπυέρ. Η μεσασποπή ενέπγειαρ απϋ ση μηφανική ςσην ηλεκσπική μοπυή και ανσιςσπϋυψρ γίνεσαι μέςψ σψν ηλεκσπικύν μηφανύν. Ο ϋπορ ηλεκσπική μηφανή αποδίδεσαι ςτνήθψρ ςσιρ ςτςκετέρ με σιρ οποίερ ππαγμασοποιείσαι «ηλεκσπομηφανική μεσασποπή» δηλαδή ηλεκσπική ενέπγεια μεσασπέπεσαι ςε μηφανική («Κινησήπερ») ή ανσίςσπουα μηφανική ενέπγεια ςε ηλεκσπική («Γεννήσπιερ»). Σα κόπια μέπη μιαρ μηφανήρ είναι : Ο πτπήναρ ο οποίορ κασαςκετάζεσαι απϋ ςιδηπομαγνησικϋ τλικϋ με μεγάλη μαγνησική διαπεπασϋσησα και αποσελεί σο βαςικϋ μέπορ σοτ «μαγνησικοό κτκλύμασορ». Σα στλίγμασα ποτ αποσελοόνσαι απϋ κασάλληλα μονψμένοτρ αγψγοόρ. Σο μαγνησικϋ κόκλψμα φπηςιμεόει για ση ςτγκένσπψςη σηρ μαγνησικήρ ποήρ ποτ δημιοτπγοόν σα πεόμασα ποτ διαππέοτν σα στλίγμασα ύςσε με σην αλληλεπίδπαςη σψν δημιοτπγοόμενψν πεδίψν να επιστγφάνεσαι η «ηλεκσπομηφανική μεσασποπή» ςόμυψνα με σοτρ νϋμοτρ σοτ ηλεκσπομαγνησιςμοό. Ψρ απφή σηρ ιςσοπίαρ σψν ηλεκσπικύν μηφανύν μποπεί να θεψπηθεί σο έσορ 1820 ϋσαν οι Oersted και Ampere ανακάλτχαν ση ςφέςη μεσαξό ηλεκσπικοό πεόμασορ και μαγνησικοό πεδίοτ. Ση ςφέςη ατσή φπηςιμοποίηςε ο Faraday και ση ςτμπλήπψςε με σο βαςικϋ νϋμο σηρ μαγνησικήρ επαγψγήρ σο Δημιοτπγήθηκαν έσςι οι βάςειρ σοτ ηλεκσπομαγνησιςμοό οι οποίερ βπήκαν ση θεψπησική σοτρ ολοκλήπψςη 15

16 απϋ σο Maxwell σο Ακολοόθηςε μια ςειπά ευετπέςεψν η οποία μποπεί να θεψπηθεί ϋσι άπφιςε σο 1856 με σην κασαςκετή σοτ ππύσοτ «επαγψγικοό κινησήπα» σψν μηφανύν τνεφοόρ Ρεόμασορ απϋ σο Werner von Siemens και ολοκληπύθηκε σο 1888 με σην ανακάλτχη σοτ «κινησήπα επαγψγήρ» απϋ σοτρ G.Ferraris και N.Tesla. Με σην ανακάλτχη σοτ θτπίςσοπ (1958) σην οποία ακολοόθηςε ςειπά άλλψν ημιαγψγικύν ςσοιφείψν ιςφόορ, απφίζοτν να αναπσόςςονσαι ςόνθεσερ διασάξειρ ελέγφοτ σψν ηλεκσπικύν μηφανύν με σιρ οποίερ ικανοποιοόνσαι οι ςτνεφύρ ατξανϋμενερ ανάγκερ σϋςο ςε βιομηφανικϋ σομέα ϋςο και ςε πλήθορ άλλερ ευαπμογέρ. ήμεπα οι ηλεκσπικέρ μηφανέρ ποτ κασαςκετάζονσαι ςε βιομηφανική κλίμακα είναι κτπίψρ οι εξήρ: Οι «όγφπονερ μηφανέρ» ποτ κτπίψρ φπηςιμοποιοόνσαι ψρ γεννήσπιερ για σην παπαγψγή ηλεκσπικήρ ενέπγειαρ. Οι «Αςόγφπονερ μηφανέρ» ποτ κτπίψρ φπηςιμοποιοόνσαι ψρ κινησήπερ ςε βιομηφανικέρ εγκασαςσάςειρ Οι «Μηφανέρ τνεφοόρ Ρεόμασορ» σψν οποίψν η φπήςη πεπιοπίζεσαι ϋποτ απαισείσαι έλεγφορ ςσπουύν. Οι «Κινησήπερ Έλξεψρ» ποτ φπηςιμοποιοόνσαι ςε μεσαυοπικά μέςα ποτ λεισοτπγοόν με ςτφνϋσησα 16 2/3 ή 25Hz. Οι «Κινησήπερ Μικπήρ Ιςφόορ» ποτ φπηςιμοποιοόνσαι ςσιρ οικιακέρ και παπϋμοιερ ςτςκετέρ καθύρ και ειδικοί ελεγφϋμενοι μικποί κινησήπερ με μεγάλερ απαισήςειρ ακπιβείαρ ποτ φπηςιμοποιοόνσαι ςε ιασπικά μηφανήμασα Καηαζκεσαζηικά ζηοιτεία Μια ηλεκσπική μηφανή επαγψγήρ αποσελείσαι οτςιαςσικά απϋ ένα ςσαθεπϋ μέπορ σο ςσάση ο οποίορ υέπει ςσιρ αόλακέρ σοτ ένα μονουαςικϋ, διυαςικϋ ή σπιυαςικϋ σόλιγμα και ένα ςσπευϋμενο μέπορ, σο δπομέα. Οι μηφανέρ επαγψγήρ μποποόν να λεισοτπγήςοτν σϋςο ςαν κινησήπερ ϋςο και ςαν γεννήσπιερ. αν γεννήσπιερ ϋμψρ ςπάνια φπηςιμοποιοόνσαι για λϋγοτρ οικονομικοόρ. 16

17 Όσαν σο σόλιγμα σοτ ςσάση σοτ σπιυαςικοό κινησήπα σπουοδοσείσαι απϋ ςτμμεσπική σπιυαςική πηγή θα δημιοτπγηθεί ςσο διάκενο μαγνησικϋ πεδίο ποτ ςσπέυεσαι με ση ςόγφπονη σαφόσησα. Σο ςσπευϋμενο μέπορ σοτ διακένοτ επάγει σάςειρ ςσα στλίγμασα σοτ δπομέα σο οποίο αποσελείσαι απϋ κλειςσά κτκλύμασα. Οι σάςειρ ατσέρ έφοτν ψρ αποσέλεςμα ση ποή πετμάσψν ςσα στλίγμασα σοτ δπομέα και ση δημιοτπγία κόμασορ ΜΕΔ σο οποίο ςσπέυεσαι ψρ ππορ σο ςσάση με ση ςόγφπονη σαφόσησα. Η αλληλεπίδπαςη σψν δόο πεδίψν ςσάση και δπομέα ή σοτ ςτνιςσαμένοτ πεδίοτ σοτ διακένοτ και σοτ πεδίοτ σοτ δπομέα πποκαλεί σην ποπή σηρ αςόγφπονηρ μηφανήρ. Η πολτυαςική μηφανή επαγψγήρ ϋσαν ο δπομέαρ μένει ακίνησορ μποπεί να θεψπηθεί ςαν μεσαςφημασιςσήρ ςσον οποίο σο εναλλαςςϋμενο πεδίο έφει ανσικασαςσαθεί απϋ ςσπευϋμενο πεδίο. Η μϋνη διαυοπά είναι η όπαπξη σοτ διακένοτ ςση μηφανή επαγψγήρ η οποία για ατσϋ απαισεί πολό μεγαλόσεπο πεόμα διεγέπςεψρ ποτ υθάνει σο 40% σοτ ονομαςσικοό πεόμασορ ατσήρ. Για σον, κασά σο δτνασϋ, πεπιοπιςμϋ σηρ ςτνιςσάμενηρ ΜΕΔ σοτ διακένοτ ποτ είναι αναγκαία για σην δημιοτπγία σοτ πεδίοτ σοτ διακένοτ λαμβάνονσαι οπιςμένα κασαςκεταςσικά μέσπα ϋπψρ οι ατλακύςειρ σοτ ςσάση διαμοπυύνονσαι μιςϋκλειςσερ, ενύ σοτ δπομέα μιςϋκλειςσερ ή σελείψρ κλειςσέρ και σο διάκενο μεσαξό ςσάση και δπομέα γίνεσαι μικπϋ. Οι σπιυαςικέρ αςόγφπονερ μηφανέρ κασαςκετάζονσαι με σπειρ σόποτρ δπομέψν, σόλιγμα κλψβοό ή βπαφτκτκλψμένορ δπομέαρ, με δακστλιουϋπο δπομέα και με δπομείρ φψπίρ ατλακύςειρ. Σόλιγμα κλψβοό : Αποσελεί σο απλοόςσεπο σόλιγμα για σο δπομέα ενϋρ κινησήπα επαγψγήρ. Σο σόλιγμα αποσελείσαι απϋ απιθμϋ πάβδψν απϋ αλοτμίνιο ή φαλκϋ κασά ση διεόθτνςη σοτ άξονα ή με κάποια κλίςη ψρ ππορ σον άξονα, οι οποίερ βπαφτκτκλύνονσαι ςσα δόο άκπα με δακστλίοτρ απϋ σο ίδιο τλικϋ. Ο κλψβϋρ απϋ αλοτμίνιο κασαςκετάζεσαι με φόσετςη κι ο κλψβϋρ απϋ φαλκϋ ςτνσίθεσαι απϋ σιρ πάβδοτρ. Σο σόλιγμα κλψβοό με S 2 πάβδοτρ μποπεί να θεψπηθεί ςαν ένα σόλιγμα με S 2 υάςειρ με μία πάβδο ανά υάςη. Έσςι οι S 2 υάςειρ ςτνδέονσαι κασά αςσέπα με σον ένα δακσόλιο ενύ με σον άλλο δακσόλιο 17

18 βπαφτκτκλύνονσαι. Μια άλλη θεύπηςη σοτ στλίγμασορ κλψβοό είναι ϋσι έφει S 2 p υάςειρ ϋποτ p ο απιθμϋρ πϋλψν σοτ ςτνεπγαζϋμενοτ ςσάση. Κάθε υάςη αποσελείσαι απϋ ςτγκενσπψμένα πηνία ενϋρ ελίγμασορ και με βήμα β=180 ο ηλεκσπικέρ μοίπερ, ενύ κάθε πηνίο είναι βπαφτκτκλψμένο. Όλα σα πηνία σοτ στλίγμασορ κλψβοό βπαφτκτκλύνονσαι ςσα δόο ακπαία σμήμασά σοτρ με σοτρ δακστλίοτρ. Ένα σόλιγμα κλψβοό μποπεί να φπηςιμοποιηθεί ςε κινησήπα με οποιοδήποσε απιθμϋ πϋλψν. Για ση βελσίψςη σψν ςτνθηκύν εκκινήςεψρ ο κλψβϋρ κασαςκετάζεσαι με τχηλέρ και ςσενέρ πάβδοτρ ή με διπλϋ κλψβϋ. Σόλιγμα δπομέα με δακστλίοτρ : Οι δπομείρ για κινησήπερ μέφπι 10kW έφοτν ςτμμεσπικά σπιυαςικά στλίγμασα ϋπψρ ατσά ποτ φπηςιμοποιοόνσαι ςσο ςσάση. Για δπομείρ κινησήπψν μέςηρ ιςφόορ φπηςιμοποιοόνσαι ςφεδϋν πάνσοσε στλίγμασα με δόο ςσπύςειρ με δόο πλετπέρ πηνίοτ ςε κάθε αόλακα και με ακέπαιο ή κλαςμασικϋ απιθμϋ ατλακύςεψν ανά πολικϋ βήμα και υάςη. Η ςόνδεςη σψν σπιύν υάςεψν σοτ δπομέα γίνεσαι ςτνήθψρ κασά αςσέπα. Ο δπομέαρ με δακστλίοτρ ςτγκπινϋμενορ με σο δπομέα κλψβοό είναι πιο ακπιβϋρ διϋσι κασαπφήν απαισεί δακστλίοτρ χήκσπερ και ανσιςσάςειρ εκκινήςεψρ. Πλην ατσύν ςτφνά πποβλέπονσαι διασάξειρ οι οποίερ επισπέποτν μια ανόχψςη σψν χηκσπύν και βπαφτκόκλψςη σψν δακστλίψν μεσά σην επίσετξη σηρ εκκινήςεψρ. Επιπλέον σο σόλιγμα κλψβοό έφει λιγϋσεπο αγύγιμο τλικϋ απϋ σο σόλιγμα δπομέα με δακστλίοτρ για σην ίδια ιςφό. Δπομείρ φψπίρ αόλακερ : Οι δπομείρ ατσοί κασαςκετάζονσαι ςτνήθψρ απϋ ολϋςψμο ςίδηπο ϋποτ επάγονσαι δινοππεόμασα ύςσε να πποκόχει φπήςιμη ποπή. Εν σοόσοιρ ο βαθμϋρ αποδϋςεψρ, ο ςτνσελεςσήρ ιςφόορ και η ικανϋσησα τπεπυοπσίςεψρ ενϋρ σέσοιοτ κινησήπα δεν είναι ετνοωκοί. Οι κινησήπερ με ολϋςψμοτρ δπομείρ φπηςιμοποιοόνσαι για ςτςσήμασα κινήςεψρ με τχηλϋ απιθμϋ ςσπουύν ανά λεπσϋ επειδή έφοτν μεγάλη μηφανική ανσοφή. Αναπσόςςοτν ςφεσικύρ μεγάλη ποπή εκκινήςεψρ και μικπϋ πεόμα εκκινήςεψρ. Για σην βελσίψςη σψν ιδιοσήσψν σοτρ ενίοσε κασαςκετάζεσαι ο δπομέαρ απϋ ςσπύμασα κασάλληλψν 18

19 τλικύν. Η απλοόςσεπη κασαςκετή ατσοό σοτ σόποτ είναι η σοποθέσηςη υόλλοτ φαλκοό επί σηρ κτλινδπικήρ επιυάνειαρ σοτ ολϋςψμοτ ςιδήποτ. Σέλορ, οι κινησήπερ πολό μικπήρ ιςφόορ για σα ςτςσήμασα ατσομάσοτ ελέγφοτ έφοτν σον ςίδηπο ςσο δπομέα ακίνησο, ενύ σο ςσπευϋμενο μέπορ σοτ δπομέα κασαςκετάζεσαι απϋ αλοτμίνιο, έφει δε ση μοπυή κτπέλλοτ με ένα μϋνο έδπανο. Σο κόπελλο πεπιβάλλει σο ςιδεπένιο ακίνησο μέπορ σοτ δπομέα, ενύ ο ςσάσηρ απϋ ςίδηπο πεπιβάλλει σο κόπελλο. Η αναλτσική απεικϋνιςη μιαρ μηφανήρ επαγψγήρ σόποτ κλψβοό υαίνεσαι ςσο ςφήμα 1.σο ςφήμα 2ακαι 2β υαίνεσαι κασάλληλη σομή μιαρ σέσοιαρ μηφανήρ ποτ επισπέπει σην παπασήπηςη σψν πεπιςςοσέπψν μεπύν σηρ κασαςκετήρ φ.1 Αναλτσική απεικϋνιςη σηρ μηφανήρ επαγψγήρ με δπομέα σόποτ κλψβοό 1. Πεπίβλημα σηρ μηφανήρ (πλαίςιο) 2. ποτλεμάν 3. Πλαίςιο ςτγκπάσηςηρ σοτ ποτλεμάν 4. Ανεμιςσήπαρ χόξεψρ 5. Πεπίβλημα ανεμιςσήπα 6. Κιβύσιο ακποδεκσύν 7. Πτπήναρ σοτ ςσάση 8. Στλίγμασα σοτ ςσάση μη οπασά 9. Δπομέαρ 10. Άξοναρ δπομέα 19

20 φ.2α,2β Δπομέαρ σόποτ βπαφτκτκλψμένοτ κλψβοό. Υαίνονσαι οι πάβδοι σοτ δπομέα και οι δακσόλιοι βπαφτκόκλψςηρ 20

21 φ.3δπομείρ σόποτ βπαφτκτκλψμένοτ κλψβοό κινησήπα επαγψγήρ σοτ εμποπίοτ Βαζικές αρτές λειηοσργίας ηριθαζικής Α.Μ [2,3,4] Σο πεόμα ποτ διαππέει σα σπία στλίγμασα σοτ ςσάση έφει ςτφνϋσησα f s ποτ δημιοτπγεί ένα ςσπευϋμενο μαγνησικϋ πεδίο ςσο διάκενο μεσαξό ςσάση και δπομέα. Σο πεδίο ατσϋ ςσπέυεσαι με σην ςόγφπονη σαφόσησα n s fs p (1.1) ϋποτ p είναι ο απιθμϋρ ζετγύν πϋλψν. Σο ςσπευϋμενο μαγνησικϋ πεδίο είναι μια κόμανςη, δηλαδή είναι μια ςτνάπσηςη φπϋνοτ και σϋποτ και πεπιγπάυεσαι απϋ σην ακϋλοτθη εξίςψςη 21

22 x B( x, t) B sin t (1.2) max p σ p= απϋςσαςη μεσαξό δόο διαδοφικύν πϋλψν. x = απϋςσαςη επί σηρ πεπιυέπειαρ σοτ εςψσεπικοό κόκλοτ, ποτ ςφημασίζεσαι κασά σην εγκάπςια σομή σοτ ςσάση, τπολογιςμένη απϋ οπιςμένο ςημείο ποτ επιλέγεσαι ελεόθεπα. t = φπϋνορ. ψ= 2πf s Πποϊπϋθεςη για να δημιοτπγηθεί ένα ςσπευϋμενο μαγνησικϋ πεδίο με ςσαθεπϋ εόπορ και ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν είναι η όπαπξη σπιύν ςτμμεσπικύν στλιγμάσψν σοποθεσημένψν κασά 120 μεσαξό σοτρ ςσο φύπο και σπουοδοσοόμενψν απϋ ημισονοειδέρ ςόςσημα σάςεψν με διαυοπά υάςηρ 120 μεσαξό σοτρ. Σο πεδίο σοόσο επάγει ςσο δπομέα σηρ Α.Μ. πεόμασα, σα οποία ςφημασίζοτν με σο ίδιο σο πεδίο ηλεκσπομαγνησική ποπή, ποτ να σείνει να πεπιςσπέχει σο δπομέα κασά ση υοπά σοτ πεδίοτ και να ανσιςσαθεί ςσο αίσιο ποτ πποκάλεςε σην κίνηςη. Επομένψρ ο δπομέαρ πποςπαθεί να υσάςει σο ςσπευϋμενο πεδίο, ύςσε μϋλιρ γίνει η ςφεσική σαφόσησα μηδέν, να μηδενιςσεί και σο πεόμα. Δεν κασοπθύνει να υσάςει ϋμψρ ποσέ σο μαγνησικϋ πεδίο, δηλαδή δεν αποκσά ποσέ ςόγφπονη σαφόσησα n s, διϋσι σϋσε δεν θα είφαμε πεόμα εξ επαγψγήρ και η ποπή θα ήσαν μηδέν. ε μια ιδανική κασάςσαςη (μηδενικϋ υοπσίο) θα είφαμε ςόγφπονη σαφόσησα. Λέμε λοιπϋν, ϋσι ο δπομέαρ παποτςιάζει κάποια ολίςθηςη s δηλαδή πεπιςσπέυεσαι αςόγφπονα. Απϋ εδύ πποέπφεσαι και σο ϋνομα Αςόγφπονη Μηφανή. Εάν ο δπομέαρ πεπιςσπέυεσαι με οπιςμένη 22

23 ολίςθηςη και ατξηθεί σο υοπσίο, σϋσε θα ατξηθεί η ολίςθηςη, δηλαδή θα μειψθεί ο απιθμϋρ ςσπουύν σηρ μηφανήρ. Σο πεόμα εξ επαγψγήρ και μέςο ατσοό και η ποπή ατξάνεσαι. Η αόξηςη ατσή γίνεσαι μέφπι ενϋρ οπιςμένοτ ςημείοτ, σο οποίο ονομάζεσαι ςημείο ανασποπήρ, η δε ανσιςσοιφοόςα ποπή λέγεσαι ποπή ανασποπήρ και η ανσίςσοιφη ολίςθηςη λέγεσαι ολίςθηςη ανασποπήρ. Πέπα απϋ σο ςημείο ατσϋ η ποπή μειύνεσαι, έσςι η ποπή ανασποπήρ είναι η μέγιςση δτνασή ποπή σηρ Α.Μ. Η πεπιοφή απϋ σον ςτγφπονιςμϋ μέφπι σο ςημείο ανασποπήρ λέγεσαι πεπιοφή ετςσάθειαρ. Έξψ απϋ σην πεπιοφή ατσή και για σαφόσησερ μικπϋσεπερ σηρ ςόγφπονηρ επικπασεί αςσάθεια. Εάν ο δπομέαρ ςσπέυεσαι με σαφόσησα μεγαλόσεπη σοτ ςσπευϋμενοτ πεδίοτ, σϋσε η μηφανή λεισοτπγεί ψρ γεννήσπια, δηλαδή πποςυέπει μέςο σοτ ςσάση ππορ σο δίκστο ηλεκσπική ενέπγεια, η δε ολίςθηςη γίνεσαι απνησική. Τπάπφει και μια σπίση κασάςσαςη λεισοτπγίαρ, η οποία είναι φαπακσηπιςσική κασά σην ακϋλοτθη ευαπμογή : Έναρ κινησήπαρ πποςπαθεί να αντχύςει ένα υοπσίο. Έςσψ ϋσι σο υοπσίο δημιοτπγεί μια ηλεκσπομαγνησική ποπή μεγαλόσεπη ποπή μεγαλόσεπη απϋ εκείνη ποτ μποπεί να παπάγει ο κινησήπαρ. Σϋσε ο δπομέαρ αναγκάζεσαι να ςσπαυεί ςε ανσίθεση υοπά απϋ εκείνη ποτ «ήθελε» ατσϋρ. Η ολίςθηςη παπαμένει θεσική, αλλά μεγαλόσεπη απϋ σην ολίςθηςη σηρ πεπιοφήρ, ϋποτ λεισοτπγεί η μηφανή ψρ κινησήπαρ. Η πεπιοφή ατσή φαπακσηπίζεσαι απϋ σο γεγονϋρ, ϋσι η αςόγφπονη μηφανή δέφεσαι ενέπγεια και απϋ σο δίκστο ππορ σο ςσάση (ηλεκσπική ενέπγεια) και απϋ σο μηφανικϋ υοπσίο ςσον άξονα (μηφανική ενέπγεια) και ονομάζεσαι πεπιοφή πέδηρ. 23

24 Οι πιο πάνψ κασαςσάςειρ λεισοτπγίαρ σηρ αςόγφπονηρ μηφανήρ, υαίνονσαι ςσην καμπόλη M e=f(n) ή Μ e=f(s) ςσο ςφήμα (φ. 1.1), η οποία παπιςσάνει σην ηλεκσπομαγνησική ποπή μιαρ αςόγφπονηρ μηφανήρ ψρ ςτνάπσηςη σψν ςσπουύν ή σηρ ολίςθηςηρ: φ.4 Φαπακσηπιςσική καμπόλη ποπήρ-σαφόσησαρ μιαρ Α.Μ[2] τφνϋσησα και ολίςθηςη [2] Εάν ο ςσάσηρ μιαρ Α.Μ σπουοδοσείσαι απϋ σο δίκστο και ο δπομέαρ είναι ανοικσϋρ σϋσε η μηφανή πποςλαμβάνει σο πεόμα εν κενύ, σο οποίο καλόπσει θεπμικέρ απύλειερ και δημιοτπγεί σο μαγνησικϋ πεδίο. Εάν n είναι η σαφόσησα σοτ δπομέα, σϋσε ατσϋρ ςφεσικά ππορ σο ςσπευϋμενο πεδίο ςσπέυεσαι με σην ακϋλοτθη σαφόσησα: n n n (1.3) R s 24

25 Σα εναλλαςςϋμενα ηλεκσπικά μεγέθη σοτ δπομέα έφοτν ση ςτφνϋσησα: f pn (1.4) R R Είναι ατσονϋησο ϋσι ιςφόει η ςφέςη: n n n (1.5) s R Απϋ σην οποία μέςο πολλαπλαςιαςμοό, με σον απιθμϋ σψν ζετγύν σψν πϋλψν παίπνοτμε σην εξίςψςη σψν ςτφνοσήσψν: f f pn (1.6) s R f s = ςτφνϋσησα ςσάση f R= ςτφνϋσησα δπομέα n= απιθμϋρ ςσπουύν δπομέα Εάν ο δπομέαρ ςσπέυεσαι ανσίθεσα ππορ ση υοπά σοτ μαγνησικοό πεδίοτ σϋσε σο n γίνεσαι απνησικϋ. Ένα άλλο ςποτδαίο μέγεθορ σηρ Α.Μ. είναι η ολίςθηςη, η οποία οπίζεσαι απϋ σην εξίςψςη: s ns n n n n s R s (1.7) Σο μέγεθορ s εκυπάζει σην ποςοςσιαία διαυοπά σηρ σαφόσησαρ σοτ δπομέα απϋ ση ςόγφπονη σαφόσησα σοτ ςσπευϋμενοτ μαγνησικοό πεδίοτ. σην κασάςσαςη ηπεμίαρ έφοτμε n=0 και επομένψρ s=1, ενύ για n=n s έφοτμε s=0. Εάν ο δπομέαρ ςσπαυεί γπηγοπϋσεπα απϋ σο ςσπευϋμενο πεδίο (n>n s), σϋσε η ολίςθηςη γίνεσαι απνησική (μηφανή 25

26 λεισοτπγεί ςαν γεννήσπια). Απϋ σιρ ςφέςειρ (1.6) και (1.7) πποκόπσει η ςφέςη: s f f R s (1.8) ποτ ςτνδέει σιρ δόο ςτφνϋσησερ f s και f R με σην ολίςθηςη Έλεγτος αζύγτρονων κινηηήρων Οι κινησήπερ επαγψγήρ εξαισίαρ σηρ απλϋσησάρ σοτρ βπίςκοτν πολλέρ ευαπμογέρ. Παπϋλα ατσά έφοτν σο μειονέκσημα, ςε ανσίθεςη με σοτ κινησήπερ ςτνεφοόρ πεόμασορ, ϋσι η σαφόσησα με σην οποία ςσπέυονσαι δεν μποπεί να μεσαβάλλεσαι επαπκύρ ςε ένα μεγάλο εόπορ σιμύν, για διάυοπερ κασαςσάςειρ λεισοτπγίαρ. σην παποόςα παπάγπαυο θα γίνει μια αναυοπά ςσοτρ δτνασοόρ σπϋποτρ ελέγφοτ σψν ςσπουύν επαγψγικύν κινησήπψν. Μέθοδορ αλλαγήρ σοτ απιθμοό σψν πϋλψν: ε ατσή σην μέθοδο σα στλίγμασα σοτ ςσάση είναι ςφεδιαςμένα με σέσοιο σπϋπο ύςσε αλλάζονσαρ σιρ ςτνδέςειρ ςσα διάυοπα πηνία, οι άκπερ σψν οποίψν βπίςκονσαι έξψ απϋ σον κινησήπα, μποποόμε να αλλάζοτμε σον απιθμϋ σψν πϋλψν με μια ςφέςη 2:1. Ατσϋ έφει ψρ ςτνέπεια δόο διαυοπεσικέρ ςόγφπονερ σαφόσησερ. Μέθοδορ μεσαβολήρ σηρ ςτφνϋσησαρ: Γνψπίζοτμε πψρ η ςόγφπονη σαφόσησα είναι ανάλογη σηρ ςτφνϋσησαρ. Επομένψρ μεσαβάλλονσαρ με σην ςτφνϋσησα σπουοδοςίαρ σηρ σάςηρ, σϋσε αλλάζοτμε και σην ςόγφπονη σαφόσησα σοτ κινησήπα. Παπάλληλα ϋμψρ, η μέγιςση αναπστςςϋμενη ποπή είναι ανσιςσπϋυψρ ανάλογη σηρ ςόγφπονηρ σαφόσησαρ. Επομένψρ αν επιθτμοόμε (ςφεδϋν) ςσαθεπή μέγιςση ποπή, θα ππέπει να διασηποόμε σον λϋγο σηρ σάςηρ σπουοδοςίαρ ππορ σην ςτφνϋσησα σπουοδοςίαρ ςσαθεπϋ 26

27 Μέθοδορ μεσαβολήρ σηρ ολίςθηςηρ: Η μεσαβολή σηρ σαφόσησαρ πεπιςσπουήρ ςε κινησήπα επαγψγήρ μποπεί να γίνει κασανοησή με σο παπακάσψ ςφήμα Στ 5. Έλεγτος ζηροθών με αλλαγή ηης ολίζθηζης Η διακεκομμένη καμπόλη δείφνει σην φαπακσηπιςσική ποπήρ-ςσπουύν σοτ υοπσίοτ. Η ςτνεφϋμενερ καμπόλερ είναι οι φαπακσηπιςσικέρ ποπήρ ςσπουύν σοτ κινησήπα για διάυοπερ ςτνθήκερ λεισοτπγίαρ, ϋπψρ είναι διαυοπεσικέρ ανσιςσάςειρ πϋσοπα R, R και διαυοπεσικέρ σάςειρ 27 ' '' 2 R2, ςσάσοπα V 1,V2. Άπα, αυοό έφοτμε 4 διαυοπεσικέρ καμπόλερ ςσπουύνποπήρ, ο κινησήπαρ μποπεί να δοτλέχει ςε οποιαδήποσε απϋ σιρ σέςςεπιρ σαφόσησερ N 1, N 2, N 3, N 4. Ππέπει να ςημειύςοτμε πψρ ετςσαθέρ ςημείο λεισοτπγίαρ είναι ςσα δεξιά σοτ ςημείοτ σηρ μέγιςσηρ ποπήρ. σην ππάξη η ολίςθηςη μποπεί να μεσαβληθεί με μία απϋ σιρ παπακάσψ μεθϋδοτρ: 1.Με μεσαβολή σηρ σάςηρ σοτ ςσάση: Αυοό η αναπστςςϋμενη ηλεκσπομαγνησική ποπή είναι ανάλογη σοτ σεσπαγύνοτ σηρ σάςηρ, μποποόμε να έφοτμε διαυοπεσικέρ καμπόλερ ςσπουύν-ποπήρ για διαυοπεσικέρ σάςειρ σπουοδοςίαρ. Επομένψρ για δεδομένη ανσίςσαςη πϋσοπα (π.φ. R 2 ) έφοτμε δόο διαυοπεσικέρ καμπόλερ λεισοτπγίαρ, για δόο διαυοπεσικέρ σάςειρ σπουοδοςίαρ, ϋπψρ υαίνεσαι ςσο παπαπάνψ ςφήμα. Επομένψρ ο κινησήπαρ μποπεί να ςε Ν2 ή Ν4 ςσπουέρ. Ο απιθμϋρ ''' 2

28 σψν ςσπουύν μποπεί να μεσαβάλλεσαι ςτνεφύρ, εάν τπάπφει δτνασϋσησα ςτνεφοόρ μεσαβολήρ σηρ σάςηρ σπουοδοςίαρ. Η μέθοδορ ατσή βπίςκει ευαπμογή ςε κινησήπερ σόποτ κλψβοό και δακστλιουϋποτ δπομέα. 2.Με μεσαβολή σηρ ανσίςσαςηρ σοτ πϋσοπα: Η μέθοδορ ατσή ευαπμϋζεσαι ςε κινησήπερ δακστλιουϋποτ δπομέα με δακστλίοτρ.η επίδπαςη σηρ ειςαγψγήρ εξψσεπικύν ανσιςσάςεψν υαίνεσαι ςσο ςφήμα 5. Για σο δεδομένο υοπσίο τπάπφοτν 3 ετςσαθείρ κασαςσάςειρ λεισοτπγίαρ. Με ςτνεφή μεσαβολή σψν εξψσεπικύν ανσιςσάςεψν πεστφαίνοτμε ςτνεφή μεσαβολή σηρ σαφόσησαρ πεπιςσπουήρ σοτ κινησήπα. 1.2 ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΑ ΜΕ ΥΑΛΜΑΣΑ Εςυαλμένη λεισοτπγία μηφανήρ επαγψγήρ πποκόπσει απϋ εςψσεπικά η εξψσεπικά αίσια και οι ςτνηθέςσεπερ ηλεκσπικέρ ή μηφανικέρ αςσοφίερ είναι οι εξήρ: Βπαφτκόκλψςη σψν στλιγμάσψν σοτ ςσάση μεσαξό στλιγμάσψν σηρ ίδιαρ υάςεψρ ή διαυοπεσικύν υάςεψν ή μεσαξό υάςεψρ και γηρ. οβαπά ςυάλμασα ςσο ςσάση οδηγοόν ςε άμεςη λεισοτπγία σψν πποςσαςιύν τπεππεόμασορ ψςσϋςο μικπϋσεπα ςυάλμασα ππολαβαίνοτν να εξαπλψθοόν. Κασαςσπουή σψν μπαπύν σοτ δπομέα απϋ θεπμικέρ και μηφανικέρ τπεπυοπσίςειρ, για παπάδειγμα, ςε ςτφνά εκκινοόμενοτρ κινησήπερ. Κασαςσπουή ςτνήθψρ ςτμβαίνει ςσο ςόνδεςμο με σοτρ δακστλίοτρ βπαφτκόκλψςηρ. Αςσοφίερ σψν μηφανικύν μεπύν λϋγψ παλαιϋσησαρ ποτ επισαφόνονσαι απϋ κασαςκεταςσικέρ ασέλειερ, εκκενσπικϋσησα και έλλειχη ετθτγπάμμιςηρ σψν αξϋνψν μηφανήρ και υοπσίοτ. Είναι ενδιαυέπον ϋσι ςυάλμασα ςε μηφανέρ με ςτςσήμασα ελέγφοτ μεσαβλησήρ σαφόσησαρ είναι ςτφνϋσεπα απ ϋσι ςε μηφανέρ ποτ λεισοτπγοόν φψπίρ έλεγφο. Υαίνεσαι πψρ οι ανσιςσπουείρ ποτ 28

29 σπουοδοσοόν σα ςτςσήμασα μεσαβλησήρ σαφόσησαρ πποκαλοόν λϋγψ σηρ διακοπσικήρ σοτρ λεισοτπγίαρ ατξημένη κασαπϋνηςη ςσιρ μονύςειρ σοτ ςσάση και ςε μεπικέρ πεπιπσύςειρ ςπινθηπιςμοόρ μικπήρ κλίμακαρ. Εξψσεπικοί λϋγοι ποτ μποπεί να πποκαλέςοτν ςυάλμασα ςσιρ αςόγφπονερ μηφανέρ είναι: Κακή ποιϋσησα σάςεψρ ϋπψρ βτθίςειρ και αςτμμεσπία ποτ πποκαλοόν ανσίςσοιφα μείψςη ποπήρ και απμονικέρ ποπέρ ενύ ατξάνοτν σιρ απύλειερ ςση μηφανή. Τχηλέρ απύλειερ και φαμηλϋρ ςτνσελεςσήρ ιςφόορ πποκόπσει επίςηρ ϋσαν η σάςη σπουοδοςίαρ είναι πολό τχηλή. Γενικά η σάςη σπουοδοςίαρ δεν ππέπει να διαυέπει πεπιςςϋσεπο απϋ 10% απϋ σο ονομαςσικϋ σηρ πλάσορ, 5% απϋ σην ονομαςσική ςτφνϋσησα και ππέπει να έφει αςτμμεσπία μικπϋσεπη σοτ 2%. Απύλεια υάςεψρ λϋγψ σψν πελέ πποςσαςίαρ ςσο ςόςσημα παποφήρ ή λϋγψ σήξεψρ αςυαλειύν ςσιρ γπαμμέρ σπουοδοςίαρ. ε ατσή σην πεπίπσψςη έφοτμε τπεπθέπμανςη σηρ μηφανήρ καθύρ παπάγει μειψμένη ποπή με ατξημένα πεόμασα ςσάση. Μηφανική τπεπυϋπσιςη: Αν και οι μηφανέρ επαγψγήρ έφοτν ςημανσικϋ πεπιθύπιο ποπήρ, παπασεσαμένη λεισοτπγία με μηφανική τπεπυϋπσιςη είναι επικίνδτνη και αποσπέπεσαι με φπήςη κασάλληλψν πποςσαςιύν (θεπμική πποςσαςία). 29

30 2.ΗΛΕΚΣΡΟΝΙΚΟΙ ΜΕΣΑΣΡΟΠΕΙ ΙΦΤΟ ΓΙΑ ΤΣΗΜΑΣΑ ΟΔΗΓΗΗ ΑΤΓΦΡΟΝΨΝ ΚΙΝΗΣΗΡΨΝ 2.1 ΕΙΑΓΨΓΗ Όπψρ υάνηκε καθαπά ακϋμα και απϋ σο ππύσο κευάλαιο ϋποτ έγινε η ειςαγψγή ςσην κασαςκετή, ση λεισοτπγία και σον έλεγφο σψν αςόγφπονψν μηφανύν, η σαφόσησα μιαρ αςόγφπονηρ μηφανήρ μποπεί να ελεγφθεί με κασάλληλη αλλαγή σηρ ςτφνϋσησαρ σπουοδοςίαρ σοτ ςσάση, και μεπικύρ με αλλαγή σοτ απιθμοό σψν πϋλψν ή σηρ σιμήρ σηρ ολίςθηςηρ. Η αλλαγή σοτ απιθμοό σψν πϋλψν επισπέπει μϋνο πεπιοπιςμένο απιθμϋ διακπισύν σαφτσήσψν, ψςσϋςο αν η μηφανή έφει ειδική κασαςκετή ποτ επισπέπει ατσή ση δτνασϋσησα απαισείσαι μϋνο έναρ επιπλέον διακϋπσηρ ποτ θα επιλέγει ανάμεςα ςε δόο ή πεπιςςϋσεπερ σοπολογίερ σψν στλιγμάσψν. Η αλλαγή σηρ ολίςθηςηρ είναι γενικά μη αποδοσική διαδικαςία (οι απύλειερ σοτ δπομέα είναι ανάλογερ σηρ ολιςθήςεψρ) ενύ η σιμή έφει ςσενϋ εόπορ μεσαβολήρ (μέφπι και ση ποπή ανασποπήρ). Είναι ππουανέρ ϋσι η σπουοδοςία μεσαβλησήρ ςτφνϋσησαρ αποσελεί μονϋδπομο για σην τλοποίηςη ενϋρ ςτςσήμασορ οδήγηςηρ μεσαβλησήρ σαφόσησορ με ετπεία πεπιοφή σαφτσήσψν λεισοτπγίαρ. Υτςικά ο έλεγφορ ςτφνϋσησαρ ππέπει να ςτνοδεόεσαι απϋ κασάλληλο έλεγφο σοτ πλάσοτρ σηρ σάςεψρ σπουοδοςίαρ σψν στλιγμάσψν σοτ ςσάση. Για σην παπαγψγή σπιυαςικήρ σάςεψρ ελεγφϋμενοτ πλάσοτρ και ςτφνϋσησαρ, οι ανσιςσπουείρ (inverters), φπηςιμοποιοόνσαι κασά σο πλείςσον. Οι κτκλομεσασποπείρ, ποτ λεισοτπγοόν με άμεςη a.c. σπουοδοςία και παπάγοτν ςσην έξοδϋ σοτρ a.c. σάςη με ςτφνϋσησα πάνσα μικπϋσεπη απϋ ατσή σηρ σπουοδοςίαρ αποσελοόν σεφνολογία ποτ ςπάνια φπηςιμοποιείσαι, με ςτνηθέςσεπο πεδίο ευαπμογήρ σοτρ ςόγφπονοτρ κινησήπερ μεγάληρ ιςφόορ και ποτ ςίγοτπα δε βπίςκεσαι ςσην αιφμή σηρ σεφνολογίαρ. 30

31 Σο ίδιο ιςφόει και για σοτρa.c.πτθμιςσέρ οι οποίοι σπουοδοσοόνσαι με a.c. σάςη και ςσην έξοδϋ σοτρ δίνοτν σάςη σηρ ίδιαρ ςτφνϋσησαρ με σην σάςη ειςϋδοτ αλλά ελεγφϋμενηρrms σιμήρ τλοποιύνσαρ επί σο πλείςσον ςτςσήμασα ομαλήρ εκκίνηςηρ (soft starting) σψν κινησήπψν επαγψγήρ. Λϋγψ σηρ πεπιοπιςμένηρ φπήςηρ σοτρ, και σοτ μειψμένοτ σεφνολογικοό ενδιαυέπονσορ γόπψ σοτρ, κτκλομεσασποπείρ και a.c. πτθμιςσέρ δεν αναλόονσαι ςσο παπϋν ςόγγπαμμα. ε ατσϋ σο κευάλαιο μελεσύνσαι οι ηλεκσπονικοί μεσασποπείρ ιςφόορ ποτ φπηςιμοποιοόνσαι ςσα ςτςσήμασα μεσαβλησήρ σαφόσησαρ με αςόγφπονερ μηφανέρ. Παποτςιάζονσαι απκεσοί σόποι ανοπθψσύν, οι οποίοι φπηςιμοποιοόνσαι για σην σπουοδϋσηςη σοτ ανσιςσπουέα με ςτνεφή σάςη. Παποτςιάζονσαι οι σοπολογίερ σοτ ανσιςσπουέα πηγήρ σάςεψρ και σοτ ανσιςσπουέα πηγήρ πεόμασορ. Ψςσϋςο η μελέση επικενσπύνεσαι ςσοτρ ανσιςσπουείρ πηγήρ σάςεψρ ποτ κτπιαπφοόν ςσιρ ευαπμογέρ κίνηςηρ. Γίνεσαι αναυοπά ςσιρ μεθϋδοτρ ελέγφοτ σψν ανσιςσπουέψν πηγήρ σάςηρ με ιδιαίσεπη έμυαςη ςσην σεφνική SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation),δηλαδή διαμϋπυψςη εόποτρ παλμύν με διάντςμα κασάςσαςηρ σοτ ανσιςσπουέα. Γίνεσαι αναυοπά ςσιρ παπενέπγειερ σηρ διακοπσικήρ λεισοτπγίαρ σψν ηλεκσπονικύν ιςφόορ, ςημανσικέρ εκ σψν οποίψν είναι η «μϋλτνςη» σοτ ςτςσήμασορ με απμονικέρ, και σα ςφεσιζϋμενα ζησήμασα ηλεκσπομαγνησικύν παπεμβολύν, ποτ ϋπψρ ςημειύθηκε και ςσο ειςαγψγικϋ κευάλαιο, δημιοτπγοόν ςημανσικά πποβλήμασα ςση λεισοτπγία σψν τπϋλοιπψν διασάξεψν ενϋρ ςόγφπονοτ ςτςσήμασορ ελέγφοτ μεσαβλησήρ σαφόσησορ. 31

32 2.2 ΑΝΟΡΘΨΣΗ (RECTIFIER) ΣΡΙΥΑΙΚΟ ΑΝΟΡΘΨΣΗ ΔΙΟΔΨΝ ΠΛΗΡΟΤ ΚΤΜΑΣΟ (ΜΗ ΕΛΕΓΦΟΜΕΝΟ) Οι ανοπθψσέρ ςσα ςτςσήμασα οδήγηςηρ αςόγφπονψν μηφανύν σπουοδοσοόν σον ανσιςσπουέα με ςτνεφή σάςη. Ο σπιυαςικϋρ ανοπθψσήρ διϋδψν πλήποτρ κόμασορ (έξι παλμύν) είναι ο ςτνηθέςσεπορ. O ανοπθψσήρ ατσϋρ φπηςιμοποιείσαι επίςηρ ςε ευαπμογέρ τχηλήρ ιςφόορ και ϋποτ σπιυαςική παποφή είναι διαθέςιμη. Ο μεσασποπέαρ υαίνεσαι ςσο φήμα (2.1) να σπουοδοσείσαι απϋ μεσαςφημασιςσή ςτνδεςμολογίαρ σπιγύνοτ αςσέπα και να σπουοδοσεί ένα ψμικϋ επαγψγικϋ υοπσίο. Μελεσάσαι η πεπίπσψςη ένσονα επαγψγικοό υοπσίοτ ( L >. ) ενύ η επαγψγική ανσίδπαςη σηρ γπαμμήρ αμελείσαι για λϋγοτρ απλϋσησαρ. 32

33 φήμα 2.1 Σπιυαςικϋρ ανοπθψσήρ διϋδψν έξι παλμύν ποτ σπουοδοσεί ψμικϋεπαγψγικϋ υοπσίο φ 2.2 εναλλακσική ςφεδίαςη σπιυαςικοό ανοπθψσή διϋδψν πλήποτρ κόμασορ Η φπήςη μεσαςφημασιςσή, ή ατσομεσαςφημασιςσή, είναι πποαιπεσική και γίνεσαι ϋσαν σο επίπεδο σηρ σάςεψρ σπουοδοςίαρ μεσαβάλλεσαι ή απαισείσαι γαλβανική απομϋνψςη σοτ ςτςσήμασορ σπουοδοςίαρ απϋ σο κινησήπιο ςόςσημα. Με σον σπϋπο ατσϋ ανσιμεσψπίζονσαι και πποβλήμασα ποτ ςφεσίζονσαι με σιρ αναυοπέρ σψν δόο ςτςσημάσψν, ποτ μποπεί να πποκαλέςοτν πεόμασα διαπποήρ ψρ ππορ γη (φπήςη μεσαςφημασιςσή απομϋνψςηρ). Σο ίδιο με ππιν κόκλψμα επαναςφεδιάζεσαι ςσο ςφήμα (2.2) ϋποτ σο πάνψ ήμιςτ (+) σοτ 33

34 ανσιςσπουέαρ αποσελείσαι απϋ σιρ διϋδοτρ D1D3D5 και σο κάσψ ήμιςτ (-) απϋ σιρ διϋδοτρ D2D4D6. Κάθε ςσιγμή μϋνο δόο απϋ σιρ έξι διϋδοτρ άγοτν σο πεόμα υοπσίοτ id. Μια απϋ σο (+) ήμιςτ σοτ ανσιςσπουέα με σην τχηλϋσεπη σάςη και μια απϋ σο (-) ήμιςτ σοτ ανσιςσπουέα με ση φαμηλϋσεπη σάςη. Για παπάδειγμα, αν ςε μια δεδομένη φπονική ςσιγμή η τχηλϋσεπη πολική σάςη είναι η Vab, οι δίοδοι D1, D6 άγοτν σο πεόμα υοπσίοτ id. Έσςι, ia =id και ib=-id. Οι άλλερ σέςςεπιρ δίοδοι είναι ανσίςσπουα πολψμένερ ενύ η σάςη ςσο υοπσίο ιςοόσαι με Vab. Λϋγψ σψν διϋδψν ποτ κάθε ςσιγμή άγοτν η τχηλϋσεπη πολική σάςη ειςϋδοτ εμυανίζεσαι ςσην έξοδο σοτ ανοπθψσή, η οποία πποκόπσει ψρ η θεσική πεπιβάλλοτςα ϋλψν σψν έξι πολικύν σάςεψν (Vab, Vac, Vbc, Vba, Vca, Vcb) σοτ ςτςσήμασορ σηρ σπουοδοςίαρ. Κάθε δίοδορ άγει για γψνία 2π/3. Η σάςη εξϋδοτ δεν είναι απϋλτσα dc αλλά με ςημανσικϋσεπη ση dc ςτνιςσύςα. Η κτμασομοπυή σηρ σάςεψρ είναι ςτμμεσπική και επαναλαμβάνεσαι ανά γψνία π/3 (φαπακσηπιςσικϋ ςφήμα με έξι επαναλαμβανϋμενοτρ παλμοόρ). Η μέςη dc σάςη μποπεί να τπολογιςσεί ψρ εξήρ: ϋποτ VL= 3*Vs (ςφήμα (2.2)). Κάθε δίοδορ τυίςσασαι μέγιςση ανάςσπουη σάςη ίςη με 3Vm ϋποτ Vm η μέγιςση υαςική σάςη. Σο πεόμα ειςϋδοτ ia, η κτμασομοπυή σοτ οποίοτ υαίνεσαι ςσο ςφήμα (2.5) μποπεί να εκυπαςσεί με σην εξήρ ςειπά Fourier: 34

35 Όπψρ παπασηποόμε, λϋγψ σηρ ςτμμεσπίαρ σηρ κτμασομοπυήρ σοτ πεόμασορ μϋνο απμονικέρ πεπισσήρ σάξεψρ ςτνθέσοτν σο απμονικϋ σοτ υάςμα. Η ενεπγϋρ σιμή σηρ βαςικήρ απμονικήρ σοτ πεόμασορ είναι και ςτμπεπιλαμβάνονσαι μϋνο απμονικέρπεπισσήρ. Σο θεμελιύδερ πεόμα ειςϋδοτ είναι ςε υάςη με σην ανσίςσοιφη υαςική σάςη δίνονσαρ DPF=1. φ 2.3 Σάςη και πεόμα γπαμμήρ (με διάςσικση γπαμμή υαίνεσαι η θεμελιύδηρ ςτνιςσύςα σοτ πεόμασορ γπαμμήρ ) για σον οπιςμϋ σοτ ςτνσελεςσή DPF,ϋποτ DPF=displacement power factor. ε ανοπθψσέρ ποτ τλοποιοόνσαι με μεσασποπείρ ελεγφϋμενηρ πτποδϋσηςηρ,σο θεμελιύδερ πεόμα γπαμμήρ καθτςσεπεί ςε ςφέςη με σην θεμελιύδη σάςη κασά γψνία υ. τγκενσπψσικά, οι κτμασομοπυέρ σψν σάςεψν σπουοδοςίαρ, σηρ σάςεψρ εξϋδοτ,σοτ πεόμασορ ειςϋδοτ ia, καθύρ και σοτ πεόμασορ υοπσίοτ il απϋ σην πλετπά σοτ ππψσεόονσορ δίνονσαι ςσα ςφήμασα (2.4) (2.6) ανσίςσοιφα. 35

36 φήμα 2.4 Σάςειρ σπουοδοςίαρ και σάςη εξϋδοτ σοτ ανοπθψσή φήμα 2.5 Ρεόμα ειςϋδοτ. Είναι σο πεόμα γπαμμήρ ςση υάςη α σοτ δετσεπεόονσορ σοτ μεσαςφημασιςσή σπουοδοςίαρ 36

37 φήμα 2.6 Ρεόμα γπαμμήρ απϋ σην πλετπά σοτ ππψσεόονσορ σην πεπίπσψςη σοτ ένσονα επαγψγικοό υοπσίοτ ποτ μελεσήθηκε (ιςοδόναμα θα μποποόςαμε να μελεσήςοτμε σην πεπίπσψςη ιδεασοό υοπσίοτ με πεόμα ςσαθεπϋ ςση σιμή Ιd) σο πεόμα γπαμμήρ ςσην είςοδο σοτ μεσασποπέα (δετσεπεόον σοτ μεσαςφημασιςσή) έφει σεσπαγψνική κτμασομοπυή ϋπψρ υαίνεσαι ςσο ςφήμα (2.5). Σο γεγονϋρ ατσϋ πποκαλεί ςημανσική ενϋφληςη ςσο ςόςσημα σπουοδοςίαρ σο οποίο ςσιρ πεπιςςϋσεπερ πεπιπσύςειρ (ςόςσημα ΔΕΗ) είναι ςφεδιαςμένο να λεισοτπγεί με ημισονοειδείρ σάςειρ και πεόμασα. Σο ένσονο απμονικϋ πεπιεφϋμενο σοτ σεσπαγψνικοό πεόμασορ ποτ σπαβάει ο ανοπθψσήρ και η ςτνεπαγϋμενη παπαμϋπυψςη σψν κτμασομοπυύν σηρ σάςεψρ ςσο ςόςσημα παποφήρ ιςφόορ πποκαλεί παπεμβολέρ ςε εταίςθησο σηλεπικοινψνιακϋ ή άλλο εξοπλιςμϋ (π.φ. μεσπησικά ϋπγανα), ενύ μποπεί να πποκαλέςει ανεπιθόμηση λεισοτπγία σψν πποςσαςιύν. 37

38 2.2.2 ΕΛΕΓΦΟΜΕΝΟΙ ΑΝΟΡΘΨΣΕ ΣΡΙΥΑΙΚΟ ΑΝΟΡΘΨΣΗ ΘΤΡΙΣΟΡ ΠΛΗΡΟΤ ΚΤΜΑΣΟ ΜΕ ΕΛΕΓΦΟ ΣΗ ΓΨΝΙΑ ΕΝΑΤΗ ε έναν ανοπθψσή διϋδψν, ϋπψρ αναλόθηκε παπαπάνψ, ιςφόρ πέει μϋνο απϋ σην είςοδο ςσην έξοδο και η ποή σηρ δε μποπεί να ελεγφθεί. Ππουανύρ, η ποή ιςφόορ πποκόπσει υτςικά ςτναπσήςει σηρ σάςεψρ σπουοδοςίαρ και σοτ υοπσίοτ. ε πολλέρ ευαπμογέρ η ποή ιςφόορ απαισεί έλεγφο, ϋπψρ ςσα κινησήπια ςτςσήμασα. Ακϋμα και για υοπσίο ποτ απαισεί ςσαθεπή σάςη ή ςσαθεπϋ πεόμα απαισείσαι έλεγφορ ύςσε η σπουοδοςία να εξτπηπεσεί ση ποή υοπσίοτ. Έναρ μεσασποπέαρ με θτπίςσοπ (ή άλλοτρ ημιαγψγικοόρ διακϋπσερ) με έλεγφο σηρ γψνίαρ ένατςηρ σοτρ μποπεί να ελέγξει ση ποή ιςφόορ με βάςη σην απφή σοτ ελέγφοτ σηρ υάςεψρ ςση γψνία ένατςηρ σψν διακοπσικύν ςσοιφείψν. Ο μεσασποπέαρ ατσϋρ έφει σην επιππϋςθεση δτνασϋσησα μεσασποπήρ ιςφόορ απϋ σην dc ςσην ac πλετπά, με άλλα λϋγια λεισοτπγεί και ψρ ανσιςσπουέαρ. Τπάπφοτν πολλέρ σοπολογίερ γι ατσοόρ σοτρ μεσασποπείρ. σην ππαγμασικϋσησα κάθε ανοπθψσήρ διϋδψν μποπεί να ανσιςσοιφηθεί ςε ϋμοια σοπολογία ελεγφϋμενοτ ανσιςσπουέα με θτπίςσοπ. Η πλέον διαδεδομένη σοπολογία είναι ατσή σοτ σπιυαςικοό μεσασποπέα ποτ πποκόπσει αν οι δίοδοι σηρ μη ελεγφϋμενηρ ανϋπθψςηρ σοτ πποηγοόμενοτ εδαυίοτ ανσικασαςσαθοόνμε ελεγφϋμενοτρ διακϋπσερ (φήμα 2.7). 38

39 φήμα 2.7 Ελεγφϋμενη σπιυαςική γέυτπα (cascaded connection) Η λεισοτπγία σοτ σπιυαςικοό ελεγφϋμενοτ ανσιςσπουέα πλήποτρ κόμασορ μποπεί να αναλτθεί ευαπμϋζονσαρ σην απφή σηρ επαλληλίαρ για σιρ κτμασομοπυέρ ενϋρ μεσασποπέα θεσικοό ημίςεψρ κόμασορ και ενϋρ απνησικοό ημίςεψρ κόμασορ απομονύνονσαρ σον οτδέσεπο σοτ υοπσίοτ. σα ςφήμασα (2.8) - (2.10) υαίνονσαι οι κτμασομοπυέρ ςσην είςοδο και σην έξοδο σηρ γέυτπαρ για γψνία ένατςηρ σψν διακοπσύν α=π/6. Οι κτμασομοπυέρ σψν πετμάσψν είναι πανομοιϋστπερ με ατσέρ σοτ ςφήμασορ (2.5)ποτ αναυέπεσαι ςσον ανοπθψσή διϋδοτ. Και εδύ σα θτπίςσοπ Q1,Q3,Q5 αποσελοόν σο (+)ήμιςτ σοτ μεσασποπέα ενύ σα θτπίςσοπ Q2, Q4,Q6 σο(-) ήμιςτ με σα ππύσα σπία να λεισοτπγοόν ςση θεσική και σα δεόσεπα ςσην απνησική πεπιβάλλοτςα σηρ σάςεψρ. Σα Q2, Q4, Q6 πτποδοσοόνσαι ςτμμεσπικά ανά 2π/3 γψνία μεσαξό σοτρ, ϋπψρ και σα Q1, Q3, Q5,ϋμψρ η γψνία ένατςηρ είναι μεσασοπιςμένη κασά π/3. Η σάςη υοπσίοτ Vd πεπικλείεσαι μέςα ςση πεπιβάλλοτςα σηρ πολικήρ σάςεψρ σπουοδοςίαρ και έφει ση μοπυή έξι επαναλαμβανϋμενψν παλμύν ϋπψρ υαίνεσαι ςσο ςφήμα (2.8). 39

40 φήμα 2.8 Σάςειρ σπουοδοςίαρ και σάςη εξϋδοτ ανοπθψσή φήμα 2.9 Ρεόμα ειςϋδοτ: Tο πεόμα γπαμμήρ ςση υάςη α σοτ δετσεπεόονσορ σοτ μεσαςφημασιςσή σπουοδοςίαρ. 40

41 φήμα 2.10 Ρεόμα γπαμμήρ απϋ σην πλετπά σοτ ππψσεόονσορ Κάθε ςσιγμή, ένα θτπίςσοπ απϋ σο (+) ήμιςτ σοτ μεσασποπέα και ένα απϋ σο (-)ήμιςτ, ϋπψρ ακπιβύρ και ςσον ανοπθψσή διϋδοτ, άγει ύςσε να κλείςει σο κόκλψμα. Η μέςη dc σάςη εξϋδοτ Vd είναι: (2.4) Όποτ φήμα 2.11 Λεισοτπγία ανσιςσπουήρ (inverting mode) σοτ ανοπθψσή 41

42 Η γψνία ένατςηρ α μποπεί να ελεγφθεί ςτμμεσπικά για σα δόο σμήμασα σοτ ανσιςσπουέα με ση ςειπά Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 για ση πόθμιςη σηρ dc σάςεψρ. Με ανάλτςη Fourier διαπιςσύνοτμε ϋσι η σάςη Vd πεπιέφει απμονικέρ 6*ν σάξεψρ. Ππουανύρ, η κτμασομοπυή εξϋδοτ είναι ετκολϋσεπο να υιλσπαπιςσεί καθύρ ο απιθμϋρ σψν παλμύν ατξάνει ενύ σα ςτνήθη επαγψγικά υοπσία είναι απκεσά για ση δημιοτπγία ενϋρ ομαλοό κόμασορ πεόμασορ ςσην έξοδο σοτ μεσασποπέα (id). Η εξίςψςη (2.4) επισπέπει σην όπαπξη απνησικήρ σάςεψρ ςσην έξοδο σοτ ανοπθψσή για γψνίερ ένατςηρ μεγαλόσεπερ σψν π/2 rad. Καθύρ σο πεόμα εξϋδοτ δεν μποπεί να είναι απνησικϋ (θα έππεπε να πεόςει απϋ σην άνοδο ςσην κάθοδο σψν θτπίςσοπ), η απνησική σιμή σηρ σάςεψρ Vd τποδεικνόει μεσαυοπά ιςφόορ απϋ σο υοπσίο ςσο ςόςσημα σπουοδοςίαρ. αυύρ, ατσϋ απαισεί ένα ενεπγϋ υοπσίο ϋπψρ ο κινησήπαρ επαγψγ ήρ, ποτ είναι ςε θέςη να μεσαυέπει ηλεκσπική ενέπγεια ςσο ςόςσημα. Έναρ ελεγφϋμενορ ανοπθψσήρ ποτ μεσαυέπει ενέπγεια απϋ σο υοπσίο ςσην σπουοδοςία λέγεσαι ϋσι βπίςκεσαι ςε λεισοτπγία ανσιςσπουήρ. Η λεισοτπγία ατσή υαίνεσαι ςσο ςφήμα (2.11) με ση γψνία ένατςηρ να είναι 3π/4. Η κτμασομοπυή σοτ πεόμασορ ia και η θεμελιύδηρ σοτ ςτνιςσύςα έφοτν ςφεδιαςσεί ςση ςψςσή υαςική γψνία ςε ςφέςη με ση σάςη σπουοδοςίαρ Va ςσο ςφήμα (2.12). Σο ςφήμα (2.13) δείφνει σην ενεπγή και άεπγη ςτνιςσύςα σοτ πεόμασορ γπαμμήρ για σιρ δόο πιθανέρ λεισοτπγίερ ανϋπθψςηρ και ανσιςσπουήρ. 42

43 φήμα 2.12 Σο πεόμα καθτςσεπεί ψρ ππορ σην σάςη κασά γψνία υ Όπψρ και πποηγοτμένψρ έφει τποσεθεί ϋσι σο πεόμα υοπσίοτ παπαμένει ςσαθεπϋ και σο υοπσίο είναι ένσονα επαγψγικϋ και κασάλληληρ πολικϋσησαρ ύςσε να εξιςοπποπεί ση dc σάςη εξϋδοτ. Καθύρ η γψνία ένατςηρ σψν ημιαγψγικύν ςσοιφείψν α είναι ίςη με ση γψνία σοτ ςτνσελεςσή ιςφόορ υ οι RMS σιμέρ σηρ ενεπγοό και αέπγοτ ςτνιςσύςαρ σοτ πεόμασορ δίνονσαι ψρ εξήρ: (2.5) Όποτ R=2 3/π 2 (2.6) Για γψνίερ ένατςηρ π/2<α<π (λεισοτπγία ανσιςσπουήρ), η ενεπγϋρ ςτνιςσύςα σοτ πεόμασορ Iπ γίνεσαι απνησική αλλά η άεπγορ ςτνιςσύςα διασηπεί σο ππϋςημϋ σηρ,καθύρ σο πεόμα έπεσαι ςσαθεπά σηρ σάςεψρ. 43

44 φήμα 2.13 Ενεπγϋρ και άεπγορ ςτνιςσύςα σοτ πεόμασορ ειςϋδοτ.για οποιαδήποσε σιμή σηρ γψνίαρ ένατςηρ η άεπγορ ςτνιςσύςα διασηπεί σο ππϋςημϋ σηρ οβαπϋ μειονέκσημα σψν ελεγφϋμενψν ανοπθψσύν με έλεγφο σηρ γψνίαρ ένατςηρ είναι η μείψςη σοτ ςτνσελεςσή ιςφόορ ςε ςφέςη με ατσϋν σοτ ανοπθψσή διϋδψν. Ο ςτνσελεςσήρ ιςφόορ ο οποίορ παπϋμοια με ση μέςη σιμή σηρ σάςεψρ εξϋδοτ είναι ανάλογορ με σο ςτνημίσονο σηρ γψνίαρ ένατςηρ μειύνεσαι με ση αόξηςη σηρ γψνίαρ ατσήρ. Ψςσϋςο, η υσψφή ποιϋσησα σψν πετμάσψν ποτ ζησοόνσαι απϋ σο ςόςσημα είναι σο μεγαλόσεπο μειονέκσημα σψν δόο πποαναυεπθένσψν ανοπθψσικύν διασάξεψν. Σο ππϋβλημα σηρ μϋλτνςηρ με απμονικέρ σοτ ςτςσήμασορ σπουοδοςίαρ ποτ πποκαλείσαι απϋ σοτρ ηλεκσπονικοόρ μεσασποπείρ ποτ είναι μη γπαμμικά υοπσία, είναι ςοβαπϋ και έφοτν γίνει πποςπάθειερ για ση ανσιμεσύπιςή σοτ Η πιο ςτνήθηρ λόςη είναι η εγκασάςσαςη κασάλληλψν υίλσπψν είσε μεσαξό σοτ ςτςσήμασορ σπουοδοςίαρ και σοτ μεσασποπέα (εν ςειπά υίλσπα) είσε παπάλληλα με σον μεσασποπέα (παπάλληλα υίλσπα). Σα υίλσπα μποπεί να είναι παθησικά ή ενεπγά. Σα παθησικά υίλσπα είναι απλά LC κτκλύμασα ςφεδιαςμένα να αποκϋπσοτν σιρ απμονικέρ πεόμασορ οι οποίερ αποππουοόνσαι κτπίψρ απϋ σοτρ πτκνψσέρ σοτ υίλσποτ. τγκεκπιμένα, φπηςιμοποιοόνσαι ςτφνά οι λεγϋμενερ παγίδερ 44

45 απμονικύν. Είναι εν ςειπά LC υίλσπα με ςτφνϋσησερ ςτνσονιςμοό πτθμιςμένερ να ανσιςσοιφοόν ςσιρ φαμηλϋσεπερ απμονικέρ σοτ πεόμασορ ειςϋδοτ (π.φ. πέμπση, έβδομη, ενσέκαση απμονική ςσην πεπίπσψςη σοτ ανοπθψσή διϋδψν). Οι παγίδερ απμονικύν πποςσασεόοτν σο ςόςσημα σπουοδοςίαρ απϋ σα ανσίςσοιφα απμονικά πεόμασα. Οι τπολειπϋμενερ μη υιλσπαπιςμένερ απμονικέρ ςτνήθψρ έφοτν σϋςο μικπϋ πλάσορ ύςσε σα πεόμασα ποτ αποππουύνσαι απϋ σο ςόςσημα είναι ςφεδϋν ημίσονα. Οι ςτφνϋσησερ ςτνσονιςμοό σψν παγίδψν απμονικύν είναι ςφεσικά μικπέρ καθύρ ακϋμα και η δέκαση σπίση απμονική έφει ςτφνϋσησα απκεσά κάσψ απϋ 1 khz. Γι ατσϋ σα πηνία και οι πτκνψσέρ ποτ φπηςιμοποιοόνσαι ςε ατσά σα κτκλύμασα είναι μεγάλα και ακπιβά. Για να μειψθεί ςημανσικά σο μέγεθορ σψν παθησικύν υίλσπψν ανοπθψσέρ με διαμϋπυψςη εόποτρ παλμύν ππέπει να φπηςιμοποιηθοόν (PWM rectifiers) ΑΝΟΡΘΨΣΕ ΜΕ ΔΙΑΜΟΡΥΨΗ ΕΤΡΟΤ ΠΑΛΜΨΝ (PWM RECTIFIERS) Τπάπφοτν δόο σόποι ανοπθψσύν με διαμϋπυψςη εόποτρ παλμύν, οι ανοπθψσέρ πηγήρ σάςηρ και οι ανοπθψσέρ πηγήρ πεόμασορ. Με σην ανάλτςη σοτ επϋμενοτ τποκευαλαίοτ ςφεσικά με σοτρ ανσιςσπουείρ γίνεσαι κασανοησϋ ϋσι και οι παπαπάνψ διασάξειρ είναι σοπολογικά ϋμοιερ με ατσοόρ, αλλά είναι η ποή σηρ ιςφόορ ποτ φαπακσηπίζει ση λεισοτπγία σηρ εκάςσοσε διάσαξηρ και ση διαφψπίζει απϋ σιρ τπϋλοιπερ. Ο ανοπθψσήρ πηγήρ σάςεψρ (ςφήμα 2.14) 45

46 φήμα2.14 Ανοπθψσήρ με διαμϋπυψςη σοτ εόποτρ παλμύν σόποτ πηγήρ σάςεψρ τλοποιείσαι επί σο πλείςσον με IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), σο πλέον δημουιλέρ διακοπσικϋ ςσοιφείο ιςφόορ ςήμεπα. τγκεκπιμένα φπηςιμοποιοόνσαι σα λεγϋμενα nonpunch-through IGBTs λϋγψ σψν ac σάςεψν ειςϋδοτ. Η σπιυαςική παποφή σοτ δικσόοτ ποτ ςτνοδεόεσαι απϋ υίλσπα ειςϋδοτ ποτ φπηςιμοποιοόν πτκνψσέρ Ci και πηνία Li αποσελεί σην πηγή σάςεψρ σοτ ανοπθψσή. Σα πηνία μποποόν να παπαληυθοόν καθύρ ενδέφεσαι σο ςόςσημα σπουοδοςίαρ να παποτςιάζει απϋ μϋνο σοτ απκεσή επαγψγή, ϋμψρ οι πτκνψσέρ είναι απαπαίσησοι. Η ατσεπαγψγή εξϋδοτ, Lo, μποπεί και ατσή να παπέφεσαι απϋ σο υοπσίο και φπηςιμοποιείσαι για σην εξομάλτνςη σοτ πεόμασορ εξϋδοτ. Οι διακϋπσερ SA-SC ανοιγοκλείνοτν πολλέρ υοπέρ ανά πεπίοδο σηρ σάςεψρ ειςϋδοτ με σπϋπο ποτ ύςσε οι θεμελιύδειρ ςτνιςσύςερ σψν πετμάσψν ειςϋδοτ να λαμβάνοτν επιθτμησέρ σιμέρ αναυοπάρ. Οι κτμασομοπυέρ σηρ σάςεψρ εξϋδοτ, uo και σοτ πεόμασορ εξϋδοτ, iο, υαίνονσαι ςσο 46

47 ςφήμα (2.15) ενύ σο πεόμα ειςϋδοτ, ia και η θεμελιύδηρ σοτ απμονική ςσο ςφήμα (2.16). Οι θεμελιύδειρ απμονικέρ παπέφονσαι απϋ σο ςόςσημα ενύ οι τχίςτφνερ απμονικέρ σψν πετμάσψν ia, ib, ic κτπίψρ εξαςυαλίζονσαι απϋ σοτρ πτκνψσέρ. Ψρ αποσέλεςμα οι κτμασομοπυέρ σψν πετμάσψν iα, iβ, ic ποτ παπέφονσαι απϋ σο ςόςσημα είναι ςφεδϋν καθαπά ημίσονα ϋπψρ υαίνεσαι ςσο ςφήμα (2.18). φήμα 2.15 Ρεόμα και σάςη εξϋδοτ ανοπθψσή PWM 47

48 φήμα 2.16 Ρεόμα ειςϋδοτ. Με διάςσικση γπαμμή υαίνεσαι η θεμελιύδηρ σοτ ςτνιςσύςα. Η dc σάςη εξϋδοτ σοτ ανοπθψσή δεν μποπεί να λάβει σιμή μεγαλόσεπη απϋ σο πλάσορ σηρ πολικήρ σάςεψρ σπουοδοςίαρ. Ανσίθεσα ςσοτρ ανοπθψσέρ PWM πηγήρ πεόμασορ ςφήμα (2.17) είναι δτνασή η ενίςφτςη σηρ σάςηρ εξϋδοτ. Η ιδιϋσησα πηγήρ πεόμασορ πποκόπσει με ση φπήςη μεγάλψν πηνίψν εν ςειπά, ϋπψρ ακπιβύρ και ςσον ανσιςσπουέα πηγήρ πεόμασορ. Καθύρ οι διακϋπσερ σοτ ανοπθψσή επισπέποτν απετθείαρ ςόνδεςη μεσαξό ειςϋδοτ και εξϋδοτ σοτ μεσασποπέα, η φψπησικϋσησα Cο είναι απαπαίσηση ύςσε να αποσπαπεί η απ ετθείαρ ςόνδεςη σηρ ατσεπαγψγήρ ειςϋδοτ,ποτ άγει ςτγκεκπιμένο πεόμα, με σην ατσεπαγψγή σοτ υοπσίοτ ποτ ενδεφομένψρ άγει διαυοπεσικϋ πεόμα. Επίςηρ ο ίδιορ πτκνψσήρ εξομαλόνει σην σάςη εξϋδοτ. Είναι ππουανέρ ϋσι η διάσαξη σοτ ανοπθψσή πηγήρ πεόμασορ είναι η δτική σοτ ανοπθψσή πηγήρ σάςεψρ. σον σελετσαίο, ανσίςσοιφα,ένα πηνίο Li σοποθεσείσαι μεσαξό σηρ εξϋδοτ σοτ ανοπθψσή και σοτ υοπσίοτ, ύςσε να αποσπαπεί η απετθείαρ ςόνδεςη σηρ φψπησικϋσησαρ σοτ υοπσίοτ με σοτρ πτκνψσέρ ειςϋδοτ, η απ ετθείαρ δηλαδή ςόνδεςη πτκνψσύν ποτ είναι υοπσιςμένοι ςε διαυοπεσική σάςη. Οι ημιαγψγικοί διακϋπσερ ιςφόορ ςσον 48

49 ανοπθψσή πηγήρ πεόμασορ είναι ςτνδεμένοι ανσιπαπάλληλα με διϋδοτρ ελετθέπαρ διάβαςηρ, ποτ παπέφοτν εναλλακσικοόρ δπϋμοτ ποήρ για σα πεόμασα ποτ δε μποποόν να πεόςοτν μέςψ σψν διακοπσύν. Αρ τποθέςοτμε ϋσι ο διακϋπσηρ SA είναι κλειςσϋρ και άγει πεόμα ia με υοπά ϋπψρ υαίνεσαι ςσο ςφήμα (2.17). Όσαν ο διακϋπσηρ ανοίξει σα πεόμα ia δεν μποπεί να αλλάξει ακαπιαία λϋγψ σηρ ατσεπαγψγήρ ειςϋδοτ. Ψρ αποσέλεςμα σο πεόμα ia θα πεόςει μέςψ σηρ διϋδοτ ποτ είναι ςτνδεμένη ανσιπαπάλληλα ςσο διακϋπση SA. Λϋγψ σοτ πτκνψσή εξϋδοτ η σάςη και σα πεόμασα εξϋδοτ πποκόπσοτν ππακσικά d.c. με ελάφιςση κτμάσψςη. Σα πεόμασα ποτ σπαβάει ο μεσασποπέαρ απϋ σο ςόςσημα είναι παπϋμοια με ατσά σοτ ανοπθψσή πηγήρ σάςεψρ (φήμα (2.18)). φήμα 2.17 Ανοπθψσήρ PWM σόποτ πηγήρ πεόμασορ 49

50 φήμα 2.18 Ρεόμασα ποτ παπέφονσαι απϋ σο ςόςσημα ςσον ανοπθψσή PWM σόποτ πηγήρ πεόμασορ ΑΝΟΡΘΨΣΕ ΣΑ ΚΙΝΗΣΗΡΙΑ ΤΣΗΜΑΣΑ ΜΕΣΑΒΛΗΣΗ ΣΑΦΤΣΗΣΑ Οι ανοπθψσέρ με έλεγφο σηρ γψνίαρ ένατςηρ, και οι ανοπθψσέρ με σεφνική διαμϋπυψςηρ εόποτρ παλμύν (PWM rectifiers) έφοτν σο πλεονέκσημα σοτ ελέγφοτ σηρ ποήρ ιςφόορ ποτ είναι απαπαίσησορ για σην αποδοσική λεισοτπγία σψν ςτςσημάσψν μεσαβλησήρ σαφόσησορ ςσο δεόσεπο και σέσαπσο σεσαπσημϋπιο λεισοτπγίαρ. σην ππάξη, ςτςσήμασα οδήγηςηρ πολλύν σεσαπσημοπίψν είναι πολό πιο ςπάνια ςε ςφέςη με ατσά ποτ λεισοτπγοόν μϋνο ςσο ππύσο σεσαπσημϋπιο, γεγονϋρ ποτ εξηγεί σην επικπάσηςη σψν μη ελεγφϋμενψν ανοπθψσύν ςσα ςτςσήμασα κίνηςηρ μεσαβλησήρ σαφόσησαρ. Οι ανοπθψσέρ με έλεγφο σοτ εόποτρ παλμύν φπηςιμοποιοόνσαι ςε ευαπμογέρ φαμηλήρ ή μεςαίαρ ιςφόορ ενύ ςε μεγάλερ ιςφείρ φπηςιμοποιοόνσαι ανοπθψσέρ με έλεγφο σηρ γψνίαρ ένατςηρ σψν ημιαγψγικύν σοτρ διακοπσύν. 50

51 2.3 ΑΝΣΙΣΡΟΥΕΑ (INVERTER) ΕΙΑΓΨΓΗ Ο ανσιςσπουέαρ, μαζί με σον κινησήπα, αποσελοόν σιρ δόο βαςικέρ ςτνιςσύςερ ενϋρ ςόγφπονοτ κινησήπιοτ ςτςσήμασορ με κινησήπα επαγψγήρ. Η φπήςη σοτ ανσιςσπουέα πποςθέσει επιπλέον κϋςσορ ςσο ςόςσημα κίνηςηρ, σο οποίο είναι ςτγκπίςιμο με σο κϋςσορ σοτ κινησήπα. Ψςσϋςο, ϋπψρ ήδη έφει αναλτθεί ςσο ειςαγψγικϋ κευάλαιο, είναι σέσοιερ οι δτνασϋσησερ ποτ ο ανσιςσπουέαρ μποπεί να δύςει ςσον έλεγφο σοτ κινησήπιοτ ςτςσήμασορ ποτ η φπήςη σοτ αποσελεί πια μονϋδπομο ςε κινησήπια ςτςσήμασα μεσαβλησήρ σαφόσησορ. Οι ανσιςσπουείρ διακπίνονσαι ςε δόο βαςικέρ σοπολογίερ. σοτρ ανσιςσπουείρ πηγήρ σάςεψρ και σοτρ ανσιςσπουείρ πηγήρ πεόμασορ. Οι ανσιςσπουείρ πηγήρ σάςεψρ, ϋπψρ τποδηλύνει και σο ϋνομά σοτρ λαμβάνοτν d.c. σάςη σην οποία μεσασπέποτν ςε εναλλαςςϋμενη μεσαβλησήρ ςτφνϋσησαρ. Ιδανικά, οι ανσιςσπουείρ πηγήρ σάςεψρ απαισοόν ςσην είςοδϋ σοτρ μια ςθεναπή πηγή σάςεψρ. Ιςοδόναμα απαισοόν μια πηγή σάςεψρ με μηδενική ανσίςσαςη ςσο ιςοδόναμϋ σηρ κόκλψμα Thevenin ικανή να παπέφει ϋποιο πεόμα ζησηθεί διασηπύνσαρ ςσαθεπϋ επίπεδο σάςεψρ. ε ατσή σην πεπίπσψςη η σάςη (σάςειρ) εξϋδοτ σοτ ανσιςσπουέα δεν εξαπσύνσαι απϋ σιρ διακτμάνςειρ σοτ υοπσίοτ αλλά καθοπίζονσαι αποκλειςσικά απϋ σιρ ενσολέρ ελέγφοτ. Η ςτνεφήρ σάςη σπουοδοςίαρ σοτ ανσιςσπουέα μποπεί να είναι ςσαθεπή ή μεσαβλησή και ςτνήθψρ λαμβάνεσαι με φπήςη διάσαξηρ ανοπθψσή και κασάλληλοτ υίλσποτ ϋπψρ αναλόθηκε ςσο πποηγοόμενο τποκευάλαιο. ε εξειδικετμένερ ευαπμογέρ (π.φ. ηλεκσπικϋ ϋφημα) η πηγή είναι μπασαπία, κτχέλη κατςίμοτ, υψσοβολσαωκϋ πάνελ και άλλα. ε ατσέρ σιρ πεπιπσύςειρ δίνεσαι ιδιαίσεπη ςημαςία ςσα φαπακσηπιςσικά σηρ πηγήρ καθύρ εκεί ενσοπίζεσαι ίςψρ η κτπιϋσεπη πηγή πποβλημάσψν ςε σέσοια ςτςσήμασα, αλλά και σο ςημανσικϋσεπο 51

52 πεδίο πιθανύν και οτςιαςσικύν βελσιύςεψν. σοτρ μεσασποπείρ πηγήρ σάςεψρ, σα διακοπσικά ςσοιφεία παπαμένοτν πάνσα οπθά πολψμένα (forward-biased) λϋγψ σηρ d.c. σάςεψρ σπουοδοςίαρ γι ατσϋ και μποπεί να είναι GTOs (Gate Turn Off thyristors), BJTs (Bipolar Junction Transistors), IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), power MOSFETs (power Metal-oxide semiconductor field effect transistors) και IGSTs (Integrated Gate Commutated Thyristors). Σα διακοπσικά ςσοιφεία ςτνοδεόονσαι πάνσα απϋ μια δίοδο ελεόθεπηρ διέλετςηρ ποτ ςτνδέεσαι ανσιπαπάλληλα με ατσά και ποτ επισπέπει σην ανσίςσπουή ποή πεόμασορ (ση ποή πεόμασορ και ιςφόορ ππορ σο ςόςσημα σπουοδοςίαρ). Οι ανσιςσπουείρ πηγήρ πεόμασορ αποσελοόν ςε μεγάλο βαθμϋ ση δτική σοπολογία σψν ανσιςσπουέψν πηγήρ σάςεψρ. Απαισοόν ση δτική σπουοδϋσηςη σψν σελετσαίψν και ςτγκεκπιμένα μια ςσιβαπή πηγή πεόμασορ, με άπειπη εςψσεπική ανσίςσαςη (ιςοδόναμη ανσίςσαςη ςσο κόκλψμα Thevenin). Η πηγή πεόμασορ μποπεί να πποκόχει απϋ πηγή σάςεψρ με ση ςόνδεςη μεγάλψν ατσεπαγψγύν ςε ςειπά και σον έλεγφο σηρ σάςεψρ με ανασπουοδϋσηςη σοτ πεόμασορ εξϋδοτ σηρ διάσαξηρ ςε κασάλληλο βπϋφο ελέγφοτ. Η πηγή σάςεψρ μποπεί να ληυθεί ϋπψρ αναλόθηκε ςσην πποηγοόμενη παπάγπαυο. ε ατσή σην πεπίπσψςη, ϋπψρ και ςσοτρ ανσιςσπουείρ πηγήρ σάςεψρ η σάςη εξϋδοτ σοτρ, έσςι εδύ σο πεόμα εξϋδοτ σψν ανσιςσπουέψν πηγήρ πεόμασορ δεν εξαπσάσαι απϋ σο υοπσίο αλλά αποκλειςσικά απϋ σιρ ενσολέρ ελέγφοτ. σοτρ μεσασποπείρ πηγήρ πεόμασορ σα ημιαγψγικά διακοπσικά ςσοιφεία ππέπει να ανσέφοτν ςε ανάςσπουη πϋλψςη γι ατσϋ φπηςιμοποιοόνσαι μϋνο GTOs και thyristors. Βέβαια μποποόν και φπηςιμοποιηθοόν και ςσοιφεία ποτ απαισοόν οπθή πϋλψςη ευ ϋςον ςτνδεθεί ςε ςειπά με ατσά δίοδορ ελεόθεπηρ διέλετςηρ. Οι ανσιςσπουείρ πηγήρ πεόμασορ φπηςιμοποιοόνσαι λιγϋσεπο ςτφνά ςε ςτςσήμασα οδήγηςηρ μεσαβλησήρ σαφόσησαρ μηφανύν επαγψγήρ απϋ σοτρ ανσιςσπουείρ πηγήρ σάςεψρ κτπίψρ λϋγψ σηρ φαμηλϋσεπηρ ποιϋσησαρ σψν πετμάσψν εξϋδοτ. Ψςσϋςο, έφοτν και ςημανσικά πλεονεκσήμασα ϋπψρ ανσοφή ςε τπεππεόμασα ακϋμα και με βπαφτκόκλψμα ςσον ανσιςσπουέα και ςσο υοπσίο. Επίςηρ η αποτςία διϋδψν ελετθέπαρ διελεόςεψρ ατξάνει πεπιςςϋσεπο σην 52

53 αξιοπιςσία. Φαπακσηπιςσική είναι και η ανψσεπϋσησά σοτρ ςσον έλεγφο σηρ υαςικήρ γψνίαρ σψν πετμάσψν εξϋδοτ.ψςσϋςο, η πόθμιςη σοτ πλάσοτρ σψν πετμάσψν εξϋδοτ μποπεί να γίνει μϋνο μέςψ σοτ ανοπθψσή. Σο τπϋλοιπο μέπορ ατσοό σοτ κευαλαίοτ εςσιάζει ςσον σπιυαςικϋ ανσιςσπουέα πηγήρ σάςηρ, ποτ αποσελεί σον κασά κϋπον φπηςιμοποιοόμενο μεσασποπέα ςσα ςτςσήμασα ελέγφοτ αςόγφπονψν μηφανύν, καθύρ και ςσιρ βαςικϋσεπερ σεφνικέρ ελέγφοτ σοτ. Σέλορ γίνεσαι αναυοπά ςσα πποβλήμασα ποτ η λεισοτπγία σοτ ανσιςσπουέα μποπεί να δημιοτπγήςει ςσο τπϋλοιπο κινησήπιο ςόςσημα ΣΡΙΥΑΙΚΟ ΑΝΣΙΣΡΟΥΕΑ ΠΗΓΗ ΣΑΕΨ ΣΟΠΟΛΟΓΙΑ Η πλέον στπική και απλοόςσεπη σοπολογία σπιυαςικοό ανσιςσπουέα πηγήρ σάςεψρ ςσα κινησήπια ςτςσήμασα μεσαβλησήρ σαφόσησαρ είναι ατσή σοτ ςφήμασορ (2.19) ϋποτ δίνεσαι σο κόκλψμα σοτ ανσιςσπουέα. Ππϋκεισαι για ανσιςσπουέα πηγήρ σάςεψρ δόο επιπέδψν ποτ παπάγει έξι επίπεδα σάςεψρ ςσοτρ ακποδέκσερ σοτ υοπσίοτ. 53

54 φήμα2.19 Σπιυαςικϋρ ανσιςσπουέαρ πηγήρ σάςηρ δόο επιπέδψν τλοποιημένορ με IGBTs. Σο κόκλψμα αποσελείσαι απϋ σπείρ ημιγέυτπερ, οι οποίερ είναι αμοιβαία μεσασοπιςμένερ κασά γψνία 2π/3και παπάγοτν σην σπιυαςική σάςη εξϋδοτ. σο ίδιο ςφήμα υαίνεσαι σο υοπσίο σοτ ανσιςσπουέα (σπιυαςικϋ ςσασικϋ υοπσίο) και η σπιυαςική ανοπθψσική διάσαξη ποτ σπουοδοσεί σον ανσιςσπουέα, με ένα LC υίλσπο να παπεμβάλλεσαι μεσαξό ατσήρ και σοτ ανσιςσπουέα. Ο ανσιςσπουέαρ αποσελείσαι απϋ έξι ημιαγψγικοόρ διακϋπσερ,ποτ ανσιπαπάλληλα ςε ατσοόρ ςτνδέονσαι δίοδοι ελεόθεπηρ διέλετςηρ. Ψρ αναυοπά σψν σάςεψν σοτ ανσιςσπουέα μποποόμε να λάβοτμε ση υανσαςσική μεςαία λήχη σηρ dc σάςεψρ. Ατσϋρ ο κϋμβορ αναυοπάρ μποπεί να δημιοτπγηθεί με ση βοήθεια φψπησικοό κασαμεπιςσή ποτ ςτνδέεσαι παπάλληλα ςση dc σάςη και αποσελείσαι απϋ δόο ίδιοτρ πτκνψσέρ (ςφήμα 2.20). Η σάςη εξϋδοτ σοτ ανσιςσπουέα εξαπσάσαι απϋ σον σπϋπο ποτ οι διακϋπσερ ανοιγοκλείνοτν. Για σον έλεγφο σψν διακοπσύν ςσιρ πεπιςςϋσεπερ πεπιπσύςειρ ϋπψρ και ςσην πεπίπσψςη σψν διακοπσύν σοτ ςφήμασορ (2.20) (IGBTs) απαισείσαι κασάλληλορ παλμϋρ σάςηρ ςση πόλη σοτ ημιαγψγικοό ςσοιφείοτ καθ ϋλη ση διάπκεια ποτ ο διακϋπσηρ ππέπει να άγει. Οι παλμοί ελέγφοτ σψν διακοπσύν παπάγονσαι απϋ κασάλληλο αλγϋπιθμο ελέγφοτ. 54

55 Τπάπφοτν ςτνδταςμοί ςση λεισοτπγία σψν διακοπσικύν ςσοιφείψν.ππουανύρ, οι διακϋπσερ ποτ βπίςκονσαι ςε κοινϋ κλάδο σηρ γέυτπαρ δεν επισπέπεσαι να κλείςοτν σατσοφπϋνψρ καθύρ σϋσε θα έφει βπαφτκτκλψθεί η dc σπουοδοςία. Η βαςική ιδέα πίςψ απϋ ση λεισοτπγία σοτ ανσιςσπουέα είναι η εξήρ: κάθε ςσιγμή επιλέγεσαι ο κασαλληλϋσεπορ απϋ σοτρ 8 παπαπάνψ ςτνδταςμοόρ ποτ θα επισπέχει ςση σάςη σοτ ανσιςσπουέα να πποςεγγίςει βέλσιςσα σην αναυοπά (επιθτμησή σάςη). Με διαυοπεσική διασόπψςη, επιλέγεσαι ανά σακσά φπονικά διαςσήμασα, σα οποία καθοπίζονσαι απϋ σον φπϋνο ποτ απαισείσαι για να ολοκληπψθεί έναρ κόκλορ τπολογιςμοό σοτ αλγοπίθμοτ ελέγφοτ, κασάλληλο «μείγμα» σψν οφσύ ατσύν ςτνδταςμύν με σα κασάλληλα ποςοςσά ςτμμεσοφήρ σοτ κάθε ςτνδταςμοό ςσο «μείγμα» έσςι ύςσε σο διάντςμα σηρ σάςεψρ εξϋδοτ να πποςεγγίζει βέλσιςσα σην αναυοπά. φήμα 2.20 Σπιυαςικϋρ ανσιςσπουέαρ πηγήρ σάςηρ δόο επιπέδψν. Επίςηρ υαίνεσαι και ο φψπησικϋρ κασαμεπιςσήρ για ση δημιοτπγία σοτ ςημείοτ αναυοπάρ Ν σψν σάςεψν σοτ ανσιςσπουέα 55

56 ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΑ ΜΕ ΣΕΣΡΑΓΨΝΙΚΟ ΠΑΛΜΟ ΣΑΕΨ (SQUARE WAVE MODE OF OPERATION) Η λεισοτπγία με σεσπαγψνικϋ παλμϋ σάςεψρ πεπιγπάυεσαι ςσα ςφήμασα (2.21) έψρ και (2.23): φήμα 2.21: Υαςικέρ σάςειρ ανσιςσπουέα ψρ ππορ σον υανσαςσικϋ κϋμβο αναυοπάρ (Ν)σηρ μεςαίαρ λήχηρ σηρ d.c.σπουοδοςίαρ (βλέπε ςφήμα 2.20) 56

57 φήμα 2.22 Πολικέρ σάςειρ ανσιςσπουέα φήμα 2.23 Υαςική σάςη ςσο υοπσίο, ψρ ππορ σον οτδέσεπο κϋμβο σοτ υοπσίοτ (n) και στπικϋ πεόμα γπαμμήρ (με διάςσικση γπαμμή) για επαγψγικϋ υοπσίο 57

58 Οι υαςικέρ σάςειρ με αναυοπά ση υανσαςσική μεςαία λήχη σηρ dc σπουοδοςίαρ είναι σεσπαγψνικέρ κτμασομοπυέρ και μποποόν να εκυπαςσοόν με ςειπέρ Fourier ψρ εξήρ: (2.7) (2.8) (2.9) ϋποτ Vd είναι η dc σάςη σπουοδοςίαρ. Οι πολικέρ σάςειρ μποποόν λοιπϋν να πποκόχοτν απϋ σιρ εξιςύςειρ (2.7). (2.9) ψρ εξήρ: (2.10) (2.11) (2.12) 58

59 Όπψρ παπασηποόμε η θεμελιύδηρ ςτνιςσύςα σηρ πολικήρ σάςεψρ έφει πλάσορ 3υοπέρ σο πλάσορ σηρ ανσίςσοιφηρ υαςικήρ και πποηγείσαι κασά γψνία π/6. Παπασηπύνσαρ σο ςφήμα (2.22) διαπιςσύνοτμε πψρ οι πολικέρ σάςειρ έφοτν σην ίδια μοπυή με σα πεόμασα γπαμμήρ ςε έναν ανοπθψσή γέυτπαρ με έλεγφο σηρ γψνίαρ ένατςηρ σψν διακοπσύν. Οι απμονικέρ σηρ κτμασομοπυήρ είναι και εδύ σάξεψρ 6*ν±1 ϋποτ ν ακέπαιορ. Σϋςο η θεμελιύδηρ ςτνιςσύςα σψν πολικύν σάςεψν ϋςο και οι απμονικέρ ςτνιςσύςερ ανψσέπαρ σάξεψρ είναι μεσασοπιςμένερ μεσαξό σοτρ κασά 2π/ ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΑ ΜΕ ΔΙΑΜΟΡΥΨΗ ΕΤΡΟΤ ΠΑΛΜΨΝ (PWM MODE OF OPERATION) ΣΕΦΝΙΚΗ PWM Καθύρ οι ανσιςσπουείρ πεπιλαμβάνοτν ηλεκσπονικοόρ διακϋπσερ ικανοόρ να ανοιγοκλείνοτν πολλέρ υοπέρ μέςα ςε έναν θεμελιύδη κόκλο, είναι δτνασϋρ ο έλεγφορ σηρ κτμασομοπυήρ εξϋδοτ σοτρ με πολλαπλέρ μεσαγψγέρ σψν διακοπσύν ςε κάθε θεμελιύδη κόκλο. σϋφορ είναι η παπαγψγή σάςεψρ εξϋδοτ ποτ πποςεγγίζει βέλσιςσα σην σάςη αναυοπάρ με βελσιψμένο απμονικϋ πεπιεφϋμενο. Η απφή λεισοτπγίαρ σηρ σεφνικήρ PWM (διαμϋπυψςηρ εόποτρ παλμύν) εξηγείσαι ςσο ςφήμα (2.25). Όσαν η έξοδορ σοτ ανσιςσπουέα είναι σεσπαγψνικϋρ παλμϋρ η θεμελιύδηρ ςτνιςσύςα έφει σο μέγιςσο πλάσορ (4Vd/π) ϋποτ Vd η dc σάςη σπουοδοςίαρ σοτ ανσιςσπουέα. Σο πλάσορ σηρ θεμελιύδοτρ ςτνιςσύςαρ πέυσει με ση δημιοτπγία δόο οπύν (με κασάλληλο φειπιςμϋ σψν διακοπσικύν ςσοιφείψν). Μάλιςσα ϋςο σο πλάσορ σψν οπύν ατσύν γίνεσαι μεγαλόσεπο, σϋςο μειύνεσαι και σο πλάσορ σηρ θεμελιύδοτρ ςτνιςσύςαρ σηρ σάςεψρ. Έσςι, με 59

60 κασάλληλη σοποθέσηςη σέσοιψν οπύν, ή αλλιύρ με πόθμιςη σοτ ςτνσελεςσή φπηςιμοποίηςηρ (duty cycle) σοτ σεσπαγψνικοό παλμοό,πποκόπσει σάςη επιθτμησήρ μέςηρ σιμήρ, ποτ είναι και ο σελικϋρ ςσϋφορ ατσήρ σηρ σεφνικήρ διαμϋπυψςηρ. φήμα 2.24 Σεφνική PWM. Βαςική απφή λεισοτπγίαρ για σον έλεγφο σηρ σάςεψρ εξϋδοτ Έςσψ Y(t) o σεσπαγψνικϋρ παλμϋρ. Η μέςη σιμή σοτ σεσπαγψνικοό παλμοό, δίνεσαι ψρ εξήρ: Έςσψ επίςηρ Τmax η άνψ ςσάθμη και Ymin η κάσψ ςσάθμη σοτ σεσπαγψνικοό παλμοό. Η μέςη σιμή σηρ κτμασομοπυήρ είναι ςτνάπσηςη σοτ duty cycle. Η παπαπάνψ ςφέςη εξειδικεόεσαι ψρ εξήρ: (2.20) Οι σεφνικέρ διαμϋπυψςηρ PWM ποτ πποσείνονσαι ςση βιβλιογπαυία είναι ποικίλερ.η κασάσαξή σοτρ γίνεσαι με κπισήπια ϋπψρ η ελεγφϋμενη ποςϋσησα (σάςη ή πεόμα), η φπήςη ανασπουοδϋσηςηρ ή μη 60

61 ανασπουοδϋσηςηρ, η φπήςη υέπονσορ ή ϋφι και άλλα. Οι ςημανσικϋσεπερ σεφνικέρ διαμϋπυψςηρ PWM μποποόν να ςτνοχιςσοόν ςσιρ εξήρ: Ημισονοειδήρ PWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation SPWM) PWM για απαλοιυή επιλεγμένψν απμονικύν (Selected Harmonic Elimination PWM SHEPWM) PWM για ελάφιςση κτμάσψςη σοτ πεόμασορ (Minimum Ripple Current PWM) PWM με διανόςμασα κασάςσαςηρ σοτ ανσιςσπουέα (Space Vector PWM SVPWMM) PWM με έλεγφο πεόμασορ ςε ζύνη τςσέπηςηρ (Hysteresis Band Current Control PWM) Ημισονοειδήρ PWM με έλεγφο σοτ ςσιγμιαίοτ πεόμασορ (SPWM Instantaneous Current Control) Sigma Modulation Sigma.Delta Modulation ση ςτνέφεια αναλόονσαι οι σεφνικέρ SPWM (ημισονοειδήρ PWM), SVPWM (PWM με διανόςμασα κασάςσαςηρ σοτ ανσιςσπουέα) και Hysteresis Band Current Control PWM (PWM με έλεγφο πεόμασορ ςε ζύνη τςσέπηςηρ). Η ππύση αποσελεί σην πλέον φπηςιμοποιοόμενη ςε βιομηφανικέρ ευαπμογέρ. Ψςσϋςο, η σεφνική SVPWM εμυανίζει ίςψρ σα 61

62 πεπιςςϋσεπα πλεονεκσήμασα για ςτςσήμασα κίνηςηρ. Η σελετσαία σεφνική ξεφψπίζει για σην απλϋσησα τλοποίηςηρ, ενύ λϋγψ σοτ άμεςοτ ελέγφοτ σοτ πεόμασορ πποςυέπει σακσικά πλεονεκσήμασα. Εδύ, κπίνεσαι ςκϋπιμο να σονιςσεί σο εξήρ: η σεφνική ελέγφοτ σοτ ανσιςσπουέα δεν έφει να κάνει ςε σίποσα με σο είδορ σηρ πηγήρ σπουοδοςίαρ. Έσςι οι ανσιςσπουείρ πηγήρ σάςηρ με έλεγφο πεόμασορ δεν θα ππέπει να ςτγφέονσαι με σοτρ ανσιςσπουείρ πηγήρ πεόμασορ ΗΜΙΣΟΝΟΕΙΔΗ PWM Είναι η πλέον φπηςιμοποιοόμενη σεφνική διαμϋπυψςηρ PWM ςσιρ βιομηφανικέρ ευαπμογέρ. Η απφή λεισοτπγίαρ πεπιγπάυεσαι ςσα ςφήμασα (2.26) και (2.27). Ένα ςτμμεσπικϋ τχίςτφνο σπιγψνικϋ υέπον με ςτφνϋσησα fc, ςτγκπίνεσαι με σα ςήμασα αναυοπάρ, σιρ σπείρ ημισονοειδείρ κτμασομοπυέρ αναυοπάρ ή διαμϋπυψςηρ ποτ ςτνιςσοόν ένα σπιυαςικϋ ςτμμεσπικϋ ςόςσημα θεμελιύδοτρ ςτφνϋσησαρ. Σο σπιγψνικϋ υέπον επιλέγεσαι κασάλληλα ϋπψρ θα αναλτθεί εν ςτνεφεία ενύ οι κτμασομοπυέρ αναυοπάρ ςτνιςσοόν σην επιθτμησή κάθε υοπά σπουοδοςία σοτ υοπσίοτ. Η διαμεσαγψγή σψν διακοπσικύν ςσοιφείψν καθοπίζεσαι απϋ σα ςημεία σομήρ σηρ σπιγψνικήρ κτμασομοπυήρ και σψν κτμασομοπυύν αναυοπάρ. 62

63 φήμα 2.25όγκπιςη σπιγψνικοό υέπονσορ και σπιυαςικύν σάςεψν αναυοπάρ Υαςική σάςη ανσιςσπουέα ψρ ππορ σον υανσαςσικϋ κϋμβο αναυοπάρ σοτ (μεςαία λήχη σηρ d.c. πηγήρ) φήμα 2.26 σοτ υοπσίοτ) Πολική σάςη και υαςική σάςη ςσο υοπσίο (ψρ ππορ σον οτδέσεπο 63

64 σο ςφήμα (2.26) υαίνεσαι η παπαγψγή σηρ σάςεψρ Va,N (βλέπε και ςφήμα 2.24) με σο εόπορ σψν παλμύν σηρ να μεσαβάλλεσαι ημισονοειδύρ ύςσε η θεμελιύδηρ ςτνιςσύςα σηρ κτμασομοπυήρ να έφει ςτφνϋσησα f και πλάσορ ανάλογο σοτ πλάσοτρ σηρ κτμασομοπυήρ αναυοπάρ. Η παπαγψγή σηρ σάςεψρ Va,N γίνεσαι με σον κασάλληλο φειπιςμϋ σψν διακοπσύν Q1 και Q4. Οι διακϋπσερ ατσοί βπίςκονσαι ςσον ίδιο κλάδο σηρ γευόπαρ και ςτνεπύρ δεν μποπεί να άγοτν σατσϋφπονα καθύρ ςε ατσή σην πεπίπσψςη θα έφοτν βπαφτκτκλύςει σην πηγή ςτνεφοόρ σάςεψρ. Μάλιςσα, για σην απουτγή ατσοό σοτ ενδεφομένοτ τιοθεσείσαι ένα «νεκπϋ» φπονικϋ διάςσημα αςυαλείαρ (lock.out ή dead.band time) κασά ση μεσαγψγή σψν δόο διακοπσύν και κασά σο οποίο κανέναρ εκ σψν δόο δεν άγει. Είναι λοιπϋν ςαυέρ ϋσι οι δόο διακϋπσερ λεισοτπγοόν ςτμπληπψμασικά. τγκεκπιμένα, ςσην πόλη σοτ Q1 ευαπμϋζεσαι κτμασομοπυή ϋμοια με ση δεόσεπη κτμασομοπυή σοτ ςφήμασορ (2.26) και με αποκομμένοτρ σοτρ απνησικοόρ παλμοόρ ενύ ςσο Q4 η ςτμπληπψμασική σηρ. Σο πλάσορ σηρ κτμασομοπυήρ ποτ ευαπμϋζεσαι ςσην πόλη σψν διακοπσικύν ςσοιφείψν αποσελεί κασαςκεταςσικϋ ςσοιφείο,και δίνεσαι ςσο υόλλο πποδιαγπαυύν και λεισοτπγίαρ (datasheet) σοτ διακϋπση. Η ανάλτςη Fourier σηρ σάςεψρ Va,N δίνει σην εξήρ έκυπαςη: (2.21) Vao=0,5mVd sin (ψ t+υ)+ϋποι _τχηλήρ _ςτφνϋσησαρ(μψc±nψ) ϋποτ m= ςτνσελεςσήρ διαμϋπυψςηρ, ψ = θεμελιύδηρ κτκλική ςτφνϋσησα ςε r/s και υ =μεσασϋπιςη υάςεψρ σηρ εξϋδοτ η οποία πποκόπσει ςτναπσήςει σηρ θέςεψρ σοτ ςήμασορ διαμϋπυψςηρ (αναυοπάρ). Οι M και Ν είναι ακέπαιοι με άθποιςμα πεπισσϋ ακέπαιο. Ο ςτνσελεςσήρ διαμϋπυψςηρ αποσελεί ςημανσικϋ φαπακσηπιςσικϋ σηρ λεισοτπγίαρ σοτ ανσιςσπουέα και οπίζεσαι ψρ εξήρ (και για σιρ σπείρ υάςειρ): m=vp/vt ϋποτ VP η μέγιςση σιμή (peak value) σοτ κόμασορ διαμϋπυψςηρ και VT η μέγιςση σιμή σοτ σπιγψνικοό υέπονσορ. Ιδανικά σο m μποπεί να μεσαβάλλεσαι απϋ 0 έψρ 1 ύςσε η ςτςφέσιςη μεσαξό σοτ ςήμασορ διαμϋπυψςηρ και σηρ εξϋδοτ σοτ ανσιςσπουέα να είναι 64

65 γπαμμική. ση σελετσαία ατσή πεπίπσψςη ο ανσιςσπουέαρ ςτμπεπιυέπεσαι ψρ γπαμμικϋρ ενιςφτσήρ. Για m=1 η μέγιςση σιμή σηρ θεμελιύδοτρ σάςεψρ είναι 0,5Vd, ποτ είναι σο 78,55%σηρ σιμήρ κοπτυήρ για λεισοτπγία σεσπαγψνικοό παλμοό. Με κασάλληλη μίξη σπίσψν απμονικύν με σο ςήμα διαμϋπυψςηρ ατσϋ σο ποςοςσϋ ανεβαίνει ςσο 90,7%. Για m=0 η έξοδορ σοτ ανσιςσπουέα είναι σεσπαγψνικϋρ παλμϋρ με duty cycle=50% (ςτνσελεςσήρ φπηςιμοποίηςηρ 0,5) και ςτφνϋσησα ατσή σοτ τχίςτφνοτ υέπονσορ. Ππουανύρ η μέςη σιμή σηρ κτμασομοπυήρ εξϋδοτ εδύ είναι μηδενική. Η ανάλτςη Fourier τποδεικνόει σην παποτςία απμονικύν ανύσεπηρ σάξηρ ποτ βπίςκονσαι ςε πεπιοφέρ ςτφνοσήσψν κονσά ςσην διακοπσική και σα πολλαπλάςιά σηρ. Όπψρ και ςση λεισοτπγία σοτ ανσιςσπουέα με σεσπαγψνικϋ παλμϋ σάςεψρ, έσςι και εδύ η παποτςία απμονικύν ςσην κτμασομοπυή εξϋδοτ, είναι αναπϋυετκση λϋγψ σηρ μη γπαμμικϋσησαρ σψν διακοπσικύν ςσοιφειύν. Ψςσϋςο, η λεισοτπγία σοτ ανσιςσπουέα με διαμϋπυψςη SPWM δίνει σο εξήρ σακσικϋ πλεονέκσημα: οι απμονικέρ βπίςκονσαι ςε ςτφνϋσησερ ίςερ και πολλαπλάςια ατσήρ σοτ σπιγψνικοό υέπονσορ και ψρ εκ σοόσοτ μποποόν να ελεγφθοόν, ενύ οι απμονικέρ φαμηλήρ σάξεψρ ποτ παπάγονσαι κασά ση λεισοτπγία σεσπαγψνικοό παλμοό αποτςιάζοτν. ήμεπα πλέον είναι έκδηλη η σάςη διαπκοόρ αόξηςηρ σηρ διακοπσικήρ ςτφνϋσησαρ σψν ημιαγψγικύν ςσοιφείψν ποτ επί σοτ πποκειμένοτ επισπέπει ανσίςσοιφη αόξηςη σηρ ςτφνϋσησαρ σοτ σπιγψνικοό υέπονσορ και ςτνεπύρ σην αόξηςη σηρ ςτφνϋσησαρ σψν απμονικύν ςσιρ κτμασομοπυέρ εξϋδοτ. Έσςι μικπϋσεπα και υθηνϋσεπα υίλσπα φπειάζονσαι για σην κασαςσολή σοτρ, ενύ ςσα ςτςσήμασα οδήγηςηρ μεσαβλησήρ σαφόσησαρ σο πϋλο σοτ υίλσποτ παίζει η μηφανή, σην οποία οι άνθπψποι σψν ηλεκσπονικύν ιςφόορ βλέποτν κασά σο μάλλον ή ήσσον ψρ ένα βαθτπεπασϋ υίλσπο.ψςσϋςο η διαπκήρ αόξηςη σηρ διακοπσικήρ ςτφνϋσησαρ δεν αποσελεί πανάκεια για σα ςτςσήμασα κίνηςηρ μεσαβλησήρ σαφόσησαρ. Η επιλογή σηρ σελετσαίαρ ππέπει ανσιθέσψρ να αποσελεί σο αποσέλεςμα ςτμβιβαςμοό ποτ θα δίνει σιρ ελάφιςσερ ςτνολικέρ απύλειερ ςσο ςόςσημα ανσιςσπουέα κινησήπα. 65

66 σην πεπίπσψςη ποτ ο δείκσηρ διαμϋπυψςηρ τπεπβεί ση μονάδα ο ανσιςσπουέαρ μπαίνει ςσην πεπιοφή τπεπδιαμϋπυψςηρ. Η λεισοτπγία σοτ σϋσε πεπιγπάυεσαι ςσο ςφήμα (2.27) με σον σελετσαίο να λεισοόπγει εν μέπει με διαμϋπυψςη SPWM καθύρ ςσα κενσπικά σμήμασα σψν σάςεψν αναυοπάρ παπάγονσαι ανσίςσοιφερ κτμασομοπυέρ ποτ έφοτν μοπυή σεσπαγψνικοό παλμοό με σιρ απνησικέρ εγκοπέρ να αποτςιάζοτν. Ο ανσιςσπουέαρ εμυανίζει σϋσε ένσονη μη γπαμμική λεισοτπγία με σιρ απμονικέρ φαμηλήρ σάξεψρ να εμυανίζονσαι. σο ϋπιο, με σον ςτνσελεςσή διαμϋπυψςηρ να ατξάνει ακϋμα πεπιςςϋσεπο, οδηγοόμαςσε ςε λεισοτπγία σεσπαγψνικοό παλμοό, με δόο μεσαγψγέρ σψν διακοπσικύν ςσοιφειύν ανά πεπίοδο (καθύρ η κτμασομοπυή αναυοπάρ πεπνάει απϋ σα θεσικά ςσα απνησικά και ανσίςσπουα) και μέγιςση σιμή σηρ θεμελιύδοτρ ςτνιςσύςαρ σοτ σεσπαγψνικοό παλμοό εξϋδοτ ίςη με 4Vd/2π. φήμα2.27λεισοτπγία ςσην πεπιοφή τπεπδιαμϋπυψςηρ. Δεξιά υαίνονσαι κτμασομοπυέρ διαμϋπυψςηρ για γψνία 0-π rad. Για π 2π rad η υαςική σάςη εξϋδοτ σοτ ανσιςσπουέα είναι ϋμοια με ατσή απϋ 0-π rad με ανεςσπαμμένη πολικϋσησα. Απιςσεπά υαίνεσαι η φαπακσηπιςσική ανηγμένοτ πλάσοτρ ψρ ππορ σον ςτνσελεςσή διαμϋπυψςη.για σιμέρ σοτ ςτνσελεςσή διαμϋπυψςηρ κονσά ςση μονάδα παπάσηπείσαι ένσονη μη γπαμμικϋσησα. Η πλέον ςτνήθηρ ππακσική ςσα ςτςσήμασα κίνηςηρ μεσαβλησήρ σαφόσησαρ είναι η επιλογή υέπονσορ ςσαθεπήρ ςτφνϋσησαρ. Ψςσϋςο, η ςτφνϋσησα σοτ υέπονσορ μποπεί να επιλεγεί μεσαβαλλϋμενη ύςσε η λεισοτπγία σοτ ανσιςσπουέα να ανσαποκπίνεσαι ςση λεισοτπγία σοτ κινησήπιοτ ςτςσήμασορ (ςτνηθέςσεπη ςσπασηγική είναι η εξήρ: ϋσαν ο κινησήπαρ λεισοτπγεί με ςσαθεπή ποπή και σαφόσησα ίςη ή μικπϋσεπη σηρ ονομαςσικήρ (πεπιοφή ςσαθεπήρ ποπήρ) ο 66

67 ανσιςσπουέαρ λεισοτπγεί με SPWM διαμϋπυψςη και ςσαθεπή ςτφνϋσησα υέπονσορ. Όσαν ο κινησήπαρ πεπάςει ςσην πεπιοφή ςσαθεπήρ ιςφόορ ο ανσιςσπουέαρ πεπνάει ςε τπεπδιαμϋπυψςη (quasi SPWM) και λεισοτπγεί με σεσπαγψνικϋ παλμϋ σάςηρ ϋποτ η ςτφνϋσησα σοτ υέπονσορ γίνεσαι ίςη με f (ςτφνϋσησα θεμελιύδοτρ)). σην πεπίπσψςη μεσαβλησήρ ςτφνϋσησαρ υέπονσορ ιδιαίσεπη ππϋνοια ππέπει να λαμβάνεσαι ύςσε να αποσπέπονσαι πποβλήμασα αποςτγφπονιςμοό ςση ςόγκπιςη σψν κτμασομοπυύν ή ανεπιθόμησα άλμασα σηρ σάςεψρ σπουοδοςίαρ σοτ κινησήπα. Κλείνονσαρ σο εδάυιο ατσϋ τπενθτμίζοτμε σην πλέον διαδεδομένη επιλογή ςσα ςτςσήμασα κίνηςηρ μεσαβλησήρ σαφόσησαρ: SPWM διαμϋπυψςη με ςσαθεπή ςτφνϋσησα υέπονσορ ακέπαιο πολλαπλάςιο σηρ θεμελιύδοτρ ςτφνϋσησαρ (έσςι εξαςυαλίζεσαι ο ςτγφπονιςμϋρ ςση ςόγκπιςη σψν κτμασομοπυύν), πεπισσϋ πολλαπλάςιο (ύςσε να μην τπάπφοτν ςσο υάςμα άπσιερ απμονικέρ) και πολλαπλάςιο σοτ σπία καθύρ ο κινησήπαρ έφει απομονψμένο οτδέσεπο κϋμβο και δεν επισπέπει σην κτκλουοπία ομοπολικύν πετμάσψν (ή πετμάσψν μηδενικήρ ακολοτθίαρ, σπίσηρ και πολλαπλαςίοτ σοτ σπία απμονικήρ) SPACE VECTOR PWM Η σεφνική διαμϋπυψςηρ SVPWM κάνει φπήςη σοτ διανόςμασορ κασάςσαςηρ σοτ ανσιςσπουέα για σην παπαγψγή σψν κασάλληλψν παλμύν ελέγφοτ ςσιρ πόλερ σψν διακοπσικύν ςσοιφείψν. Ππϋκεισαι πιθανϋσασα για σην πλεονεκσικϋσεπη απϋ σιρ σεφνικέρ διαμϋπυψςηρ PWM ςε ςτςσήμασα κίνηςηρ καθύρ η υιλοςουία σοτ διανόςμασορ κασάςσαςηρ σοτ ανσιςσπουέα έπφεσαι ςε απϋλτση ςτμυψνία με ση υιλοςουία σψν διαντςμάσψν κασάςσαςηρ σηρ μηφανήρ ςσα dq πλαίςια αναυοπάρ.επίςηρ η μέθοδορ SVPWM ή SVM (Space Vector Modulation technique) λαμβάνει τπ ϋχιν σην αλληλεπίδπαςη μεσαξό σψν υάςεψν σοτ υοπσίοτ (κινησήπα) λϋγψ σοτ απομονψμένοτ οτδέσεποτ κϋμβοτ σοτρ και ελαφιςσοποιεί έσςι σην απμονική παπαμϋπυψςη σηρ υαςικήρ σάςεψρ σοτ υοπσίοτ. 67

68 Ππϋκεισαι για μια μέθοδο ποτ πποςυέπεσαι για τλοποίηςη ςε ηλεκσπονικϋ τπολογιςσή και ςε ςτςσήμασα ππαγμασικοό φπϋνοτ (real time embedded systems) ποτ τλοποιοόνσαι με DSPs (Digital Signal Processors) ποτ η μέφπι σύπα ευαπμογή σηρ πεπιοπιζϋσαν λϋγψ σψν ατξημένψν απαισήςεψν ςε τπολογιςσική ιςφό. Όπψρ αναυέπθηκε μϋνο οφσύ ςτνδταςμοί αγψγήρ μη αγψγήρ σψν διακοπσύν είναι πιθανοί ςε έναν ανσιςσπουέα δόο επιπέδψν, λϋγψ σηρ ςτμπληπψμασικήρ λεισοτπγίαρ σψν ημιαγψγικύν ςσοιφείψν ποτ βπίςκονσαι ςσον ίδιο κλάδο σηρ σπιυαςικήρ γέυτπαρ. Είναι ππουανέρ ϋσι η κασάςσαςη σοτ ανσιςσπουέα μποπεί να πεπιγπαυεί με σον εκάςσοσε ςτνδταςμϋ αγψγήρ μη αγψγήρ σψν διακοπσικύν ςσοιφείψν. Έσςι οπίζονσαι οφσύ διακπισέρ κασαςσάςειρ σοτ ανσιςσπουέα ποτ ανσιςσοιφοόν ςε οφσύ διαυοπεσικέρ εξϋδοτρ σοτ. σο ςφήμα (2.28) κασαγπάυονσαι οι κασαςσάςειρ λεισοτπγίαρ σοτ ανσιςσπουέα καθύρ και οι ανσίςσοιφερ υαςικέρ σάςειρ εξϋδοτ ςσα άκπα σοτ υοπσίοτ. Αναλόεσαι η κασάςσαςη «0» σοτ ανσιςσπουέα: οι διακϋπσερ Q2, Q4, Q6 ποτ ςτνιςσοόν σο κάσψ (-) ήμιςτ σοτ ανσιςσπουέα είναι ςε κασάςσαςη αγψγήρ βπαφτκτκλύνονσαρ έσςι σοτρ ακποδέκσερ σοτ κινησήπα. Ανσίςσοιφα, ςσην κασάςσαςη «7»σοτ ανσιςσπουέα οι διακϋπσερ Q1, Q3, Q5 σοτ άνψ (+) ήμιςτ σοτ ανσιςσπουέα άγοτν βπαφτκτκλύνονσαρ και πάλι σοτρ ακποδέκσερ σοτ κινησήπα. Ατσέρ είναι και οι δόο μηδενικέρ (zero or nule) κασαςσάςειρ σοτ ανσιςσπουέα. 68

69 φήμα 2.28 Επισπεπσέρ κασαςσάςειρ ανσιςσπουέα και ανσίςσοιφερ υαςικέρ σάςειρ ψρ ππορ σον οτδέσεπο κϋμβο σοτ υοπσίοτ Σύπα αναλόεσαι η κασάςσαςη «1» σοτ ανσιςσπουέα: ςε ατσήν ση πεπίπσψςη άγοτν οι διακϋπσερ Q1, Q6, Q2 και έσςι η υάςη a ςτνδέεσαι ςσο θεσικϋ πϋλο ενύ οι b, c ςσον απνησικϋ πϋλο σηρ πηγήρ ςτνεφοόρ πεόμασορ. τνεπύρ οι υαςικέρ σάςειρ σοτ ανσιςσπουέα ψρ ππορ σο υανσαςσικϋ ςημείο αναυοπάρ ςση μεςαία λήχη σηρ dc σπουοδοςίαρ (ςφήμα (2.20)) είναι VaN=Vd/2, VbN=.Vd/2 και VcN=.Vd/2 ενύ οι ανσίςσοιφερ υαςικέρ σάςειρ σοτ υοπσίοτ ψρ ππορ σον απομονψμένο οτδέσεπο κϋμβο σοτ αςσέπα (n) πποκόπσοτν Van=2Vd/3, Vbn=.Vd/3 και Vcn=.Vd/3. Ανσίςσοιφη είναι η ανάλτςη και σψν τπϋλοιπψν κασαςσάςεψν σοτ ανσιςσπουέα. 69

70 φήμα 2.29 Διανόςμασα σψν οκσύ κασαςσάςεψν σοτ ανσιςσπουέα. σο κένσπο σοτ ςφήμασορ (με σα μηδενικά διανόςμασα)απεικονίζονσαι οι δτο μηδενικέρ κασαςσάςειρ σοτ ανσιςσπουέα.οι τπϋλοιπερ έξι (σα ανσίςσοιφα διανόςμασα) διαιποόν σο επίπεδο ςε έξι σομείρ τνεπύρ, ο σπιυαςικϋρ ανσιςσπουέαρ πηγήρ σάςεψρ δόο επιπέδψν έφει οφσύ κασαςσάςειρ (ςτνδταςμοόρ λεισοτπγίαρ διακοπσικύν ςσοιφείψν) με σιρ έξι απϋ ατσέρ ενεπγέρ («1». «6») και σιρ άλλερ δόο («0», «7») μηδενικέρ. Σα οφσύ διανόςμασα κασαςσάςεψρ εξϋδοτ σοτ ανσιςσπουέα υαίνονσαι ςσο ςφήμα (2.29). Η παπαγψγή σοτ διανόςμασορ κασάςσαςηρ ϋσαν ο ανσιςσπουέαρ λεισοτπγεί ςσην κασάςσαςη «1» εξηγείσαι ςσο ςφήμα (2.30), ενύ ϋμοια διαδικαςία ακολοτθείσαι για σιρ τπϋλοιπερ κασαςσάςειρ σοτ ανσιςσπουέα. Σελικά λαμβάνοτμε σο ςφήμα (2.29) ϋποτ υαίνονσαι ϋλερ οι κασαςσάςειρ σοτ ανσιςσπουέα 70

71 φήμα 2.30 Παπαγψγή διανόςμασορ κασάςσαςηρ σοτ ανσιςσπουέα ςσην κασάςσαςη λεισοτπγίαρ <<1>> Η βαςική απφή λεισοτπγίαρ σηρ σεφνικήρ SVPWM είναι η εξήρ: κάθε υοπά επιλέγεσαι κασάλληλορ ςτνδταςμϋρ σψν κασαςσάςεψν σοτ ανσιςσπουέα οι οποίερ εναλλάςςονσαι με σπϋπο ποτ οδηγεί ςση βέλσιςση πποςέγγιςη σοτ διανόςμασορ αναυοπάρ ϋπψρ ατσϋ μποπεί να πποκόχει με μεσαςφημασιςμϋ Clarke σηρ ςτμμεσπικήρ σπιυαςικήρ σπουοδϋσηςηρ αναυοπάρ ςε πλαίςιο δόο αξϋνψν α, β και με αναςόνθεςη σψν δόο ατσύν κάθεσψν ςτνιςσψςύν. Ειδικά για ση λεισοτπγία σεσπαγψνικοό παλμοό, ποτ αποσελεί σην πλέον μη γπαμμική και εν σέλει ανεπιθόμηση αν και θεμελιύδη λεισοτπγία σοτ ανσιςσπουέα η ακολοτθία σψν διαντςμάσψν κασάςσαςηρ για μια πεπίοδο είναι: 1, 2, 3, 4, 5, 6 με σο κάθε ένα να λαμβάνεσαι για π/3 γψνία (6π/3=2π=1 πεπίοδορ). Σα μηδενικά διανόςμασα κασάςσαςηρ 0, 7δεν φπηςιμοποιοόνσαι καθϋλοτ. ση ςτνέφεια αναλόεσαι η λεισοτπγία σοτ ανσιςσπουέα με σην σεφνική SVPWM και διακπίνεσαι η γπαμμική και η μη γπαμμική πεπιοφή λεισοτπγίαρ σοτ (ή αλλιύρ πεπιοφή τπεπδιαμϋπυψςηρ). 71

72 ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΠΕΡΙΟΦΗ ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΑ ΣΟΤ ΑΝΣΙΣΡΟΥΕΑ (0<MODULATION INDEX<0,907) Όπψρ αναυέπθηκε, με σον κασάλληλο μεσαςφημασιςμϋ Clarke σο σπιυαςικϋ ςτμμεσπικϋ ςόςσημα ημισονοειδύν σάςεψν σπουοδοςίαρ μεσασπέπεσαι ςε διυαςικϋ και με σην αναςόνθεςη σψν α, β ςτνιςσψςύν πποκόπσει σο διάντςμα (space vector) σηρ σάςεψρ αναυοπάρ, V*, ποτ είναι υοπέαρ σηρ ίδιαρ ακπιβύρ πληπουοπίαρ με σοσπιυαςικϋ ςόςσημα σάςεψν. σο ςφήμα (2.31) υαίνεσαι σο διάντςμα αναυοπάρ ςε κοινϋ ςσαθεπϋ πλαίςιο αναυοπάρ δόο αξϋνψν με σα διανόςμασα κασάςσαςηρ σοτ ανσιςσπουέα. Σα σελετσαία ενεπγά διανόςμασα κασάςσαςηρ (ποτ ανσιςσοιφοόν ςσιρ κασαςσάςειρ «1»-«6») διαιποόν σο επίπεδο ςε έξι ϋμοιοτρ κτκλικοόρ σομείρ (sectors). σο ίδιο ςφήμα υαίνονσαι δόο ομϋκενσποι κόκλοι, έναρ με ακσίνα ίςη με σο πλάσορ σοτ επιθτμησοό διανόςμασορ σάςεψρ και ο εγγεγπαμμένορ κόκλορ σοτ κανονικοό εξαγύνοτ ποτ ανσιςσοιφεί ςσο μέγιςσο πλάσορ σάςηρ αναυοπάρ για σο οποίο έφοτμε γπαμμική λεισοτπγία σοτ ανσιςσπουέα. Ο ςσϋφορ είναι η παπαγψγή σοτ επιθτμησοό διανόςμασορ σάςεψρ αναυοπάρ ςσην έξοδο σοτ ανσιςσπουέα, και επιστγφάνεσαι με σην κασάλληλη φπηςιμοποίηςη σψν δόο κασαςσάςεψν ποτ ςτνθέσοτν σον κτκλικϋ σομέα ςσον οποίο ανήκει η σάςη αναυοπάρ και σηρ μηδενικήρ κασάςσαςηρ για κασάλληλα φπονικά διαςσήμασα, ϋπψρ εξηγείσαι παπακάσψ. Αναλόονσαρ σο V* ςσα 1 και 2 λαμβάνοτμε: (2.23) (2.24) (2.25) (2.26) 72

73 (οι ςφέςειρ ατσέρ πποκόπσοτν εόκολα απϋ σην ομοιϋσησα σψν σπιγύνψν ποτ ςφημασίζονσαι (ςφήμα (2.33)) φήμα 2.31 Γπαμμική πεπιοφή λεισοτπγίαρ ανσιςσπουέα φήμα 2.32 Ανάλτςη σοτ διανόςμασορ αναυοπάρ ςσα Va και Vb ευαπμϋζονσαρ απλέρ εκυπάςειρ ομοιϋσησαρ σπιγύνψν Θεψπύνσαρ σύπα φπονική πεπίοδο Tc κασά σην οποία η σάςη εξϋδοτ σοτ ανσιςσπουέα ππέπει να είναι V* πποςδιοπίζοτμε σοτρ φπϋνοτρ ta, tb και t0 για σοτρ οποίοτρ ο ανσιςσπουέαρ θα λεισοτπγεί ςσιρ κασαςσάςειρ «1», «2» και «0» ή «7» ανσίςσοιφα αναςτνθέσονσαρ σα ανσίςσοιφα διανόςμασα κασαςσάςεψρ με κασάλληλα φπονικά βάπη. Έσςι λαμβάνοτμε: (2.27) (2.28) 73

74 Όποτ (2.29) (2.30) (2.31) φήμα 2.33 Παλμοί εξϋδοτ ανσιςσπουέα για σην κασαςκετή σοτ διανόςμασορ σηρ σάςεψρ αναυοπάρ απϋ σον κασάλληλο ςτνδταςμϋ επισπεπσύν κασαςσάςεψν σοτ ανσιςσπουέα Οι κασαςσάςειρ «1» και «2» είναι ποτ ςτνειςυέποτν ςσην μέςη σιμή σηρ σάςηρ εξϋδοτ σοτ ανσιςσπουέα, ενύ οι «0» ή «7» ςτμπληπύνοτν σιρ φπονικέρ οπέρ ύςσε σο πποκόπσον διάντςμα σάςεψρ να έφει πλάσορ ϋςο και σο διάντςμα αναυοπάρ. σο ςφήμα (2.33) υαίνεσαι η κασανομή σψν παλμύν σάςεψρ σψν σπιύν υάςεψν ςε φπονικϋ διάςσημα Ts=sampling time=πεπίοδορ δειγμασοληχίαρ. Ο φπϋνορ Ts μποπεί να οπιςσεί ψρ ο φπϋνορ ενϋρ κόκλοτ τπολογιςμοό ή αλλιύρ ψρ η ςτφνϋσησα με σην οποία σο ςόςσημα ελέγφοτ και ςτγκεκπιμένα ο ελεγκσήρ ανανεύνει σοτρ παλμοόρ ελέγφοτ ςσιρ πόλερ σψν ημιαγψγικύν ςσοιφείψν οπίζονσαρ καινοόπγια duty cycle σψν κτμασομοπυύν εξϋδοτ. σο ανψσέπψ ςφήμα παπασηποόμε σα εξήρ: Οι παλμοί είναι ςτμμεσπικοί ψρ ππορ σο μέςον σοτ διαςσήμασορ Ts=2Tc. Έσςι επιστγφάνεσαι 74

75 βέλσιςση (ελάφιςση) απμονική παπαμϋπυψςη σηρ σάςεψρ εξϋδοτ σοτ ανσιςσπουέα. Επίςηρ, οι διαμεσαγψγέρ σψν διακοπσύν ελαφιςσοποιοόνσαι και μαζί σοτρ ελαφιςσοποιοόνσαι και οι διακοπσικέρ απύλειερ. Ο ανσιςσπουέαρ λεισοτπγεί ςση γπαμμική πεπιοφή ϋςο η V* βπίςκεσαι ενσϋρ σοτ εξαγύνοτ (ςφήμα 2.31). Ο δείκσηρ διαμϋπυψςηρ οπίζεσαι ψρ εξήρ: Όποτ (2.32) σο ϋπιο σηρ γπαμμικήρ λεισοτπγίαρ ο ςτνσελεςσήρ διαμϋπυψςηρ πποκόπσει: (2.33) (2.34) με σο πλάσορ σηρ θεμελιύδοτρ ςτνιςσύςαρ σηρ σάςεψρ εξϋδοτ να είναι σο 90,7%σοτ ανσίςσοιφοτ για λεισοτπγία με σεσπαγψνικϋ παλμϋ σάςεψρ (0<m<0,907) ΠΕΡΙΟΦΗ ΤΠΕΡΔΙΑΜΟΡΥΨΗ σην πεπιοφή ατσή ο ανσιςσπουέαρ παόει να λεισοτπγεί γπαμμικά καθύρ σο πλάσορ σοτ διανόςμασορ αναυοπάρ ξεπεπνάει σο όχορ σοτ κανονικοό εξαγύνοτ ποτ αποσελεί σο ϋπιο σηρ γπαμμικήρ λεισοτπγίαρ. Η λεισοτπγία τπεπδιαμϋπυψςηρ διακπίνεσαι ςε δόο πεπιοφέρ: ςσην πεπιοφή 1 (0,907<m<0,952) ϋποτ σο V* σέμνει σο εξάγψνο ςε δόο 75

76 ςημεία ςε κάθε σομέα τπάπφει ππϋβλημα ςσην παπακολοόθηςη σοτ διανόςμασορ αναυοπάρ απϋ σον ανσιςσπουέα ϋσαν ατσϋ ξεπεπνά σα ϋπια σοτ εξαγύνοτ. Μια σποποποιημένη σποφιά, αποσελοόμενη απϋ γπαμμικά και κτκλικά σμήμασα πποσείνεσαι για σο διάντςμα αναυοπάρ ύςσε να ανσιμεσψπιςσεί ατσϋ σο ππϋβλημα (ςφήμα 2.34). Η πποκόπσοτςα μέςη υαςική σάςη έφει γπαμμικά σμήμασα ποτ ανσιςσοιφοόν ςσα γπαμμικά σμήμασα σηρ σποποποιημένηρ σποφιάρ και ημισονοειδή σμήμασα ποτ ανσιςσοιφοόν ςσα κτκλικά σηρ σποποποιημένηρ σποφιάρ (κτμασομοπυή υαςικήρ σάςεψρ ςσο ςφήμα (2.34). Η αναλτσική έκυπαςη σηρ θεμελιύδοτρ σάςεψρ εξϋδοτ είναι η εξήρ: (2.37) 76

77 φήμα 2.34 Πεπιοφή τπεπδιαμϋπυψςηρ 1 ανσιςσπουέα 77

78 φήμα 2.35 Πεπιοφή τπεπδιαμϋπυψςηρ 2 ανσιςσπουέα ε μια ςτνοπσική αναπαπάςσαςη δίνονσαι σα διανόςμασα κασάςσαςηρ σοτ ανσιςσπουέα ςσο dq επίπεδο ϋποτ και 78

79 διακπίνονσαι οι πεπιοφέρ γπαμμικήρ και μη γπαμμικήρ λεισοτπγίαρ σοτ τπϋ SVPWM σεφνική διαμϋπυψςηρ. φήμα 2.36 πεπιοφέρ γπαμμικήρ και μη γπαμμικήρ λεισοτπγίαρ σοτ ανσιςσπουέα τπο svpwm διαμϋπυψςη, και διανόςμασα κασάςσαςηρ ςσο dq επίπεδο ΔΙΑΜΟΡΥΨΗ ΕΤΡΟΤ ΠΑΛΜΨΝ ΜΕ ΕΛΕΓΦΟ ΡΕΤΜΑΣΟ Ε ΖΨΝΗ ΤΣΕΡΗΗ Η σεφνική σηρ διαμϋπυψςηρ σοτ εόποτρ σψν παλμύν με σον έλεγφο σοτ πεόμασορ ςε ζύνη τςσέπηςηρ βαςίζει ση λεισοτπγία σηρ ςε έναν κλειςσϋ βπϋφο ανάδπαςηρ σοτ ςσιγμιαίοτ πεόμασορ και ςση δημιοτπγία ενϋρ ςήμασορ ςυάλμασορ (διαυοπά μεσαξό ππαγμασικοό πεόμασορ και πεόμασορ αναυοπάρ) ποτ με κασάλληλο αλγϋπιθμο οδηγεί ςση δημιοτπγία σψν παλμύν ελέγφοτ σψν διακοπσικύν ςσοιφείψν σοτ ανσιςσπουέα. τγκεκπιμένα, ςσϋφορ σηρ σεφνικήρ ατσήρ είναι να διασηπήςει σο πεόμα σοτ κινησήπα (υοπσίοτ) ενσϋρ πποκαθοπιςμένηρ ζύνηρ τςσεπήςεψρ γόπψ απϋ σην μέςη σιμή,διασηπύνσαρ ένα μέγιςσο αποδεκσϋ απϋλτσο ςυάλμα.ο αλγϋπιθμορ PWM διαμϋπυψςηρ ποτ ςτνσηπεί σο πεόμα μιαρ υάςεψρ σοτ υοπσίοτ ενσϋρ πποκαθοπιςμένηρ ζύνηρ τςσεπήςεψρ εξηγείσαι άμεςα ςσο ςφήμα (2.37). Η πποςεκσική, ςτγκπισική παπασήπηςη σψν κτμασομοπυύν σάςεψρ και πεόμασορ μαρ αποκαλόπσει σον αλγϋπιθμο ελέγφοτ:ϋσαν σο πεόμα υθάςειςσο άνψ ϋπιο σηρ ζύνηρ τςσέπηςηρ (με σάςη να σην εγκα- 79

80 σαλείχει) κασάλληλη ενέπγεια σο ςτγκπασεί ενσϋρ σηρ. Η ενέπγεια ατσή είναι η αλλαγή σηρ κασάςσαςηρ αγψγήρ σψν δόο ςτμπληπψμασικά λεισοτπγοόνσψν διακοπσύν σηρ εμπλεκϋμενηρ υάςεψρ. τγκεκπιμένα ανοίγει ο (+) άνψ διακϋπσηρ και κλείνει ο (-) κάσψ διακϋπσηρ σοτ κλάδοτ σηρ εμπλεκϋμενηρ υάςεψρ ύςσε η σάςη σοτ ανσιςσπουέα ςε ατσή ση υάςη να γίνει απνησική και σο πεόμα να απφίςει να πέυσει. Ανσίςσοιφα, ϋσαν σο πεόμα πέυσει και αγγίξει σο κάσψ ϋπιο σηρ ζύνηρ τςσέπηςηρ γίνεσαι ο ςτμπληπψμασικϋρ φειπιςμϋρ σοτ πποηγοτμένοτ, θεσική σάςη εμυανίζεσαι ςσην ςφεσική υάςη και σο πεόμα αλλάζει ποπεία παπαμένονσαρ και πάλι ςση ζύνη τςσέπηςηρ. Η σεφνική ελέγφοτ με ζύνη τςσέπηςηρ βαςίζεσαι ςσην απφή σοτ bang-bang ελέγφοτ, ο οποίορ ςτνίςσασαι ςε διαδοφικέρ και κασά σο μάλλον ή ήσσον φονδποειδείρ ψθήςειρ σηρ τπϋ έλεγφο ποςϋσησαρ ύςσε ατσή να ικανοποιεί ςτγκεκπιμένα κπισήπια. Ππουανύρ, σο ςήμα αναυοπάρ ϋςο και σο εόπορ σηρ ζύνηρ τςσέπηςηρ είναι ποςϋσησερ ποτ καθοπίζονσαι απϋ σον κασαςκεταςσή σοτ αλγοπίθμοτ. φήμα2.37 Διαμϋπυψςη εόποτρ παλμύν με έλεγφο πεόμασορ ςε ζύνη τςσέπηςηρ Κτπιϋσεπα πλεονεκσήμασα ατσήρ σηρ σεφνικήρ είναι η απλϋσησα τλοποίηςηρ και η σαφεία απϋκπιςη. Άλλψςσε ο άμεςορ έλεγφορ σοτ πεόμασορ υοπσίοτ (κινησήπα) είναι ιδιαίσεπα επιθτμησϋρ ςσα ςτςσήμασα κίνηςηρ. Ψςσϋςο, οι φονδποειδείρ ψθήςειρ σοτ πεόμασορ 80

81 ςε διαυοπεσικέρ κασετθόνςειρ δημιοτπγοόν και πποβλήμασα κάνονσαρ σην σεφνική να απέφει απϋ σο ολικϋ βέλσιςσο. ημανσικά ζησήμασα θέσονσαι ςφεσικά με ση κτμάσψςη σοτ πεόμασορ και ση διακοπσική ςτφνϋσησα, σον σπϋπο ποτ ατσά μεσαβάλλονσαι κασά ση διάβαςη σοτ κινησήπα απϋ διαδοφικέρ κασαςσάςειρ λεισοτπγίαρ και σο ανσίκστπο ποτ έφοτν ςσο κινησήπιο ςόςσημα ςε θέμασα επίδοςηρ και απϋδοςηρ (απψλειύν). Επίςηρ η πιθανϋσησα τιοθέσηςηρ δτναμικοό εόποτρ ζύνηρ τςσέπηςηρ πποςυέπεσαι ππορ μελέση. 2.4 ΠΑΡΕΝΕΡΓΕΙΕ ΑΠΟ ΣΗ ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΑ ΜΕΣΑΣΡΟΠΕΨΝ Ε ΤΣΗΜΑΣΑ ΟΔΗΓΗΗ ΜΕΣΑΒΛΗΣΗ ΣΑΦΤΣΗΣΑ Παπϋσι αποδοσική και αποσελεςμασική, η φπήςη ηλεκσπονικύν ιςφόορ ςσα ςτςσήμασα κίνηςηρ μεσαβλησήρ σαφόσησαρ γεννά ανεπιθόμησερ παπενέπγειερ. Φαπακσηπιςσικά αναυέπεσαι ςση βιβλιογπαυία ϋσι η έκσαςη και ςοβαπϋσησα σψν ζησημάσψν ατσύν κάνει ακϋμα πιο κοινή ση ςτνήθη έκυπαςη πεπί «δετσεπετϋνσψν θεμάσψν, αλλά ππψσετϋνσψν ανηςτφιύν». Σο ππϋβλημα σψν απμονικύν φαμηλήρ σάξεψρ ποτ εγφέονσαι ςσο ςόςσημα απϋ σοτρ μη ελεγφϋμενοτρ ανοπθψσέρ έφει ήδη εξηγηθεί. Για σην απουτγή μεγάλψν και ακπιβύν παθησικύν υίλσπψν άλλα ενεπγά φπηςιμοποιοόνσαι. Επίςηρ φπηςιμοποιοόνσαι ανοπθψσέρ με σεφνική διαμϋπυψςηρ PWM οι οποίοι ϋμψρ παπάγοτν ςτςσάδερ απμονικύν γόπψ απϋ ση διακοπσική ςτφνϋσησα και σα πολλαπλάςιά σηρ. Ατσέρ οι τχίςτφνερ ςτνιςσύςερ σψν πετμάσψν σοτ δικσόοτ πποκαλοόν ανσίςσοιφερ τχίςτφνερ ςτνιςσύςερ σάςεψρ ποτ καλοόνσαι θϋπτβορ σάςεψρ (voltage noise) και ποτ είναι ετπέψρ γνψςσϋρ με σον ϋπο EMI (ElectroMagnetic Interference, δηλ. ηλεκσπομαγνησικέρ παπεμβολέρ). Επιππϋςθεσορ θϋπτβορ εγφέεσαι ςσο ςόςσημα λϋγψ σηρ λεισοτπγίαρ σοτ ανσιςσπουέα μέςψ σηρ dc ζεόξεψρ (dc bus) και σοτ ανοπθψσή, ενύ η καθεατσή λεισοτπγία σψν 81

82 διακοπσικύν ςσοιφείψν παπάγει ηλεκσπομαγνησικϋ θϋπτβο ςσην κλίμακα σψν MHz. Μέπορ σηρ ενέπγειαρ σοτ τχίςτφνοτ ατσοό θοπόβοτ ακσινοβολείσαι απϋ σιρ γπαμμέρ μεσαυοπάρ και οποιαδήποσε άλλη καλψδίψςη ποτ για σέσοιερ ςτφνϋσησερ λεισοτπγεί ψρ ακσινοβολησήρ (κεπαία). Καθύρ σϋςο ο ακσινοβολοόμενορ θϋπτβορ, ϋςο και ο θϋπτβορ ποτ άγεσαι ςση διάσαξη παπενοφλοόν σον εταίςθησο ηλεκσπονικϋ εξοπλιςμϋ, ειδικά βαθτπεπασά υίλσπα, καλοόμενα ψρ EMI υίλσπα ή υίλσπα ακοτςσικύν ςτφνοσήσψν (RF Filters, Radio Frequency Filters) σοποθεσοόνσαι ςσην είςοδο σοτ ανοπθψσή, αποκϋβονσαρ σον τχίςτφνο θϋπτβο. Οι τχηλέρ σιμέρ ςσο πτθμϋ μεσαβολήρ σηρ σάςεψρ (dv/dt), αποσέλεςμα σοτ μικποό φπϋνοτ ανϋδοτ σψν παλμύν σηρ σάςεψρ σοτ ανσιςσπουέα, αποσελοόν μια ακϋμη πηγή πποβλημάσψν, καθύρ πποκαλοόν γπηγοπϋσεπη γήπανςη σηρ μονύςεψρ σψν στλιγμάσψν σοτ ςσάση λϋγψ σηρ άνιςηρ κασανομήρ σηρ σάςεψρ ςσιρ επιμέποτρ ςπείπερ. Ακϋμα, ένα ςημανσικϋ ζήσημα είναι η ςόνδεςη σοτ ανσιςσπουέα και σηρ μηφανήρ. Αν σο καλύδιο είναι απκεσά μακπό μποπεί να εμυανίςει ςτμπεπιυοπά γπαμμήρ μεσαυοπάρ και κτμασικά υαινϋμενα (ανάκλαςη και διάθλαςη σψν παλμύν ςσα άκπα σηρ γπαμμήρ λϋγψ έλλειχηρ πποςαπμογήρ) μποπεί να οδηγήςοτν ςε υαινϋμενα ςτμβολήρ με σο πλάσορ σψν παλμύν σάςεψρ ςση μηφανή να είναι διπλάςιο σοτ ονομαςσικοό. Ο εμπειπικϋρ κανϋναρ πποβλέπει 60m καλψδίοτ για κάθε μsec φπϋνοτ ανϋδοτ. Ππουανύρ οι τπεπσάςειρ ατσέρ είναι επικίνδτνερ για ση μϋνψςη σψν στλιγμάσψν σοτ ςσάση και ππέπει να πεπιοπίζονσαι και ςσα δόο άκπα σοτ καλψδίοτ με RC υίλσπα. Ακϋμα, η σπιυαςική αςόγφπονη μηφανή μποπεί να ειδψθεί ψρ σπιυαςικϋ υοπσίο με σην κάθε σάςη να έφει παπάςισερ φψπησικϋσησερ ψρ ππορ ση γη. Οι σελετσαίερ, παπϋσι μικπήρ σιμήρ, παπέφοτν δπϋμοτρ φαμηλήρ ανσίςσαςηρ ςσα μεσαβασικά πεόμασα ποτ παπάγονσαι απϋ σιρ τχηλέρ σιμέρ σοτ πτθμοό μεσαβολήρ σηρ σάςεψρ dv/dt λϋγψ σηρ λεισοτπγίαρ σοτ ανσιςσπουέα. Φαπακσηπιςσική είναι η παπάςιση φψπησικϋσησα ποτ δημιοτπγείσαι ςσα ποτλεμάν σηρ μηφανήρ με σο λεπσϋ υιλμ σοτ λιπανσικοό μεσαξό σψν κινοόμενψν μεπύν να λεισοτπγεί ψρ διηλεκσπικϋ. Ηλεκσπικϋ υοπσίο ςτςςψπεόεσαι ςε ατσέρ σιρ 82

83 φψπησικϋσησερ μέφπι ποτ η σάςη μεσαξό σψν κινοόμενψν μεπύν και σηρ γηρ ξεπεπνά ση διηλεκσπική ανσοφή σοτ λιπανσικοό. Μεσά απϋ λίγοτρ μήνερ λεισοτπγίαρ ενϋρ σέσοιοτ ςτςσήμασορ κίνηςηρ σα ίφνη σψν ηλεκσπικύν εκκενύςεψν γίνονσαι εμυανή. Άμεςα ανσίμεσπα είναι η φπήςη αγύγιμψν λιπανσικύν, κλψβοό Faraday ςσο διάκενο σηρ μηφανήρ ή ςόςσημα γείψςηρ σοτ άξονα. Για ση μείψςη σοτ πεόμασορ διαπποήρ μηδενικήρ ακολοτθίαρ μεσαξό οτδέσεποτ και γηρ κασάλληλο ςσπαγγαλιςσικϋ πηνίο ή μεσαςφημασιςσήρ μποπεί να φπηςιμοποιηθεί ςσοτρ ακποδέκσερ σηρ μηφανήρ. Σέλορ, η ςσαθεπή διακοπσική ςτφνϋσησα πποκαλεί ηφησική ενϋφληςη καθύρ λϋγψ σοτ υαινομένοτ σηρ μαγνησοςτςσολήρ παπάγεσαι ήφορ (ηφησικϋ κόμα) ςτγκεκπιμένηρ ςτφνϋσησαρ. Για ση ςιψπηλή λεισοτπγία σοτ ςτςσήμασορ κίνηςηρ η διακοπσική ςτφνϋσησα ππέπει να ατξηθεί ςε ατσέρ σψν τπεπήφψν (ςτφνϋσησερ μεγαλόσεπερ σψν 20kHz) κάσι ποτ δεν είναι πάνσα ευικσϋ. Άλλερ λόςειρ ποτ πποσείνονσαι ςε ατσή ση σην πεπίπσψςη είναι η στφαία αλλαγή σηρ διακοπσικήρ ςτφνϋσησαρ, έσςι ύςσε η ιςφόρ σψν διακπισύν απμονικύν ςτνιςσψςύν (watts) να μεσασπέπεσαι ςε πτκνϋσησα ιςφόορ (watts/ηertz) και σο απμονικϋ υάςμα απϋ διακπισϋ ςε ςτνεφέρ. Έσςι, ο σονικϋρ ήφορ (ήφορ ςτγκεκπιμένοτ σονικοό όχοτρ, δηλαδή ςτφνϋσησαρ) μεσασπέπεσαι ςε ςσασικϋ θϋπτβο ποτ πιο εόκολα φάνεσαι ςσον θϋπτβο σοτ πεπιβάλλονσορ.η στφαία αλλαγή σηρ διακοπσικήρ ςτφνϋσησαρ επίςηρ μειύνει σιρ ηλεκσπομαγνησικέρ παπεμβολέρ απϋ σο ςόςσημα οδήγηςηρ ςσο ςόςσημα σπουοδοςίαρ (σπιυαςικϋ δίκστο). 83

84 3. ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΑ ΕΞΟΜΟΙΨΗ ΣΡΙΥΑΙΚΟΤ ΑΤΓΦΡΟΝΟΤ ΚΙΝΗΣΗΡΑ 3.1 Ειςαγψγή σην παποόςα διπλψμασική επγαςία μονσελοποιήθηκε και αναλόθηκε η λεισοτπγία και η ςτμπεπιυοπά ενϋρ σπιυαςικοό αςόγφπονοτ κινησήπα σπουοδοσοόμενοτ μέςψ ηλεκσπονικοό μεσασποπέα σϋςο ςσην πεπίπσψςη σηρ «τγιοόρ» μηφανήρ, ϋςο και ςσην πεπίπσψςη μηφανήρ η οποία παποτςίαζε ςυάλμασα ςσον κλψβϋ. Δημιοτπγήθηκε μέςψ σοτ ππογπάμμασορ πεπεπαςμένψν ςσοιφείψν OPERA-2D, έναρ κύδικαρ, ο οποίορ πποςομοιύνει σην σάςη εξϋδοτ ενϋρ ανσιςσπουέα πηγήρ σάςηρ με PWM διαμϋπυψςη, και σπουοδοσεί σον κινησήπα μαρ. Για σην διάγνψςη σοτ ςυάλμασορ φπηςιμοποιήθηκε η μέθοδορ MCSA(motor current signature analysis). Σο MCSA είναι ένα ςόςσημα ππαγμασικοό φπϋνοτ ποτ φπηςιμοποιεί αιςθησήπερ, οι οποίοι δεν διειςδόοτν ςσο ςύμα σηρ μηφανήρ, ενύ οι πληπουοπίερ ποτ ανσλοόνσαι φπηςιμοποιοόνσαι για σην διάγνψςη ςυαλμάσψν ςσιρ αςόγφπονερ μηφανέρ. σον παπϋν κευάλαιο θα παποτςιάςοτμε σα αποσελέςμασα σηρ ηλεκσπομαγνησικήρ ανάλτςηρ απϋ σην εκκίνηςη σηρ μηφανήρ μέφπι και σην μϋνιμη κασάςσαςη σϋςο ςσον «τγιή» αςόγφπονο σπιυαςικοό κινησήπα ϋςο και ςσον κινησήπα με ςυάλμα ςσο δακσόλιο βπαφτκόκλψςηρ. Ππαγμασοποιήθηκε δτναμική ανάλτςη τπϋ ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν, ίδιο και για σοτρ δόο κινησήπερ. Απϋ ση ςτγκεκπιμένη ανάλτςη πποέκτχαν αποσελέςμασα σα οποία θα δοόμε ςση ςτνέφεια σοτ κευαλαίοτ και έφοτν ςφέςη με ση λεισοτπγία σψν κινησήπψν. τγκεκπιμένα θα δοόμε σιρ κτμασομοπυέρ σψν πετμάσψν σοτ ςσάση, σψν σάςεψν σοτ ςσάση, σηρ ποπήρ και σηρ γψνιακήρ σαφόσησαρ σψν κινησήπψν. 84

85 3.2 ΣΕΦΝΙΚΑ ΦΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΑ ΚΙΝΗΣΗΡΑ Ο τπϋ μελέση κινησήπαρ είναι έναρ αςόγφπονορ κινησήπαρ βπαφτκτκλψμένοτ δπομέα σόποτ Κ112Μ 4 και έδπαςηρ Β3. Η διάσαξη σοτ κινησήπα και οι διαςσάςειρ σψν σμημάσψν σοτ ςε mm υαίνονσαι ςσα ςφήμασα και φήμα 3.2.1: Διάσαξη και διαςσάςειρ σοτ τπϋ μελέση κινησήπα 85

86 φήμα 3.2.2: Διάσαξη και διαςσάςειρ σοτ τπϋ μελέση κινησήπα Πίνακαρ 3.2.3: Σεφνικά φαπακσηπιςσικά σοτ τπϋ μελέση κινησήπα. 1 Πξνέιεπζε Διιεληθήο θαηαζθεπήο 2 Καηαζθεπαζηήο Βαιηάδεο Α.Δ 3 Πξνδηαγξαθέο θαηαζθεπήο IEC34-1, 34-6, Σύπνο K112M 4 5 Δίδνο Βξαρπθπθισκέλνπ δξνκέα 6 Πξνζηαζία ΙΡ55 7 Κιάζε κόλσζεο F 8 Ολνκαζηηθόο αξηζκόο ζηξνθώλ πρλόηεηα 50Hz 10 Σάζε ιεηηνπξγίαο 400V Γ 11 πλδεζκνινγία ζηάηε Γ 12 Ολνκαζηηθή ηζρύο 4kW 13 Βαζκόο απόδνζεο ζε πιήξεο θνξηίν 82% 14 πληειεζηήο ηζρύνο ζε πιήξεο θνξηίν Ολνκαζηηθή έληαζε ξεύκαηνο 8.6A 86

87 16 Ολνκαζηηθή ξνπή 27Nm 17 ρεηηθό ξεύκα εθθίλεζεο ρεηηθή ξνπή εθθίλεζεο ρεηηθή κέγηζηε ξνπή Σξόπνο ςύμεο ηδηναλεκηζηήξαο 21 Θεξκνθξαζία πεξηβάιινληνο έσο Τςόκεηξν έσο 1000m 23 Λίπαλζε ξνπιεκάλ απηνιίπαληα 24 Βάξνο 38kg Σα σεφνικά φαπακσηπιςσικά σοτ κινησήπα υαίνονσαι ςσον πίνακα Ο βαθμϋρ πποςσαςίαρ ΙΡ55 σοτ κινησήπα εγγτάσαι μεπική πποςσαςία ένανσι ςκϋνηρ και πποςσαςία ένανσι πποςβολήρ νεποό εκσοξετϋμενοτ απϋ ϋλερ σιρ κασετθόνςειρ. Η κλάςη μϋνψςηρ F υανεπύνει πψρ η μέγιςση θεπμοκπαςία ποτ επισπέπεσαι να επενεπγεί ςτνεφύρ ςσον κινησήπα είναι 155 o C. Η χόξη σοτ κινησήπα ππαγμασοποιείσαι με ιδιοανεμιςσήπα, δηλαδή με έναν ανεμιςσήπα σοποθεσημένο ςσον άξονα σοτ κινησήπα και η μέγιςση επισπεπϋμενη θεπμοκπαςία σοτ χτκσικοό είναι 40 o C. Πέπαν ατσήρ σηρ θεπμοκπαςίαρ μειύνεσαι η αποδιδϋμενη μηφανική ιςφόρ. Σο μέγιςσο επισπεπϋμενο τχϋμεσπο ςσο οποίο ο κινησήπαρ παπάγει σην ονομαςσική ιςφό σοτ είναι σα 1000m. Πέπαν ατσήρ σηρ σιμήρ η απαγψγή θεπμϋσησαρ μειύνεσαι, λϋγψ απαίψςηρ σοτ αέπα, γεγονϋρ ποτ ςημαίνει πψρ ο κινησήπαρ ππέπει να τπολεισοτπγεί ύςσε να παπάγει απύλειερ σϋςερ, ύςσε να μη μειύνοτν σην αναμενϋμενη διάπκεια ζψήρ σψν μονύςεψν [29,30]. 87

88 3.3 Δημιοτπγία κύδικα για σην σπουοδοςία σηρ μηφανήρ [4,5] Όπψρ έφει αναυεπθεί και ςε πποηγοόμενερ αναυοπέρ, κόπιορ και ππψσαπφικϋρ ςσϋφορ σηρ παποόςαρ διπλψμασικήρ επγαςίαρ είναι φπηςιμοποιύνσαρ σιρ δτνασϋσησερ σοτ ππογπάμμασορ πεπεπαςμένψν ςσοιφείψν OPERA και ςτγκεκπιμένα κάνονσαρ ανάλτςη ςσιρ δτο διαςσάςειρ (οpera -2d), να επισετφθεί η σπουοδοςία σοτ αςόγφπονοτ κινησήπα ποτ μελεσοόμε, με σην σάςη εξϋδοτ ενϋρ ανσιςσπουέα πηγήρ σάςηρ ο οποίορ να λεισοτπγεί με διαμϋπυψςη εόποτρ παλμύν (PWM MODE OF OPERATION) Ανάλτςη σοτ κύδικα [7,13] Πιο ςτγκεκπιμένα, φπηςιμοποιύνσαρ σο ςόνολο σψν ενσολύν ποτ μαρ παπέφει σο ππϋγπαμμα κασαυέπαμε να δημιοτπγήςοτμε κύδικα ςσην γλύςςα σοτ OPERA, ο οποίορ κάνει σα εξήρ : -Απφικά έφοτμε σην δημιοτπγία σπιύν ατξανϋμενψν ημισϋνψν σα οποία ϋςο ο φπϋνορ είναι <0.02 (δηλαδή μέςα ςσην ππύση πεπίοδο ), σπουοδοσοόν σην μηφανή μαρ. Ατσϋ σο επιδιύκοτμε για σην ομαλϋσεπη εκκίνηςη σηρ μηφανήρ μαρ και αποσελεί καθαπά «κίνηςη» σεφνική λϋγψ σψν ιδιαίσεπψν φαπακσηπιςσικύν σοτ ππογπάμμασορ ποτ φπηςιμοποιοόμε. -Ακολοόθψρ κάθε φπονική ςσιγμή, ςτγκεκπιμένα κάθε , ποτ είναι και σο επιθτμησϋ βήμα, γίνονσαι σα παπακάσψ 1. παπάγονσαι σιμέρ για σπία ημίσονα με διαυοπά υάςηρ μεσαξτ σοτρ 120 μοίπερ 2.παπάγονσαι σιμέρ για έναν σπιγψνικϋ παλμϋ 3.ε κάθε βήμα, ( ) ςτγκπίνονσαι οι σιμέρ σοτ κάθε ημισϋνοτ ξεφψπιςσά με σην σιμή σοτ σπιγψνικοό παλμοό και αν η σιμή σοτ 88

89 σπιγψνικοό είναι μεγαλόσεπη σοτ εκάςσοσε ημισϋνοτ σοσε δίνεσαι η σιμή -250 αλλιύρ 250. Έσςι έφοτμε σην δημιοτπγία παλμύν πλάσοτρ απϋ -250 έψρ 250 ϋπψρ επιθτμοόμε για να παπάγοτμε ςσην ςτνέφεια σιρ υαςικέρ σάςειρ εξϋδοτ σοτ ανσιςσπουέα, με σιρ οποίερ θα σπουοδοσήςοτμε σιρ σπείρ υάςειρ σοτ ςσάση. -Έφοτμε επιλέξει ςτνσελεςσή διαμϋπυψςηρ πλάσοτρ MA=Asin /Atri =0.95/1=0.95. ε ατσϋ σο ςημείο επιςημαίνεσαι ϋσι δίνεσαι η δτνασϋσησα μέςψ σοτ κύδικα ποτ δημιοτπγήθηκε να μεσαβάλλονσαι ϋλερ οι παπάμεσποι ποτ μαρ ενδιαυέποτν, και εν πποκειμένψ, μποποόμε να ατξομειύνοτμε σο ςτνσελεςσή διαμϋπυψςηρ πλάσοτρ (απϋ 0 έψρ 1) και έσςι να μεσαβάλλεσαι σο εόπορ σψν παλμύν σηρ κτμασομοπυήρ ποτ πποκόπσει απϋ σην ςόγκπιςη. -τνσελεςσήδιαμϋπυψςηρςτφνϋσησαρ MF=Ftri/Fsin=4050/50=81 (για απαλοιυή σψν άπσιψν απμονικύν ππέπει να φπηςιμοποιηθεί ςτγφπονιςμένη διαμϋπυψςη PWM και ο MF ππέπει να είναι πεπισσϋρ ακέπαιορ. Επίςηρ, ο MF ππέεπι να είναι πολλαπλάςιορ σοτ 3 για σην απαλοιυή σψν κτπιϋσεπψν απμονικύν απϋ σην πολική σάςη). -Άπα έφοτμε επιλέξει ςόγφπονη PWM διαμϋπυψςη. Λογψ σοτ ϋσι MA<1 δεν έφοτμε τπεπδιαμϋπυψςη ( πιο αναλτσική πεπιγπαυή σηρ πεπιοφήρ τπεπδιαμϋπυψςηρ και γπαμμικήρ διαμϋπυψςηρ έφει ππαγμασοποιηθεί ςσο κευάλαιο 2 ), και αν και MF>>21και θα μποποόςαμε να φπηςιμοποιήςοτμε αςόγφπονη PWM ενσοόσοιρ δεν σο κάνοτμε διϋσι αν ο ανσιςσπουέαρ σπουοδοσεί ένα υοπσίο, ϋπψρ ο ac κινησήπαρ, οι τποαπμονικέρ ςση μηδενική ή κονσά ςσην μηδενική ςτφνϋσησα, παπά σο ϋσι έφοτν μικπϋ πλάσορ, θα έφοτν ψρ αποσέλεςμα μεγάλα πεόμασα, σα οποία είναι σελείψρ ανεπιθόμησα. Επομένψρ η αςόγφπονη PWM ππέπει να απουεόγεσαι. Για ατσοόρ ακπιβύρ σοτρ λϋγοτρ, καθύρ και ϋςψν άλλψν πποέκτχαν απϋ σην ανάλτςη σοτ 2 κευαλαίοτ, πποσιμήθηκε η ςόγφπονη PWM με σα παπαπάνψ φαπακσηπιςσικά. -Σέλορ ππέπει να επιςημανθεί για ποιϋ λϋγο επιλέφθηκε σο πλάσορ σψν παλμύν σάςηρ ποτ δημιοτπγοόνσαι να είναι πεπίποτ 500V. Όπψρ αναυέπθηκε ςσο 2 κευάλαιο, ο ανσιςσπουέαρ πηγήρ σάςηρ με λεισοτπγία PWM, σοτ οποίοτ σην έξοδο πποςομοιύςαμε, δέφεσαι ψρ είςοδο σην 89

90 ιδανικη ανοπθψμένη σάςη 500V. Αυοό εμείρ λοιπϋν θέλοτμε ςσην έξοδο σοτ ανσιςσπουέα να έφοτμε παλμοόρ πλάσοτρ +-250, είναι ππουανέρ ϋσι θα ππέπει να έφοτμε Vdc=500V. Γνψπίζοτμε επιπλέον ϋσι η υαςική rms σάςη σοτ ανσιςσπουέα ςσην θεμελιύδη ςτφνϋσησα πποκόπσει απϋ σον σόπο : Vυrmsθεμελ.ςτφνο.=Mα*Vdc/(2*1.414). Άπα Vυrmsθεμ.ςτφν.=168V (επιθτμησή σιμή) Ακϋμα, σο πλάσορ ατσϋ δεν επιλέφθηκε μϋνο εξαισίαρ σοτ παπαπάνψ λϋγοτ αλλά και γιασί με ατσϋν σον σπϋπο δημιοτπγοόμε παλμοόρ σάςειρ ποτ σπουοδοσοόν σιρ υάςειρ σοτ ςσάση σηρ μηφανήρ μαρ, και άπα η υαςική σάςη σηρ μηφανήρ, θα έφει σην μοπυή ποτ υάνηκε ςσα διαγπάμμασα σηρ ανάλτςηρ ποτ πποηγήθηκαν και θα παίπνει σιμέρ : Vdc/3=167V, 2Vdc/3=333.4V, και σην σιμή 0. Γεγονϋρ ποτ δεν έπφεσαι ςε ανσίθεςη με σα κασαςκεταςσικά ςσοιφεία σηρ μηφανήρ ποτ παπασέθηκαν παπαπάνψ. 90

91 3.4 Δτναμική ανάλτςη [4,5] Ξεκινάμε με ση δτναμική ανάλτςη σοτ «τγιή» κινησήπα και σοτ κινησήπα με ςυάλμα ςσο δακσόλιο βπαφτκόκλψςηρ. Με σην δτναμική ανάλτςη παίπνοτμε ση λόςη ςε κάθε «βήμα», σηρ μεσαβασικήρ ηλεκσπομαγνησικήρ εξίςψςηρ η οποία ππαγμασοποιείσαι απϋ σο μονσέλο σοτ κινησήπα και επιστγφάνεσαι επισπέπονσαρ ςσο δπομέα να πεπιςσπέυεσαι ςση κασάλληλη γψνιά ςε κάθε «βήμα». Με σον ϋπο «βήμα» οπίζοτμε σο φπϋνο ποτ φπειάζεσαι ύςσε να επαναληυθοόν οι τπολογιςμοί. Ανοίγοτμε σο λογιςμικϋ «OPERA-2d» {Start All Programs Vector Fields Opera Opera 12.0} και μπαίνοτμε ςσο πεπιβάλλον επγαςίαρ «Pre and Post-Processor Environment» {Opera-2d Pre and Post-Processor Environment}. Για σην ππαγμασοποίηςη σηρ δτναμικήρ ανάλτςηρ φπηςιμοποιοόμε απϋ σα επγαλεία ποτ μαρ παπέφει σο λογιςμικϋ Opera-2d, σην «RM analysis». Θα ππαγμασοποιήςοτμε ανάλτςη τπϋ ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν ανά λεπσϋ ςσο μονσέλο μαρ. Η διαδικαςία ποτ ακολοτθείσαι για να δύςοτμε σα ςσοιφεία σηρ ανάλτςηρ είναι ίδια και για σοτρ δόο κινησήπερ και θα σην δοόμε αναλτσικά ςσην ςτνέφεια. Σελειύνονσαρ σην δτναμική ανάλτςη θα παποτςιάςοτμε σιρ κτμασομοπυέρ σοτ πεόμασορ (3 πεόμασα) σοτ ςσάση, σιρ κτμασομοπυέρ σηρ σάςηρ (3 σάςειρ ),σηρ ποπήρ και σηρ γψνιακήρ σαφόσησαρ σοτ δπομέα και για σοτρ δόο κινησήπερ Κινησήπαρ φψπίρ ςυάλμα [6,12] Υοπσύνοτμε σο μονσέλο σοτ κινησήπα με σην ενσολή «Open» { File Open } ή απϋ σο εικονίδιο. σο παπάθτπο ελέγφοτ (Εικϋνα 3.1) ποτ εμυανίζεσαι ςσην οθϋνη μαρ ςτμπληπύνοτμε ςσο κενϋ διάςσημα σο ϋνομα με σο οποίο έφοτμε αποθηκεόςει σο μονσέλο, «File name : AMotor_A.op2». 91

92 Εικϋνα 3.1 Παπάθτπο ελέγφοτ ενσολήρ «OPEN» [6] Για σην ππαγμασοποίηςη σηρ δτναμικήρ ανάλτςηρ επιλέγοτμε απϋ σα επγαλεία ποτ μαρ παπέφει ο «Pre and Post Processor» σην ενσολή «RM analysis» {Model Analysis Options Rotating Machine (RM)}. Mε ση ςτγκεκπιμένη ενσολή, εμυανίζεσαι σο παπάθτπο ελέγφοτ σηρ Εικϋναρ 3.2. Εικϋνα 3.2 Παπάθτπο ελέγφοτ RM analysis (Time stepping) [6] Θα ππαγμασοποιήςοτμε γπαμμική ανάλτςη για ατσϋ σο λϋγο ςσο παπάθτπο ελέγφοτ (Εικϋνα 3.2) μαπκάποτμε σην επιλογή «Linear material 92

93 analysis». Ακολοόθψρ μαπκάποτμε σιρ επιλογέρ «Time stepping», «Fixed step» και οπίζοτμε σο φπονικϋ βήμα με σο οποίο θα ππαγμασοποιηθεί η ανάλτςη ςσο κενϋ διάςσημα σηρ επιλογήρ «Fixed time step : 5.0E-06». σο ίδιο παπάθτπο ελέγφοτ με ση βοήθεια σοτ κέπςοπα μαπκάποτμε σην επιλογή «Outpout times» (Εικϋνα 3.3). Εικϋνα 3.3 Παπάθτπο ελέγφοτ RM analysis (Output times) [6] σο ςτγκεκπιμένο πλαίςιο θα οπίςοτμε σοτρ φπϋνοτρ ςσοτρ οποίοτρ θέλοτμε να αποθηκεόςοτμε λόςη σοτ μονσέλοτ μαρ. Η λόςη σοτ μονσέλοτ ςσο ςτγκεκπιμένο φπϋνο αποθηκεόεσαι ςε απφείο με σα τπϋλοιπα αποσελέςμασα σηρ ανάλτςηρ. Σοτρ φπϋνοτρ ατσοόρ με σην ανσίςσοιφη λόςη σοτ μονσέλοτ ση ςτγκεκπιμένη φπονική ςσιγμή μποποόμε να σα φπηςιμοποιήςοτμε ςε μελλονσική φπήςη σοτ μονσέλοτ κασά σην οποία δεν θα επιθτμοόμε σην έναπξη σηρ ανάλτςηρ απϋ σην απφή αλλά απϋ κάποια φπονική ςσιγμή σην οποία έφοτμε αποθηκεόςει. Με σην επιλογή «Change» οπίζοτμε σοτρ φπϋνοτρ ςσο νέο παπάθτπο ελέγφοτ. σο κενϋ διάςσημα σηρ επιλογήρ «New outpout time» ςτμπληπύνοτμε σοτρ φπϋνοτρ με ση βοήθεια σηρ επιλογήρ «Αdd» {5.0Ε-06, 0.01, 0.02, 0.04, 0.08, 0.1, 0.12, 0.2, 0.4, 0.8, 1.0, 1.2, 1.4, 1.8, 2.0 }. Αυοό σελειύςοτμε με σοτρ φπϋνοτρ ςτνεφίζοτμε με σην επιλογή «Drive» (Εικϋνα 3.4). Θα οπίςοτμε σοτρ σπειρ αγψγοόρ ψρ «Functional» με ση 93

94 βοήθεια σηρ επιλογήρ «Change» και ςσο κενϋ διάςσημα σηρ επιλογήρ «Function» οπίζοτμε κασά ςειπά #PHASE 1, #PHASE 2 και #PHASE 3. Η διαδικαςία ολοκληπύνεσαι επιλέγονσαρ «ΟΚ». Εικϋνα 3.4 Παπάθτπο ελέγφοτ RM analysis (Drive)[6] Επϋμενη επιλογή ςσο παπάθτπο ελέγφοτ «RM analysis» σην οποία ππέπει να καθοπίςοτμε είναι η «Logging» (Εικϋνα 3.5). Με σην επιλογή ατσή οπίζοτμε σα αποσελέςμασα σα οποία θέλοτμε να μαρ επιςσπέυει η ανάλτςη και σα οποία αποθηκεόονσαι ςε απφείο με ϋνομα ίδιο με σοτ μονσέλοτ και με επέκσαςη.log, ςσο υάκελο ςσον οποίο έφοτμε αποθηκετμένο σο μονσέλο μαρ 94

95 Εικϋνα 3.5 Παπάθτπο ελέγφοτ RM analysis (Logging) [6] Με σην επιλογή «Change» ςτγκεκπιμένα : οπίζοτμε σα μεγέθη ςσο κενϋ πλαίςιο και ΣΣΙΜΕ : φπϋνορ (sec) i1 : πεόμα ππύσηρ υάςηρ i2 : πεόμα δεόσεπηρ υάςηρ i3 : πεόμα σπίσηρ υάςηρ RMTORQUE : ηλεκσπομαγνησική ποπή ανά μονάδα μήκοτρ RMANGLE : θέςη δπομέα (rad) RMSPEED : γψνιακή σαφόσησα δπομέα (rad/sec) PHASE1 :σάςη ππύσηρ υάςηρ PHASE2 : σάςη δεόσεπηρ υάςηρ 95

96 PHASE3 : σάςη σπίσηρ υάςηρ Oι τπϋλοιπερ επιλογέρ σιρ οποίερ ςτμπληπύνοτμε δεν είναι απαπαίσησερ για σο θέμα σηρ διπλψμασικήρ ςσο οποίο δοτλεόοτμε. Η σελετσαία επιλογή η οποία ππέπει να καθοπιςσεί για σην ανάλτςη είναι οι πεπιςσπουικέρ ιδιϋσησερ σοτ μονσέλοτ «Rotation» (Εικϋνα 3.6). ση παποόςα παπάγπαυο δίνοτμε ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν ανά λεπσϋ ςσο μονσέλο. Με ση βοήθεια σοτ κέπςοπα μαπκάποτμε σην επιλογή «constant speed» και ςσο κενϋ διάςσημα σηρ επιλογήρ «Rotational velocity (RPM)» οπίζοτμε σον απιθμϋ ςσπουύν, 1425 rpm. Επίςηρ ςσο κενϋ διάςσημα σηρ επιλογήρ «Command file name» υοπσύνοτμε σο «comi file» σο οποίο έφοτμε δημιοτπγήςει και μέςα αναγπάυονσαι ϋλερ οι ππάξειρ ποτ εκσελεί σο μονσέλο μαρ κασά ση διάπκεια σηρ ανάλτςηρ. τγκεκπιμένα,πεπιγπάυεσαι η σάςη εξϋδοτ ενϋρ σπιυαςικοό ανσιςσπουέα πηγήρ σάςηρ με σην οποία θα σπουοδοσήςοτμε σην μηφανή μαρ. Σο «comi file» έφοτμε υπονσίςει να σο δημιοτπγήςοτμε ππιν σην έναπξη σηρ διαδικαςίαρ σηρ δτναμικήρ ανάλτςηρ. Για ςσαθεπή σιμή ςσπουύν δεν φπειάζεσαι να οπίςοτμε κάποια άλλη παπάμεσπο ςσο παπάθτπο ελέγφοτ. Για σην ολοκλήπψςη σηρ διαδικαςίαρ επιλέγοτμε «ΟΚ», σο παπάθτπο ελέγφοτ κλείνει και σα ςσοιφεία σηρ ανάλτςηρ έφοτν πλέον κασαφψπεθεί. 96

97 Εικϋνα 3.6 Παπάθτπο ελέγφοτ RM analysis (Rotation)[6] Αποθηκεόοτμε σο μονσέλο μαρ με σα νέα δεδομένα ποτ δύςαμε με διαυοπεσικϋ ϋνομα έσςι ύςσε να είναι είμαςσε έσοιμοι για σην έναπξη σηρ δτναμικήρ ανάλτςηρ. Με σην ενσολή «Save» δίνοτμε σο νέο ϋνομα «2009Dswstos» ςσο κενϋ διάςσημα σηρ επιλογήρ «File name». Για σην έναπξη σηρ ανάλτςηρ επιλέγοτμε {Model Start Analysis} και ςσο κενϋ διάςσημα σηρ επιλογήρ «File for analysis» υοπσύνοτμε σο μονσέλο με ϋνομα «2009Dswstos» ςσο οποίο θέλοτμε να ππαγμασοποιήςοτμε δτναμική ανάλτςη. Με σο πέπαρ σηρ δτναμικήρ ανάλτςηρ δόο νέα απφεία δημιοτπγοόνσαι ςσο υάκελο ϋποτ έφοτμε αποθηκετμένο σο μονσέλο μαρ, 97

98 «2009Dswstos.rm» και «2009Dswstos.log» ςσο οποίο αποθηκεόονσαι σα αποσελέςμασα σηρ ανάλτςηρ. Απϋ σα αποσελέςμασα ατσά μποποόμε να δοόμε σιρ κτμασομοπυέρ σοτ πεόμασορ (3 πεόμασα) ςσάση, σιρ κτμασομοπυέρ σηρ σάςηρ (3 σάςειρ ), σηρ ποπήρ και σηρ γψνιακήρ σαφόσησαρ. Για να σο πεσόφοτμε ατσϋ επιλέγοτμε {File Graph Data in Text File} και ςσην οθϋνη μαρ έφοτμε σο παπάθτπο ελέγφοτ σο οποίο βλέποτμε ςσην Εικϋνα 3.7. Εικϋνα 3.7 Παπάθτπο ελέγφοτ Graph Data in Text File [6] σο κενϋ διάςσημα σηρ επιλογήρ «Text file» υοπσύνοτμε σο απφείο «2009Dswstos.log». σον άξονα Φ έφοτμε σο φπϋνο για ατσϋ επιλέγοτμε ση ςσήλη 1 (COL 1) ενύ ςσον άξονα Τ θα επιλέξοτμε κασά ςειπά σα σπία πεόμασα δηλαδή ςσήλη 2 (COL 2), ςσήλη 3 (COL 3) και ςσήλη 4 (COL 4), ση ποπή δηλαδή ςσήλη 5 (COL 5), ση γψνιακή σαφόσησα σοτ δπομέα δηλαδή ςσήλη 6 (COL 6), σέλορ ση ςσήλη 15(COL 15),16(COL16),17(COL17)για σιρ 3 σάςειρ ςσο ςσάση. Σιρ τπϋλοιπερ επιλογέρ σιρ αυήνοτμε ψρ έφοτν και επιλέγοτμε «ΟΚ» για σην ολοκλήπψςη σηρ διαδικαςίαρ. σα ςφήμασα (φ 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5,

99 , 3.7, 3.8, 3.9, 3.10) ποτ ακολοτθοόν βλέποτμε σιρ κτμασομοπυέρ ποτ πποκόπσοτν. πεόμα, ampere t, sec φ 3.1 Πολικϋ Ρεόμα σοτ ςσάση «τγιοόρ» κινησήπα τπϋ ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν πεόμασα, ampere t, sec φ 3.2 Πολικά Ρεόμασα ςσάση «τγιοόρ» κινησήπα 99

100 πεόμασα, ampere t, sec φ 3.3 Πολικά Ρεόμασα ςσάση «τγιοόρ» κινησήπα Ροπή,Nmm/mm t, sec φ 3.4 Ροπή ανά μονάδα μήκοτρ «τγιοόρ» κινησήπα 100

101 υαςική σάςη, volt t, sec φ 3.5 σάςη σηρ ππύσηρ υάςηρ ςσάση «τγιοόρ» κινησήπα υαςική σάςη, volt t, sec φ 3.6 σάςη σηρ δεόσεπηρ υάςηρ ςσάση «τγιοόρ» κινησήπα 101

102 υαςική σάςη, volt t, sec φ 3.7 σάςη σηρ σπίσηρ υάςηρ ςσάση «τγιοόρ» κινησήπα υαςικήσάςη,volt t, sec φ 3.8 σάςη μιαρ υάςηρ σοτ ςσάση «τγιοόρ» κινησήπα 102

103 υαςικέρ σάςειρ, volt t, sec φ 3.9 οι 3 υαςικέρ σάςεις σοτ «τγιοόρ» κινησήπα γψνιακήσαφόσησα,rad/sec t, sec φ 3.10 Γψνιακή σαφόσησα δπομέα «τγιοόρ» κινησήπα 103

104 σα παπαπάνψ ςφήμασα έφει παπαληυθεί σο μεσαβασικϋ υαινϋμενο εκσϋρ απϋ σα ςφήμασα γεγονϋρ ποτ υαίνεσαι εόκολα απϋ σιρ κτμασομοπυέρ σψν πετμάσψν. Σην φπονική ςσιγμή 0.1 έφοτμε υθάςει ςσην μϋνιμη κασάςσαςη. σο ςφήμα (φ 3.10) ϋπψρ αναμενϋσαν η γψνιακή σαφόσησα είναι ςσαθεπή και ίςη με (rad/sec) γιασί έφοτμε ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν ανά λεπσϋ. Ση ςτγκεκπιμένη σιμή σην επαληθεόοτμε και θεψπησικά : 2 n n 1425rpm rad / sec 60 Για σον τπολογιςμϋ σηρ ποπήρ ανά μονάδα μήκοτρ, σοτ μονσέλοτ ςε ςτγκεκπιμένη φπονική ςσιγμή δίνοτμε σην ενσολή «Torque in Rotating Machine» απϋ σο εικονίδιο. Η ποπή ανά μονάδα μήκοτρ εμυανίζεσαι ςσο κάσψ μέπορ σηρ οθϋνηρ μαρ και είναι Νmm/mm. Ατσϋ ςημαίνει ϋσι η ποπή σηρ μηφανήρ είναι Nm. 104

105 3.4.2 Κινησήπαρ με ςυάλμα ςσο δακσόλιο βπαφτκόκλψςηρ [4,5,6,12] τνεφίζοτμε με ση δτναμική ανάλτςη ςσον κινησήπα με ςυάλμα ςσο δακσόλιο βπαφτκόκλψςηρ υοπσύνονσαρ σο μονσέλο σοτ κινησήπα με σην ενσολή «Open». σο παπάθτπο ελέγφοτ ςτμπληπύνοτμε ςσο κενϋ διάςσημα σο ϋνομα με σο οποίο έφοτμε αποθηκεόςει σο μονσέλο, «File name : BROKEN_BAR2009kain». H διαδικαςία οπιςμοό σψν δεδομένψν σηρ ανάλτςηρ ππαγμασοποιείσαι με σον ίδιο ακπιβύρ σπϋπο ϋπψρ με σο κινησήπα φψπίρ ςυάλμα, σην οποία και είδαμε αναλτσικά ςσην πποηγοόμενη παπάγπαυο (3.2.1). H μοναδική αλλαγή ποτ ππαγμασοποιοόμε είναι ςσην επιλογή {Drive}, και ςτγκεκπιμένα σην ςπαςμένη μπάπα σοτ δπομέα με «conductor number : 38» σην οπίζοτμε ψρ «dc drive». Σο καινοόπγιο μονσέλο με σα ςσοιφεία σηρ ανάλτςηρ σο αποθηκεόοτμε με σο ϋνομα «BROKEN_BAR2009swstos» με σην ενσολή «Save». Με σο πέπαρ σηρ δτναμικήρ ανάλτςηρ δόο νέα απφεία δημιοτπγοόνσαι ςσο υάκελο ϋποτ έφοτμε αποθηκετμένο σο μονσέλο μαρ, «BROKEN_BAR2009swstos.rm» και «BROKEN_BAR2009swstos.log» ςσο οποίο αποθηκεόονσαι σα αποσελέςμασα σηρ ανάλτςηρ. σα ςφήμασα (φ 3.11, 3.12, 3.13, 3.14, 3.15, 3.16, 3.17, 3.18, 3.19, 3.20 ) ποτ ακολοτθοόν βλέποτμε σιρ κτμασομοπυέρ ποτ πποκόπσοτν με βάςη σα αποσελέςμασα σηρ ανάλτςηρ. 105

106 πεόμα, ampere t, sec φ 3.11 Πολικϋ Ρεόμα σοτ ςσάση κινησήπα με ςυάλμα ςσον δπομέα τπϋ ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν πεόμασα, ampere t, sec φ 3.12 Πολικά Ρεόμασα ςσάση κινησήπα με ςυάλμα ςσον δπομέα 106

107 πεόμασα, ampere t, sec φ 3.13 Πολικά Ρεόμασα ςσάση κινησήπα με ςυάλμα ςσον δπομέα απϋ Ροπή, Nmm/mm t, sec φ 3.14 Ροπή ανά μονάδα μήκοτρ κινησήπα με ςυάλμα ςσον δπομέα 107

108 υαςική σάςη, volt t, sec φ 3.15 σάςη σηρ ππύσηρ υάςηρ ςσάση κινησήπα με ςυάλμα ςσον δπομέα υαςική σάςη, volt t, sec φ 3.16 σάςη σηρ δεόσεπηρ υάςηρ ςσάση κινησήπα με ςυάλμα ςσον δπομέα 108

109 υαςική σάςη, volt t, sec φ 3.17 σάςη σηρ σπίσηρ υάςηρ ςσάση κινησήπα με ςυάλμα ςσον δπομέα υαςική σάςη, volt t, sec φ 3.18 σάςη μιαρ υάςηρ σοτ ςσάση κινησήπα με ςυάλμα ςσον δπομέα 109

110 υαςικέρ σάςειρ, volt t, sec φ 3.19 οι 3 υαςικέρ σάςεις σοτ κινησήπα με ςυάλμα ςσον δπομέα γψνιακή σαφόσησα, rad/sec t, sec φ 3.20 Γψνιακή σαφόσησα δπομέα κινησήπα με ςυάλμα ςσον δπομέα απϋ

111 ΚΕΥΑΛΑΙΟ 4: ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΗ ΔΙΑΣΑΞΗ - ΜΕΣΡΗΕΙ 4.1 Ειςαγψγή κοπϋρ σψν πειπαμασικύν μεσπήςεψν ποτ ππαγμασοποιήςαμε ςσο επγαςσήπιο, είναι να ανσιληυθοόμε και να αξιολογήςοτμε σην λεισοτπγία μίαρ σπιυαςικήρ αςόγφπονηρ μηφανήρ σπουοδοσοόμενηρ ημισονοειδύρ, αλλά και με σην σάςη εξϋδοτ ενϋρ ανσιςσπουέα με διαμϋπυψςη PWM, καθύρ επίςηρ να ππαγμασοποιήςοτμε ανάλτςη και διάγνψςη σψν ςυαλμάσψν και να σα ςτγκπίνοτμε με σα αποσελέςμασα ποτ πποέκτχαν απϋ σην εξομοίψςη ποτ πποηγήθηκε κάνονσαρ φπήςη σοτ ππογπάμμασορ πεπεπαςμένψν ςσοιφείψν OPERA. Οι μεσπήςειρ ππαγμασοποιήθηκαν ςσο επγαςσήπιο Ηλεκσπομηφανικήρ Μεσασποπήρ Ενέπγειαρ σοτ σμήμασορ Ηλεκσπολϋγψν Μηφανικύν και Σεφνολογίαρ Τπολογιςσύν σοτ Πανεπιςσημίοτ Πασπύν ςε δόο ϋμοιερ σπιυαςικέρ μηφανέρ με βπαφτκτκλψμένο δπομέα μεσά απϋ σην τλοποίηςη πειπαμασικήρ διάσαξηρ. Οι δόο μηφανέρ έφοτν σα ίδια φαπακσηπιςσικά αλλά παποτςιάζοτν μια οτςιύδη διαυοπά, η μια απϋ σιρ δόο μηφανέρ έφει κασαςκεταςσεί με ελασσψμασικϋ δακσόλιο βπαφτκόκλψςηρ (για πειπαμασικοόρ ςκοποόρ). Με αλλά λϋγια η μία μηφανή λεισοτπγεί κανονικά φψπίρ ςυάλμα («τγιήρ») ϋσαν είναι ςτνδεδεμένη ςσο δίκστο ενύ η άλλη παποτςιάζει κάποιο ςυάλμα. Ατσή η ιδιαισεπϋσησα είναι αναγκαία έσςι ύςσε να εξαφθοόν φπήςιμα ςτμπεπάςμασα για σο πύρ ςτμπεπιυέπεσαι μια σπιυαςική αςόγφπονη μηφανή ϋσαν παποτςιάζει κάποιο ςυάλμα και πύρ ϋσαν βπίςκεσαι ςε «τγιή» κασάςσαςη λεισοτπγίαρ. 111

112 σο παπύν κευάλαιο παπασίθενσαι οι κτμασομοπυέρ σψν πετμάσψν και σψν σάςεψν σοτ κινησήπα, ενύ ςσο επϋμενο κευάλαιο παποτςιάζονσαι οι fft αναλόςειρ ατσύν και εξάγονσαι ςτμπεπάςμασα ςε ςφέςη με σιρ αναλόςειρ σψν υαςμάσψν ποτ πποέκτχαν απϋ σην μονσελοποίηςη ςσο κευάλαιο 3. Η ποπεία ποτ ακολοτθήθηκε θα σην δοόμε ςε ςτνσομία εδύ και λεπσομεπέςσεπα ςσην ςτνέφεια σοτ κευαλαίοτ. Απφικά μεσπήςαμε και παλμογπαυήςαμε σην σάςη σπουοδοςίαρ σοτ «τγιοόρ» κινησήπα καθύρ και ένα πολικϋ πεόμα σοτ ςσάση. Σο ίδιο κάναμε και με σον κινησήπα ποτ παποτςιάζει σο ςυάλμα ςσο δακσόλιο βπαφτκόκλψςηρ, σϋςο για ημισονοειδή σπουοδοςία, ϋςο και για σπουοδοςία μέςψ inverter. Δηλαδή παλμογπαυήςαμε και μεσπήςαμε και ςε ατσϋν σην σάςη σπουοδοςίαρ και σο πεόμα μιαρ υάςηρ σοτ ςσάση. Σιρ κτμασομοπυέρ σοτ πεόμασορ σιρ παίπνοτμε με σέσοιο σπϋπο ύςσε να είμαςσε ςε θέςη να ππαγμασοποιήςοτμε ανάλτςη «Fast Fourier Transform» (κευάλαιο 5). Οι μεσπήςειρ σιρ οποίερ πήπαμε έγιναν ςε επγαςσήπιο ςε ππαγμασικϋ φπϋνο. Είναι πολό πιθανϋν να παποτςιάζοτν κάποιερ αποκλίςειρ απϋ μεσπήςειρ σιρ οποίερ θα πεπνάμε απϋ ένα «ιδανικϋ πείπαμα», πείπαμα σο οποίο θα μποποόςε να γίνει ςε τπολογιςσή. σο επγαςσήπιο είναι πολό πιθανϋ να έφοτμε αποκλίςειρ ςσα ϋπγανα ποτ φπηςιμοποιήςαμε ϋπψρ σο βολσϋμεσπο, αμπεπϋμεσπο και παλμογπάυο. Σέλορ ςημανσικϋ πϋλο ςε στφϋν ανακπίβειερ παίζει και ο ανθπύπινορ παπάγονσαρ. 112

113 4.2 Σεφνικά - Κασαςκεταςσικά φαπακσηπιςσικά κινησήπψν Για σην ππαγμασοποίηςη σηρ πειπαμασικήρ επγαςίαρ φπηςιμοποιήςαμε δόο σπιυαςικέρ αςόγφπονερ μηφανέρ. Όπψρ αναυέπαμε και πιο πάνψ η μϋνη διαυοπά ποτ παποτςιάζοτν οι δόο ατσέρ μηφανέρ είναι σο ςυάλμα ςσο δακσόλιο βπαφτκόκλψςηρ σοτ δπομέα σο οποίο παποτςιάζει η μια μηφανή. Σα τπϋλοιπα φαπακσηπιςσικά (σεφνικά και κασαςκεταςσικά) είναι σα ίδια και για σιρ δόο και σα βλέποτμε πιο κάσψ: Σεφνικά -Κασαςκεταςσικά Φαπακσηπιςσικά Σόπορ : Κ112Μ4 Είδορ κινησήπα : Αςόγφπονορ, επαγψγικϋρ βπαφτκτκλψμένοτ δπομέα. όγφπονορ Απιθμϋρ ςσπουύν : 1500 rpm Ονομαςσικϋρ απιθμϋρ ςσπουύν : 1425 rpm τφνϋσησα : 50 Hz Σάςη Λεισοτπγίαρ : 380 V Δ τνδεςμολογία ςσάση : Δ Ονομαςσική Ιςφόρ : 4ΚW ή 5.5 Hp Βαθμϋρ απϋδοςηρ : 82% τνσελεςσήρ Ιςφόορ : 0.82 Ονομαςσική ένσαςη πεόμασορ : 8.6A Ονομαςσική Ροπή : 27 Nm 113

114 Ζεόγη Πϋλψν : 2 Ατλακύςειρ σάση : 36 Ατλακύςειρ Δπομέα : Τλοποίηςη Πειπαμασικήρ Διάσαξηρ Η πειπαμασική διάσαξη ποτ φπηςιμοποιήςαμε για να πάποτμε σιρ μεσπήςειρ φψπίζεσαι ςε δόο μέπη : 1. ση μηφανική κασαςκετή 2. σο ηλεκσπικϋ κόκλψμα σα οποία και θα δοόμε με πεπιςςϋσεπερ λεπσομέπειερ πιο κάσψ Μηφανική κασαςκετή Ξεκινύνσαρ απϋ ση Μηφανική Κασαςκετή βλέποτμε ϋσι φπηςιμοποιείσαι για σην ςτναπμολϋγηςη σηρ διάσαξηρ, σπιυαςικϋρ αςόγφπονορ κινησήπαρ ποπϋμεσπο μηφανή ςτνεφοόρ πεόμασορ. Ση διάσαξη ατσή σην σοποθεσήςαμε ςε ειδική βάςη σην ποπεία κασαςκετήρ σηρ οποίαρ καθύρ και σα ςφέδια παποτςιάζονσαι πιο κάσψ. Η βάςη ατσή είναι ανσικπαδαςμική για σην αποππϋυηςη σψν κπαδαςμύν ποτ πποκαλοόν οι κινησήπερ κασά σην λεισοτπγία σοτρ. σην κασαςκετή σηρ βάςηρ πολό ςημανσικϋ είναι να πποςέξοτμε σην ετθτγπάμμιςη σψν αξϋνψν σοτ κινησήπα σοτ ποπϋμεσποτ και σηρ αςόγφπονηρ μηφανήρ έσςι ύςσε να έφοτμε ςψςσή και φψπίρ ςυάλμασα λεισοτπγία σοτ ςτςσήμασορ. Μια άλλη ςημανσική ππϋνοια σην οποία λάβαμε τπϋχη κασά σην 114

115 διάπκεια σηρ ςφεδίαςηρ και κασαςκετήρ σηρ βάςηρ είναι μια ειδική πόθμιςη έσςι ύςσε να μποποόμε να αυαιποόμε σον αςόγφπονο κινησήπα και σατσϋφπονα να σοποθεσοόμε κάποιο άλλο φψπίρ να φπειάζεσαι η αποςτναπμολϋγηςη ολϋκληπηρ σηρ διάσαξηρ. Ατσή η λεπσομέπεια είναι πολό ςημανσική για σην επγαςίαρ μαρ γιασί μαρ διετκολόνει αυοό θέλοτμε να κάνοτμε μεσπήςειρ ςε δόο σπιυαςικοόρ αςόγφπονοτρ κινησήπερ άπα ππέπει τποφπεψσικά να κάνοτμε εναλλαγή. Η ςόνδεςη σψν αξϋνψν σηρ διάσαξηρ και κασά ςτνέπεια η μεσάδοςη σηρ κίνηςηρ, γίνεσαι μέςψ ειδικύν ςσοιφείψν σα οποία ονομάζονσαι εμπλέκσερ («couplers»). σην πειπαμασική μαρ διάσαξη φπηςιμοποιήςαμε «Εόκαμπσα Κϋμπλεπ Για όνδεςη Αξϋνψν Φψπίρ Σζϋγο» (φ. 3.3). τνδέςαμε σον άξονα σοτ κινησήπα με σο ένα άκπο σοτ ποπομέσποτ και σο άλλο άκπο σοτ ποπομέσποτ με ση μηφανή ςτνεφοόρ πεόμασορ. Οι άξονερ σηρ Μηφανήρ τνεφοόρ πεόμασορ, σοτ ποπομέσποτ και σοτ Αςόγφπονοτ Κινησήπα έφοτν διαυοπεσική διάμεσπο. τγκεκπιμένα Μηφανήρ τνεφοόρ πεόμασορ=38mm, Ροπομέσποτ=22mm και Αςόγφπονοτ Κινησήπα=28mm. Ατσϋ δεν μαρ ανηςτφεί καθϋλοτ γιασί ο εμπλέκσηρ ποτ φπηςιμοποιοόμε υπονσίζει να γίνεσαι κασάλληλα η ςόνδεςη και να έφοτμε ςψςσή λεισοτπγία. Σο ποπϋμεσπο φπηςιμοποιείσαι με κασάλληλη ςτνδεςμολογία για σην μέσπηςη σηρ ηλεκσπομαγνησικήρ ποπήρ ςσον άξονα σοτ σπιυαςικοό αςόγφπονοτ κινησήπα. σιρ μεσπήςειρ σιρ οποίερ ππαγμασοποιήςαμε η ηλεκσπομαγνησική ποπή ελέγφεσαι με ση μεσαβολή σοτ υοπσίοτ σοτ κινησήπα. Όπψρ πποκόπσει απϋ ση φαπακσηπιςσική Μ e=f(n) με ση μεσαβολή σοτ υοπσίοτ μεσαβάλλεσαι η ποπή και κασά ςτνέπεια οι ςσπουέρ σοτ κινησήπα. Οι μεσπήςειρ ποτ ππαγμασοποιήςαμε είναι για διαυοπεσικέρ κασαςσάςειρ υϋπσιςηρ δηλαδή για διαυοπεσικϋ απιθμϋ ςσπουύν. Απϋ σα πιο πάνψ ςτμπεπαίνοτμε ϋσι δεν είναι 115

116 αναγκαίο να τλοποιήςοτμε διαυοπεσικϋ κόκλψμα για σον έλεγφο και σπουοδοςία σοτ ποπομέσποτ. Η μηφανή ςτνεφοόρ πεόμασορ ξένηρ διέγεπςηρ σην οποία φπηςιμοποιοόμε, ςτμπεπιυέπεσαι είσε ςαν πέδη για να υπενάπει σον κινησήπα ϋσαν λεισοτπγεί εν κενϋ, είσε ςαν γεννήσπια ϋσαν λεισοτπγεί τπϋ υοπσίο. φ. 4.1 Πειπαμασική Διάσαξη: Κινησήπαρ - Ροπϋμεσπο - Μηφανή ςτνεφοόρ πεόμασορ [11] Ηλεκσπικϋ κόκλψμα Αυοό σελειύςαμε με ση Μηφανική Κασαςκετή ςειπά παίπνει σο Ηλεκσπικϋ Κόκλψμα. κοπϋρ σοτ ηλεκσπικοό κτκλύμασορ είναι η σπουοδοςία και υϋπσιςη σοτ αςόγφπονοτ κινησήπα. Για σην τλοποίηςη σοτ φπηςιμοποιήςαμε σα παπακάσψ ϋπγανα: 116

117 Καλύδια Αμπεπϋμεσπο Βολσϋμεσπο Σπιυαςικϋρ μεσαςφημασιςσήρ σπουϋμεσπο Σπουοδοσικϋ (Διέγεπςη) Ανσίςσαςη 220Ψ (Υοπσίο) Χηυιακϋρ Παλμογπάυορ Ανσιςσπουέαρ πηγήρ σάςηρ Όπψρ γνψπίζοτμε απϋ ση θεψπία σψν Αςόγφπονψν Μηφανύν κασά σην εκκίνηςη σοτρ παποτςιάζοτν μεγάλο πεόμα σϋςο ςσο ςσάση ϋςο και ςσο δπομέα και ατσϋ έφει ςαν ςτνέπεια μεγάλερ απύλειερ και πσύςη σάςηρ ςσο δίκστο. Για να απουόγοτμε ση δτςάπεςση ατσή κασάςσαςη παπεμβάλοτμε μεσαξό σοτ δικσόοτ και σοτ κινησήπα σπιυαςικϋ μεσαςφημασιςσή. Η παποτςία σοτ σπιυαςικοό μεσαςφημασιςσεί ςκοπϋ έφει σην απουτγή ευαπμογήρ σηρ ονομαςσικήρ σάςηρ σοτ δικσόοτ ςσον ςσάση σοτ κινησήπα, με αποσέλεςμα ο κινησήπαρ να εκκινά με μειψμένο πεόμα (η σάςη είναι μειψμένη). Παπάλληλα με σα στλίγμασα σοτ ςσάση ςτνδέςαμε αναλογικϋ βολσϋμεσπο και ςε ςειπά με σα στλίγμασα χηυιακϋ αμπεπϋμεσπο. Σο βολσϋμεσπο σο φπηςιμοποιήςαμε για σην μέσπηςη σηρ πολικήρ σάςηρ ποτ αποππουά ο κινησήπαρ απϋ σο δίκστο, ενύ σο αμπεπϋμεσπο για σην μέσπηςη σοτ πολικοό πεόμασορ ποτ αποππουά ο κινησήπαρ απϋ σο δίκστο. Για σην μέσπηςη σψν ςσπουύν σοτ κινησήπα ςσιρ διάυοπερ κασαςσάςειρ υϋπσιςηρ φπηςιμοποιοόμε ςσπουϋμεσπο. Σο ςσπουϋμεσπο σοποθεσείσε έσςι ύςσε σο «μάσι» σοτ να βλέπει σον άξονα σοτ κινησήπα. Για ση υϋπσιςη σοτ κινησήπα φπηςιμοποιήςαμε 117

118 πτθμιζϋμενερ ανσιςσάςειρ σιρ οποίερ μαρ παπέφει σο επγαςσήπιο. Φαπακσηπιςσικά ατσύν σψν ανσιςσάςεψν είναι (α) έφοτν μέγιςση σιμή 220Ψ και (β) ανσέφοτν ςε πεόμα μέφπι 20Α. τνδέςαμε σοτρ ακποδέκσερ σψν ανσιςσάςεψν ςσοτρ ακποδέκσερ σοτ στμπάνοτ σηρ μηφανήρ ςτνεφοόρ πεόμασορ. Για σην διέγεπςη σηρ μηφανήρ ςτνεφοόρ πεόμασορ φπηςιμοποιήςαμε σπουοδοσικϋ ποτ δίνει πεόμα 0-10Α και σάςη 0-300V. Η επιλογή σοτ ςτγκεκπιμένοτ σπουοδοσικοό έγινε με βάςη σα ονομαςσικά ςσοιφεία σοτ στμπάνοτ σηρ μηφανήρ ςτνεφοόρ πεόμασορ ποτ είναι 25Α και 215V. Σα ονομαςσικά ςσοιφεία σοτ στλίγμασορ διέγεπςηρ σηρ μηφανήρ είναι 1Α και 190V. Σέλορ ςτνδέςαμε σον χηυιακϋ παλμογπάυο. Για σην παλμογπάυηςη σηρ κτμασομοπυήρ σοτ πεόμασορ ποτ αποππουά ο κινησήπαρ απϋ σο δίκστο ςτνδέςαμε σο ένα άκπο σηρ αμπεποσςιμπίδαρ ςε μια απϋ σιρ σπειρ υάςειρ και σο άλλο άκπο σηρ ςσον ενιςφτσή πεόμασορ. σην ςτνέφεια ςτνδέςαμε σον ενιςφτσή ςσο ππύσο κανάλι σοτ παλμογπάυοτ ενύ ςσο δεόσεπο κανάλι σοτ παλμογπάυοτ ςτνδέςαμε σον ακποδέκση ποτ φπηςιμοποιείσαι για σην μέσπηςη σηρ σάςηρ Σπιυαςικϋρ ανσιςσπουέαρ πηγήρ σάςηρ. Όπψρ είναι γνψςσϋ ςε σπιυαςικέρ ευαπμογέρ, ϋπψρ σα ac σπουοδοσικά αδιάλειπσηρ λεισοτπγίαρ και σα ac κινησήπια ςτςσήμασα, φπηςιμοποιοόνσαι ςτνήθψρ σπιυαςικοί ανσιςσπουείρ. Είναι δτνασή η σπουοδοςία ενϋρ σπιυαςικοό υοπσίοτ μέςψ σπιύν ξεφψπιςσύν μονουαςικύν ανσιςσπουέψν, ϋποτ ο κάθε ανσιςσπουέαρ παπάγει μια 118

119 έξοδο (ςση θεμελιύδη ςτφνϋσησα) μεσασοπιςμένη κασά 120 μοίπερ ςε ςφέςη με σιρ άλλερ. Σο πιο ςτφνά φπηςιμοποιοόμενο κόκλψμα σπιυαςικοό ανσιςσπουέα αποσελείσαι απϋ σπία ςκέλη ένα για κάθε υάςη. σο ςφήμα 4.4 ποτ ακολοτθείυαίνεσαι η διάσαξη ποτ φπηςιμοποιήθηκε ςσιρ πειπαμασικέρ μεσπήςειρ καθύρ και σα κασαςκεταςσικά φαπακσηπιςσικά σηρ <<καπδιάρ>> σοτ ανσιςσπουέα μαρ, δηλαδή σψν IGBTs. 119

120 120

121 φ.4.2 σεφνικά φαπακσηπιςσικά IGBTs 121

122 ρεύμα,ampere 4.4 Πειπαμασικέρ μεσπήςειρ Μεσπήςειρ ςση μηφανή φψπίρ ςυάλμα Με σην βοήθεια σοτ αμπεπομέσποτ και σοτ χηυιακοό παλμογπάυοτ μεσπήςαμε και παλμογπαυήςαμε σο πεόμα ποτ αποππουά ο κινησήπαρ απϋ σο δίκστο. Ππαγμασοποιήςαμε μια μέσπηςη για ςτγκεκπιμένο υοπσίο ςσο οποίο είφαμε απιθμϋ ςσπουύν 1450 rpm t,sec φ. 4.3 Πολικϋ πεόμα σοτ ςσάση, για τγιή μηφανή και 1450 ςσπουέρ με ημισονοειδή σπουοδοςία. Ππαγμασοποιοόμε μέσπηςη ατσή σην υοπά αλλάζονσαρ σην σπουοδοςία. Φπηςιμοποιοόμε ςαν σάςη ςσα στλίγμασα σοτ ςσάση σην σάςη εξϋδοτ σοτ ανσιςσπουέα πηγήρ σάςηρ με διαμϋπυψςη PWM ποτ εξεσάζοτμε. Η κτμασομοπυή σοτ πεόμασορ ποτ πποκόπσει είναι η εξήρ : 122

123 ρεύμα,ampere ρεύμα,ampere t,sec φ. 4.4 Πολικϋ πεόμα ςσάση για τγιή μηφανή ςσιρ 1440 ςσπουέρ με σπουοδοςία inverter Μεσπήςειρ ςσην μηφανή με ςυάλμα Ρτθμίςαμε σο υοπσίο έσςι ύςσε ο απιθμϋρ ςσπουύν σοτ κινησήπα να είναι 1425rpm, έσςι ύςσε να πποφψπήςοτμε ςση δεόσεπη μέσπηςη. Σο πεόμα λεισοτπγίαρ μεσπήθηκε Ι=8.7A και η θεμελιύδηρ ςτφνϋσησα f=50ηz. Η κτμασομοπυή σοτ πεόμασορ ςσην πεπίπσψςη ποτ σπουοδοσοόμε σην μηφανή μαρ απϋ σο δίκστο είναι η εξήρ: t,sec φ. 4.5Πολικϋ πεόμα ςσάση μηφανήρ με ςυάλμα ςσιρ 1450 ςσπουέρ και ημισονοειδήρ σπουοδοςία. 123

124 ρευμα,ampere Ππαγμασοποιοόμε μέσπηςη ατσή σην υοπά αλλάζονσαρ σην σπουοδοςία. Φπηςιμοποιοόμε ςαν σάςη ςσα στλίγμασα σοτ ςσάση σην σάςη εξϋδοτ σοτ ανσιςσπουέα πηγήρ σάςηρ με διαμϋπυψςη PWM ποτ εξεσάζοτμε. Η κτμασομοπυή σοτ πεόμασορ ποτ πποκόπσει είναι η εξήρ : t,sec φ. 4.6 Πολικϋ πεόμα ςσάση για μηφανή με ςυάλμα ςσιρ 1440 ςσπουέρ και σπουοδοςία inverter. Ακολοτθοόν δτο υψσογπαυίερ ποτ παποτςιάζοτν ολϋκληπο σο ςόςσημα σο οποίο φπηςιμοποιήθηκε για σο πειπαμασικϋ κομμάσι σψν μεσπήςεψν και βπίςκεσαι ςσο επγαςσήπιο ηλεκσπομηφανικήρ μεσασποπήρ ενέπγειαρ σοτ σμήμασορ, ϋποτ και ππαγμασοποιήθηκε σο πειπαμασικϋ ςκέλορ σηρ διπλψμασικήρ επγαςίαρ. 124

125 125

126 ΚΕΥΑΛΑΙΟ 5: ΕΠΕΞΕΡΓΑΙΑ ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΨΝ ΤΓΚΡΙΗ ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΨΝ ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΨΝ ΜΕ ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΑ ΑΝΑΛΤΗ 5.1 ΕΙΑΓΨΓΗ σο κευάλαιο ατσϋ θα αςφοληθοόμε με σην επεξεπγαςία σψν αποσελεςμάσψν σα οποία πήπαμε απϋ σην πειπαμασική διαδικαςία (Κευάλαιο 4) ϋπψρ επίςηρ και απϋ σα αποσελέςμασα απϋ ση δτναμική ανάλτςη ποτ ππαγμασοποιήςαμε ςσα δόο μονσέλα σοτ σπιυαςικοό αςόγφπονοτ κινησήπα, ποτ είδαμε ςσο Κευάλαιο 3. τγκεκπιμένα θα ππαγμασοποιήςοτμε ανάλτςη FFT ςσιρ κτμασομοπυέρ σοτ πεόμασορ ςσάση καθύρ και σηρ ποπήρ για σοτρ δόο κινησήπερ. σην ςτνέφεια σοτ κευαλαίοτ θα αςφοληθοόμε με σην ςόγκπιςη σψν αποσελεςμάσψν μεσαξό «τγιοόρ» κινησήπα και κινησήπα με ςυάλμα καθύρ και ςόγκπιςη με σα ανσίςσοιφα πειπαμασικά αποσελέςμασα. 5.2 Επεξεπγαςία αποσελεςμάσψν εξομοίψςηρ [8,9,11,14,15] Ανάλτςη FFT πεόμασορ και σάςηρ ςσάση «τγιοόρ» κινησήπα, και κινησήπα με ςυάλμα ςσον δπομέα. Με ση βοήθεια σοτ λογιςμικοό MATLAB, ππαγμασοποιήςαμε ανάλτςη FFT με ςτφνϋσησα δειγμασοληχίαρ f s=5mhz, ςσιρ κτμασομοπυέρ σψν πετμάσψν σοτ ςσάση ποτ παποτςιάςσηκαν ςσο κευάλαιο 3. σο υάςμα σοτ πεόμασορ σοτ ςσάση, κινησήπα φψπίρ ςυάλμα, δεν πεπιμένοτμε να εμυανιςσοόν ανύσεπερ απμονικέρ οι οποίερ ουείλονσαι ςε ςυάλμασα ςσο δακσόλιο βπαφτκόκλψςηρ σοτ δπομέα. σο ςφήμα (φ. 126

127 Normalized Amplitude (db) 5.1) βλέποτμε σην ανάλτςη FFT πεόμασορ ςσάση «τγιοόρ μηφανήρ» για σην πεπίπσψςη ποτ έφοτμε ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν ανά λεπσϋ ςσο κινησήπα και σπουοδοσοόμε σα στλίγμασα σοτ ςσάση με παλμοόρ ϋπψρ είδαμε ςσο κευάλαιο 3, ενύ ςσο ςφήμα (φ 5.2) ϋσαν έφοτμε σπουοδοςία ημισονοειδή frequency (Hz) φ. 5.1 Ανάλτςη FFT πεόμασορ ςσάση «τγιοόρ» κινησήπα με ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν (1425rpm),και σπουοδοςία με inverter, αποσελέςμασα εξομοίψςηρ 127

128 Normalized Amplitude(dB) frequency (Hz) φ. 5.2 Ανάλτςη FFT πεόμασορ ςσάση «τγιοόρ» κινησήπα με ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν (1425rpm),και ημισονοειδή σπουοδοςία, αποσελέςμασα εξομοίψςηρ Ο κάθεσορ άξοναρ ανσιπποςψπεόει σο κανονικοποιημένο πλάσορ σψν απμονικύν ςτφνοσήσψν ςε db, ενύ ο οπιζϋνσιορ άξοναρ σιρ ςτφνϋσησερ ςσιρ οποίερ εμυανίζονσαι οι απμονικέρ. Απϋ σα ςφήμασα (φ. 5.1) και (φ 5.2) παπασηποόμε ϋσι η βαςική απμονική εμυανίζεσαι ςσα 50Hz. Ακϋμη παπασηποόμε ϋσι για ςτγκεκπιμένερ ςτφνϋσησερ εμυανίζονσαι ανύσεπερ απμονικέρ, σψν οποίψν σο πλάσορ ππέπει να ςτγκπιθεί με σο πλάσορ σηρ βαςικήρ απμονικήρ. Αν η διαυοπά σοτρ 128

129 τπεπβαίνει σα 50dB, σϋσε σο όχορ σοτρ θεψπείσαι αμελησέο, και σιρ αγνοοόμε. τγκπίνονσαρ σιρ δόο κτμασομοπυέρ παπασηποόμε ϋσι και ςσιρ δτο έφοτμε σην εμυάνιςη κάποιψν ςτγκεκπιμένψν απμονικύν ςε ςτγκεκπιμένερ δηλαδή ςτφνϋσησερ, οι οποίερ απέφοτν, ςε db, απϋ σο πλάσορ σηρ βαςικήρ απμονικήρ σο ίδιο. Απφικά ππέπει να επιςημάνοτμε ϋσι με σην βοήθεια σοτ σόποτ ποτ ακολοτθεί διεπετνήςαμε με μαθημασικϋ σπϋπο ςε ποιέρ ςτφνϋσησερ αναμένοτμε να εμυανιςσοόν ανύσεπερ απμονικέρ. Ο σόπορ είναι ο εξήρ [16,19,20] F=Fs (λ *(1-s)*Nr/p +-1). (5.1) Όποτ λ= ακέπαιορ (1,2,3 ), s=0.05(ολίςθηςη),nr=rotor slots=28, P=πϋλοι=2 Και ο οποίορ μαρ δίνει σιρ ςτφνϋσησερ ποτ αναμένοτμε να εμυανιςσοόν ανύσεπερ απμονικέρ λϋγψ σψν ατλακύςεψν σοτ δπομέα. Έσςι έφοτμε : 615Hz, 715Hz, 1280Hz, 1380Hz, 1945Hz, 2045Hz Ακολοτθεί η ανάλτςη fft μιαρ υαςικήρ σάςηρ σοτ ςσάση σοτ τγιοόρ κινησήπα σπουοδοσοόμενοτ με σην σάςη εξϋδοτ ενϋρ inverter 129

130 Normalized Amplitude(dB) frequency (Hz) φ 5.3 Ανάλτςη FFT μιαρ σάςηρ σοτ ςσάση σοτ «τγιοόρ» κινησήπα σπουοδοσοόμενοτ με inverter και με ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν (1425rpm) Με ση βοήθεια σοτ λογιςμικοό MATLAB, ππαγμασοποιήςαμε ανάλτςη FFT με ςτφνϋσησα δειγμασοληχίαρ f s=5mhz, ςσιρ κτμασομοπυέρ σψν πετμάσψν σοτ ςσάση, σηρ ποπήρ και μιαρ υαςικήρ σάςηρ ϋπψρ ατσέρ παποτςιάςσηκαν ςσο κευάλαιο 3. σο υάςμα σοτ πεόμασορ σοτ ςσάση, κινησήπα με ςυάλμα, πεπιμένοτμε να εμυανιςσοόν ανύσεπερ απμονικέρ οι οποίερ ουείλονσαι ςε ςυάλμασα ςσο δακσόλιο βπαφτκόκλψςηρ σοτ 130

131 Normalized Amplitude(dB) δπομέα, καθύρ επίςηρ και ϋλερ οι ανύσεπερ απμονικέρ ποτ ενσοπίςσηκαν ςσην fft ανάλτςη σοτ πεόμασορ για σην τγιή μηφανή σπουοδοσοόμενη με inverter, ϋςο και ημισονοειδύρ. σο ςφήμα (φ. 5.4) βλέποτμε σην ανάλτςη FFT πεόμασορ ςσάση κινησήπα με ςυάλμα για σην πεπίπσψςη ποτ έφοτμε ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν ςσο κινησήπα και σπουοδοσοόμε σην μηφανή μαρ με σην σάςη εξϋδοτ ενϋρ inverter πηγήρ σάςηρ με λεισοτπγία PWM frequency (Hz) φ. 5.4 Ανάλτςη FFT πεόμασορ ςσάση κινησήπα με ςυάλμα σπουοδοσοόμενοτ με inverter και ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν (1425rpm), αποσελέςμασα εξομοίψςηρ Ακολοτθεί η ανάλτςη fft πάλι για ση μηφανή με ςυάλμα ςσο δπομέα,ατσή ση υοπά σπουοδοσοόμενη ημισονοειδύρ 131

132 Normalized Amplitude(dB) frequency (Hz) φ. 5.5 Ανάλτςη FFT πεόμασορ ςσάση κινησήπα με ςυάλμα σπουοδοσοόμενοτ ημισονοειδύρ και με ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν (1425rpm), αποσελέςμασα εξομοίψςηρ τγκπίνονσαρ σιρ δόο κτμασομοπυέρ παπασηποόμε ϋσι και ςσιρ δτο έφοτμε σην εμυάνιςη κάποιψν ςτγκεκπιμένψν απμονικύν ςε ςτγκεκπιμένερ δηλαδή ςτφνϋσησερ, οι οποίερ απέφοτν, ςε db, απϋ σο πλάσορ σηρ βαςικήρ απμονικήρ σο ίδιο. Απφικά ππέπει να επιςημάνοτμε ϋσι με σην βοήθεια σοτ σόποτ ποτ ακολοτθεί διεπετνήςαμε με μαθημασικϋ σπϋπο ςε ποιέρ ςτφνϋσησερ αναμένοτμε να εμυανιςσοόν ανύσεπερ απμονικέρ. Ο σόπορ είναι ο εξήρ [16,17,18,20]: Fb=[k/p*(1-s)+-s]f (5.2) Όποτ k/p=1,3,5,7. s=ολίςθηςη=0.05,f=50hz Και ο οποίορ μαρ δίνει σιρ ςτφνϋσησερ ποτ αναμένοτμε να εμυανιςσοόν ανύσεπερ απμονικέρ λϋγψ ςυάλμασορ ςσο δπομέα. 132

133 Normalized Amplitude (db) Ακολοτθεί η ανάλτςη fft μιαρ υαςικήρ σάςηρ σοτ ςσάση σοτ κινησήπα με ςυάλμα ςσον δπομέα σπουοδοσοόμενοτ με σην σάςη εξϋδοτ ενϋρ inverter frequency (Hz) φ. 5.6 Ανάλτςη FFT μιαρ σάςηρ σοτ ςσάση σοτ κινησήπα με ςυάλμα ςσον δπομέα σπουοδοσοόμενοτ με inverter και με ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν (1425rpm) σο ςημείο ατσϋ κπίνεσαι αναγκαίο να γίνει μια παποτςίαςη σψν διαγπαμμάσψν ποτ παποτςιάςσηκαν παπαπάνψ, σϋςο ςσην πεπίπσψςη σηρ τγιοόρ μηφανήρ, ϋςο και ςσην πεπίπσψςη σηρ μηφανήρ η οποία 133

134 παποτςιάζει ςυάλμα ςσον δπομέα, με σέσοιο σπϋπο ύςσε να είναι εμυανή σα ϋςα ειπύθηκαν. Έσςι έφοτμε σιρ εξήρ ςτγκπίςειρ τπϋ μοπυή πινάκψν: Πίνακαρ 5.1: όγκπιςη απμονικύν πεόμασορ τγιοόρ μηφανήρ με PWM και μηφανήρ με ςυάλμα με PWM σπουοδοςία. Υγιής μητανή με PWM. Σστνόηηηες. Διαθορά από ηην βαζική αρμονική (db) Μητανή με ζθάλμα ζηον δρομεα με PWM. Σστνόηηηες. Διαθορά από ηην βαζική αρμονική (db)

135

136 Πίνακαρ 5.2: όγκπιςη απμονικύν πεόμασορ τγιοόρ μηφανήρ με ημισονοειδή σπουοδοςία, και μηφανήρ με ςυάλμα ςσον δπομέα με ημισονοειδή σπουοδοςία. Υγιής μητανή με ημιηονοειδή ηροθοδοζία Μητανή με ζθάλμα ζηον δρομέα, με ημιηονοειδή ηροθοδοζία Σστνόηηηες. Διαθορά από ηην βαζική αρμονική (db) Σστνόηηηες. Διαθορά από ηην βαζική αρμονική (db)

137 Πίνακαρ 5.3 :Απμονικέρ πεόμασορ ουειλϋμενερ ςε ςυάλμα σοτ δπομέα με ημισονοειδή σπουοδοςία και με PWM. Μητανή με ζθάλμα και ημιηονοειδή ηροθοδοζία. Μητανή με ζθάλμα και PWM ηροθοδοζία. Σστνόηηηες. Διαθορά από ηην βαζική αρμονική (db) Σστνόηηηες. Διαθορά από ηην βαζική αρμονική (db)

138 Πίνακαρ 5.4: Απμονικέρ πεόμασορ ποτ εμυανίζονσαι ϋσαν έφοτμε σπουοδοςία με PWM σϋςο ςσην τγιή μηφανή ϋςο και ςσην μηφανή με ςυάλμα, και δεν είναι ενδεικσικέρ σοτ ςυάλμασορ. Σστνόηηηες. Διαθορά από ηην βαζική αρμονική (db) Σστνόηηηες. Διαθορά από ηην βαζική αρμονική (db) ΤΜΠΕΡΑΜΑΣΑ: 1. Όπψρ είναι εμυανέρ σϋςο ςσην πεπίπσψςη σηρ μηφανήρ σπουοδοσοόμενηρ με inverter, ϋςο και ςσην πεπίπσψςη σηρ μηφανήρ σπουοδοσοόμενηρ με ημίσονα, οι ςτφνϋσησερ ποτ αναμέναμε απϋ σον σόπο (5.1), να εμυανιςσοόν ανύσεπερ απμονικέρ επαληθεόσηκαν και ςσιρ δτο πεπιπσύςειρ. Ψςσϋςο ςσην πεπίπσψςη ϋποτ σπουοδοσοόμε σην μηφανή μαρ με σην σάςη εξϋδοτ ενϋρ inverter έφοτμε επιπλέον κάποιερ τποαπμονικέρ οι οποίερ δεν εμυανίζονσαι ςσην δεόσεπη πεπίπσψςη αλλά δεν θα έππεπε να εμυανίζονσαι οόσε ςσην ππύση εξαισίαρ σηρ όπαπξηρ σοτ ανσιςσπουέα με λεισοτπγία spwm, και επομένψρ ςτμπεπαίνοτμε ϋσι ουείλονσαι ππουανύρ ςε κάποιερ αςςτμεσπίερ σηρ μηφανήρ και ςυάλμασα. Δηλαδή, διαπιςσύνοτμε ϋσι οι επιπλέον απμονικέρ ποτ εμυανιζονσαι ςσην ππψση fft ανάλτςη ουείλονσαι ςσην σπουϋδοςία με PWM και δεν είναι ενδεικσικέρ σοτ ςυάλμασορ. 2. Όπψρ είναι εμυανέρ σϋςο ςσην πεπίπσψςη σηρ μηφανήρ σπουοδοσοόμενηρ με inverter, ϋςο και ςσην πεπίπσψςη σηρ μηφανήρ σπουοδοσοόμενηρ με ημίσονα, οι ςτφνϋσησερ ποτ αναμέναμε απϋ σον 138

139 σόπο (5.2), να εμυανιςσοόν ανύσεπερ απμονικέρ επαληθεόσηκαν και ςσιρ δτο πεπιπσύςειρ. Ψςσϋςο ςσην πεπίπσψςη ϋποτ σπουοδοσοόμε σην μηφανή μαρ με σην σάςη εξϋδοτ ενϋρ inverter έφοτμε επιπλέον ένα ςόνολο απμονικύν οι οποίερ δεν εμυανίζονσαι μεν ςσην δεόσεπη πεπίπσψςη, αλλά ϋπψρ αναυέπθηκε και ςσην ανάλτςη σψν fft διαγπαμμάσψν για σην τγιή μηφανή, διαπιςσύνοτμε ϋσι οι επιπλέον απμονικέρ ποτ εμυανιζονσαι ςσην ππψση fft ανάλτςη ουείλονσαι ςσην σπουϋδοςία με PWM και δεν είναι ενδεικσικέρ σοτ ςυάλμασορ. Εδύ ππέπει να επιςημανθεί ϋσι σιρ επιπλέον ατσέρ απμονικέρ σιρ έφοτμε κασαγπάχει ςσην πεπίπσψςη σηρ τγιοόρ μηφανήρ και εμυανίζονσαι και εδύ. (τποαπμονικέρ ςσα και ςσα 30 Hz) 3. σο ςημείο ατσϋ αξίζει να αναυεπθεί ϋσι ςσην fft ανάλτςη σηρ υαςικήρ σάςηρ σοτ ςσάση, για σην πεπίπσψςη σπουοδοςίαρ με μεσασποπέα, σϋςο για σην μηφανή φψπίρ ςυάλμασα ϋςο και για σην μηφανή με ςυάλμα ςσον δπομέα, παπασηποόμε ανύσεπερ απμονικέρ κονσά ςσην διακοπσική ςτφνϋσησα (εδύ 4050 Hz) και ςσα πολλαπλάςια ατσήρ (8100Hz κσλ.). Οι απμονικέρ ατσέρ εμυανίζονσαι και ςσην ανάλτςη fourier σψν υαςικύν πετμάσψν σηρ μηφανήρ και ςσιρ δτο πποαναυεπθείςερ πεπιπσύςειρ, και ουείλονσαι, ϋπψρ είναι γνψςσϋ απϋ σο δεόσεπο κευάλαιο, ςσην σπουοδοςία σηρ μηφανήρ μαρ με σην σάςη εξϋδοτ ενϋρ σπιυαςικοό ανσιςσπουέα με λεισοτπγία spwm. 139

140 Normalized Amplitude (db) Ανάλτςη FFT ποπήρ σϋςο ςσην πεπίπσψςη «τγιοόρ» κινησήπα, ϋςο και ςσην πεπίπσψςη κινησήπα με ςυάλμα ςσον δπομέα. Με ση βοήθεια σοτ λογιςμικοό MATLAB, ππαγμασοποιήςαμε ανάλτςη FFT με ςτφνϋσησα δειγμασοληχίαρ f s=5mhz, ςσιρ κτμασομοπυέρ σψν ποπύν ποτ παποτςιάςσηκαν ςσο κευάλαιο 3. σο υάςμα σηρ ποπήρ, κινησήπα φψπίρ ςυάλμα, δεν πεπιμένοτμε να εμυανιςσοόν ανύσεπερ απμονικέρ οι οποίερ ουείλονσαι ςε ςυάλμασα ςσο δακσόλιο βπαφτκόκλψςηρ σοτ δπομέα. σο ςφήμα (φ. 5.7) βλέποτμε σην ανάλτςη FFT πεόμασορ ςσάση «τγιοόρ μηφανήρ» για σην πεπίπσψςη ποτ έφοτμε ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν ανά λεπσϋ ςσο κινησήπα και σπουοδοσοόμε σα στλίγμασα σοτ ςσάση με παλμοόρ ϋπψρ είδαμε ςσο κευάλαιο 3, ενύ ςσο ςφήμα (φ 5.8) ϋσαν έφοτμε σπουοδοςία ημισονοειδή frequency (Hz) φ. 5.7 Ανάλτςη FFT ποπήρ «τγιοόρ» κινησήπα σπουοδοσοόμενο με inverter και με ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν (1425rpm) 140

141 Normalized Amplitude (db) frequency (Hz) φ. 5.8 Ανάλτςη FFT ποπήρ «τγιοόρ» κινησήπα σπουοδοσοόμενο ημίσονοειδύρ και με ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν (1425rpm) 141

142 Normalized Amplitude (db) Ομοίψρ, για σην πεπίπσψςη μηφανήρ με ςυάλμα ςσον δπομέα, ακολοτθοόν οι fft αναλόςειρ ςσιρ κτμασομοπυέρ σψν ποπύν σϋςο για σην πεπίπσψςη σπουοδοςίαρ σηρ μηφανήρ μαρ με σην σάςη εξϋδοτ ενϋρ inverter με PWM διαμϋπυψςη, ϋςο και για σην πεπίπσψςη ημισονοειδοόρ σπουοδοςίαρ σηρ μηφανήρ μαρ frequency (Hz) φ. 5.9 Ανάλτςη FFT ποπήρ κινησήπα με ςυάλμα σπουοδοσοόμενοτ με inverter και ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν (1425rpm), αποσελέςμασα εξομοίψςηρ 142

143 Normalized Amplitude (db) frequency (Hz) φ Ανάλτςη FFT ποπήρ κινησήπα με ςυάλμα σπουοδοσοόμενοτ ημισονοειδύρ και με ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν (1425rpm), αποσελέςμασα εξομοίψςηρ σο ςημείο ατσϋ κπίνεσαι αναγκαίο να γίνει μια παποτςίαςη σψν διαγπαμμάσψν ποτ παποτςιάςσηκαν παπαπάνψ, σϋςο ςσην πεπίπσψςη σηρ τγιοόρ μηφανήρ, ϋςο και ςσην πεπίπσψςη σηρ μηφανήρ η οποία παποτςιάζει ςυάλμα ςσον δπομέα, με σέσοιο σπϋπο ύςσε να είναι εμυανή σα ςτμπεπάςμασα σα οποία θα πποκόχοτν απϋ σην ςόγκπιςή σοτρ. Έσςι έφοτμε σιρ εξήρ ςτγκπίςειρ τπϋ μοπυή πινάκψν: 143

144 Πίνακαρ 5.5: όγκπιςη απμονικύν ποπήρ τγιοόρ μηφανήρ με PWM και μηφανήρ με ςυάλμα με PWM σπουοδοςία. Υγιής μητανή με PWM. Σστνόηηηες (Hz) Διαθορά πλάηοσς από ηην βαζική αρμονική(db). Μητανή με ζθάλμα ζηον δρομεα με PWM. Σστνόηηηες (Hz) Διαθορά πλάηοσς από ηην βαζική αρμονική(db)

145 Πίνακαρ 5.6: όγκπιςη απμονικύν ποπήρ τγιοόρ μηφανήρ με ημισονοειδή σπουοδοςία και μηφανήρ με ςυάλμα με ημισονοειδή σπουοδοςία. Υγιής μητανή με ημιηονοειδή ηροθοδοζία. Σστνόηηηες (Hz) Διαθορά πλάηοσς από ηην βαζική αρμονική(db). Μητανή με ζθάλμα ζηον δρομέα με ημιηονοειδή ηροθοδοζία. Σστνόηηηες (Hz) Διαθορά πλάηοσς από ηην βαζική αρμονική(db)

146 Πίνακαρ 5.7: Απμονικέρ ποπήρ ουειλϋμενερ ςε ςυάλμα σοτ δπομέα σϋςο ςσην πεπίπσψςη ημισονοειδοόρ σπουοδοςίαρ, ϋςο και ςσην πεπίπσψςη σπουοδοςίαρ με σην σάςη εξϋδοτ ενϋρ inverter με PWM διαμϋπυψςη. Ημιηονοειδή ηροθοδοζία. Σστνόηηηες (Hz) Διαθορά πλάηοσς από ηην βαζική αρμονική(db). Τροθοδοζία με inverter με PWM διαμόρθωζη. Σστνόηηηες (Hz) Διαθορά πλάηοσς από ηην βαζική αρμονική(db)

147 Πίνακαρ 5.8 : Απμονικέρ ποπήρ ποτ ουείλονσαι ςε PWM και δεν είναι ενδεικσικέρ σοτ ςυάλμασορ. Υγιής μητανή με PWM. Σστνόηηηες (Hz) Διαθορά πλάηοσς από ηην βαζική αρμονική(db). Μητανή με ζθάλμα ζηον δρομεα με PWM. Σστνόηηηες (Hz) Διαθορά πλάηοσς από ηην βαζική αρμονική(db) ΤΜΠΕΡΑΜΑΣΑ 1. Κασαπφήν, ππέπει να επιςημανθεί ϋσι για σην πεπίπσψςη σοτ κινησήπα με ςυάλμα ςσον δπομέα τπάπφει έναρ σόπορ ο οποίορ μαρ δίνει σιρ ςτφνϋσησερ ποτ αναμένοτμε να εμυανιςσοόν ανύσεπερ απμονικέρ λϋγψ ςυάλμασορ. Ο σόπορ είναι ο εξήρ : F=k*Fr±2*s*Fs ϋποτ k=0,2,4,6 Fr=((n*p)/120) με n=r/min (σοτ δπομέα), p=απιθμϋρ πϋλψν s=ολίςθηςη (έφοτμε 0.05) Fs=50 Hz 147

148 Όνσψρ, οι ςτφνϋσησερ ποτ πποκόπσοτν απϋ σον σόπο και αναμένοτμε απμονικέρ οι οποίερ θα είναι ενδεικσικέρ σοτ ςυάλμασορ, για κινησήπα σπουοδοσοόμενο με σην σάςη εξϋδοτ ενϋρ inverter, ϋςο και με ημισονοειδή σπουοδοςία, ενσοπίζονσαι και ςσο υάςμα σηρ ποπήρ για σιρ δόο πποαναυεπθείςερ σπουοδοςίερ. 2. Επιπλέον, ςσην πεπίπσψςη ποτ σπουοδοσοόμε σϋςο σον τγιή κινησήπα ϋςο και σον κινησήπα με ςυάλμα με σην σάςη εξϋδοτ ενϋρ ανσιςσπουέα πηγήρ σάςηρ με διαμϋπυψςη PWM, απϋ σην ανάλτςη fft σοτ υάςμασορ σηρ ποπήρ, ενσοπίζοτμε σην όπαπξη 5 απμονικύν, ϋπψρ υάνηκε ςσοτρ πίνακερ σψν ςτγκπίςεψν ποτ πποηγήθηκαν, οι οποίερ ππουανύρ δεν είναι ενδεικσικέρ σοτ ςυάλμασορ, και πιθανϋσασα ουείλονσαι ςσην σπουοδοςία σοτ κινησήπα μαρ (PWM). 3. Ακϋμα, ενσοπίςαμε ςσην πεπίπσψςη σοτ τγιή κινησήπα, σϋςο ϋσαν σον σπουοδοσήςαμε ημισονοειδύρ, ϋςο και με σην σάςη εξϋδοτ ενϋρ inverter, σην όπαπξη 3 απμονικύν οι οποίερ δεν πποκόπσοτν απϋ κάποιο σόπο, ενσοόσοιρ ςτμπεπάναμε ϋσι ςτνδέονσαι με σιρ απμϋνικέρ ποτ ενσοπίςαμε ςσο υάςμα σοτ πεόμασορ και ουείλονσαι ςσιρ ατλακύςειρ σοτ δπομέα. 148

149 Normalized Amplitude (db) 5.3 ΕΠΕΞΕΡΓΑΙΑ ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΨΝ ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΨΝ ΑΝΑΛΤΗ FFT ΡΕΤΜΑΣΟ ΣΑΣΗ ΤΓΙΟΤ ΚΙΝΗΣΗΡΑ ΚΑΙ ΚΙΝΗΣΗΡΑ ΜΕ ΥΑΛΜΑ ΣΟΝ ΔΡΟΜΕΑ Με ση βοήθεια σοτ λογιςμικοό MATLAB, ππαγμασοποιήςαμε ανάλτςη FFT με ςτφνϋσησα δειγμασοληχίαρ f s=40κhz, ςσιρ κτμασομοπυέρ σψν πετμάσψν σοτ ςσάση ποτ παποτςιάςσηκαν ςσο κευάλαιο 4. σο υάςμα σοτ πεόμασορ σοτ ςσάση, κινησήπα φψπίρ ςυάλμα, δεν πεπιμένοτμε να εμυανιςσοόν ανύσεπερ απμονικέρ οι οποίερ ουείλονσαι ςε ςυάλμασα ςσο δακσόλιο βπαφτκόκλψςηρ σοτ δπομέα. σο ςφήμα (φ. 5.11) βλέποτμε σην ανάλτςη FFT πεόμασορ ςσάση «τγιοόρ μηφανήρ» για σην πεπίπσψςη ποτ έφοτμε ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν ανά λεπσϋ ςσο κινησήπα(1440) και σπουοδοσοόμε σα στλίγμασα σοτ ςσάση με παλμοόρ ϋπψρ είδαμε ςσο κευάλαιο 4, ενύ ςσο ςφήμα (φ 5.12) ϋσαν έφοτμε σπουοδοςία ημισονοειδή frequency (Hz) φ.5.11 Ανάλτςη FFT πεόμασορ ςσάση «τγιοόρ» κινησήπα με ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν (1440rpm),και σπουοδοςία με inverter, αποσελέςμασα πειπαμασικά 149

150 Normalized Amplitude(dB) Normalized Amplitude (db) frequency (Hz) φ Ανάλτςη FFT πεόμασορ ςσάση «τγιοόρ» κινησήπα με ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν (1450rpm),και ημισονοειδή σπουοδοςία, αποσελέςμασα πειπαμασικά Ακολοτθοόν οι fft αναλόςειρ για σην πεπίπσψςη μηφανήρ με ςυάλμα frequency (Hz) φ.5.13 Ανάλτςη FFT πεόμασορ ςσάση κινησήπα με ςυάλμα σπουοδοσοόμενοτ με inverter και ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν (1440rpm), αποσελέςμασα πειπαμασικά 150

151 Normalized Amplitude (db) frequency (Hz) φ.5.14 Ανάλτςη FFT πεόμασορ ςσάση κινησήπα με ςυάλμα σπουοδοσοόμενοτ ημισονοειδύρ και με ςσαθεπϋ απιθμϋ ςσπουύν (1450rpm), αποσελέςμασα πειπαμασικά σο ςημείο ατσϋ κπίνεσαι αναγκαίο να γίνει μια παποτςίαςη σψν διαγπαμμάσψν ποτ παποτςιάςσηκαν παπαπάνψ, σϋςο ςσην πεπίπσψςη σηρ τγιοόρ μηφανήρ, ϋςο και ςσην πεπίπσψςη σηρ μηφανήρ η οποία παποτςιάζει ςυάλμα ςσον δπομέα, με σέσοιο σπϋπο ύςσε να είναι εμυανή σα ςτμπεπάςμασα σα οποία θα πποκόχοτν απϋ σην ςόγκπιςή σοτρ. Έσςι έφοτμε σιρ εξήρ ςτγκπίςειρ τπϋ μοπυή πινάκψν: 151

152 Πίνακαρ 5.9: όγκπιςη απμονικύν πεόμασορ τγιοόρ μηφανήρ με PWM και μηφανήρ με ςυάλμα με PWM σπουοδοςία. Υγιής μητανή με PWM. Σστνόηηηες. Διαθορά από ηην βαζική αρμονική (db) Μητανή με ζθάλμα ζηον δρομεα με PWM. Σστνόηηηες. Διαθορά από ηην βαζική αρμονική (db)

153 Πίνακαρ 5.10: όγκπιςη απμονικύν πεόμασορ τγιοόρ μηφανήρ με ημισονοειδή σπουοδοςία, και μηφανήρ με ςυάλμα ςσον δπομέα με ημισονοειδή σπουοδοςία. Υγιής μητανή με ημιηονοειδή ηροθοδοζία Μητανή με ζθάλμα ζηον δρομέα, με ημιηονοειδή ηροθοδοζία Σστνόηηηες. Διαθορά από ηην βαζική αρμονική (db) Σστνόηηηες. Διαθορά από ηην βαζική αρμονική (db)

154 ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ 6.1 Μονσελοποίηςη μέςψ σοτ Simulink σοτ ανσιςσπουέα πηγήρ σάςηρ με λεισοτπγία PWM [10,22] Ο σπιυαςικϋρ ανσιςσπουέαρ είναι πηγήρ σάςεψρ, ςτνδεςμολογίαρ γέυτπαρ δόο επιπέδψν. Σα διακοπσικά ςσοιφεία σοτ είναι IGBTs. Σα IGBTs είναι ςτνδεμένα ανσιπαπάλληλα με διϋδοτρ ελετθέπαρ διελεόςεψρ. Οι παλμοί ςσιρ πόλερ σοτρ (P1 έψρ και P6) καθοπίζονσαι απϋ σον εκάςσοσε αλγϋπιθμο ελέγφοτ. Σα κτκλύμασα οδήγηςηρ σψν IGBTs ακολοτθύνσαρ σιρ ενσολέρ σοτ ελεγκσή ποτ τλοποιεί σον αλγϋπιθμο ατσϋ παπάγοτν κασάλληλοτρ παλμοόρ σάςεψρ ςσιρ πόλερ σψν διακοπσικύν ςσοιφείψν. Οι πποδιαγπαυέρ σψν κτμασομοπυύν ατσύν καθοπίζονσαι απϋ σον κασαςκεταςσή. ση μονσελοποίηςη ποτ ακολοτθεί θεψποόμε ιδανικά κτκλύμασα οδήγηςηρ σψν IGBTs. Έσςι ο παλμοί οδήγηςηρ μποποόν να μονσελοποιηθοόν ψρ μια ακολοτθία λογικύν δταδικύν χηυίψν, ϋποτ η μονάδα τποδηλύνει κασάςσαςη αγψγήρ σοτ εκάςσοσε διακϋπση και σο μηδενικϋ ση ςτμπληπψμασική σηρ. Η ακολοτθία ατσή θεψπείσαι σεσπαγψνικήρ μοπυήρ με μηδενικοόρ φπϋνοτρ ανϋδοτ και καθϋδοτ σψν παλμύν. Για ση μονσελοποίηςη σψν διακοπσικύν ςσοιφείψν τιοθεσήθηκε σο έσοιμο μονσέλο σοτ Simulink.όνσομη πεπιγπαυή σψν παπαμέσπψν και σψν στπικύν σοτρ σιμύν δίνεσαι ςσον πίνακα πίνακα ποτ ακολοτθεί: 154

155 φ. 6.1 Μονσέλο IGBT σηρ MATLAB. Παπάμεσποι και στπικέρ σιμέρ σοτρ ϋπψρ τιοθεσήθηκαν και ςσην πποςομοίψςη Παπακάσψ δίνοτμε σο αποσέλεςμα σηρ πποςομοίψςηρ λεισοτπγίαρ σοτ ανσιςσπουέα. Ο ανσιςσπουέαρ σπουοδοσείσαι απϋ ςτνεφή σάςη 500V. Οι διακϋπσερ σοτ ελέγφονσαι με φπήςη σηρ SPWM σεφνικήρ διαμϋπυψςηρ ϋποτ ένα τχίςτφνο σπιγψνικϋ υέπον ςτγκπίνεσαι με σπιυαςικϋ ςόςσημα σάςεψν αναυοπάρ. Οι μελεσύμενερ αποκπίςειρ είναι η πολική και η υαςική σάςη εξϋδοτ σοτ ανσιςσπουέα και η υαςική σάςη ςσοτρ ακποδέκσερ σοτ υοπσίοτ. Η ςτφνϋσησα σοτ σπιγψνικοό υέπονσορ επιλέφθηκε ίςη με 4050Hz ποτ ανσιςσοιφεί ςε ανηγμένη ςτφνϋσησα υοπέα ίςη με 4050/50 = 81 (επιλέγεσαι πεπισσϋρ απιθμϋρ και πολλαπλάςιο σοτ σπία για σοτρ λϋγοτρ ποτ εκσέθηκαν ςε πποηγοόμενο κευάλαιο ϋποτ πεπιγπάυηκε εκσενύρ ο ανσιςσπουέαρ πηγήρ σάςηρ με λεισοτπγία PWM. Σο μονσέλο σηρ πποςομοίψςηρ υαίνεσαι ςσο ακϋλοτθο ςφήμα. 155

156 156

157 6.2 ΚΑΣΑΣΑΞΗ ΑΠΨΛΕΙΨΝ [10,23,24] Μια ππύση κασάσαξη σψν απψλειύν ποτ βαςίζεσαι ςσον πποςδιοπιςμϋ σηρ πποέλετςήρ σοτρ απϋ σα διάυοπα μέπη σοτ κινησήπα επαγψγήρ είναι η ακϋλοτθη: Απύλειερ ςσα στλίγμασα ςσάση και δπομέα. Απύλειερ πτπήνα ςσάση και δπομέα. Απύλειερ σπιβύν και ανεμιςμοό σοτ δπομέα. Οι ηλεκσπομαγνησικέρ απύλειερ πεπιλαμβάνοτν μϋνο σιρ απύλειερ ςσα στλίγμασα και σον πτπήνα σοτ κινησήπα. Πεπαισέπψ διακπίνονσαι ςσιρ εξήρ κασηγοπίερ: Απύλειερ θεμελιύδοτρ απμονικήρ - Θεμελιύδειρ απύλειερ ςσα στλίγμασα ςσάση και δπομέα. - Θεμελιύδειρ απύλειερ πτπήνα ςσάση. Απύλειερ λϋγψ απμονικύν φύποτ - Απύλειερ ςσα στλίγμασα σοτ δπομέα λϋγψ απμονικύν φύποτ. - Απύλειερ πτπήνα ςσάση και δπομέα λϋγψ απμονικύν φύποτ. Απύλειερ λϋγψ απμονικύν φπϋνοτ (διακοπσικέρ απύλειερ). - Διακοπσικέρ απύλειερ ςσα στλίγμασα ςσάση και δπομέα. - Διακοπσικέρ απύλειερ πτπήνα ςσάση και δπομέα. 157

158 Οι απμονικέρ φπϋνοτ πποκόπσοτν απϋ σην σπουοδοςία σηρ μηφανήρ με μεσασποπείρ ιςφόορ και ππουανύρ σο απμονικϋ πεπιεφϋμενο σηρ σάςεψρ σπουοδοςίαρ εξαπσάσαι απϋ σο είδορ σοτ μεσασποπέα και ση σεφνική διαμϋπυψςηρ σοτ εόποτρ παλμύν ποτ φπηςιμοποιείσαι. Οι απμονικέρ φύποτ σοτ κόμασορ ποήρ διακένοτ πποκόπσοτν λϋγψ σψν απμονικύν φύποτ σψν κτμάσψν ΜΕΔ, σψν απμονικύν φύποτ σηρ μαγνησικήρ διαπεπασϋσησαρ σοτ διακένοτ εξαισίαρ σψν ατλακύςεψν σοτ ςσάση και δπομέα και λϋγψ κοπεςμοό σοτ μαγνησικοό κτκλύμασορ σηρ κτπίψρ ποήρ ή σψν πούν ςκεδάςεψρ. Όλερ ατσέρ οι απμονικέρ παπάγοτν επιπλέον διαυεόγοτςερ απύλειερ πτπήνα και στλιγμάσψν οι οποίερ διακπίνονσαι ςσιρ εξήρ: Επιυανειακέρ απύλειερ πτπήνα κτπίψρ ςσο δπομέα. Απύλειερ πτπήνα ςσοτρ οδϋνσερ σοτ ςσάση και σοτ δπομέα λϋγψ κτμάσψςηρ σηρ ποήρ. Επιππϋςθεσερ απύλειερ φαλκοό ςσον κλψβϋ σοτ δπομέα λϋγψ κτμάσψςηρ σηρ ποήρ ςση πεπιοφή σψν οδϋνσψν. Οι μεσπήςειρ ςε κενϋ υοπσίο δίνοτν ϋλερ σιρ διαυεόγοτςερ απύλειερ με μηδενικϋ ψςσϋςο πεόμα δπομέα ςση θεμελιύδη ςτφνϋσησα. Κασάλληλερ διοπθύςειρ ππέπει να ευαπμϋζονσαι ςσον τπολογιςμϋ σψν διαυετγοτςύν απψλειύν και με κασάλληλη «ενίςφτςή» σοτρ να λαμβάνεσαι τπ ϋχη η ςόζετξη μεσαξό απψλειύν ςση θεμελιύδη και ςε ανύσεπερ ςτφνϋσησερ, ςόζετξη ποτ αποδεικνόεσαι σϋςο με θεψπησικά ϋςο και πειπαμασικά δεδομένα. 158

159 σην παπαπάνψ κασάσαξη σψν απψλειύν ςσον κινησήπα επαγψγήρ έγινε αναυοπά μϋνο ςσιρ ςτνιςσύςερ απψλειύν ποτ έφοτν οτςιαςσική ςτμμεσοφή (σοτλάφιςσον 3% με 5%) ςσιρ ολικέρ απύλειερ σοτ ςτςσήμασορ ΔΙΑΚΟΠΣΙΚΕ ΑΠΨΛΕΙΕ Η παποτςία απμονικύν τχηλήρ ςτφνϋσησαρ ςσιρ σάςειρ σπουοδοςίαρ σψν αςόγφπονψν κινησήπψν πποκόπσει είσε λϋγψ σηρ σπουοδοςίαρ σηρ μηφανήρ επαγψγήρ απϋ PWM μεσασποπέα ιςφόορ για ευαπμογέρ μεσαβλησήρ σαφόσησαρ ή λϋγψ έγφτςηρ απμονικύν ςσο σοπικϋ δίκστο απϋ ση λεισοτπγία άλλψν μεσασποπέψν ιςφόορ, απμονικέρ ποτ εμυανίζονσαι ςσην σάςη ακποδεκσύν σηρ αςόγφπονηρ μηφανήρ. Για σοτρ ανσιςσπουείρ πηγήρ σάςεψρ, σο απμονικϋ πεπιεφϋμενο εξαπσάσαι απϋ σην σεφνική PWM διαμϋπυψςηρ και σην ανηγμένη ςτφνϋσησα υοπέα ψc/ψ. Για σιρ σεφνικέρ PWΜ διαμϋπυψςηρ τχηλήρ αποδϋςεψρ με ςτμμεσπικϋ μη ςτμμεσπικϋ ή βελσιςσοποιημένο υέπον και ςσαθεπή δειγμασοληχία (symmetric regular sampled,asymmetric regular sampled και optimal regular sampled PWM) οι απμονικέρ σηρ σάςεψρ βπίςκονσαι ςε ςτφνϋσησερ (ψc/ψ ± 2)*f1 και(2*ψc/ψ ± 1)*f1. σα γπαυήμασα σοτ ςφήμασορ (6.2) δίνονσαι οι ανά μονάδα απμονικέρ σάςειρ ςτναπσήςει σοτ δείκση διαμϋπυψςηρ για ςτμμεσπικϋ και μη ςτμμεσπικϋ υέπον και διάυοπερ σιμέρ ανηγμένηρ ςτφνϋσησαρ υοπέα (ψc). Έφει αποδειφθεί απϋ πειπαμασικά και θεψπησικά δεδομένα ϋσι η θεύπηςη σψν διακοπσικύν απψλειύν με αποκλειςσική θεύπηςη σψν ςτφνοσήσψν κονσά ςση ςτφνϋσησα σοτ υέπονσορ δίνει ικανοποιησική ακπίβεια. Στπικέρ σιμέρ σιρ ανηγμένηρ ςτφνϋσησαρ υοπέα ςήμεπα ποικίλοτν απϋ 20 έψρ και πάνψ απϋ 200, με σιρ μεγαλόσεπερ να ςτνανσύνσαι ςε μηφανέρ μικπϋσεπηρ ιςφόορ. Διακοπσικέρ ςτφνϋσησερ έψρ και 20KHz είναι στπικέρ για κινησήπερ επαγψγήρ φαμηλήρ ιςφόορ ποτ οδηγοόνσαι απϋ ανσιςσπουείρ πηγήρ σάςεψρ με IGBTs. Η μελέση σψν διακοπσικύν απψλειύν ςσοτρ 159

160 αγψγοόρ σψν στλιγμάσψν και σον πτπήνα σοτ κινησήπα είναι πλέον αναγκαία. φ. 6.2 Ανά μονάδα απμονική σάςη ςτναπσήςει σοτ δείκση διαμϋπυψςηρ και σηρ ανηγμένηρ ςτφνϋσησαρ υοπέα. Δεξιά: τμμεσπικϋ υέπον (Symmetricregular sampled PWM). Απιςσεπά: Μη ςτμμεσπικϋ υέπον (Asymmetric regular sampled PWM) Τχηλέρ ςτφνϋσησερ υέπονσορ σείνοτν να μειύςοτν σιρ απμονικέρ σοτ πεόμασορ και ςτνεπύρ να μειύςοτν σιρ απύλειερ φαλκοό ςσα στλίγμασα ποτ ςφεσίζονσαι με ατσέρ. Ψςσϋςο οι τχηλϋσεπερ απμονικέρ σηρ ποήρ σείνοτν να ατξήςοτν σιρ απύλειερ πτπήνα. Επίςηρ οι διακοπσικέρ απύλειερ ςσον ανσιςσπουέα ατξάνοτν με σην αόξηςη σηρ ςτφνϋσησαρ σοτ υέπονσορ. Η βέλσιςση ςτφνϋσησα υέπονσορ εξαπσάσαι απϋ σον εκάςσοσε κινησήπα και σον PWM ανσιςσπουέα ποτ σον σπουοδοσεί. Σα 20KHz είναι στπικά για hard switched PWM μεσασποπείρ ενύ μεγαλόσεπερ ςτφνϋσησερ ςτνανσύνσαι ςε soft switched (resonant)μεσασποπείρ ΔΙΑΚΟΠΣΙΚΕ ΑΠΨΛΕΙΕ ΦΑΛΚΟΤ Η μεσαβολή σηρ ανσίςσαςηρ R και σηρ ατσεπαγψγήρ ςκεδάςεψρ Li σψν αγψγύν ςτναπσήςει σηρ ςτφνϋσησαρ είναι απφικά ένσονη και ανάλογη σοτ σεσπαγύνοτ ατσήρ. Καθύρ η ςτφνϋσησα ατξάνει πεπαισέπψ σο βάθορ διείςδτςηρ σοτ πεδίοτ γίνεσαι μικπϋσεπο απϋ 160

161 σο όχορ σοτ αγψγοό (ενσονϋσεπο επιδεπμικϋ υαινϋμενο) και ο πτθμϋρ μεσαβολήρ σψν R και Ll μειύνεσαι και γίνεσαι ανάλογορ σοτ f^1/2 Οι διακοπσικέρ απύλειερ φαλκοό σοτ δπομέα μειύνονσαι αιςθησά καθύρ η διακοπσική ςτφνϋσησα ατξάνει. Η κασάςσαςη ςσο ςσάση είναι διαυοπεσική λϋγψ σηρ παποτςίαρ πολλύν αγψγύν ςε κάθε αόλακα, σοτλάφιςσον ςσιρ μηφανέρ φαμηλήρ ιςφόορ. Οι απύλειερ φαλκοό σοτ ςσάση σείνοτν να ατξάνοτν οπιακά με ση ςτφνϋσησα ϋσαν σο επιδεπμικϋ υαινϋμενο βπίςκεσαι ακϋμα ςε απφικϋ ςσάδιο. Για κινησήπερ επαγψγήρ μεγάληρ ιςφόορ (ςση κλίμακα σψν MW)σο επιδεπμικϋ υαινϋμενο ςσοτρ αγψγοόρ σοτ ςσάση είναι ενσονϋσεπο και η κασάςσαςη πποςεγγίζει ατσή σοτ δπομέα. σο ςημείο ατσϋ αναυέπεσαι ϋσι η ςτφνϋσησα σοτ υέπονσορ ςε μεγάλερ ιςφείρ είναι μϋνο 1.3KHz. Η παπαπάνψ κασάςσαςη ανσιςσοιφεί ςε βάθορ διείςδτςηρ σοτ πεδίοτ μικπϋσεπο απϋ σο όχορ σοτ αγψγοό. Εξίςψςη απψλειύν φαλκοό δπομέα ΔΙΑΚΟΠΣΙΚΕ ΑΠΨΛΕΙΕ ΠΤΡΗΝΑ Η ππϋβλεχη σψν απψλειύν πτπήνα ςε τχηλέρ ςτφνϋσησερ είναι δόςκολη καθύρ σο βάθορ διείςδτςηρ σηρ ποήρ ςσιρ μαγνησικέρ λαμαπίνερ γίνεσαι ςτγκπίςιμο ή και μικπϋσεπο απϋ σο πάφορ σοτρ. Οι ποέρ ςκέδαςηρ σϋσε επικπασοόν και σα δινοπεόμασα ςσο πτπήνα εγκαθιςσοόν ςημανσικά πεδία ανσίδπαςηρ. Για σην πεπαισέπψ ανάλτςη σηρ εξάπσηςηρ σψν απψλειύν πτπήνα απϋ ση ςτφνϋσησα διακπίνονσαι οι εξήρ σπείρ πεπιπσύςειρ: Αποτςία επιδεπμικοό υαινομένοτ ςσιρ μαγνησικέρ λαμαπίνερ (δfe>>d, ϋποτ d σο πάφορ σηρ μαγνησικήρ λαμαπίναρ): Ατσή η πεπίπσψ- 161

162 ςη ανσιςσοιφεί ςση θεμελιύδη ςτφνϋσησα και εν γένει ςσιρ φαμηλέρ απμονικέρ. Λαμβάνεσαι τπ ϋχη σϋςο η απύλεια απϋ τςσέπηςη ϋςο και απϋ δινοπεόμασα. Οι απύλειερ πτπήνα λϋγψ τςσέπηςηρ μειύνονσαι με ση ςτφνϋσησα ενύ οι απύλειερ λϋγψ δινοπετμάσψν παπαμένοτν ςσαθεπέρ. Οι απύλειερ ςιδήποτ πποςεγγιςσικά παπαμένοτν ςσαθεπέρ. Επιδεπμικϋ υαινϋμενο ςε μικπή κλίμακα (δfe=d): Όσαν δfe=d η ςτφνϋσησα fν είναι ήδη απκεσά τχηλή ύςσε να ιςφόει δal<dal και ένσονο επιδεπμικϋ υαινϋμενο εμυανίζεσαι ςσιρ αόλακερ σοτ δπομέα. Ψρ αποσέλεςμα η ποή ςκεδάςεψρ σοτ δπομέα ςτγκενσπύνεσαι κονσά ςσην επιυάνειά σοτ. Έσςι ο ϋγκορ απϋ σον οποίο οι απύλειερ πτπήνα πποέπφονσαι ςσον δπομέα μειύνεσαι. Οι απύλειερ πτπήνα σϋσε σείνοτν να μειψθοόν οπιακά και ςσαθεποποιοόνσαι ςε τχηλϋσεπερ ςτφνϋσησερ. Ένσονο επιδεπμικϋ υαινϋμενο (δfe<d): Για απκοόνσψρ μεγάλερ ςτφνϋσησερ (πεπί σα 20ΚHz) σο βάθορ διείςδτςηρ σοτ πεδίοτ ςση μαγνησική λαμαπίνα γίνεσαι μικπϋσεπο σοτ πάφοτρ σηρ και σο πεδίο πεπιοπίζεσαι ςε ένα ςσπύμα με πάφορ δfe γόπψ απϋ σιρ οπιακέρ επιυάνειερ σψν ατλακύςεψν σοτ ςσάση και σοτ δπομέα. Η ςτμβασική εικϋνα σηρ διαδπομήρ σψν πούν ςκεδάςεψρ σοτ δπομέα ςσο κασύσεπο μέπορ σψν ατλακύςεψν σοτ δπομέα είναι πλέον άκτπη. φ. 6.3 Διαδπομέρ σψν πούν ςκεδάςεψρ ςσον κινησήπα επαγψγήρ ςση διακοπσική ςτφνϋσησα (ϋσαν εμυανίζεσαι ένσονο επιδεπμικϋ υαινϋμενο ςσιρ μαγνησικέρ λαμαπίνερ) 162