ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. του Φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών

Μέγεθος: px
Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. του Φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών"

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ του Φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών ΑΝΔΡΕΑ ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΦΕΤΣΗ Α.Μ.: 7142 ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΥ ΑΝΟΡΘΩΤΗ ΜΕ ΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΙΣΧΥΟΣ Επιβλέπων: Δρ.-Μηχ. Εμμανουήλ Τατάκης, Καθηγητής Ν ο 370 Πάτρα, Μάρτιος 2014 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥΠΟΛΗ ΠΑΤΡΑΣ ΡΙΟ - ΠΑΤΡΑ Τηλ: Τηλ: Τηλ: Fax: e.c.tatakis@ece.upatras.gr

2

3 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ του Φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών ΑΝΔΡΕΑ ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΦΕΤΣΗ Α.Μ.: 7142 ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΥ ΑΝΟΡΘΩΤΗ ΜΕ ΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΙΣΧΥΟΣ Επιβλέπων: Δρ.-Μηχ. Εμμανουήλ Τατάκης, Καθηγητής Ν ο /2014 Πάτρα, Μάρτιος 2014

4

5 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η διπλωματική εργασία με θέμα: «ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΥ ΑΝΟΡΘΩΤΗ ΜΕ ΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΙΣΧΥΟΣ» του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών: ΑΝΔΡΕΑ ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΦΕΤΣΗ (Α.Μ. 7142) Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις 17/03/2014 Ο Επιβλέπων Ο Διευθυντής του Τομέα Εμμανουήλ Τατάκης Καθηγητής Αντώνιος Αλεξανδρίδης Καθηγητής

6

7 Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: /2014 ΤΙΤΛΟΣ: "ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΥ ΑΝΟΡΘΩΤΗ ΜΕ ΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΙΣΧΥΟΣ" Φοιτητής: Επιβλέπων: Ανδρέας Φέτσης του Τριαντάφυλλου Δρ.-Μηχ. Εμμανουήλ Τατάκης, Αναπληρωτής Καθηγητής Περίληψη Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη και το σχεδιασμό μιας τριφασικής ανορθωτικής διάταξης με την οποία επιτυγχάνεται διόρθωση του συντελεστή ισχύος. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Κύριος σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η κατασκευή ενός μετατροπέα ανόρθωσης ανύψωσης ο οποίος λειτουργεί σε ασυνεχή αγωγή και μπορεί να τοποθετηθεί στην έξοδο μιας ανεμογεννήτριας σαν πρώτο στάδιο σύνδεσης με το δίκτυο. Απώτερος σκοπός είναι η πειραματική επιβεβαίωση της θεωρίας καθώς και του μηχανισμού με τον οποίο επιτυγχάνεται η διόρθωση του συντελεστή ισχύος. Αρχικά γίνεται μια γενική αναφορά στην έννοια της ποιότητας ισχύος, τα χαρακτηριστικά της μεγέθη, το συντελεστή ισχύος και τις ανώτερες αρμονικές. Επίσης αναφέρονται βασικές τριφασικές ανορθωτικές διατάξεις με διορθωμένο συντελεστή ισχύος ενώ γίνεται και μια γενική αναφορά στα αιολικά συστήματα, τον τρόπο λειτουργίας τους και την σύνδεση τους με το δίκτυο. Στη συνέχεια, αναλύεται η λειτουργία του μετατροπέα που κατασκευάστηκε κατά την διάρκεια αυτής της διπλωματικής εργασίας, δηλαδή τριφασικής διάταξης ανόρθωσης-ανύψωσης με ένα διακοπτικό στοιχείο, που λειτουργεί στην περιοχή ασυνεχούς αγωγής (DCM). Ο μετατροπέας αυτός θα δέχεται πολική τάση στην είσοδο του V, ανυψώνοντας την στα 350V στην έξοδο. Παράλληλα το ρεύμα εισόδου έχει μικρό αρμονικό περιεχόμενο επιτυγχάνοντας έναν υψηλό συντελεστή ισχύος. Το επόμενο βήμα είναι η μοντελοποίηση και η προσομοίωση του μετατροπέα σε περιβάλλον Matlab/Simulink έτσι ώστε να εξακριβωθεί η ορθή λειτουργία του σύμφωνα με τη θεωρητική ανάλυση. Τέλος, μελετάται και κατασκευάζεται στο εργαστήριο η πειραματική διάταξη με την οποία διεξάγονται μετρήσεις για την επιβεβαίωση και αξιολόγηση της θεωρητικής μελέτης.

8

9 Πρόλογος ΠΡΟΛΟΓΟΣ Στη διπλωματική αυτή εργασία μελετάται, σχεδιάζεται και κατασκευάζεται μια τριφασική διάταξη ανόρθωσης - ανύψωσης που επιτυγχάνει υψηλό συντελεστή ισχύος. Πιο συγκεκριμένα, κύριος σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι πειραματική επιβεβαίωση και η αξιολόγηση της συγκεκριμένης τοπολογίας σαν διάταξη διόρθωσης του συντελεστή ισχύος. Απώτερος σκοπός είναι να χρησιμοποιηθεί σαν πρώτο στάδιο σύνδεσης μιας μικρής ανεμογεννήτριας με το δίκτυο. Αναλυτικά, στο κεφάλαιο 1 αναλύεται η έννοια της ποιότητας ισχύος, αναφέρονται τα βασικά μεγέθη που την χαρακτηρίζουν και γίνεται μια εκτενέστερη αναφορά στις έννοιες των ανώτερων αρμονικών και του συντελεστή ισχύος. Στην συνέχεια αναφέρονται βασικές τοπολογίες τριφασικών ανορθωτών που επιτυγχάνουν διόρθωση συντελεστή ισχύος και λειτουργούν σε ασυνεχή αγωγή. Στο κεφάλαιο 2 γίνεται μια γενική αναφορά στις εφαρμογές και τις αρχές λειτουργίας των ανεμοκινητήριων συστημάτων. Εν συνεχεία, παρουσιάζονται οι δυο βασικές μέθοδοι λειτουργίας των συστημάτων αιολικής ενέργειας, δηλαδή η λειτουργία σταθερών στροφών σταθερής συχνότητας και η λειτουργίας μεταβλητών στροφών σταθερής συχνότητας. Αναλύονται τα βασικά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των δυο μεθόδων και τέλος, γίνεται μια παρουσίαση των προδιαγραφών της ανεμογεννήτριας στην οποία πρόκειται να εγκατασταθεί η μετατροπέας. Στο κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται η θεωρητική ανάλυση του μετατροπέα, η βασική αρχή λειτουργίας του και αναλύονται οι τέσσερεις καταστάσεις λειτουργίας του. Υπολογίζεται σε αναλυτική μορφή το ρεύμα εισόδου καθώς και διάφορες παράμετροι λειτουργίας των στοιχείων του μετατροπέα. Τέλος, γίνεται μια αριθμητική εφαρμογή με βάση τη θεωρία και παρουσιάζεται το μοντέλο μικρού σήματος της συγκεκριμένης τοπολογίας. Στο κεφάλαιο 4 αξιολογούνται και επιβεβαιώνονται τα αποτελέσματα της θεωρητικής ανάλυσης και της αριθμητικής εφαρμογής με προσομοίωση της διάταξης σε περιβάλλον Matlab/Simulink. Στο κεφάλαιο 5 αναλύεται ο σχεδιασμός και η κατασκευή της πειραματικής διάταξης που κατασκευάστηκε στο εργαστήριο για την επιβεβαίωση της θεωρίας. - I -

10 Πρόλογος Στο κεφάλαιο 6 γίνεται αναφορά στον μικροεπεξεργαστή dspic30f4011, ο οποίος χρησιμοποιήθηκε σε αυτήν την διπλωματική εργασία για τον PWM έλεγχο του μετατροπέα ανύψωσης. Στο κεφάλαιο 7 παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα και οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν κατά την δοκιμή της πειραματικής διάταξης. Στο κεφάλαιο 8 πραγματοποιούνται προσομοιώσεις άλλων τριφασικών ανορθωτικών διατάξεων με βελτιωμένο συντελεστή ισχύος, οι οποίες μπορούν να αποτελέσουν αντικείμενο μελλοντικής μελέτης. Τέλος, καταγράφεται η βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε και στα παραρτήματα ενσωματώνονται τα σχηματικά και τυπωμένα κυκλώματα των πλακετών που κατασκευάστηκαν, ο κώδικας Matlab που χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό παραμέτρων του μετατροπέα, ο κώδικας σε γλώσσα C που χρησιμοποιήθηκε στον μικροεπεξεργαστή και τα τεχνικά φυλλάδια των στοιχείων που χρησιμοποιήθηκαν κατά την υλοποίηση της διάταξης. Στο σημείο αυτό θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον επιβλέποντα καθηγητή της διπλωματικής μου εργασίας μου κ. Εμμανουήλ Τατάκη για την πολύτιμη βοήθεια και καθοδήγηση που μου προσέφερε καθ όλη την διάρκεια εκπόνησης της διπλωματική μου εργασίας. Επίσης θερμές ευχαριστίες απευθύνονται στον υποψήφιο διδάκτορα Ιωάννη Καρατζαφέρη για την βοήθεια και τις χρήσιμες συμβουλές του. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένεια μου και του κοντινούς μου ανθρώπους για την συμπαράσταση τους καθ όλη την διάρκεια των σπουδών μου. - II -

11 Πίνακας Περιεχομένων ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΙΣΧΥΟΣ 1.1. Ποιότητα ισχύος Παράμετροι που σχετίζονται με την ποιότητα ισχύος Συχνότητα Υπερτάσεις Βυθίσεις τάσης Υπερτάσεις μικρής διάρκειας (swells) Διακυμάνσεις τάσης Flicker Ασυμμετρία τάσης ή ρεύματος Ανώτερες αρμονικές. 1.3 Ο συντελεστής ισχύος Ο συντελεστής ισχύος υπό ημιτονοειδείς συνθήκες Ο συντελεστής ισχύος υπό μη ημιτονοειδείς συνθήκες Η σημασία της διόρθωσης του συντελεστή ισχύος Διεθνή πρότυπα Τεχνικές μείωσης αρμονικού περιεχομένου Μέθοδοι διόρθωσης συντελεστή ισχύος Ανορθωτές με διορθωμένο συντελεστή ισχύος Μονοφασικά συστήματα Τριφασικά συστήματα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΠΟ ΤΟΝ ΑΝΕΜΟ 2.1. Γενικά για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Αιολική ενέργεια Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της αιολικής ενέργειας Αξιοποίηση της αιολικής ενέργειας στην Ελλάδα και την Ευρώπη 2.5. Ανεμογεννήτριες Αιολικά πάρκα Παραγωγή ενέργειας από τον άνεμο Ταχύτητα ανέμου Ισχύς ανέμου. 2.7 Σύνδεση με το δίκτυο Λειτουργία σταθερών στροφών σταθερής συχνότητας Λειτουργίας μεταβλητών στροφών σταθερής συχνότητας 2.8 Προδιαγραφές ανεμογεννήτριας III -

12 Πίνακας Περιεχομένων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ 3.1 Γενικά Βασική αρχή λειτουργίας 3.3 Παραδοχές Διαστήματα λειτουργίας Ισοδύναμα κυκλώματα Μαθηματική ανάλυση Βασικές σχέσεις Υπολογισμός ρεύματος εισόδου Αρμονικό περιεχόμενο ρεύματος εισόδου Όριο συνεχούς ασυνεχούς περιοχής λειτουργίας Υπολογισμός παραμέτρων του μετατροπέα. 3.6 Αριθμητική εφαρμογή Συστημική προσέγγιση Μοντέλο μικρού σήματος ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΣΕ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ MATLAB/SIMULINK 4.1 Προδιαγραφές. 4.2 Προσομοίωση με πηγή τάσης σταθερής συχνότητας Ρεύμα πηνίου boost Τάση και ρεύμα εξόδου Τάση και ρεύμα στο ημιαγωγικό διακοπτικό στοιχείο Τάση και ρεύμα στην δίοδο εξόδου Τάση και ρεύμα στις διόδους της γέφυρας Ρεύμα εισόδου Παλμοδότηση Προσομοίωση με πηγή τάσης μεταβλητής συχνότητας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ 5.1 Κατασκευή μετατροπέα Επιλογή στοιχείων κυκλώματος ισχύος Επιλογή διακοπτικού ημιαγωγικού στοιχείου Επιλογή διόδων Επιλογή πυκνωτή εξόδου Κατασκευή πηνίων μετατροπέα ανύψωσης Κύκλωμα μέτρησης της τάσης εξόδου Σχεδίαση snubber Επιλογή ψυκτικού σώματος Φίλτρο εισόδου Τροφοδοτικά. 5.2 Κατασκευή κυκλώματος ελέγχου Επιλογή μικροελεγκτή Ενισχυτής 74HC IV -

13 Πίνακας Περιεχομένων Optocoupler 6N Driver ICL Υλοποίηση κλειστού βρόχου Έλεγχος PID. 117 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 O ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΗΣ dspic30f Εισαγωγή Ο μικροελεγκτής dspic30f Χρησιμοποιούμενα περιφερειακά Μετατροπέας αναλογικού σήματος σε ψηφιακό (A/D converter) Οι γεννήτριες PWM Προγραμματισμός του dspic30f Ενσωματωμένα εργαλεία του λογισμικού MPLAB X Επικοινωνία με τον μικροελεγκτή Λογική του προγράμματος εκτέλεσης Διάγραμμα ροής ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ 7.1 Παλμογραφήματα Μετρήσεις Δοκιμή Α Μεταβολή Vin Μεταβολή Po Δοκιμή Β Σταθερή Vin Mεταβολή Po Δοκιμή Γ Σταθερή Po (400W) Μεταβολή Vin. 146 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ ΑΛΛΩΝ DCM BOOST PFC ΑΝΟΡΘΩΤΩΝ 8.1 Εισαγωγή Interleaved DCM Boost Ανορθωτής Harmonic injection Μετατροπέας με δυο διακοπτικά στοιχεία Μετατροπέας με τέσσερα διακοπτικά στοιχεία Σύγκριση με τον μετατροπέα που εξετάστηκε σε αυτή τη διπλωματική εργασία 162 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 163 ΠΑΡΑΤΗΜΑΤΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α Μετρήσεις 167 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β Κώδικας μικροελεγκτή 169 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Γ Σχηματικά και τυπωμένα κυκλώματα ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Δ Κώδικας Matlab ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ε Φυλλάδια Κατασκευαστών V -

14 - VI - Πίνακας Περιεχομένων

15 Κεφάλαιο 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΙΣΧΥΟΣ Εισαγωγή Τα τελευταία χρόνια, το σύστημα μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ισχύος καλείται να αντιμετωπίσει καινούρια δεδομένα και προκλήσεις. Η απελευθέρωση της αγοράς ενέργειας, η μεγάλη αύξηση του φορτίου, η αυξανόμενη συμμετοχή στο δίκτυο των ανανεώσιμων μορφών ενέργειας αλλά και η χρήση φορτίων με ιδιαίτερα χαρακτηριστικά (ηλεκτρονικά ισχύος) δημιουργούν ένα καινούριο περιβάλλον με μεγάλες απαιτήσεις. Οι οικονομικές συνέπειες από τα προβλήματα που προκύπτουν κατά την λειτουργία του δικτύου τόσο για τις εταιρείες ηλεκτρισμού όσο και για τους καταναλωτές, δημιουργούν την ανάγκη για μεγαλύτερη εποπτεία και άμεση αντιμετώπιση των προβλημάτων. Η ποιότητα ισχύος (Power Quality) αφορά ένα μεγάλο αριθμό ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων-διαταραχών που εμφανίζονται στο ηλεκτρικό δίκτυο. Αν και η ενασχόληση του ηλεκτρολόγου μηχανικού με θέματα ποιότητας ισχύος είναι σχετικά πρόσφατη, η ποιότητα ισχύος καλύπτει φαινόμενα ήδη γνωστά τα οποία όμως αποκτούν διαφορετική και μεγαλύτερη σημασία στα μοντέρνα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Η αύξηση των ευαίσθητων σε διαταραχές φορτίων αλλά και των φορτίων που δημιουργούν διαταραχές (εκπομπές), όπως μη γραμμικά φορτία, κινητήρες, μετατροπείς ισχύος και οι διαρκώς αυξανόμενες απαιτήσεις για αξιοπιστία, καθιστούν την ποιότητα ισχύος σημαντική παράμετρο της λειτουργίας του ηλεκτρικού συστήματος με μεγάλη οικονομική σημασία. Θα μπορούσαμε να πούμε ότι η ποιότητα ισχύος είναι μια θεώρηση των πραγμάτων με κέντρο βάρους τους καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας. Τα προβλήματα που καλύπτει είναι σημαντικά είτε γιατί συνδέονται με αυξημένο κόστος (για βιομηχανικούς καταναλωτές) είτε ακόμα και με ανθρώπινες ζωές όταν για παράδειγμα οι καταναλωτές είναι νοσοκομεία, αεροδρόμια που χρειάζονται μια αδιάλειπτη και σταθερή παροχή ισχύος. Η διακοπή λειτουργίας ενός φορτίου για πολλές βιομηχανικές εγκαταστάσεις συνεπάγεται μεγάλες απώλειες για την παραγωγή τους. Οι απώλειες μπορεί να είναι ακόμα μεγαλύτερες σε περιπτώσεις όπου η επανεκκίνηση του φορτίου είναι χρονοβόρα ή απαιτεί μεγάλο κόστος. Πρόσφατα έχει παρατηρηθεί μια ραγδαία μεταβολή στην φύση του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας. Η σημαντική αύξηση της παραγωγής ισχύος από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως ανεμογεννήτριες και φωτοβολταϊκά σίγουρα συνεισφέρει στην παραγωγή «καθαρής» ενέργειας, από την άλλη όμως απαιτεί την μελέτη και την αντιμετώπιση των ηλεκτρικών φαινομένων που δημιουργούνται εξαιτίας της λειτουργίας τους. Αυτές οι συσκευές που - 7 -

16 Κεφάλαιο 1 συνδέονται στο ηλεκτρικό δίκτυο, περιλαμβάνουν διακοπτικούς μετατροπείς ισχύος, μετασχηματιστές ισχύος, τροφοδοτικά αδιάλειπτης λειτουργίας αλλά και συσκευές προστασίας από υπερτάσεις και υπερεύματα, αλλοιώνοντας έτσι την ημιτονοειδή φύση του εναλλασσόμενου ρεύματος. Η εισαγωγή στο δίκτυο ανώτερων αρμονικών προκαλεί υποβάθμιση της ποιότητας ισχύος και έχει σοβαρές επιπτώσεις σε άλλα φορτία, όπως σε τηλεπικοινωνιακές συσκευές, κινητήρες και άλλα είδη ευαίσθητου ηλεκτρονικού εξοπλισμού. Το πρόβλημα της ποιότητας ισχύος αφορά την παραγωγή, την διανομή και την κατανάλωση ενέργειας ταυτόχρονα. Ο σχεδιαστής του ηλεκτρικού δικτύου πρέπει να λάβει υπόψιν την αλληλεπίδραση μεταξύ των διαφόρων συσκευών του δικτύου ώστε να επιτυγχάνεται η ομαλή λειτουργία του. Οι νέες ηλεκτρονικές συσκευές που παράγονται θα πρέπει να σχεδιάζονται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να είναι συμβατές με το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας δηλαδή, να σχεδιάζονται με βάση τα Διεθνή πρότυπα και τις Κοινοτικές οδηγίες αναφορικά με την ασφάλεια του καταναλωτή. Τέλος ο ίδιος ο καταναλωτής θα πρέπει να είναι ενήμερος για τις επιπτώσεις της σύνδεσης των μη γραμμικών φορτίων με το δίκτυο και να επιλέγει αυτά που τηρούν τους Διεθνείς κανονισμούς αναφορικά με την ποιότητα ισχύος. 1.1 Ποιότητα ισχύος Ως ποιότητα ηλεκτρικής ισχύος μπορούμε να ορίσουμε το σύνολο των φυσικών χαρακτηριστικών της ηλεκτρικής παροχής σε κανονικές συνθήκες τροφοδοσίας που δεν διαταράσσουν ή διακόπτουν τις διαδικασίες παραγωγής ή λειτουργίας του καταναλωτή ενέργειας[1]. Τα φυσικά αυτά χαρακτηριστικά αφορούν την κυματομορφή της τάσης ή του ρεύματος ενός φορτίου κατά την λειτουργία του. Ο παραπάνω ορισμός είναι γενικός και σίγουρα δεν είναι ο μοναδικός. Το πρότυπο IEC ορίζει την ποιότητα ισχύος ως «Τα χαρακτηριστικά της ηλεκτρικής ενέργειας μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή σε ένα ηλεκτρικό σύστημα, αξιολογημένα βάσει ενός συνόλου τεχνικών παραμέτρων». Γενικά μπορούμε να πούμε ότι η ποιότητα ισχύος έχει να κάνει με την ποιότητα της τάσης και του ρεύματος και αφορά την μέτρηση, μελέτη και βελτίωση της τάσης ενός ζυγού, ώστε να έχει ημιτονοειδή μορφή με συγκεκριμένο πλάτος και συχνότητα, στην μόνιμη κατάσταση αλλά και κατά την διάρκεια μιας διαταραχής. Σύμφωνα με τα παραπάνω απαιτούνται συγκεκριμένες ενέργειες έτσι ώστε να μελετηθεί και να βελτιωθεί η ποιότητα της παρεχόμενης ισχύος. Αυτές μπορεί να είναι : Παροχή μιας ολοκληρωμένης γνώσης του επιπέδου της «ρύπανσης» στο δίκτυο χρησιμοποιώντας μετρήσεις αλλά και στατιστικά δεδομένα. Καταγραφή αυτών των διαταραχών ώστε να βρεθεί η πηγή τους

17 Κεφάλαιο 1 Διαχωρισμός των καταστάσεων διαταραχής από φυσικές διαταραχές του δικτύου. Παροχή αναφορών σχετικά με την ποιότητα ισχύος στους μεγάλους καταναλωτές. Τέλος, ανάπτυξη προληπτικών μέτρων και εύρεση κατάλληλων μεθόδων ώστε να μειωθεί η επίδραση αυτών των φαινομένων. 1.2 Παράμετροι που σχετίζονται με την ποιότητα ισχύος Οι παράμετροι που καθορίζουν την ποιότητα ισχύος αναφέρονται στην βιβλιογραφία καθώς και σε διεθνείς κανονισμούς και περιλαμβάνουν τα χαρακτηριστικά του ρεύματος και της τάσης που μπορούν να υποστούν αλλοίωση κατά την λειτουργία ενός συστήματος. Οι βασικές αυτές παράμετροι και οι επιπτώσεις που έχουν στα διάφορα φορτία και στο δίκτυο, αναλύονται εν συντομία στις παρακάτω υπό-ενότητες Συχνότητα Η συχνότητα του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας καθορίζεται από την ταχύτητα περιστροφής των γεννητριών στους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτή μπορεί να είναι 50 ή 60 Hz ανάλογα με το πρότυπο που έχει υιοθετηθεί στην εκάστοτε γεωγραφική περιοχή. Η συχνότητα είναι μια από τις πιο σημαντικές παραμέτρους σε ένα σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας, γι αυτό είναι αναγκαίο να διατηρείται σταθερή και να ελαχιστοποιούνται όσο το δυνατό περισσότερο οι διακυμάνσεις της. Αυτό επιτυγχάνεται με την χρήση αυτοματοποιημένων συστημάτων στους σταθμούς παραγωγής. Οι διεθνείς κανονισμοί ορίζουν κάποια όρια, τα οποία δεν πρέπει να ξεπερνά η συχνότητα του δικτύου όπως Για διασυνδεδεμένα συστήματα συγχρονισμένα με το δίκτυο 50Hz ±1% για το 99.5% του έτους 50Ηz+4% 6% για τον υπόλοιπο χρόνο Για μη διασυνδεδεμένα με το δίκτυο συστήματα (όπως νησιά κ.τ.λ) 50Ηz ±2% για το 95% της εβδομάδας 50Hz ±15% για τον υπόλοιπο χρόνο - 9 -

18 Κεφάλαιο 1 Σχήμα 1.1 Μεταβολή της συχνότητας του Αγγλικού δικτύου σε διάστημα μιας ώρας [2] Όπως καταλαβαίνουμε, αφού όλες οι ηλεκτρονικές διατάξεις και τα διασυνδεδεμένα συστήματα έχουν σχεδιαστεί για σταθερή συχνότητα, παρακάτω αναλύονται εν συντομία οι επιπτώσεις των διακυμάνσεων συχνότητας σε διάφορα φορτία. Οι ασύγχρονοι κινητήρες χρησιμοποιούνται κατά κόρον στην βιομηχανία. Συγκεκριμένα όσοι συνδέονται απευθείας στο ηλεκτρικό δίκτυο επηρεάζονται από τις διακυμάνσεις συχνότητας. Οι στροφές τους είναι ανάλογες της συχνότητας του ηλεκτρικού δικτύου και έτσι η όποια μεταβολή στην συχνότητα του έχει ως αποτέλεσμα μια μεταβολή στον αριθμό στροφών του. Αυτή η μεταβολή επηρεάζει την παραγωγική διαδικασία, η οποία έχει σχεδιαστεί με συγκεκριμένες και αυστηρές προδιαγραφές. Οι συστοιχίες πυκνωτών που χρησιμοποιούνται για την αντιστάθμιση άεργου ισχύος επηρεάζονται από μεταβολές στην συχνότητα αφού η άεργος ισχύς που παρέχουν είναι ανάλογη αυτής. Η άεργος ισχύς συνδέεται με την συχνότητα με την σχέση : & = 2()*+, Το ίδιο ισχύει για τα φίλτρα αποκοπής αρμονικών των οποίων η εμπέδηση μεταβάλλεται με την όποια μεταβολή της συχνότητας του δικτύου. Τέλος, τα μαγνητικά κυκλώματα που έχουν σχεδιαστεί για συγκεκριμένη τιμή συχνότητας, μπορούν να επηρεαστούν από μεταβολές της, είτε μπαίνοντας στον κόρο, είτε έχοντας αυξημένες απώλειες και διαφορετική εμπέδηση από αυτή που έχει εκτιμηθεί

19 Κεφάλαιο Υπερτάσεις Ως υπέρταση ορίζουμε οποιαδήποτε τάση μεταξύ φάσης και γης ή μεταξύ δυο φάσεων της οποίας η μέγιστη τιμή είναι μεγαλύτερη από την μέγιστη τάση λειτουργίας του εξοπλισμού.[3] Μεταβατική υπέρταση (transient overvoltage) : Οι μεταβατικές υπερτάσεις είναι υπερτάσεις βραχείας διάρκειας μερικών χιλιοστών του δευτερολέπτου, οι οποίες μπορούν να είναι αποσβενύμενες ή όχι. Οι μεταβατικές υπερτάσεις ταξινομούνται στην βιβλιογραφία με βάση το χρόνο μετώπου (0-90%) και το χρόνο ουράς (0-100%-50%) ως εξής Αργού μετώπου με χρόνο μετώπου 20μs < T1 < 5000μs και χρόνο ουράς Τ2 < 20ms Γρήγορου μετώπου με 0.1μs < T1 < 20μs και Τ2<300μs Πολύ γρήγορου μετώπου με T1< 0.1μs και συνολική διάρκεια < 3ms Σχήμα 1.2 Χαρακτηριστική καμπύλη μεταβατικής υπέρτασης [3] Οι μεταβατικές υπερτάσεις προκαλούνται από πτώσεις κεραυνών αλλά και από διακοπτικούς χειρισμούς κατά την διάρκεια της λειτουργίας του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας. Οι επιπτώσεις αυτών των υπερτάσεων εξαρτώνται από διάφορους παράγοντες όπως το πλάτος και η διάρκεια τους. Οι πιο συχνές βλάβες παρατηρούνται λόγω κεραυνικών πληγμάτων, δηλαδή υπερτάσεων ταχέως μετώπου. Μία άλλη περίπτωση βλάβης είναι λόγω χαμηλού πλάτους μεταβατικών υπερτάσεων, οι οποίες διασπούν αργά την μόνωση του εξοπλισμού, γεγονός που τον καθιστά επιρρεπή σε βραχυκύκλωμα. Δυναμική παροδική υπέρταση : Οι παροδικές υπερτάσεις οφείλονται στην λειτουργία του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας. Μπορούν να προκληθούν από την αποσύνδεση επαγωγικού ή την σύνδεση χωρητικού φορτίου, από την απόρριψη φορτίου, δηλαδή την

20 Κεφάλαιο 1 ξαφνική επιτάχυνση των γεννητριών λόγο αποσύνδεσης κάποιου φορτίου καθώς και από κάποιο βραχυκύκλωμα μιας φάσης προς τη γη. Οι υπερτάσεις αυτές έχουν διάρκεια από 0.03s μέχρι 3600s και συχνότητα από 10Hz έως 500Hz Βυθίσεις τάσης (sags) H βύθιση τάσης είναι μια ξαφνική μείωση του πλάτους της τάσης σε κάποιο συγκεκριμένο σημείο του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας, κάτω από ένα συγκεκριμένο επίπεδο τάσης με διάρκεια μεγαλύτερη από 10ms, που όμως ακολουθείται από επαναφορά στο κανονικό επίπεδο τάσης μετά την πάροδο της. Στην εικόνα 1.3 φαίνεται μια κυματομορφή βύθισης τάσης όπως ορίζεται στην διεθνή βιβλιογραφία. Σχήμα 1.3 Κυματομορφή βύθισης τάσης [1] Παρατηρούμε τα χαρακτηριστικά μεγέθη που καθορίζουν την βύθιση τάσης τα οποία είναι: Τάση αναφοράς, δηλαδή η ονομαστική λειτουργίας του συστήματος πριν την πτώση τάσης Η βύθιση τάσης που ορίζεται ως η διαφορά της τάσης αναφοράς από την ελάχιστη τάση κατά την διάρκεια του σφάλματος Η διάρκεια του σφάλματος σε sec που ορίζεται ως η συνολική διάρκεια του φαινομένου Η κύρια αιτία της βύθισης τάσης είναι τα βραχυκυκλώματα. Κατά την διάρκεια ενός βραχυκυκλώματος τα μεγάλα ρεύματα που αναπτύσσονται προκαλούν μεγάλες πτώσεις τάσης στα διάφορα σημεία του συστήματος. Μια άλλη αιτία είναι η σύνδεση μεγάλων

21 Κεφάλαιο 1 φορτίων ή κινητήρων όπως παρατηρείται σε οικισμούς κοντά σε μεγάλες βιομηχανικές μονάδες. Κατά την διάρκεια αυτού του φαινομένου παρέχεται μόνο ένα μέρος της απαιτούμενης ισχύος στο φορτίο, με αποτέλεσμα την υπολειτουργία του, την διακοπή της λειτουργίας του ή ακόμα και την καταστροφή του, αφού η τάση είναι διαφορετική από αυτή που έχει σχεδιαστεί να λειτουργεί στην ονομαστική του κατάσταση. Γι αυτό τον λόγο ευαίσθητα φορτία προστατεύονται με επιτηρητές τάσης οι οποίοι τα αποσυνδέουν σε περίπτωση που η τάση ξεπεράσει κάποια συγκεκριμένα όρια. Τέλος, οι ίδιες οι συσκευές σχεδιάζονται ώστε να αντιμετωπίζουν τέτοιου είδους φαινόμενα με συγκεκριμένες προδιαγραφές και κανονισμούς, όπως ορίζονται από τα διεθνή πρότυπα Υπερτάσεις μικρής διάρκειας (swells) Οι υπερτάσεις μικρής διάρκειας ορίζονται κατά το πρότυπο ΙΕΕΕ 1159 ως μια αύξηση της ενεργούς τιμής της τάση της τάξης του pu με διάρκεια από 0.5 κύκλου μέχρι ένα λεπτό. Οι υπερτάσεις αυτές είναι πιο σπάνιες από τις βυθίσεις τάσης και παρατηρούνται κατά την απενεργοποίηση ενός μεγάλου φορτίου, την σύνδεση μιας μεγάλης συστοιχίας πυκνωτών ή κατά το βραχυκύκλωμα μιας φάσης προς τη γη, στις υγιείς φάσεις. Χαρακτηρίζονται από το ποσοστό αύξησης της τάσης καθώς και από την χρονική τους διάρκεια. Οι υπερτάσεις αυτές αντιμετωπίζονται όπως και οι βυθίσεις τάσεις με συστήματα αδιάλειπτης παροχής ενέργειας ή με επιτηρητές τάσης. Σχήμα 1.4 Υπέρταση μικρής διάρκειας στις υγιείς φάσης κατά το βραχυκύκλωμα μιας φάσης προς τη γη [1] Διακυμάνσεις τάσης - Flicker Οι διακυμάνσεις τάσης ορίζεται ως περιοδικές διακυμάνσεις του πλάτους της τάσης όχι περισσότερο από 10% του ονομαστικού. Επειδή το ποσό αυτό είναι σχετικά μικρό, σπάνια

22 Κεφάλαιο 1 παρατηρούνται βλάβες από τέτοιου είδους φαινόμενα. Οι διακυμάνσεις αυτές συχνά προκαλούνται από συσκευές των οποίων το ρεύμα παρουσιάζει συνεχείς γρήγορες διακυμάνσεις. Τέτοιες συσκευές είναι οι ηλεκτρικοί κλίβανοι, οι στατικοί μετατροπείς συχνότητας, οι κυκλομετατροπείς, τα βιομηχανικά φορτία όπως οι ηλεκτροσυγκολλητές, οι μεγάλοι κινητήρες και άλλα. Ο όρος flicker χρησιμοποιείται συχνά στην βιβλιογραφία για να περιγράψει τέτοια φαινόμενα και είναι η αλλαγή της φωτεινότητας ενός λαμπτήρα, η οποία γίνεται αισθητή και προκαλείται από διακυμάνσεις τάσης Ασυμμετρία τάσης ή ρεύματος Οι τριφασικές σύγχρονες γεννήτριες οι οποίες παράγουν ηλεκτρική ισχύ, παρέχουν στο δίκτυο τριφασική συμμετρική τάση, ίσου μέτρου με διαφορά φάσης 120 μοίρες. Στην πραγματικότητα είναι δύσκολο να επιτευχθεί απόλυτη συμμετρία σε όλους τους ζυγούς ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας. Έτσι παρατηρούνται συχνά ασυμμετρίες, είτε εξαιτίας του διαφορετικού μέτρου της τάσης δυο φάσεων, είτε αν η γωνία μεταξύ δυο φάσεων αποκλίνει από τις 120 μοίρες. Αυτές οι ασυμμετρίες προκαλούνται κατά κύριο λόγο από ασύμμετρα φορτία τα οποία δημιουργούν ασύμμετρες πτώσεις τάσης στους ζυγούς. Μία άλλη πηγή ασυμμετρίας βρίσκεται στις γραμμές μεταφοράς, οι οποίες λόγω διαφορετικών πύργων ή διαφορετικής όδευσης παρουσιάζουν διαφορετικά χαρακτηριστικά εμπέδησης, δημιουργώντας τελικά ασυμμετρία στην τάση των ζυγών. Ασυμμετρία παρατηρείται επίσης κατά την διάρκεια κάποιου βραχυκυκλώματος, κατά το οποίο το μέτρο των τάσεων των τριών φάσεων διαφέρει. Η ασυμμετρία τάσης έχει πολλές επιπτώσεις οι οποίες είναι διαφορετικές για τα διάφορα είδη φορτίων. Για παράδειγμα, στους ασύγχρονους κινητήρες προκαλεί υπερθέρμανση των τυλιγμάτων του στάτη, ασυμμετρία στην ηλεκτρική ροπή σε σχέση με την συμμετρική για την οποία έχει σχεδιαστεί με αποτέλεσμα μηχανικές ταλαντώσεις στον άξονα και άλλα. Τα ασύμμετρα κυκλώματα και φορτία μπορούν να αναλυθούν με κυκλωματικές μεθόδους χρησιμοποιώντας τις αντίστοιχες συμμετρικές συνιστώσες Ανώτερες αρμονικές Στην ενότητα αυτή γίνεται μια εκτενέστερη αναφορά στις ανώτερες αρμονικές τάσης και ρεύματος που παρουσιάζονται σε ένα δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας, αφού συνδέονται άμεσα με τον συντελεστή ισχύος, που είναι αντικείμενο μελέτης αυτής της διπλωματικής εργασίας

23 Κεφάλαιο 1 Οι αρμονικές τάσης ή ρεύματος συγκαταλέγονται στις διαταραχές που αφορούν την παραμόρφωση μιας ιδανικής ημιτονοειδούς κυματομορφής. Οι αρμονικές είναι ημιτονοειδείς τάσεις ή ρεύματα με συχνότητα που είναι ακέραιο πολλαπλάσιο της θεμελιώδους συχνότητας. Ως τάξη αρμονικής ορίζεται ο λόγος της συχνότητας της ανώτερης αρμονικής προς την συχνότητα της θεμελιώδους. Σχήμα 1.5 Ανώτερες αρμονικές σε σχέση με τη θεμελιώδη a) 100Hz b)150hz c) 200Hz d)250hz [1] H ανάλυση του αρμονικού περιεχομένου μιας περιοδικής κυματομορφής γίνεται χρησιμοποιώντας ανάλυση Fourier. Με αυτό τον τρόπο εξάγουμε το πλάτος και την συχνότητα των ανώτερων αρμονικών και μπορούμε να τις διαχειριστούμε κάθε μία ξεχωριστά. Μια περιοδική κυματομορφή μπορεί να εκφραστεί ως άπειρο άθροισμα ημιτονοειδών όρων με πλάτη που δίνονται από τους συντελεστές Fourier )-./ = c4s-./+6 2 sin-./+0, c9s-2./ +6, sin-2./.+0 ; <9=->./+6 ; =?>->./ A = @0 ;<9=->./ +@6 ; =?>->./ 2 A A = @< ; sin ->.+B ; / 2 2 (1.1) όπου f(x) μια περιοδική κυματομορφή, αο η συνεχής συνιστώσα και an, bn οι συντελεστές της σειράς Fourier. Για μια περίοδο T = 2π οι παραπάνω όροι δίνονται από τις σχέσεις : 0 1 = 1,E ( C )-./D. 1 0 ; = 1,E ( C )-./c9s->./d. (1.2) 1 6 ; = 1,E ( C )-./sin->./d. 1 < ; = F0 ;, +6 ;, B ; = atani 0 ; 6 ; J

24 Κεφάλαιο 1 Τα μεγέθη που περιγράφουν την παραμόρφωση της τάσης ή του ρεύματος μπορούν να περιγραφούν στο πεδίο του χρόνου ή της συχνότητας. Η περιγραφή στο πεδίο του χρόνου περιλαμβάνει την εύρεση των διαφορών του παραμορφωμένου σήματος από ένα σήμα αναφοράς. Αντίθετα, η περιγραφή στο πεδίο της συχνότητας δίνεται από ένα σύνολο παραγόντων που περιγράφουν: το πλάτος των αρμονικών, την τάξη τους και τη φάση τους. Παρακάτω περιγράφονται οι κύριοι παράγοντες που καθορίζουν και περιγράφουν την παραμόρφωση ενός σήματος τάσης ή ρεύματος. K ; = L M L N Ο λόγος του πλάτους της ν-οστής αρμονικής προς την θεμελιώδη σε επί τοις εκατό. Αναλόγως ορίζεται και για το ρεύμα. L OPQR L Συντελεστής μεγίστου ο λόγος της peak τιμής προς την rms μιας περιοδικής κυματομορφής, όπου για μια καθαρά ημιτονοειδή είναι L OPQR L QST Συντελεστής κορυφής ο λόγος της rms προς την μέση τιμή της τάσης, όπου για καθαρά ημιτονοειδή κυματομορφή είναι K UU = V K ;, ;X, RMS τιμή της αρμονικής YZ* = F&, & 2, Ολικό αρμονικό περιεχόμενο [\K L = V M M^] L ] M L N Ολική αρμονική παραμόρφωση ο λόγος του αθροίσματος των rms τιμών των ανώτερων αρμονικών προς την rms τιμή της θεμελιώδους αρμονικής. Συνήθως μετριέται για τις πρώτες 50 αρμονικές. Ανάλογα ορίζεται και η ολική αρμονική παραμόρφωση του ρεύματος. [K_ = VL]` L] N L N Λόγος ολικής αρμονική παραμόρφωσης [Ka = V ;ef1b L M ;X, Συντελεστής αρμονικής παραμόρφωσης L c d,

25 Κεφάλαιο 1 Οι αρμονικές τάσης και ρεύματος πηγάζουν από μη γραμμικά φορτία που χρησιμοποιούνται από βιομηχανικούς και οικιακούς καταναλωτές. Τέτοια είναι : Μαγνητικά κυκλώματα, μετασχηματιστές, κινητήρες, γεννήτριες Ηλεκτρικοί κλίβανοι, ηλεκτροσυγκολλητές, λαμπτήρες εκκένωσης, ανορθωτές Ηλεκτρονικές συσκευές και μετατροπείς Κυκλομετατροπείς Διακοπτικά τροφοδοτικά Στατικοί αντισταθμιστές Κατανεμημένη παραγωγή, όπως φωτοβολταϊκά, ανεμογεννήτριες και άλλα συστήματα. Στους παρακάτω πίνακες φαίνεται το πλάτος των αρμονικών για κάποια χαρακτηριστικά μονοφασικά και τριφασικά φορτία. [1] Τάξη αρμονικής Ηλεκτροσυγκόλληση Λαμπτήρας Η/Υ [%] [%] Εκκένωσης [%] Τάξη αρμονικής Πίνακας 1.1 Aρμονικές για χαρακτηριστικά μονοφασικά φορτία Επαγωγικός Κλίβανος [%] DC Ρυθμιστής Στροφών [%] DC ηλεκτρικός κλίβανος [%] PWM Ρυθμιστής Στροφών [%] ,

26 Κεφάλαιο Πίνακας 1.2 Aρμονικές για χαρακτηριστικά τριφασικά φορτία Η παρουσία ανώτερων αρμονικών προκαλεί ένα πλήθος προβλημάτων που μακροχρόνια μπορούν να γίνουν καταστροφικά για τις διάφορες συσκευές. Παρακάτω αναλύονται εν συντομία επιπτώσεις των ανώτερων αρμονικών. Υπερθέρμανση αγωγού φάσης και ουδετέρου : H παρουσία ανώτερων αρμονικών ρεύματος οδηγεί συχνά στην υπερφόρτιση των αγωγών οι οποίοι έχουν σχεδιαστεί να αντέχουν συγκεκριμένο φορτίο. To φαινόμενο αυτό είναι πιο σημαντικό σε συστήματα χαμηλής τάσης όπου οι τριπλές αρμονικές αθροίζονται στον ουδέτερο αντί να μηδενίζονται όπως συμβαίνει σε συμμετρικά συστήματα. Σε τριφασικά συστήματα συνδεδεμένα σε αστέρα, τα τρία ρεύματα αθροίζονται στο ουδέτερο σημείο όταν οι φάσεις φορτίζονται συμμετρικά. Σε αντίθετη περίπτωση παρατηρείται ρεύμα στον ουδέτερο διάφορο του μηδενός το οποίο μπορεί να είναι έως και 170% του ρεύματος φάσης για μεγάλο αρμονικό περιεχόμενο.[1] Επιδερμικό φαινόμενο : Το επιδερμικό φαινόμενο μπορεί να οριστεί ως η τάση του ρεύματος να ρέει στην εξωτερική επιφάνεια ενός αγωγού. Συνήθως θεωρείται αμελητέο στην συχνότητα των 50Hz, όπως για συχνότητες πάνω από 350Hz (7η αρμονική) αρχίζει να γίνεται αντιληπτό προκαλώντας επιπλέον θερμικές απώλειες. Το βάθος του επιδερμικού φαινομένου δίνεται από την σχέση g = V,h όπου ρ η ειδική αντίσταση του αγωγού, μ η μαγνητική του ij διαπερατότητα και ω η κυκλική συχνότητα του ρεύματος. Όπως παρατηρούμε, το φαινόμενο αυτό εξαρτάται από την συχνότητα, με το βάθος δ να μειώνεται όσο αυξάνεται η συχνότητα. Κινητήρες και γεννήτριες : Η κύρια επίπτωση των ανώτερων αρμονικών σε σύγχρονες ή ασύγχρονες μηχανές, είναι η αύξηση της θερμοκρασίας τους με αποτέλεσμα τις αυξημένες απώλειες. Οι απώλειες αυτές παρατηρούνται κυρίως στα τυλίγματα και τον πυρήνα της μηχανής. Στους κινητήρες, αύξηση των απωλειών σε συνδυασμό με αρμονικές τάσης, προκαλεί την αύξηση της μαγνητικής ροής στο διάκενο με αποτέλεσμα την αύξηση του ρεύματος στα τυλίγματα του δρομέα. Αυτή η επιπλέον καταπόνηση της μηχανής έχει αντίκτυπο στην διάρκεια ζωής της και την αξιοπιστία της. Στις σύγχρονες μηχανές οι

27 Κεφάλαιο 1 επιπλέον απώλειες λόγω των ανώτερων αρμονικών παρατηρούνται κυρίως στα τυλίγματα του στάτη και στον κλωβό απόσβεσης. Η αλληλεπίδραση μεταξύ της μαγνητικής ροής της μηχανής και αυτής που προκαλείται από ανώτερες αρμονικές ρεύματος, προκαλεί ανώτερες αρμονικές ροπής. Η επίδραση αυτής της ροπής είναι σχεδόν αμελητέα αφού η ροπή που προκαλείται από αρμονικές θετικής ακολουθίας αλληλοαναιρείται από αυτήν που παράγεται από αρμονικές αρνητικής ακολουθίας. Παρόλα αυτά, οι αρμονικές μπορούν να προκαλέσουν ταλαντώσεις στην ροπή της μηχανής, επομένως και στον μηχανικό άξονα όταν η συχνότητα τους βρεθεί κοντά στην φυσική συχνότητα του μηχανικού συστήματος. Τέλος, η παρουσία ανώτερων αρμονικών προκαλεί επιπλέον θόρυβο κατά την λειτουργία μιας ηλεκτρικής μηχανής. Μετασχηματιστές : Η παρουσία ανώτερων αρμονικών ρεύματος σε μετασχηματιστές συνεπάγεται την αύξηση των απωλειών εξαιτίας δινορευμάτων, αφού εξαρτώνται από το τετράγωνο της συχνότητας τους, προκαλώντας αύξηση στην θερμοκρασία λειτουργίας με αποτέλεσμα την μικρότερη διάρκεια ζωής και αξιοπιστία. Επιπλέον απώλειες παρατηρούνται λόγω υστέρησης στην εν κενώ κατάσταση. Ηλεκτρονικοί μετατροπείς συσκευές : Παρόλο που οι ηλεκτρονικοί μετατροπείς θεωρούνται πηγές αρμονικών, οι ίδιες αυτές συσκευές είναι ευαίσθητες σε διάφορες διαταραχές αλλά και στην παρουσία αρμονικών. Στους ηλεκτρονικούς μετατροπείς συχνά παρατηρούνται προβλήματα λόγω παραμορφωμένων κυματομορφών όπως για παράδειγμα : Μετατροπείς που χρησιμοποιούν κυκλώματα zero crossing, δηλαδή κυκλώματα που ανιχνεύουν πότε η τάση του δικτύου μηδενίζεται. Η παρουσία ανώτερων αρμονικών τάσης ή ηλεκτρομαγνητικού θορύβου (EMI) μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρά σφάλματα την εκτίμηση αυτή, προκαλώντας δυσλειτουργία στην συσκευή. Σε μετατροπείς που συγχρονίζονται με το δίκτυο, η παρουσία αρμονικών μπορεί να οδηγήσει σε λανθασμένο συγχρονισμό στην έναυση διακοπτικών στοιχείων με αποτέλεσμα την παραγωγή ενδιάμεσων αρμονικών, τριπλών αρμονικών ή dc offset. Η μέγιστη τιμή της τάσης, μπορεί να αυξηθεί ή να μειωθεί ανάλογα με την φάση των αρμονικών, προκαλώντας δυσλειτουργία των συσκευών, ακόμα και καταστροφή, όταν η τάση αυτή ξεπεράσει τα όρια για τα οποία είναι σχεδιασμένη μια συσκευή Τέλος, ηλεκτρονικές συσκευές όπως υπολογιστικά συστήματα, servers, PLC, δηλαδή ευαίσθητα σε ηλεκτρονικές διαταραχές συστήματα, θα πρέπει πάντα να

28 Κεφάλαιο 1 προστατεύονται με ειδικές συσκευές επιτήρησης ισχύος, ώστε να αποφευχθεί η δυσλειτουργία τους 1.3 Ο συντελεστής ισχύος O συντελεστής ισχύος υπό ημιτονοειδείς συνθήκες Θεωρώντας μια ημιτονοειδή πηγή τάσης και ένα γραμμικό φορτίο, η στιγμιαία τάση και το ρεύμα που θα ρέει μέσα από αυτό θα δίνονται από τις σχέσεις με ω = 2πf και και ενεργό τιμή k-l/ = + mno c9s-ql+b r / (1.3)?-l/ = s mno c4s -ql+b t / (1.4) + umv = w 1 x [ C k, -l/dl 1 = + mno 2 (1.5) z umv = w 1 x [ C?, -l/dl 1 = s mno 2 (1.6) H στιγμιαία τιμή της πραγματικής ισχύος που θα καταναλώνει το φορτίο αυτό, δίνεται από την σχέση {-l/ = k-l/?-l/ = + mno s mno c9s-ql+b r /c4s-ql+b t / => = L }Q~ }Q~, [c9s-b r B t /+c4s-2ql+b r +B t /] = + umv z umv [c9s-b r B t /+c4s-2ql+b r +B t /] (1.7) Υπολογίζοντας την μέση τιμή της παραπάνω σχέσης προκύπτει η μέση τιμή της ισχύος, δηλαδή = 1 x [ C {-l/dl 1 = + umv z umv c9s-b r B t / = + umv z umv c4s-b/ [ƒ] (1.8) Όμοια μπορεί να αποδειχθεί ότι η άεργος ισχύς δίνεται από την σχέση & = + umv z umv =?>-B r B t / = + umv z umv =?>-B/ [+0 ] (1.9)

29 Κεφάλαιο 1 Σύμφωνα με το τρίγωνο ισχύος, το διανυσματικό άθροισμα της πραγματικής και της άεργου ισχύος μας δίνει την φαινόμενη ισχύ S = F, +&, = + umv z umv [+ ] (1.10) Επομένως μπορούμε να ορίσουμε τον συντελεστή ισχύος (power factor), ως τον λόγο της πραγματικής ισχύος προς την φαινόμενη ισχύ {) = = + umvz umv c9s-b/ + umv z umv = c4s-b/ (1.11) Όπως μπορούμε να παρατηρήσουμε ο συντελεστής ισχύος εκφράζει την ποσότητα της φαινόμενης ισχύος που τελικά καταναλώνεται. Ένας χαμηλός συντελεστής ισχύος συνεπάγεται μεγάλη φαινόμενη ισχύ, που σημαίνει ότι για σταθερή τάση και δεδομένη πραγματική ισχύ, το ρεύμα τελικά προκύπτει μεγαλύτερο από αυτό που θα έπρεπε να είναι. H μέγιστη τιμή του είναι η μονάδα. Αυτό σημαίνει ότι όλη η ισχύς που παρέχεται σε ένα φορτίο καταναλώνεται με την μορφή πραγματικής ισχύος. Ο παραπάνω συντελεστής ισχύος ονομάζεται και συντελεστής ισχύος μετατόπισης αφού για ημιτονοειδείς συνθήκες ισχύει ότι είναι ίσος με το συνημίτονο της διαφοράς φάσης της τάσης και του ρεύματος : {) tvˆ = K a = c9s -B/ (1.12) DPF (displacement power factor) : συντελεστής ισχύος μετατόπισης Ανάλογα με την φύση του φορτίου ο συντελεστής ισχύος μπορεί να είναι επαγωγικός ή χωρητικός. Όταν η τάση προπορεύεται του ρεύματος, δηλαδή B r > B t ο συντελεστής ισχύος ονομάζεται επαγωγικός ( lagging ), ενώ σε αντίθετη περίπτωση, όταν δηλαδή ισχύει B r B t ο συντελεστής ισχύος ονομάζεται χωρητικός ( leading ) επειδή ακριβώς το ρεύμα προπορεύεται της τάσης. Για τριφασικά συστήματα ο συντελεστής ισχύος ορίζεται ανάλογα, χρησιμοποιώντας τις τριφασικές εκφράσεις της πραγματικής και της φαινόμενης ισχύος. Σχήμα 1.6 Τρίγωνο ισχύος για επαγωγική και χωρητική συμπεριφορά

30 Κεφάλαιο Ο συντελεστής ισχύος υπό μη ημιτονοειδής συνθήκες Στην περίπτωση που τροφοδοτούμε ένα μη γραμμικό φορτίο, παρόλο που η τάση τροφοδοσίας είναι συμμετρική ημιτονοειδής, το ρεύμα είναι παραμορφωμένο. Στην περίπτωση αυτή, για τον υπολογισμό του συντελεστή ισχύος πρέπει να λάβουμε υπόψιν το αρμονικό περιεχόμενο του ρεύματος. Επομένως για μία καθαρά ημιτονοειδή τάση εισόδου το ρεύμα έχει την ακόλουθη μορφή : k-l/ = + mno c4s -ql+b r /?-l/ =? -2/ -l/+? -U/ -l/ (1.13) (1.14)?-l/ =? -2/ -;/ -l/ ; ;Š, (1.15)? -2/ -l/ = s mno c9s -ql+b t / (1.16)? -;/ = z -;/ c4s-> ql+b ; / (1.17) όπου In το πλάτος της n αρμονικής, και φn η φάσης της. Δηλαδή, το ρεύμα αποτελείται από το άθροισμα της βασικής αρμονικής στην συχνότητα της τάσης τροφοδοσίας? -2/ -l/ συν το άθροισμα των ανώτερων αρμονικών ρεύματος με πολλαπλάσια συχνότητα της βασικής αρμονικής. Όμοια με την προηγούμενη περίπτωση ορίζουμε τα ενεργά μεγέθη + umv = w 1 x [ C k, -l/dl 1 = + mno 2 (1.18) z umv = w 1 x [ C?, -l/dl 1,, = Vz -2/,umv +z -U/,umv (1.19) όπου

31 Κεφάλαιο 1 ;, z U,umv = Œ@s -;/ ;Š, (1.20) Επομένως, όπως και προηγουμένως, ορίζουμε τον συντελεστή ισχύς ως : {) = = + umvz -2/,umv c9s-b/ + umv z umv = z -2/,umv z umv c4s-b/ (1.21) και αντικαθιστώντας την ενεργό τιμή του ρεύματος που περιέχει και τις ανώτερες αρμονικές προκύπτει η σχέση {) = c9s-b/ K a =,, V1+[\K t V1+[\K t (1.22) Από την παραπάνω μορφή του συντελεστή ισχύος παρατηρούμε ότι αυτός εξαρτάται από δυο παράγοντες. Ο πρώτος είναι ο συντελεστής μετατόπισης, δηλαδή η φασική διαφορά της τάσης από το ρεύμα, ενώ ο δεύτερος είναι η ολική αρμονική παραμόρφωση που μας δίνει μια συνολική εικόνα για το αρμονικό περιεχόμενο του ρεύματος Η σημασία της διόρθωσης του συντελεστή ισχύος Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η διόρθωση του συντελεστή ισχύος προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα. Μερικά από αυτά είναι: Καλύτερη εκμετάλλευση των ηλεκτρικών μηχανών και μετασχηματιστών. Οι συσκευές αυτές επιλέγονται με βάση την ονομαστική φαινόμενη ισχύ. Αυξάνοντας τον συντελεστή ισχύος κρατάμε την ενεργό ισχύ σταθερή και μειώνουμε την άεργο με απoτέλεσμα η ονομαστική φαινόμενη ισχύς να είναι μικρότερη, που συνεπάγεται μικρότερο κόστος και μέγεθος. Καλύτερη εκμετάλλευση των γραμμών μεταφοράς: Μειώνοντας την άεργο ισχύ που περνά από έναν αγωγό, μειώνουμε και το ρεύμα που διέρχεται από αυτόν, υπό συγκεκριμένη φόρτιση. Έτσι, οι αγωγοί που απαιτούνται είναι μικρότερης διατομής με αποτέλεσμα το μειωμένο κόστος

32 Κεφάλαιο 1 Μείωση απωλειών Joule: Μικρότερο ρεύμα σε έναν αγωγό συνεπάγεται και μικρότερες ωμικές απώλειες. Η μείωση των απωλειών μπορεί να υπολογιστεί από την σχέση = {1Ž1 c4s-b 2/ c9s-b, /, (1.23) όπου p1 οι απώλειες πριν την διόρθωση συντελεστή ισχύος, cosφ1 o συντελεστής ισχύος πριν την διόρθωση, cosφ2 o συντελεστής ισχύος μετά την διόρθωση. Οικονομικό όφελος σε μεγάλους καταναλωτές που χρεώνονται και την άεργο ισχύ. Στην Ελλάδα, ο αριθμός των καταναλωτών συνδεδεμένων απευθείας στην υψηλή τάση είναι σχετικά μικρός, επειδή όμως η ποσότητα της ζητούμενης ενέργειας είναι μεγάλη, παρέχονται σημαντικά κίνητρα για τον ετεροχρονισμό της ζήτησης καθώς και για την επίτευξη. υψηλού συντελεστή ισχύος. Ο Κώδικας Διαχείρισης του Ελληνικού Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας [4] ορίζει με βάση το Άρθρο 276 ότι ο κάθε χρήστης που συνδέεται στο σύστημα οφείλει να διασφαλίζει ότι: Α) κατά τις ώρες που η φόρτιση του συστήματος υπερβαίνει το 70% του ετήσιου μεγίστου, ο μέσος συντελεστής ισχύος που υπολογίζεται στο σημείο διασύνδεσης του καταναλωτή με το δίκτυο, για κάθε ώρα πρέπει να παραμένει εντός του εύρους τιμών 0.96 επαγωγικό έως 1.0, ή μεγαλύτερος του 0.98 σε περίπτωση που οι εγκαταστάσεις του χρήστη παρουσιάζουν χωρητική φόρτιση. Β) κατά τις λοιπές ώρες ο μέσος συντελεστής ισχύος πρέπει να παραμένει εντός του εύρους επαγωγικός, ή μεγαλύτερος από 0.97 για χωρητική φόρτιση. Οι διεθνείς κανονισμοί ορίζουν το πλαίσιο λειτουργίας των καταναλωτών και έχουν θεσμοθετήσει όρια για παραγωγή ανώτερων αρμονικών όπως περιγράφεται στην επόμενη ενότητα. 1.4 Διεθνή πρότυπα Το πλαίσιο λειτουργίας των καταναλωτών ηλεκτρικής ενέργειας έχει θεσπιστεί από Διεθνείς κανονισμούς που επιβάλλουν όρια για τις διάφορες παραμέτρους λειτουργίας μιας συσκευής. Επίσης έχουν θεσπιστεί συγκεκριμένοι κανόνες και διαδικασίες που αφορούν τον τρόπο μέτρησης των μεγεθών που σχετίζονται με την ποιότητα ισχύος έτσι ώστε να μην

33 Κεφάλαιο 1 παρατηρούνται διαφορές στις μετρήσεις και να υπάρχει μια γενική μέθοδος η οποία μπορεί να ακολουθηθεί. Παρακάτω αναφέρονται κάποιοι βασικοί κανονισμοί και πρότυπα.[5] Το πρότυπο IEC αναφέρεται στις ανώτερες αρμονικές. Συγκεκριμένα τα πρότυπα /4/6 ορίζουν τα όρια των αρμονικών που μπορεί να παράγει μια συσκευή για ρεύμα ανα φάση μικρότερο και μεγαλύτερο των 16Α αντίστοιχα. Οι συσκευές αυτές χωρίζονται σε τέσσερεις κατηγορίες Class A : συμμετρικές τριφασικές συσκευές (με το ρεύμα των φάσεων του να διαφέρει λιγότερο από 20%) και όλα τα υπόλοιπα συστήματα που δεν συμπίπτουν στις παρακάτω κατηγορίες Class B : Φορητές συσκευές Class C : συσκευές φωτισμού με ισχύ μεγαλύτερη από 25W Class D : συσκευές που έχουν ειδική κυματομορφή ρεύματος με ισχύ μεταξύ 75W και 600W. Τάξη αρμονικής Μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα αρμονικής (A) (n) Class A Class B /n 3.375/n /n 2.76/n Πίνακας 1.3 Μέγιστα επιτρεπόμενα ρεύματα αρμονικών με βάση το πρότυπο για τις συσκευές της κλάσης Α και Β [5] Μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα αρμονικής (A) Τάξη αρμονικής (n) Classs C [% της βασικής αρμονικής] Class D [ma/w] 75W<P<600W Class D [A] P>600W *pf

34 Κεφάλαιο για n = [11-39] 3.85/n για n = [15-391] 2.25/n για n = [15-391] Πίνακας 1.4 Μέγιστα επιτρεπόμενα ρεύματα αρμονικών για τις κλάσεις C και D. [5] Κάποια άλλα πρότυπα που έχουν σχέση με τις ανώτερες αρμονικές είναι τα ΕΝ 50160, ΙΕΕΕ 519 και ΙΕΕΕ Για παράδειγμα, στον πίνακα 1.5 φαίνονται οι μέγιστες επιτρεπτές αρμονικές τάσης του δικτύου με βάση το πρότυπο ΕΝ Μονές Αρμονικές Όχι πολλαπλάσια του Πολλαπλάσια του 3 3 Τάξη % βασικής αρμονικής Τάξη % βασικής αρμονικής Ζυγές Αρμονικές Τάξη % βασικής αρμονικής Πίνακας 1.5 Μέγιστες επιτρεπτές αρμονικές τάσης του δικτύου με βάση το πρότυπο ΕΝ [5] 1.5 Τεχνικές μείωσης του αρμονικού περιεχομένου Τα πολλαπλά προβλήματα που δημιουργούν οι ανώτερες αρμονικές καθώς και η επίπτωση τους στον συντελεστή ισχύος συνέβαλε στην ανάπτυξη διάφορων μεθόδων και τεχνικών για τον περιορισμό τους. Αυτές οι τεχνικές μπορούν να ομαδοποιηθούν σε τρείς μεγάλες βασικές κατηγορίες Παθητικές μέθοδοι Ενεργές μέθοδοι Υβριδικά συστήματα Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν συστήματα που περιλαμβάνουν παθητικά στοιχεία όπως πηνία και πυκνωτές. Τέτοια είναι : 1. Αντιδράσεις σειράς που αυξάνουν την αντίδραση της πηγής ανάλογα με το φορτίο και εξομαλύνουν το ρεύμα επιτυγχάνοντας μικρότερο αρμονική παραμόρφωση

35 Κεφάλαιο 1 2. Αρμονικά φίλτρα συντονισμένα σε συγκεκριμένη συχνότητα που παρέχουν έναν δρόμο χαμηλής εμπέδησης για τις ανώτερες αρμονικές. Συνδέονται σε σειρά ή παράλληλα με το μη γραμμικό φορτίο. Σε αντίθεση με τις αντιδράσεις σειράς αποκόπτουν μία συγκεκριμένη συχνότητα της κυματομορφής ή ένα εύρος συχνοτήτων αναλόγως αν είναι lowpass ή highpass. Τα ποιο συνηθισμένα είναι τα LC φίλτρα που χρησιμοποιούνται για να αποκόψουν αρμονικό περιεχόμενο χαμηλής συχνότητας για παράδειγμα την 5η και 7η αρμονική που παράγεται από έναν ανορθωτή ή έναν αντιστροφέα. Σχήμα 1.7 Παθητικό αρμονικό φίλτρο σειράς [1] Σχήμα 1.8 Παθητικό αρμονικό φίλτρο συνδεδεμένο παράλληλα [1] 3. Οι αρμονικές 3ης τάξης κυκλοφορούν στα Δ-συνδεδεμένα τυλίγματα των μετασχηματιστών. Το ίδιο συμβαίνει σε μετασχηματιστές zig-zag, δηλαδή αυτομετασχηματιστές με συγκεκριμένο λόγο μεταξύ των τυλιγμάτων, οι οποίοι χρησιμοποιούν την εσωτερική τους συνδεσμολογία για να αποκόψουν τριπλές αρμονικές (3η-9η-15η κτλ) 4. Μετατροπείς πολλαπλών παλμών, που χρησιμοποιούν 12,18 ή 24 στοιχεία (διόδους ή θυρίστορ) οι οποίοι επιτυγχάνουν μικρότερο αρμονικό περιεχόμενο του ρεύματος εισόδου

36 Κεφάλαιο 1 Σχήμα 1.9 Ανορθωτής 12 παλμών [1] Στην δεύτερη κατηγορία ανήκουν τεχνικές που έχουν ως στόχο την εξάλειψη των ανώτερων αρμονικών παράγοντας τις ίδιες αλλά αντίθετης φάσης αρμονικές ώστε το συνολικό τους διανυσματικό άθροισμα να είναι μηδέν. Τέτοια είναι : 1. Παράλληλα ενεργά φίλτρα, τα οποία ανιχνεύουν το αρμονικό περιεχόμενο του ρεύματος του φορτίου και παράγουν το αντίθετο ρεύμα χρησιμοποιώντας τον κατάλληλο έλεγχο. Στην εικόνα 1.10 φαίνεται το δομικό διάγραμμα ενός παράλληλου ενεργού φίλτρου. Το κύκλωμα ελέγχου παράγει μια αναφορά ic για την παραγωγή των παλμών έναυσης έτσι ώστε να επιτευχθούν οι επιθυμητές αρμονικές συνιστώσες ρεύματος από τον αντιστροφέα, και στην συνέχεια εκχέονται στην γραμμή του δικτύου που συνδέει την τροφοδοσία με τα μη γραμμικά φορτία. Σχήμα 1.10 Παράλληλο ενεργό φίλτρο [5] 2. Ενεργά φίλτρα σε σειρά, που τοποθετούνται μεταξύ της πηγής τροφοδοσίας και του μη γραμμικού φορτίου εξαλείφοντας τις αρμονικές τάσης που δημιουργεί το μη γραμμικό φορτίο και ταυτόχρονα σταθεροποιεί την τάση του. Η τεχική βασίζεται σε

37 Κεφάλαιο 1 μια αρχή απομόνωσης των αρμονικών ελέγχοντας την τάση εξόδου του αρμονικού φίλτρου σειράς. Σχήμα 1.11 Ενεργό φίλτρο σειράς [5] 3. Συνδυασμός παράλληλου και σειράς για το καλύτερο φιλτράρισμα του αρμονικού περιεχομένου. Σχήμα 1.12 Συνδιασμός παράλληλου και σειράς [5] Τέλος, στην τρίτη κατηγορία ανήκουν συσκευές που περιέχουν παθητικά και ενεργά στοιχεία με αποτέλεσμα την καλύτερη εξάλειψη των ανώτερων αρμονικών και την εκμετάλλευση των πλεονεκτημάτων που προσφέρει η κάθε μέθοδος ξεχωριστά Μέθοδοι διόρθωσης συντελεστή ισχύος Οι μέθοδοι με τις οποίες μπορεί να αυξηθεί ο συντελεστής ισχύος σε ένα συγκεκριμένο σημείο του δικτύου μπορούν να χωριστούν σε δυο κατηγορίες. Στην πρώτη ανήκουν συσκευές και διατάξεις που έχουν σκοπό να αντισταθμίσουν την άεργο ισχύ έτσι ώστε η συνολική να προκύψει μηδέν. Τέτοιες είναι: Σύγχρονοι αντισταθμιστές : Οι σύγχρονοι αντισταθμιστές είναι σύγχρονοι κινητήρες που λειτουργούν χωρίς μηχανικό φορτίο στον άξονα. Ρυθμίζοντας το ρεύμα διέγερσης ΙF, o κινητήρας εμφανίζει χωρητική ή επαγωγική φόρτιση, παρέχοντας ή καταναλώνοντας άεργο ισχύ. Η μέθοδος αυτή εμφανίζει πολλά μειονεκτήματα αφού

38 Κεφάλαιο 1 απαιτείται μια στρεφόμενη μηχανή με σημαντικές απώλειες και αυξημένα κόστη εγκατάστασης και συντήρησης. Στατοί αντισταθμιστές (Static-Var Compensators) : Oι στατοί αντισταθμιστές είναι μετατροπείς οι οποίοι χρησιμοποιούν διακοπτικά στοιχεία (θυρίστορ) για την ρύθμιση της άεργου ισχύος. Διακρίνονται σε o Χωρητικότητες διακοπτόμενες από θυρίστορ (Thyristor Switched Capacitors TSC) o Επαγωγές ελεγχόμενες από θυρίστορ (Thyristor Controlled Reactors TCR) o Αντισταθμιστές άεργης ισχύος με αντιστροφείς (Inverter Var Compensators) Οι δυο πρώτοι συνήθως χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό ώστε να μπορούμε να παρέχουμε ή να καταναλώσουμε άεργο ισχύ. Παρόλα αυτά, με την πρόοδο στην κατασκευή πλήρως ελεγχόμενων διακοπτών, οι αντισταθμιστές με αντιστροφείς κερδίζουν συνεχώς έδαφος. Τέλος, η αντιστάθμιση της άεργης ισχύος μπορεί να πραγματοποιηθεί με απλές συστοιχίες πυκνωτών τοποθετημένες σε συγκεκριμένα σημεία για την παροχή της άεργης ισχύος που απαιτείται. Στην δεύτερη κατηγορία ανήκουν βελτιωμένοι ηλεκτρονικοί μετατροπείς που επιτυγχάνουν υψηλό συντελεστή ισχύος. Ο έλεγχος αυτών των μετατροπέων στοχεύει στην ελάχιστη παραμόρφωση και φασική μετατόπισης του ρεύματος εισόδου, περιορίζοντας τις ανώτερες αρμονικές και μειώνοντας την άεργο ισχύ στην είσοδο του. 1.6 Ανορθωτές με διορθωμένο συντελεστή ισχύος Μονοφασικά συστήματα [6] [7] Η βασική λογική της διόρθωσης του συντελεστή ισχύος σε ανορθωτικές διατάξεις έγκειται στον έλεγχο του μετατροπέα κατά τέτοιο τρόπο ώστε η διαφορά φάσης της τάσης εισόδου από το ρεύμα να είναι μηδενική και παράλληλα, το ρεύμα να έχει χαμηλό αρμονικό περιεχόμενο. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί ελέγχοντας κατάλληλα τα ημιαγωγικά διακοπτικά στοιχεία του κυκλώματος ανάλογα με την τοπολογία. Στην εικόνα 1.10 φαίνεται το γενικευμένο διάγραμμα ενός τέτοιου μετατροπέα και παρουσιάζονται συνοπτικά οι τεχνικές ελέγχου που εφαρμόζονται σε μονοφασικά συστήματα ανύψωσης τάσης. Οι τεχνικές αυτές

39 Κεφάλαιο 1 μπορούν να κατηγοριοποιηθούν με βάση την περιοχή λειτουργίας (συνεχή ασυνεχή) καθώς και με την διακοπτική συχνότητας (σταθερή μεταβαλλόμενη). Σχήμα 1.13 Γενικευμένο διάγραμμα διόρθωσης συντελεστή ισχύος σε μονοφασικά συστήματα [7] Έλεγχος μέσου ρεύματος (Average current control) : Σε αυτήν την τεχνική το ρεύμα του πηνίου αναγκάζεται να μεταβάλλεται γύρω από μια ημιτονοειδή αναφορά. Το ρεύμα αυτό μετριέται, πολλαπλασιάζεται με την τάση εξόδου και εισάγεται σαν αναφορά σε μια γεννήτρια PWΜ για τον έλεγχο του ημιαγωγικού διακόπτη. Χρησιμοποιείται σταθερή διακοπτική συχνότητα και λειτουργία σε συνεχή αγωγή, με αποτέλεσμα να είναι εύκολος ο σχεδιασμός των παθητικών στοιχείων. Σχήμα 1.14 Έλεγχος μέσου ρεύματος Έλεγχος μέγιστου ρεύματος (Peak current control) : Με αυτήν την τεχνική επιτυγχάνεται ο έλεγχος της μέγιστης τιμής του ρεύματος πηνίου με σταθερή διακοπτική συχνότητα. Η αναφορά του ρεύματος προκύπτει από τον πολλαπλασιασμό της προσαρμοσμένης ανορθωμένης τάσης με το σφάλμα της τάσης εξόδου. Με αυτόν τον τρόπο το ρεύμα αναφοράς συγχρονίζεται και είναι πάντοτε ανάλογο της τάσης τροφοδοσίας που είναι συνθήκη για να προκύψει συντελεστής ισχύος ίσος με τη μονάδα. Το διακοπτικό στοιχείο ανάβει με σταθερή διακοπτική συχνότητα και σβήνει όταν το άθροισμα του

40 Κεφάλαιο 1 ρεύματος θετικής κλίσης και ο εξωτερικός τριγωνικός παλμός φτάσει την τιμή της ημιτονοειδούς αναφοράς. Ο μετατροπέας λειτουργεί με συνεχές ρεύμα πηνίου. Έλεγχος με υστέρηση (Hysteresis mode control) : Πρόκειται για μια τεχνική μεταβαλλόμενης διακοπτικής συχνότητας. Σε αυτήν την περίπτωση δημιουργούνται δυο ημιτονοειδείς αναφορές που αποτελούν τα όρια του ρεύματος εισόδου. Έτσι το ρεύμα εισόδου αναγκάζεται να μεταβάλλεται ανάμεσα στα δυο αυτά όρια, με αποτέλεσμα να προκύπτει ημιτονοειδές. Ο συντελεστής ισχύος είναι μικρότερος σε σχέση με τις άλλες μεθόδους και ο σχεδιασμός των παθητικών στοιχείων είναι δυσκολότερος αφού έχουμε μεταβλητή διακοπτική συχνότητα. Έλεγχος με λειτουργία σε ασυνεχή αγωγή (Discontinuous current PWM control) : Σε αυτήν την περίπτωση ο μετατροπέας λειτουργεί σε ασυνεχή αγωγή χρησιμοποιώντας απλό PWM έλεγχο. Το ρεύμα εισόδου είναι διακοπτικό με υψηλά peak και εμφανίζει διαστήματα μηδενισμού. Το βασικό πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι δεν ανιχνεύουμε το ρεύμα εισόδου και το κύκλωμα ελέγχου είναι απλό. Σχήμα 1.15 Μέθοδος ελέγχου σε ασυνεχή αγωγή Τριφασικά συστήματα [8] Μια πρώτη προσέγγιση στην διόρθωση του συντελεστή ισχύος σε τριφασικά συστήματα μπορεί να γίνει με τρείς μονοφασικές μονάδες συνδεδεμένες σε αστέρα ή σε τρίγωνο όπως φαίνεται στα σχήματα 1.13 και Οι ανορθωτικές γέφυρες μπορεί να είναι ημιελεγχόμενες ή μη και οι τοπολογίες ανύψωσης μπορεί να είναι απλές ή dual boost. Το κύριο πλεονέκτημα της σύνδεσης σε τρίγωνο είναι ότι προκύπτουν τρείς ξεχωριστές μονοφασικές μονάδες οι οποίες ελέγχονται ξεχωριστά

41 Κεφάλαιο 1 Σχήμα 1.16 Μονοφασικές μονάδες συνδεδεμένες σε αστέρα [8] Σχήμα 1.17 Μονοφασικές μονάδες συνδεδεμένες σε τρίγωνο [8] Μια δεύτερη τοπολογία είναι ο μετατροπέας με έξι διακοπτικά στοιχεία. Επιτρέπει την ροή ισχύος και προς τις δυο κατευθύνσεις χρησιμοποιώντας τους κατάλληλους διακόπτες και τον έλεγχο της τάσης εξόδου με κλειστό βρόχο. Χρησιμοποιείται και ένας δεύτερος βρόχος ελέγχου για το ρεύμα εισόδου ώστε να ακολουθεί μια ημιτονοειδή αναφορά. Σχήμα 1.18 Μετατροπέας ανόρθωσης ανύψωσης τάσης με 6 διακοπτικά στοιχεία [8] H ίδια τοπολογία χρησιμοποιώντας ημιελεγχόμενη γέφυρα επιτρέπει την ροή ισχύος προς μόνο μία κατεύθυνση

42 Κεφάλαιο 1 Σχήμα 1.19 Τριφασικός ανορθωτής με ημιελεγχόμενη γέφυρα [8] Άλλη μια ομάδα μετατροπέων είναι αυτοί που μπορούν να αναλυθούν με βάση την ταυτόχρονη λειτουργία δυο μετατροπέων ανύψωσης τάσης (Dual boost). Αυτοί οι μετατροπείς μπορούν να χωριστούν σε δυο ομάδες, δηλαδή αυτοί που έχουν μια εν σειρά σύνδεση της Dual-boost τοπολογίας και αυτοί της οποίας η σύνδεση γίνεται παράλληλα. Στην τελευταία κατηγορία ανήκουν οι διατάξεις: Σχήμα 1.20 Υβριδικός μετατροπέας έκχυσης 3ης αρμονικής [8] Σχήμα 1.21 Τριφασικός ανορθωτής με διακόπτες σε διάταξη τριγώνου (Δ) [8]

43 Κεφάλαιο 1 Σχήμα 1.22 Τριφασικός ανορθωτής με διακόπτες σε διάταξη αστέρα (Υ) [8] Σχήμα 1.23 Τριφασικός ανορθωτής τύπου VIENNA [8] Τέλος, άλλη μια κατηγορία αποτελούν οι μετατροπείς που λειτουργούν σε ασυνεχή αγωγή. Ο μετατροπέας με ένα διακοπτικό στοιχείο είναι αυτός που μελετήθηκε στην παρούσα διπλωματική εργασία. Σχήμα 1.24 Ο μετατροπέας με ένα διακοπτικό στοιχείο (Single-switch DCM Boost) [8]

44 Κεφάλαιο 1 Σχήμα 1.25 Μετατροπέας interleaved boost [8] Σχήμα 1.26 Τριφασικός ανορθωτής με δυο διακοπτικά στοιχεία [8]

45 Κεφάλαιο 2 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΠΟ ΤΟΝ ΑΝΕΜΟ 2.1 Γενικά για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Οι ανανεώσιμες ή ήπιες μορφές ενέργειας είναι μορφές εκμεταλλεύσιμης ενέργειας που προέρχεται από διάφορες φυσικές πηγές και βρίσκονται σε αφθονία στην φύση όπως ο άνεμος, η ηλιακή ενέργεια και η γεωθερμία. Ο όρος «ήπιες» αναφέρεται σε δύο κύρια χαρακτηριστικά αυτών των μορφών ενέργειας τα οποία είναι : α) για την εκμετάλλευση τους δεν χρειάζεται κάποια άλλη παρέμβαση όπως καύση ή εξόρυξη όπως στις συμβατικές πηγές ενέργειας και β) πρόκειται για «καθαρές» μορφές ενέργειας, φιλικές προς το περιβάλλον χωρίς την παραγωγή αποβλήτων κατά την εκμετάλλευσή τους. Όλες οι ήπιες μορφές ενέργειας με εξαίρεση την γεωθερμία και την ενέργεια από την θάλασσα, προέρχονται από την ηλιακή ακτινοβολία. Αυτές οι μορφές ενέργειας είναι άφθονες, ανανεώσιμες και ανεξάντλητες στο άμεσο μέλλον. Για παράδειγμα, η βιομάζα προέρχεται από φυτά που φωτοσυνθέτουν με την χρήση ηλιακής ακτινοβολίας, ο άνεμος οφείλεται στην θέρμανση αέριων μαζών καθώς επίσης και η απευθείας εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας μέσω ηλιακών και φωτοβολταϊκών συστημάτων. Παρακάτω αναλύονται εν συντομία αυτές οι βασικές μορφές ανανεώσιμων πηγών ενέργειας που μπορούμε να συναντήσουμε σήμερα.[9] Αιολική ενέργεια: Η ενέργεια του ανέμου μετατρέπεται σε ηλεκτρική μέσω ανεμογεννητριών. Αρχικά χρησιμοποιήθηκε για άλλους σκοπούς όπως, άντληση νερού σε ανεμόμυλους για την άλεση σιταριού. Τελικά επικράτησε η μετατροπή σε ηλεκτρική ενέργεια η οποία μπορεί να μετατραπεί εύκολα σε όποια άλλη μορφή ενέργειας θέλουμε. Ηλιακή ενέργεια: Η ηλιακή ακτινοβολία μετατρέπεται σε ηλεκτρική μέσω φωτοβολταϊκών συστημάτων ή σε θερμική μέσω ηλιακών συστημάτων. Ενέργεια προερχόμενη από την θάλασσα: Τέτοια είναι η εκμετάλλευση των παλιρροιών και των κυμάτων καθώς και η παραγωγή ενέργειας από ρεύματα που υπάρχουν σε ανοιχτές θάλασσες αποτελεί αντικείμενο έρευνας. Βιομάζα: Αποτελείται από φυτικά και ζωικά απόβλητα που με κατάλληλη επεξεργασία μπορούν να αποτελέσουν καύσιμο. Από την βιομάζα μπορούν να

46 Κεφάλαιο 2 παραχθούν βιοαιθανόλη και βιοαέριο, καύσιμα πιο φιλικά προς το περιβάλλον σε σχέση με τα συμβατικά. Γεωθερμική ενέργεια: Η γεωθερμική ενέργεια προέρχεται από την θερμότητα που παράγεται στο εσωτερικό της γης. Μπορεί να εκμεταλλευτεί σε περιοχές όπου η θερμότητα ανεβαίνει με φυσικό τρόπο στην επιφάνεια της γης. Χρησιμοποιείται, είτε απευθείας για θερμικές εφαρμογές, είτε για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Υδατοπτώσεις: Αναφερόμαστε δηλαδή σε υδροηλεκτρικά έργα που εκμεταλλεύονται την δυναμική ή κινητική ενέργεια του νερού για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η στροφή προς τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ξεκίνησε την δεκαετία του 1970 όπου έγινε αντιληπτό ότι οι πηγές των συμβατικών καυσίμων δεν θα είναι αρκετές για να καλύψουν την όλο και αυξανόμενη ζήτηση ενέργειας. Παράλληλα, κρίθηκε αναγκαία η στροφή προς μορφές ενέργειας που είναι φιλικές προς το περιβάλλον. Συγκεκριμένα, την δεκαετία του 1980 η διεθνής κοινότητα με μια σειρά συσκέψεων και συναντήσεων προσπάθησε να θέσει τον προβληματισμό αυτό, για τον περιορισμό της αλόγιστης χρήσης των φυσικών πόρων καθώς και των επιπτώσεων που έχουν οι συμβατικές πηγές ενέργειας στο περιβάλλον. Σημαντικός σταθμός αποτέλεσε η συνδιάσκεψη του 1997που οδήγησε στο γνωστό «Πρωτόκολλο του Κιότο» όπου οι παρευρισκόμενες χώρες συμφώνησαν να μειώσουν τις εκπομπές αερίων θερμοκηπίου. 2.2 Αιολική ενέργεια Η εκμετάλλευση της ενέργειας του ανέμου από τον άνθρωπο βρίσκει τις ρίζες της στην αρχαιότητα. Χαρακτηριστικά παραδείγματα που μπορεί να βρει κανείς από τα αρχαία χρόνια είναι τα ιστιοφόρα πλοία και οι ανεμόμυλοι καθώς και αργότερα η χρήση μικρών μύλων για το άλεσμα και την άντληση νερού. Σήμερα η εκμετάλλευσή της γίνεται με σύγχρονες αμεμογεννήτριες οι οποίες παράγουν ηλεκτρική ενέργεια η οποία αργότερα μπορεί να μετατραπεί σε οποιαδήποτε μορφή χρειάζεται ο άνθρωπος. Ο άνεμος, ως πηγή ενέργειας, προέρχεται από διαφοροποιήσεις στην ατμοσφαιρική πίεση οι οποίες οφείλονται στην ανομοιόμορφη θέρμανση της στεριάς και της θάλασσας. Επομένως η αιολική ενέργεια είναι μία μορφή της ηλιακής και περίπου 1-2% της ηλιακής ενέργειας θεωρείται ότι μετατρέπεται σε αιολική. Καθώς ο αέρας θερμαίνεται στις τροπικές ζώνες αρχικά ανυψώνεται στην ατμόσφαιρα και ύστερα οδεύει προς τους πόλους. Η κίνηση αυτή του αέρα επηρεάζεται από την περιστροφική κίνηση της γης, από την αναλογία επιφάνειας της ξηράς με

47 Κεφάλαιο 2 την αντίστοιχη της θάλασσας, από τα μορφολογικά χαρακτηριστικά του εδάφους και από τις εποχές του χρόνου. Πέρα από αυτήν την κίνηση των θερμών μαζών, ο άνεμος δημιουργείται και σε τοπική κλίμακα από διάφορους μηχανισμούς όπως η δημιουργία θαλάσσιας ή απόγειας αύρας και τα καθοδικά ρεύματα από τα βουνά. H ταχύτητα του ανέμου διαφέρει από περιοχή σε περιοχή και εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως η μορφολογία του εδάφους, η εποχή και οι μετεωρολογικές συνθήκες που επικρατούν σε μία δεδομένη χρονική στιγμή. Για να θεωρηθεί μία περιοχή κατάλληλη για την αξιοποίηση της αιολικής ενέργειας θα πρέπει η μέση ετήσια ταχύτητα του ανέμου να είναι μεγαλύτερη από περίπου 4m/s. Η ταχύτητα αυτή μετριέται σε περίπου 10 μέτρα από την επιφάνεια του εδάφους. To τοπικό αιολικό δυναμικό μπορεί να μεταβάλλεται πολύ απότομα κατά την διάρκεια μίας μέρας. Αυτό δυσχεραίνει την εκτίμηση του αιολικού δυναμικού μιας μεγάλης περιοχής γι αυτό για την καλύτερη αξιοποίησης του καθώς και για να αποφευχθούν τυχόν ζημίες από την λανθασμένη επιλογή του τόπου που πρόκειται να εγκατασταθεί μία ανεμογεννήτρια, πραγματοποιείται μία σειρά μελετών με τις οποίες εκτιμώνται όλες οι παράμετροι που έχουν σχέση με την ορθή λειτουργία της ανεμογεννήτριας. Για παράδειγμα, περιοχές όπου έχουμε περιόδους πολύ υψηλού ανέμου και περιοχές όπου έχουμε μακριές περιόδους άπνοιας θα ήταν ακατάλληλες για την εγκατάσταση αιολικών συστημάτων. Αυτό γιατί αν σε μία περιοχή εμφανιζόταν πολύ ισχυρός άνεμος θα έπρεπε για λόγους ασφαλείας να σταματήσουμε την ανεμογεννήτρια. Αντίθετα σε περιοχές με μακριές περιόδους άπνοιας η παραγόμενη ηλεκτρική ισχύς θα ήταν πολύ περιορισμένη. Χαρακτηριστικό παράδειγμα των ενεργειών που προηγούνται της εγκατάστασης ενός αιολικού συστήματος είναι η επιλογή της τοποθεσίας με βάση τους χάρτες αιολικού δυναμικού. Οι χάρτες αυτοί έχουν προκύψει από μια σειρά μακροχρόνιων μετρήσεων της ταχύτητας του ανέμου και δίνουν την μέση τιμή της κατά την διάρκεια ενός έτους. Παρακάτω φαίνεται ένας τέτοιος χάρτης αιολικού δυναμικού της Ελλάδας

48 Κεφάλαιο 2 Σχήμα 2.1 Αιολικό δυναμικό στην Ελλάδα [10] 2.3 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της αιολικής ενέργειας Σε αυτήν την ενότητα κρίνεται αναγκαίο να αναφερθούν τα πλεονεκτήματα καθώς και τα μειονεκτήματα της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από τον άνεμο ώστε να έχουμε μία ολοκληρωμένη εικόνα για τις δυνατότητες και τους περιορισμούς που υπάρχουν. Πιο συγκεκριμένα : Η αιολική ενέργεια είναι μια ανανεώσιμη πηγή ενέργειας που σημαίνει ότι δεν εξαντλείται όπως άλλα συμβατικά καύσιμα. Ο φιλικός προς το περιβάλλον χαρακτήρας της την καθιστά ιδανική για εκμετάλλευση χωρίς την παραγωγή ρυπών. Η χώρα μας διαθέτει άφθονο αιολικό δυναμικό ιδιαίτερα σε νησιωτικές περιοχές, στις οποίες μπορούν να εγκατασταθούν αιολικά συστήματα. Η εκμετάλλευση και η παραγωγή ενέργειας από φυσικούς πόρους οδηγεί στην απεξάρτηση από το πετρέλαιο και την παραγωγή ενέργειας με συμβατικά καύσιμα. Η αποκεντρωμένη παραγωγή οδηγεί σε χαμηλότερες απώλειες και κόστη μεταφοράς

49 Κεφάλαιο 2 Το σχετικά μικρότερο κόστος/mwh παραγωγής σε σχέση με άλλες ανανεώσιμες πηγές. Τέλος το αιολικό δυναμικό μπορεί να αποτελέσει μία μορφή επένδυσης για την χώρα με περαιτέρω οικονομικό όφελος. Βέβαια, η αξιοποίηση της αιολικής ενέργειας παρουσιάζει και κάποια μειονεκτήματα. Για παράδειγμα : Η αβεβαιότητα του ανέμου, καθώς είναι δύσκολο να προσδιοριστεί και να προβλεφθεί η ένταση του Η εισαγωγή διακυμάνσεων τάσης στο δίκτυο από την λειτουργία των ανεμογεννητριών Ο θόρυβος που προκαλούν είναι σημαντικός, πράγμα που έχει γίνει αντικείμενο ιδιαίτερης μελέτης επειδή αποτρέπει την εγκατάσταση αιολικών πάρκων κοντά σε κατοικημένες περιοχές. Η χαμηλή πυκνότητα που παρουσιάζει ως μορφή ενέργειας με αποτέλεσμα να απαιτείται ένας μεγάλος αριθμός ανεμογεννητριών. Ο χρόνος που προηγείται της εγκατάστασης είναι μεγάλος αφού απαιτεί προσεκτική μελέτη καθώς και οικονομικά κονδύλια. Τέλος, οι επιπτώσεις στο περιβάλλον όπως η αλλοίωση του τοπίου, η ηχορύπανση καθώς και οι επιπτώσεις στον πληθυσμό των πουλιών. 2.4 Αξιοποίηση της αιολικής ενέργειας στην Ελλάδα και την Ευρώπη Οι έρευνες και οι προσπάθειες για την αξιοποίηση του αιολικού δυναμικού στην Ελλάδα άρχισαν προς τα μέσα της δεκαετίας του Σε πρώτο στάδιο πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις αιολικού δυναμικού και με βάση την επεξεργασία αυτών των στοιχείων επιλέχθηκαν οι πιο ευνοϊκές περιοχές. Από το 1982 μέχρι το 1994 εγκαταστάθηκαν ανεμογεννήτριες κυρίως σε νησιά όπου υπάρχει άφθονος άνεμος όπως, την Άνδρο, τη Σάμο, τη Χίο την Κρήτη και την Εύβοια οι οποίες συνολικά παρήγαγαν περίπου 30ΜW. To 1991, στο πλαίσιο ενός δεκαετούς αναπτυξιακού προγράμματος που εξήγγειλε η ΔΕΗ υπογράφηκαν συμβάσεις για την κατασκευή αιολικών πάρκων στην Σάμο (2MW), την Χίο (2ΜW), την Άνδρο (1.5ΜW), την Κρήτη (5ΜW) και άλλων με συγχρηματοδότηση από Κοινοτικά προγράμματα. Συγκεκριμένα το αιολικό πάρκο της Εύβοιας και της Σητείας της

50 Κεφάλαιο 2 Κρήτης που τέθηκαν σε λειτουργία το 1993 με 17 ανεμογεννήτριες το κάθε ένα, ήταν από τα μεγαλύτερα αιολικά πάρκα της Μεσογείου εκείνη την εποχή. Το νομικό πλαίσιο που τέθηκε σε ισχύ το 1994 (ΦΕΚ Α 168/94) έδωσε δικαίωμα κατασκευής και λειτουργίας αιολικών μονάδων εκτός από τη ΔΕΗ, σε ιδιώτες ή οργανισμούς, είτε για δική τους χρήση είτε για εκμετάλλευση. Με βάση αυτόν τον νόμο, ορίστηκαν ικανοποιητικές τιμές πώλησης ηλεκτρικής ενέργειας παραγόμενης από τον άνεμο, καθώς και υποχρεώθηκε η αγορά της ηλεκτρικής αυτής ενέργειας από την ΔΕΗ. Παράλληλα, το κράτος εφαρμόζοντας τις σχετικές διατάξεις της Ευρωπαϊκής Ένωσης, προχώρησε στην επιδότηση του κόστους εγκατάστασης έργων ΑΠΕ, ώστε να καθίστανται οικονομικά βιώσιμα. Η υιοθέτηση της οδηγίας 2001/77/ΕΚ σηματοδότησε την ανάληψη υποχρεώσεων των κρατών μελών για την προώθηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Τα κράτη μέλη της Ευρωπαϊκής Ένωσης θα πρέπει να λάβουν τα κατάλληλα μέτρα όπως διαμόρφωση τιμολογιακής πολιτικής, μείωση γραφειοκρατίας, διευκόλυνση της σύνδεσης με το δίκτυο, ώστε μέχρι το 2010 το 12% της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας των κρατών μελών να προέρχεται από ΑΠΕ. Ανάλογα με τις πηγές και τις δυνατότητες ορίζεται ένας στόχος για κάθε χώρα. Ο στόχος αυτός για την Ελλάδα ήταν 20.1%. [11] Σύμφωνα με την Ελληνική Επιστημονική Ένωση Αιολικής Ενέργειας [12], η σημερινή, συνολική εγκατεστημένη παραγωγή ενέργειας από τον άνεμο ανέρχεται σε περίπου 1800ΜW. H συνολική εγκατεστημένη ισχύς ανά έτος ξεκινώντας από το έτος 1987 μέχρι το 2013 φαίνεται στην εικόνα 2.2. Όπως μπορούμε να παρατηρήσουμε υπήρξε μια ραγδαία αύξηση της εγκατεστημένης ισχύος ξεκινώντας από το έτος Σχήμα 2.2 Συνολική εγκατεστημένη αιολική ισχύς [11]

51 Κεφάλαιο 2 Η ισχύς αυτή είναι κατανεμημένη στις διάφορες περιφέρειες της Ελλάδας, με το μεγαλύτερο μέρος να βρίσκεται σε Στερεά Ελλάδα, Πελοπόννησο και Μακεδονία. Σχήμα 2.3 Εγκατεστημένη ισχύς ανά περιφέρεια (Μάιος 2013) [12] Τέλος, στην παρακάτω εικόνα μπορούμε να δούμε την συνολική εγκατεστημένη αιολική ισχύ σε διάφορες χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης, με τις Γερμανία και Ισπανία να κατέχουν ένα μεγάλο ποσοστό της εγκατεστημένης αυτής ισχύος. Σχήμα 2.4 Συνολική εγκατεστημένη αιολική ισχύς στην Ευρώπη (2012) [13]

52 Κεφάλαιο Ανεμογεννήτριες Αιολικά πάρκα Οι ανεμογεννήτριες είναι τα μέσα με τα οποία εκμεταλλευόμαστε την κινητική ενέργεια του ανέμου. Συγκεκριμένα, ο άνεμος περιστρέφει τον άξονα της ανεμογεννήτριας όπου έχουμε μετατροπή από κινητική σε μηχανική ενέργεια, στην συνέχεια αυτή η μηχανική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική με την χρήση μιας γεννήτριας και τέλος με την χρήση ηλεκτρονικών μετατροπέων και μετασχηματιστών παίρνουμε το επιθυμητό επίπεδο τάσης και την σύνδεση με το δίκτυο. Οι ανεμογεννήτριες μπορούν να ταξινομηθούν με βάση τον προσανατολισμό του άξονα περιστροφής τους, σε ανεμογεννήτριες κατακόρυφου άξονα και οριζοντίου άξονα. [14] Σχήμα 2.5 Γενικό διάγραμμα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από τον άνεμο Οι ανεμογεννήτριες κατακόρυφου άξονα έχουν τον άξονα περιστροφής τους κάθετο ως προς το έδαφος και κατακόρυφο στη ροή του ανέμου. Το κύριο πλεονέκτημα αυτής της διάταξης είναι ότι δεν χρειάζεται να προσανατολίσουμε την ανεμογεννήτρια προς τον άνεμο, δηλαδή μπορεί να λειτουργήσει με άνεμο από κάθε κατεύθυνση με αποτέλεσμα και τον μικρότερο θόρυβο. Σε αυτές τις διατάξεις η γεννήτρια τοποθετείται κοντά στο έδαφος, οπότε η σχεδίαση του πύργου είναι απλή και οικονομική. Παρόλα αυτά, οι ανεμογεννήτριες κατακόρυφου άξονα παρουσιάζουν σημαντικά μειονεκτήματα. Το ύψος τους είναι αρκετά μικρότερο από αυτό των ανεμογεννητριών οριζοντίου άξονα με αποτέλεσμα να εκτίθενται σε μικρότερες ταχύτητες ανέμου. Επίσης, ορισμένες φορές δεν είναι να δυνατό να εκκινήσουν αυτόνομα αφού απαιτούν μεγάλη ροπή εκκίνησης. Συνεπώς, πρέπει να λειτουργήσουν αρχικά ως κινητήρες καταναλώνοντας ισχύ. Τέλος μικρά τέτοια συστήματα παρουσιάζουν μικρότερη απόδοση αφού η παραγόμενη ισχύς είναι ανάλογη της επιφάνειας σάρωσης. Υπάρχουν τρία βασικά είδη ανεμογεννητριών κατακόρυφου άξονα με βάση το σχεδιασμό τους, τύπου Savonius, τύπου Darrieus και τύπου H

53 Κεφάλαιο 2 Σχήμα 2.6 Βασικά είδη ανεμογεννητριών κατακόρυφου άξονα (Savonius Darrieus H) Το δεύτερο είδος ανεμογεννητριών είναι αυτές των οποίων ο άξονας είναι τοποθετημένος παράλληλα στο έδαφος και την ροή του ανέμου. Είναι το πιο διαδεδομένο είδος γεννητριών και έχουν επικρατήσει έναντι των κατακόρυφου άξονα. Ένα από τα βασικά τους πλεονεκτήματα είναι ότι απαιτούν χαμηλές ταχύτητες ανέμου για την εκκίνηση τους και εμφανίζουν υψηλότερο αεροδυναμικό συντελεστή ισχύος. Βέβαια σε αυτού του είδους τις ανεμογεννήτριες, η γεννήτρια και το κιβώτιο ταχυτήτων τοποθετούνται στην κορυφή του πύργου δηλαδή σε μεγάλο ύψος με αποτέλεσμα η συναρμολόγηση και ο σχεδιασμός τους να είναι πιο δύσκολος και απαιτητικός. Παράλληλα, απαιτείται ένα σύστημα προσανατολισμού προς τον άνεμο, πράγμα που συμβάλλει στην αύξηση της πολυπλοκότητας και τους κόστους της συνολικής κατασκευής. Σχήμα 2.7 Ανεμογεννήτριες οριζοντίου άξονα

54 Κεφάλαιο 2 Οι ανεμογεννήτριες οριζοντίου άξονα μπορούν να κατηγοριοποιηθούν με βάση τον αριθμό των πτερυγίων τους. Με βάση αυτόν τον χαρακτηρισμό υπάρχουν μονοπτέρυγες, διπτέρυγες, τριπτέρυγες και πολυπτέρυγες, με περισσότερα δηλαδή από τρία πτερύγια. Οι πιο διαδεδομένες στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι οι τριπτέρυγες αφού παρουσιάζουν σημαντικά πλεονεκτήματα. Είναι πιο σταθερές, αφού το αεροδυναμικό και το μηχανικό τους φορτίο κατανέμεται ομοιόμορφα και έχουν μεγαλύτερο αεροδυναμικό συντελεστή σε σχέση με άλλες με λιγότερα ή περισσότερα πτερύγια. Πολυπτέρυγες ανεμογεννήτριες χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές που απαιτείται μεγάλη ροπή εκκίνησης αφού έχουν την δυνατότητα να περιστρέφονται πιο εύκολα. H τεχνολογία των ανεμογεννητριών εξελίσσεται ραγδαία με αποτέλεσμα να παρουσιάζονται όλο και μεγαλύτερες σε μέγεθος και ισχύ. Σήμερα οι μεγαλύτερες ανεμογεννήτριες παράγουν ισχύ μέχρι 7.5MW και έχουν διάμετρο πτερυγίων μέχρι 130 μέτρα. Στην εικόνα 2.8 φαίνεται η εξέλιξη των ανεμογεννητριών με την πάροδο του χρόνου. Σχήμα 2.8 Διαχρονική εξέλιξη ανεμογεννητριών οριζοντίου άξονα [15] Η εικόνα 2.9 απεικονίζει το εσωτερικό μιας ανεμογεννήτριας οριζοντίου άξονα. Στην συνέχεια θα αναλύσουμε εν συντομία τα βασικά της μέρη καθώς και τα υποσυστήματα από τα οποία αποτελείται

55 Κεφάλαιο 2 Σχήμα 2.9 Δομικά στοιχεία ανεμογεννήτριας 1. Σύστημα στήριξης του ρότορα: Περιλαμβάνει ένα βασικό ρουλεμάν που επιτρέπει την περιστροφή του άξονα και ταυτόχρονα την στήριξη του στον πύργο. 2. Άξονας χαμηλής ταχύτητας: Είναι ο άξονας που περιστρέφεται από τον άνεμο και συνδέεται με τον ρότορα. 3. Σύστημα πέδησης: Χρησιμοποιείται σε περίπτωση πολύ υψηλής ή πολύ χαμηλής ταχύτητας ανέμου. 4. Όργανα μέτρησης: Χρησιμοποιούνται για την μέτρηση της ταχύτητας και της διεύθυνσης του ανέμου. Χρησιμοποιώντας έλεγχο ρυθμίζεται η γωνία των πτερυγίων προς τον άνεμο (pitch) ώστε να ελέγχεται η ταχύτητα του ρότορα όταν υπάρχουν υπερβολικά ισχυροί η ασθενείς άνεμοι. 5. Αντικεραυνική προστασία: Η τοποθέτηση των ανεμογεννητριών σε υψηλές κορυφές καθώς και το μεγάλο τους ύψος απαιτούν την εγκατάσταση αντικεραυνικού συστήματος προστασίας για την αποφυγή ζημιών από πλήγματα κεραυνών

56 Κεφάλαιο Σύστημα ψύξης: Ανεμογεννήτριες που σχεδιάζονται για μεγάλη ισχύ απαιτούν και ένα σύστημα απαγωγής θερμότητας που παράγεται από τα διάφορα υποσυστήματα. 7. Γεννήτρια: Χρησιμοποιείται για την μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική. 9. Συμπλέκτης: Χρησιμοποιείται για την σύμπλεξη ή αποσύμπλεξη της γεννήτριας με τον άξονα περιστροφής. 10. Κιβώτιο ταχυτήτων: Το κιβώτιο ταχυτήτων πολλαπλασιάζει την ταχύτητα περιστροφής από rpm του άξονα χαμηλής ταχύτητας στις στροφές που είναι σχεδιασμένη να λειτουργεί η γεννήτρια Σύστημα προσανατολισμού: Αποτελείται από ένα σύστημα κινητήρων και γραναζιών που περιστρέφουν την ανεμογεννήτρια προς την διεύθυνση του ανέμου. (yaw) 13. Πύργος στήριξης: Προσφέρει μηχανική στήριξη στην κατασκευή. Στην κορυφή του υπάρχουν όλα τα συστήματα της ανεμογεννήτριας και στην βάση του συχνά υπάρχει ένας μετασχηματιστής ανύψωσης της τάσης που παράγεται από την γεννήτρια. Στο εσωτερικό του υπάρχει σκάλα ή ένα μικρό ασανσέρ στις πιο μεγάλες κατασκευές ώστε να γίνεται εύκολη η πρόσβαση στην κορυφή του. 14. Πλήμνη: Σε αυτήν στηρίζονται τα πτερύγια και συνδέεται με τον άξονα χαμηλής ταχύτητας. Περιέχει το σύστημα στροφής των πτερυγίων. 15: Πτερύγια: Τα πτερύγια είναι σχεδόν πάντα τρία για τους λόγους που αναφέραμε προηγουμένως, σχεδιάζονται από αλουμίνιο ή άλλα υλικά κατά τέτοιο τρόπο ώστε να έχουμε τον βέλτιστο δυνατό αεροδυναμικό συντελεστή και τον μικρότερο θόρυβο. Για την αύξηση της παραγόμενης ισχύος οι ανεμογεννήτριες τοποθετούνται σε ομάδες δημιουργώντας έτσι τα λεγόμενα αιολικά πάρκα. Με αυτόν τον τρόπο αξιοποιούμε καλύτερα μια περιοχή με καλό αιολικό δυναμικό παράγοντας περισσότερη ισχύ. Ανεμογεννήτριες μπορούν να εγκατασταθούν στην στεριά ή και στη θάλασσα, συνήθως κοντά στις ακτές, τα λεγόμενα υπεράκτια (offshore) αιολικά πάρκα

57 Κεφάλαιο 2 Η ανάπτυξη των υπεράκτιων αιολικών πάρκων συνέβη εξαιτίας κάποιων πλεονεκτημάτων που παρουσιάζουν σε σχέση με τα χερσαία. Μερικά από αυτά είναι : Η μεγαλύτερη συχνότητα εμφάνισης του ανέμου στη θάλασσα από ότι στην στεριά. Επίσης στην θάλασσα οι άνεμοι εμφανίζονται με μεγαλύτερη ένταση με αποτέλεσμα η παραγωγή ισχύος μακροχρόνια να είναι μεγαλύτερη. Στην θάλασσα, ο άνεμος παρουσιάζει μικρότερη μεταβλητότητα με αποτέλεσμα να έχουμε μια πιο σταθερή παραγωγή αλλά και μικρότερη μηχανική καταπόνηση όλου του συστήματος. Βέβαια η εγκατάσταση ανεμογεννητριών στην θάλασσα παρουσιάζει αρκετές δυσκολίες και απαιτεί επιπλέον σχεδιασμό ώστε να ληφθούν υπόψιν όλες οι ζημιές που μπορεί να προκαλέσει ένα περιβάλλον με μεγάλη υγρασία. Εκτός από τις ανεμογεννήτριες, ένα αιολικό πάρκο περιέχει και άλλα επιμέρους στοιχεία όπως υποσταθμούς για την ανύψωση της παραγόμενης τάσης και την σύνδεση με το δίκτυο, ένα ευρύ δίκτυο καλωδίων που μεταφέρουν την παραγόμενη ισχύ αλλά και δεδομένα σχετικά με την ορθή λειτουργία του συστήματος και τέλος μία μονάδα ελέγχου που με την χρήση αυτοματοποιημένων συστημάτων (SCADA) επιτρέπει την επίβλεψη του αιολικού πάρκου παρέχοντας όλα τα δεδομένα που σχετίζονται με την λειτουργία του. Σήμερα, το μεγαλύτερο χερσαίο αιολικό πάρκο παγκοσμίως είναι το αιολικό πάρκο Alta στην Καλιφόρνια, των Ηνωμένων Πολιτειών. Το πάρκο αυτό έχει μια εγκατεστημένη ισχύ της τάξης των 1320ΜW με περίπου 490 ανεμογεννήτριες ισχύος 1.5ΜW και 3ΜW. Αντίθετα, το μεγαλύτερο υπεράκτιο αιολικό πάρκο βρίσκεται στην Ευρώπη και συγκεκριμένα στην νότια Μεγάλη Βρετανία. Το αιολικό πάρκο London Array απέχει περίπου 20 χιλιόμετρα από την ακτή και περιλαμβάνει 175 ανεμογεννήτριες SWT-3.6 της εταιρίας Siemens, συνολικής ισχύος 630ΜW. Οι ανεμογεννήτριες αυτές διασυνδέονται με δύο υποσταθμούς που βρίσκονται στην ακτή και αυτοί με τη σειρά τους με το χερσαίο δίκτυο υψηλής τάσης. Η εγκατάσταση του πάρκου διήρκησε 1.5 χρόνο και το συνολικό κόστος εγκατάστασης ανήλθε σε περίπου 2.2 δισεκατομμύρια ευρώ. [16]

58 Κεφάλαιο 2 Σχήμα 2.10 Αιολικό πάρκο London Array [16] Στην Ελλάδα η παραγωγή ενέργειας από τον άνεμο πραγματοποιείται κυρίως με χερσαία αιολικά πάρκα. Συγκεκριμένα το αιολικό πάρκο του Παναχαϊκού όρους στην Αχαΐα, περιλαμβάνει 41 ανεμογεννήτριες συνολικής ισχύος περίπου 35ΜW της Δανέζικης εταιρίας VESTAS. [12] Σχήμα 2.11 Αιολικό πάρκο Παναχαϊκού [12]

59 Κεφάλαιο Παραγωγή ενέργειας από τον άνεμο Ταχύτητα ανέμου H ταχύτητα του ανέμου αντιμετωπίζεται σαν μια τυχαία μεταβλητή επειδή όπως είπαμε προηγουμένως ο άνεμος είναι δύσκολο να προβλεφθεί επακριβώς. Έτσι, η πιθανότητα να εμφανιστεί κάποια τιμή ταχύτητας ανέμου περιγράφεται με μια συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας. Στην βιβλιογραφία υπάρχουν αρκετές τέτοιες σχέσεις, οι πιο κοινές όπως είναι οι κατανομές Weibull και Rayleigh.[14] όπου H κατανομή Weibull δίνεται από την παρακάτω συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας: = f(v) η πιθανότητα εμφάνισης μιας ταχύτητας ανέμου με τιμή v v η ταχύτητα του ανέμου k η παράμετρος μορφοποίησης >0 c η παράμετρος κλίμακας > 0 (2.1) H παραπάνω συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας μπορεί να προσεγγίσει με μεγάλη ακρίβεια την πιθανότητα εμφάνισης ενός ανέμου συγκεκριμένης ταχύτητας αρκεί να αναφέρεται σε μεγάλες χρονικές περιόδους. Υπολογίζοντας την μέση τιμή της παραπάνω κατανομής βρίσκουμε την μέση ταχύτητας του ανέμου ως: όπου Γ είναι η συνάρτηση Euler = = = 1 (2.2) Αν στην παραπάνω εξίσωση θέσουμε k=2 προκύπτει η κατανομή Rayleigh η οποία εξαρτάται μόνο από την παράμετρο c. Αν λοιπόν γνωρίζουμε την μέση τιμή του ανέμου αυτή η παράμετρος μπορεί εύκολα να υπολογιστεί από την σχέση (2.3) = 2 " #$ 1 = " (2.4)

60 Κεφάλαιο 2 Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η παραπάνω συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας για μέση ταχύτητα ανέμου 5m/s, 7m/s και 10m/s. Όπως μπορούμε να δούμε, όσο αυξάνεται η μέση τιμή του ανέμου τόσο μειώνεται η πιθανότητα εμφάνισης μεγάλης ταχύτητας ανέμου. Σχήμα 2.12 Συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας ταχύτητας ανέμου [14] Ισχύς ανέμου Σε αυτήν την ενότητα παρουσιάζονται κάποιες απλές σχέσεις που περιγράφουν τις παραπάνω μετατροπές ενέργειας που συμβαίνουν κατά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τον άνεμο. Οι άνεμοι όπως προαναφέραμε είναι αποτέλεσμα της ανομοιόμορφης θέρμανσης της ατμόσφαιρας. Κατά την διάρκεια αυτού του φαινομένου οι αέριες μάζες μετακινούνται ώστε να κατανεμηθεί πάλι ομοιόμορφα η θερμότητα που απορροφήθηκε από τον ήλιο. Έτσι, ένα αέριο μάζας m και ταχύτητας v έχει κινητική ενέργεια [14] % = 1 2 &' (2.5) Αν ονομάσουμε ρ την πυκνότητα του αέρα σε μια συγκεκριμένη περιοχή, (περίπου 1.3kg/m 3 ) και S = πr 2 την επιφάνεια που σαρώνουν τα πτερύγια της ανεμογεννήτριας, τότε η μάζα του αέρα που θα περνά στην μονάδα του χρόνου από αυτήν την επιφάνεια θα είναι : & = () (2.6)

61 Κεφάλαιο 2 Άρα από τις σχέσεις 2.5 και 2.6 προκύπτει η ισχύς του ανέμου ως: * + = 1 2 (), (2.7) η οποία είναι η ισχύς του ανέμου που μπορεί να δεσμευθεί χρησιμοποιώντας έναν ανεμοκινητήρα. Από την παραπάνω σχέση καταλαβαίνουμε πόσο σημαντική είναι η αξιοποίηση της αιολικής ενέργειας αφού η ισχύς του ανέμου είναι ανάλογη του κύβου της ταχύτητας του. Δηλαδή, ακόμα και σε μικρές ταχύτητες ο άνεμος έχει μεγάλη ενέργεια. Στην πραγματικότητα όμως μόνο ένα μέρος από αυτήν την ισχύ μπορεί να δεσμευθεί αφού ο αέρας απομακρύνεται από την ανεμογεννήτρια με κάποια ταχύτητα ενώ τα πτερύγια προκαλούν την εκτροπή ενός μέρους του αέρα το οποίο τα παρακάμπτει χωρίς δηλαδή να τα διαπεράσει. Έτσι ορίζουμε τον συντελεστή ισχύος ενός ανεμοκινητήρα ως: -. = * / *0 δηλαδή, μας δείχνει το ποσό της ισχύος του ανέμου που τελικά μετατρέπεται σε μηχανική στον άξονα της ανεμογεννήτριας. Αυτός ο συντελεστής ισχύος αποδεικνύεται ότι έχει μια μέγιστη τιμή η οποία είναι: [14] (2.8) -.,23 =0.593 (2.9) που σημαίνει ότι θεωρητικά, μπορούμε να εκμεταλλευτούμε μόνο περίπου την μισή κινητική ενέργεια που έχει ο άνεμος. Η τιμή αυτή ονομάζεται όριο του Betz και στην πράξη εξαιτίας των τριβών και άλλων απωλειών που υπάρχουν στο σύστημα δεν ξεπερνά την τιμή 0.5. Επομένως η μηχανική ισχύς που παίρνουμε τελικά στον άξονα της ανεμογεννήτριας είναι: * / = 1 2 ( -9 ), (2.5) O συντελεστής Cp εξαρτάται από τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά της ανεμογεννήτριας αλλά και από τις συνθήκες λειτουργίας. Για ένα συγκεκριμένο ανεμοκινητήρα που διαθέτει ελεγχόμενη γωνία β των πτερυγίων του, ο συντελεστής Cp εξαρτάται από τις παραμέτρους λ και β, όπου λ είναι ο λόγος ταχύτητας ακροπτερυγίου (tip-speed ratio) και δίνεται από την σχέση : : = ; <= (2.6) δηλαδή η γραμμική ταχύτητα περιστροφής των ακροπτερυγίων προς την ταχύτητα του ανέμου. Παρακάτω φαίνεται η εξάρτηση του συντελεστή Cp από τις τιμές λ και β

62 Κεφάλαιο 2 Σχήμα 2.13 Διάγραμμα Cp(λ,β) [14] Παρατηρούμε ότι για μια συγκεκριμένη γωνία πτερυγίων έχουμε τον μέγιστο αεροδυναμικό συντελεστή. (λ=λopt). Αυτή η τιμή του λ ορίζει και μια βέλτιστη ταχύτητα για την οποία έχουμε το μέγιστο Cp. ; <,>. = : >. = (2.7) Επομένως μπορούμε να συμπεράνουμε ό,τι για να έχουμε τον μέγιστο συντελεστή Cp, δηλαδή να παίρνουμε την μέγιστη μηχανική ισχύ θα πρέπει η ανεμογεννήτρια να περιστρέφεται με γωνιακή ταχύτητα ωr,opt. Η μηχανική ισχύς στον άξονα μετατρέπεται τελικά σε ηλεκτρική στην γεννήτρια. Η ηλεκτρική ισχύς που παίρνουμε στην έξοδο της γεννήτριας θα δίνεται από την σχέση: * / = 1 A ( -9 ), (2.8) όπου ημ o βαθμός απόδοσης του μηχανικού συστήματος (κιβώτιο ταχυτήτων κ.τ.λ) και ηe ο ονομαστικός βαθμός απόδοσης της ηλεκτρικής γεννήτριας. 2.7 Σύνδεση με το δίκτυο Οι βασικοί μέθοδοι λειτουργίας των συστημάτων μετατροπής της αιολικής ενέργειας είναι δύο [14]: Λειτουργία σταθερών στροφών σταθερής συχνότητας Λειτουργία μεταβλητών στροφών σταθερής συχνότητας Οι πρώτες ανεμογεννήτριες χρησιμοποιούσαν την πρώτη μέθοδο λειτουργίας, αργότερα όμως διαπιστώθηκε ότι η μέθοδος μεταβλητών στροφών σταθερής συχνότητας προσέφερε

63 Κεφάλαιο 2 κάποια επιπλέον πλεονεκτήματα. Παρακάτω αναλύονται εν συντομία οι δυο αυτές μέθοδοι και αναφέρονται τα βασικά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα τους Λειτουργία σταθερών στροφών σταθερής συχνότητας Στην λειτουργία σταθερών στροφών έχουμε απευθείας σύνδεση της ανεμογεννήτριας με το δίκτυο. Η σύνδεση γίνεται με έναν μετασχηματιστή ανύψωσης που προσαρμόζει την τάση εξόδου της ανεμογεννήτριας στο επίπεδο του δικτύου. Το σύστημα αυτό παρουσιάζει ένα σημαντικό πλεονέκτημα αφού είναι εξαιρετικά απλό και αξιόπιστο, πράγμα που το έκανε να καθιερωθεί στις πρώτες ανεμογεννήτριες. Σε αυτού του είδους συστήματα χρησιμοποιείται κυρίως επαγωγική μηχανή βραχυκυκλωμένου κλωβού, που είναι πιο αξιόπιστη και φθηνή σε σχέση με άλλου είδους γεννήτρια. Στην περίπτωση της σύγχρονης γεννήτριας ο αριθμός στροφών της είναι ίσος με την σύγχρονη ταχύτητα και εξαρτάται από την συχνότητα και τον αριθμό των πόλων που διαθέτει. Γι αυτό τον λόγο, κάθε μεταβολή στην ταχύτητα του ανέμου, δηλαδή στην ροπή που ασκείται στον άξονα της εμφανίζονται και στην ηλεκτρομαγνητική ροπή της γεννήτριας. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την μεγαλύτερη καταπόνηση των μηχανικών μερών του συστήματος μειώνοντας την διάρκεια ζωής της. Αυτές οι ταλαντώσεις ροπής αλλοιώνουν την ποιότητα ισχύος στην έξοδο αυξάνοντας το αρμονικό της περιεχόμενο. Ένα άλλο μειονέκτημα είναι η λειτουργία σε μη βέλτιστο συντελεστή αεροδυναμικής ισχύος Cp. Όπως προαναφέραμε προηγουμένως, για κάθε ταχύτητα ανέμου υπάρχει μια βέλτιστη ταχύτητα περιστροφής ωr,opt, η οποία επιτρέπει την μέγιστη εκμετάλλευση της ενέργειας του ανέμου. Στην λειτουργία σταθερών στροφών αυτό δεν μπορεί να συμβεί, με αποτέλεσμα να έχουμε έναν μειωμένο συνολικό συντελεστή απόδοσης. Τέλος, ένα άλλο σημαντικό μειονέκτημα είναι ότι η επαγωγική μηχανή καταναλώνει άεργο η οποία αυξάνεται όσο αυξάνεται η ενεργός ισχύς, με αποτέλεσμα να έχουμε μειωμένο συντελεστή ισχύος. Για την αντιστάθμιση της απαιτούνται συστοιχίες παράλληλων πυκνωτών, ώστε ο συντελεστής ισχύος να είναι κοντά στην μονάδα Λειτουργία μεταβλητών στροφών σταθερής συχνότητας Στην λειτουργία μεταβλητών στροφών χρησιμοποιούνται διατάξεις ηλεκτρονικών ισχύος για να μεταβληθεί η ταχύτητα περιστροφής ανάλογα με τις αεροδυναμικές συνθήκες και η ανεμογεννήτρια συνδέεται στην σταθερή συχνότητα του δικτύου. Τα δυο κύρια είδη γεννητριών που χρησιμοποιούνται είναι η επαγωγική γεννήτρια διπλής τροφοδοσίας (DFIG)

64 Κεφάλαιο 2 και η σύγχρονη γεννήτρια μόνιμων μαγνητών (PMSG). Το κύριο πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι περιστρέφοντας την ανεμογεννήτρια στην βέλτιστη ταχύτητα έχουμε την μέγιστη εκμετάλλευση της ισχύος του ανέμου για όλες τις ταχύτητες του, βελτιώνοντας έτσι την ενεργειακή απόδοση του συστήματος. Με την χρήση ηλεκτρονικών μετατροπέων οι στροφές μεταβάλλονται πολύ πιο ομαλά, με αποτέλεσμα η καταπόνηση στο μηχανικό σύστημα να είναι πολύ μικρότερη αφού επιτυγχάνεται η εξομάλυνση των μηχανικών ροπών, η γρήγορη απόσβεση των συντονισμών του μηχανικού συστήματος καθώς και ο περιορισμός από αιχμές φορτίου, για παράδειγμα εξαιτίας ριπών ανέμου. Η εξομάλυνση των μηχανικών ροπών συνεπάγεται και εξομάλυνση της ηλεκτρομαγνητικής ροπής της γεννήτριας, γεγονός που έχει άμεση επίπτωση στην ποιότητα της παραγόμενης ισχύος. Ανάλογα με τον τύπο του μετατροπέα που χρησιμοποιείται είναι δυνατός ο έλεγχος της αέργου ισχύος και η λειτουργία της ανεμογεννήτριας με μοναδιαίο συντελεστή ισχύος. Ένα άλλο πλεονέκτημα της λειτουργίας μεταβλητών στροφών είναι τα χαμηλότερα επίπεδα θορύβου λόγω της λειτουργίας σε μειωμένες στροφές καθώς και η δυνατότητα ηλεκτρικής πέδησης μειώνοντας την φθορά των μηχανικών συστημάτων πέδησης. Το βασικό μειονέκτημα αυτής της λειτουργίας είναι η αυξημένη πολυπλοκότητα και το κόστος. Τέτοιου είδους συστήματα απαιτούν ένα μεγαλύτερο εύρους αισθητήρων και συστημάτων ώστε να υλοποιηθεί ο έλεγχος τους, το μεγαλύτερο κόστος όμως όλου του ηλεκτρολογικού εξοπλισμού οφείλεται στον μετατροπέα. Επίσης, ανάλογα με την διαμόρφωση στο ηλεκτρικό μέρος μπορεί να είναι αναγκαία η χρησιμοποίηση άλλου είδους γεννήτριας εκτός από την βραχυκυκλωμένου κλωβού, με αποτέλεσμα πάλι την αύξηση του κόστους. Ακόμα, η διακοπτική λειτουργία των χρησιμοποιούμενων μετατροπέων, έχει ως αποτέλεσμα την αρμονική παραμόρφωση των ρευμάτων, προκαλώντας αύξηση των απωλειών της και ανάπτυξη αρμονικών στην ροπή της. Η ανάπτυξη μετατροπέων που επιτυγχάνουν μοναδιαίο συντελεστή ισχύος έχουν ως στόχο την μείωση των αρμονικών αυτών και την αύξηση της ποιότητας της παραγόμενης ισχύος. Αυτά τα βασικά πλεονεκτήματα σε συνάρτηση με την πρόοδο της τεχνολογίας των ηλεκτρονικών ισχύος, η οποία επιτρέπει την μείωση του κόστους και την αύξηση της αξιοπιστίας αυτών των συστημάτων, έχει οδηγήσει στην καθιέρωση τους. 2.8 Προδιαγραφές ανεμογεννήτριας Για την διαστασιολόγηση του μετατροπέα που κατασκευάστηκε σε αυτήν την διπλωματική εργασία κρίθηκε αναγκαίο να τεθούν συγκεκριμένες προδιαγραφές που αφορούν την τάση εισόδου και την ισχύ εξόδου. Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η υπό μελέτη ανεμογεννήτρια που

65 Κεφάλαιο 2 είναι εγκατεστημένη στην οροφή του Εργαστηρίου Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας στην έξοδο της οποίας θα τοποθετηθεί ο μετατροπέας. Πρόκειται για το μοντέλο Whisper 200 της εταιρίας Southwest Windpower. Σχήμα 2.14 Ανεμογεννήτρια Whisper 200 To συγκεκριμένο μοντέλο είναι σχεδιασμένο να παράγει 1000W ονομαστική ισχύ, για ταχύτητα ανέμου 11.6m/s και ξεκινά να παράγει ισχύ όταν ξεπεραστούν οι δυνάμεις τριβών στον δρομέα, για ταχύτητα ανέμου 3.1m/s (cut-in speed). O περιορισμός της ισχύος στην ονομαστική της τιμή γίνεται μέσω της εκμετάλλευσης του φαινομένου απώλειας αεροδυναμικής στήριξης (stall) ενώ η μέγιστη ταχύτητα που μπορεί να αντέξει είναι τα 55m/s, προστασία που επιτυγχάνεται βραχυκυκλώνοντας τις τρείς φάσεις της εξόδου, ακινητοποιώντας έτσι τον δρομέα. H χαρακτηριστική καμπύλη της ανεμογεννήτριας φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Το φυλλάδιο με τα τεχνικά χαρακτηριστικά της βρίσκεται στο Παράρτημα Ε. Σχήμα 2.15 Χαρακτηριστική καμπύλη ανεμογεννήτριας Whisper 200 Η γεννήτρια που είναι εγκατεστημένη στο εσωτερικό της συγκεκριμένης ανεμογεννήτριας είναι μια τριφασική, σύγχρονη γεννήτρια μόνιμων μαγνητών (PMSG). Αυτό συνεπάγεται ότι

66 Κεφάλαιο 2 η τάση του στάτη μεταβάλλεται με μεταβολή της ταχύτητας περιστροφής, δηλαδή με μεταβολή της ταχύτητας του ανέμου. Από πειραματικές μετρήσεις που έχουν πραγματοποιηθεί στο εργαστήριο καθώς και σε διπλωματικές εργασίες συναδέλφων [17] προκύπτει ότι η μέγιστη ανορθωμένη τάση που παίρνουμε στην συσκευή ελέγχου της ανεμογεννήτριας είναι 145V (για την οποία παίρνουμε και την μέγιστη ισχύ 1000W), ενώ η ελάχιστη είναι 40V για την οποία παίρνουμε και την ελάχιστη ισχύ εξόδου 50W. Ακόμα, από πειραματικές μετρήσεις προέκυψε μια γραμμική σχέση μεταξύ της μέγιστης ισχύος και της ταχύτητας περιστροφής (P ~ ω), και άρα και της ισχύος με την τάση εξόδου της ανεμογεννήτριας (P ~ Vo) Po (W) Vο,L-L,rms (V) Σχήμα 2.16 Εξάρτηση ισχύος εξόδου τάσης εξόδου Λαμβάνοντας υπόψιν την σχέση που δίνει την μέση τάση εξόδου ενός τριφασικού ανορθωτή, η οποία είναι: B C = 3 6 " B E,F2G = 3 2 " B H,F2G (2.9) προκύπτει ότι η μέγιστη πολική τάση στους ακροδέκτες του στάτη είναι 107V ενώ η ελάχιστη 30V. Σε αυτήν την διπλωματική εργασία θεωρήσαμε τις παρακάτω προδιαγραφές για την ανεμογεννήτρια: Μέγιστη πολική τάση εξόδου 100Vrms Μέγιστη ισχύς εξόδου 1000W Ελάχιστη πολική τάση εξόδου 40Vrms Ελάχιστη ισχύς εξόδου 50W

67 Κεφάλαιο 3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ 3.1 Γενικά Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται μια παρουσίαση του τρόπου λειτουργίας του μετατροπέα και υπολογίζονται αναλυτικές σχέσεις οι οποίες μας δίνουν όλα τα χαρακτηριστικά μεγέθη που σχετίζονται με αυτόν. Οι σχέσεις αυτές περιλαμβάνουν, την ενεργό, μέση και μέγιστη τιμή των ρευμάτων των ημιαγωγικών στοιχείων, τις μέγιστες τιμές των ρευμάτων στα πηνία του μετατροπέα ανύψωσης καθώς και τις σχέσεις που μας καθορίζουν την περιοχή λειτουργίας του μετατροπέα. Τέλος, υπολογίζεται το αρμονικό περιεχόμενο του ρεύματος εισόδου και γίνεται μια εκτίμηση της τιμής του συντελεστή ισχύος που μπορεί να επιτύχει. 3.2 Βασική αρχή λειτουργίας Χρησιμοποιώντας έναν μετατροπέα ανύψωσης τάσης σε σειρά με μια ανορθωτική γέφυρα παρατηρούμε ότι το ρεύμα εισόδου δεν είναι ημιτονοειδές και ότι εμφανίζει υψηλό αρμονικό περιεχόμενο (THD ~= 30%) με αποτέλεσμα έναν χαμηλό συντελεστή ισχύος. Σχήμα 3.1 Διάταξη ανόρθωσης-ανύψωσης [8] Σχήμα 3.2 Τάση και ρεύμα της παραπάνω διάταξης

68 Κεφάλαιο 3 O τριφασικός μετατροπέας ανύψωσης τάσης με ένα διακοπτικό στοιχείο [18] επιτυγχάνει διόρθωση του συντελεστή ισχύος μετατρέποντας έτσι ένα μη γραμμικό φορτίο σε φορτίο με ωμικό χαρακτήρα. Ο μετατροπέας αυτός σχεδιάζεται έτσι ώστε να λειτουργεί σε ασυνεχή αγωγή σε κάθε κατάσταση λειτουργίας, κρατώντας την διακοπτική συχνότητα και τον λόγο κατάστασης σταθερά στην μόνιμη κατάσταση. Επιτυγχάνει ανύψωση της τάσης εξόδου, ελέγχοντας τον λόγο κατάτμησης (duty cycle) του διακοπτικού στοιχείου, η οποία κρατείται σταθερή χρησιμοποιώντας έναν απλό PI ελεγκτή. Τοποθετώντας τα boost πηνία πριν την ανορθωτική γέφυρα επιτυγχάνουμε το μέγιστο ρεύμα τους να είναι ανάλογο της τιμής της τάσης της αντίστοιχης φάσης την κάθε χρονική στιγμή ελέγχοντας κατάλληλα τον ημιαγωγικό διακόπτη. Φιλτράροντας αυτό το υψίσυχνο ρεύμα που προκύπτει με ένα LC φίλτρο, έχουμε ένα ρεύμα εισόδου που έχει μικρό αρμονικό περιεχόμενο και ημιτονοειδή μορφή. Η τοπολογία παράγει ένα ρεύμα που είναι συμφασικό με την τάση εισόδου, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να πετύχει έναν υψηλό συντελεστή ισχύος, της τάξης του To κύριο πλεονέκτημα αυτής της τοπολογίας είναι ότι χρησιμοποιεί απλό έλεγχο χωρίς να απαιτεί κυκλώματα συγχρονισμού σε αντίθεση με άλλες μεθόδους και επιτυγχάνει χαμηλή παραμόρφωση του ρεύματος εισόδου. Βέβαια, σαν μειονεκτήματα μπορεί να ορίσει κανείς, την υψηλή τιμή παλμικού ρεύματος στα στοιχεία του κυκλώματος, καθώς και την υψηλή τάση που εμφανίζεται στα ημιαγωγικά του στοιχεία. Σχήμα 3.3 Γενικό διάγραμμα μετατροπέα [8]

69 Κεφάλαιο Παραδοχές Για να πραγματοποιήσουμε την μαθηματική ανάλυση, παρακάτω παρουσιάζονται κάποιες βασικές παραδοχές οι οποίες ισχύουν για τη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας, απλοποιώντας έτσι σημαντικά τον υπολογιστικό φόρτο, χωρίς όμως να έχουμε σημαντικό σφάλμα στα αποτελέσματα μας. Καθαρά ημιτονοειδείς, συμμετρικές τάσεις εισόδου Va, Vb, Vc Σταθερή τάση Vo και ρεύμα Ιο εξόδου Ο χρόνος αγωγής του διακοπτικού στοιχείου ton είναι σταθερός σε όλη την περίοδο της τάσης εισόδου Θεωρούμε αμελητέα την πτώση τάσης στους πυκνωτές και τις επαγωγές του φίλτρου εισόδου σε σχέση με την τάση εισόδου Θεωρούμε ίδια την επαγωγή στην είσοδο του μετατροπέα, ώστε να αποφύγουμε τυχόν ασσυμετρίες. Θεωρούμε ότι η διακοπτική συχνότητα fs είναι πολύ μεγαλύτερη από την συχνότητα της τάσης εισόδου fn, δηλαδή ισχύει fs>>fn Τέλος θεωρούμε ότι τα στοιχεία του μετατροπέα είναι ιδανικά (μηδενικοί χρόνοι έναυσης και σβέσης, μηδενική πρώτη τάσης κατά την αγωγή, μηδενικές απώλειες συνολικά στο σύστημα, ιδανικά διακοπτικά στοιχεία). 3.4 Διαστήματα λειτουργίας Ισοδύναμα κυκλώματα [19] Η μαθηματική ανάλυση του μετατροπέα γίνεται για το χρονικό διάστημα ωt = [0, π/6] για την οποία ισχύει Vα,Vc > 0, Vb < 0. Λόγω της συμμετρίας των τάσεων εισόδου εύκολα μπορούν να προκύψουν σχέσεις οι οποίες ισχύουν για την υπόλοιπη περίοδο. Στην εικόνα 3.4 φαίνεται ένα παλμογράφημα του ρεύματος στα πηνία του μετατροπέα ανύψωσης, για μία διακοπτική περίοδο Τs. Παρατηρούμε ότι η διακοπτική περίοδος μπορεί να χωριστεί σε τέσσερα διαστήματα

70 Κεφάλαιο 3 Σχήμα 3.4 Ρεύμα στα τρία πηνία του μετατροπέα για μία διακοπτική περίοδο [19] 1. Χρονικό διάστημα ton Κατάσταση 1 Στο χρονικό διάστημα αυτό, ίσο με ton παλμοδοτούμε το ημιαγωγικό στοιχείο. Τα ρεύματα στα τρία πηνία του μετατροπέα αυξάνονται σύμφωνα με την σχέση = και αποθηκεύουν ενέργεια. Η μέγιστη τιμή του ρεύματος είναι ανάλογη της τιμής της τάσης εισόδου εκείνη την χρονική στιγμή. Σχήμα 3.5 Ισοδύναμο κύκλωμα κατά το πρώτο διάστημα 2. Χρονικό διάστημα tr Κατάσταση 2 Στον χρόνο ton το διακοπτικό στοιχείο σβήνει, η ενέργεια που είχαν αποθηκεύσει τα πηνία μεταφέρεται στην έξοδο και το ρεύμα τους φθίνει σύμφωνα με την σχέση =. Την χρονική στιγμή t = tr + ton το ρεύμα της φάσης a μηδενίζεται πρώτο αφού έχει και την μικρότερη τιμή

71 Κεφάλαιο 3 Σχήμα 3.6 Ισοδύναμο κύκλωμα κατά το δεύτερο διάστημα 3. Χρονικό διάστημα ts Κατάσταση 3 Κατά το χρονικό διάστημα tr οι επαγωγές των φάσεων b και c απoμαγνητίζονται, το ρεύμα τους μειώνεται με διαφορετικό ρυθμό απ ότι προηγουμένως, μέχρι να μηδενιστεί την χρονική στιγμή t = ton + tr + ts. Σχήμα 3.7 Ισοδύναμο κύκλωμα κατά το τρίτο διάστημα 4. Χρονικό διάστημα td Κατάσταση 4 Στο τελευταίο χρονικό διάστημα της διακοπτικής περιόδου και οι τρείς επαγωγές έχουν απομαγνητιστεί και ο πυκνωτής εξόδου τροφοδοτεί με ενέργεια το φορτίο. Το ισοδύναμο κύκλωμα σε αυτό το διάστημα φαίνεται στο σχήμα 3.8. Επομένως, για να λειτουργεί ο μετατροπέας σε ασυνεχή λειτουργία, θα πρέπει να βεβαιωθούμε ότι ισχύει η σχέση + + < (3.1) Σχήμα 3.8 Ισοδύναμο κύκλωμα κατά το τελευταίο διάστημα

72 Κεφάλαιο 3 Από την τοπολογία του μετατροπέα παρατηρούμε ότι δεν μπορεί να αναλυθεί με τρία αποζευγμένα μονοφασικά κυκλώματα αφού η λειτουργία του εξαρτάται από την πολική τάση εισόδου και όχι από την φασική. 3.5 Μαθηματική ανάλυση Βασικές σχέσεις [19] Υπολογισμός ρευμάτων εισόδου Αρχικά ορίζουμε τις τάσεις εισόδου ώστε να είναι συμμετρικές και ημιτονοειδείς και με μέγιστη τιμή Vpk = sin = 2# 3 % (3.2) & = sin + 2# 3 % όπου θ = ωt καθώς και τον λόγο κατάτμησης ' = (3.3) Από το σχήμα 3.1 μπορούμε να ορίσουμε τις μέγιστες τιμές των ρευμάτων στο τέλος του χρόνου αγωγής ton ( = ' ) * ( = ' ) * (3.4) ( & = & ' ) & * με La,b,c την επαγωγή των πηνίων του μετατροπέα ανύψωσης και fs η διακοπτική συχνότητα. Με βάση τις παραδοχές που κάναμε, έχουμε La = Lb = Lc. Στην συνέχεια ορίζουμε τα ρεύματα των τριών πηνίων, συναρτήσει της γωνίας θ, έτσι ώστε να υπολογίσουμε την μέση τιμή τους ανά διακοπτικό κύκλο. Τα ρεύματα υπολογίζονται για το διάστημα 0 < θ < π/6, εύκολα όμως μπορούμε να εξάγουμε την μορφή των ρευμάτων για τα

73 Κεφάλαιο 3 υπόλοιπα διαστήματα της περιόδου. Η μέση τιμή των ρευμάτων εισόδου ανά διακοπτικό κύκλο συναρτήσει της γωνίας θ μπορεί να προκύψει ως εξής : = ( 2 & = ( & 2 = + ( 2 + +( +(, 2 + +( &+( &, 2 + ( 2 (3.5) + ( & 2 όπου ia, ib, ic οι μέσες τιμές των ρευμάτων στην είσοδο του μετατροπέα, Ibs, Ics τα ρεύματα των φάσεων b και c στο τέλος του δεύτερου διαστήματος, tr, ts η χρονική διάρκεια του δεύτερου και τρίτου διαστήματος αντίστοιχα και τέλος, Ts η διακοπτική περίοδος. Η χρονική διάρκεια του δεύτερου διαστήματος μπορεί να υπολογιστεί από τον χρόνο που χρειάζεται το ρεύμα της φάσης α μέχρι να μηδενιστεί : = )0 ( (3.6) όπου VLa είναι η πτώση τάσης πάνω στην επαγωγή της φάσης α, η οποία μπορεί να υπολογιστεί με βάση το ισοδύναμο κύκλωμα του σχήματος = 0 + & & = & = 0 VLa,b,c οι πτώσεις τάσης στα πηνία των φάσεων a,b,c αντίστοιχα και Va,b,c η στιγμιαία τιμή της τάσης εισόδου. Επιλύοντας ως προς τις πτώσεις τάσης πάνω στα πηνία του μετατροπέα προκύπτει = 3 (3.7) = (3.8) & = &

74 Κεφάλαιο 3 Αντικαθιστώντας τις σχέσεις (3.4) και (3.8) στην (3.6) προκύπτει ότι η χρονική διάρκεια της δεύτερης φάσης σε συνάρτηση του λόγου κατάτμησης και της διακοπτικής συχνότητας είναι : = ' 3. * 3 / (3.9) Κατά την διάρκεια της δεύτερης φάσης, η πτώση τάσης στις επαγωγές των φάσεων b και c μπορούν να προκύψουν ως εξής : = )( ( Type equation here. (3.10) & = )( & ( & Αντικαθιστώντας τις σχέσεις (3.4), (3.8) στην (3.10) υπολογίζουμε το ρεύμα στο τέλος της δεύτερης φάσης, για τις φάσης b και c : ' ( = < +2 = ) * 3 Type equation here. (3.11) ' ( & = < & = )* 3 Στην συνέχεια υπολογίζουμε την διάρκεια της τρίτης φάσης. Από το ισοδύναμο κύκλωμα του σχήματος 3.4 μπορεί να προκύψει ότι : + + & & = 0 Type equation here. (3.12) + & = 0 = & = )0 ( (3.13) Αντικαθιστώντας τις εξισώσεις (3.11) και (3.12) στην (3.13) προκύπτει ότι η χρονική διάρκεια της τρίτης φάσης είναι = ' < * = (3.14)

75 Κεφάλαιο 3 Τελικά, αν αντικαταστήσουμε τις εξισώσεις (3.2),(3.3),(3.4), (3.9), (3.11),(3.14) στην (3.5) προκύπτει η μέση τιμή του ρεύματος στα πηνία του μετατροπέα, των τριών φάσεων, για το διάστημα [0, π/6] = '> sin < 2)* 3 sin = = '> 4)* < 2 3 sin2 sin 3 cos 3 sin 3 BC = (3.15) & = '> 4)* < 3 sin2 sin+ 3 cos 3 sin 3 BC = Κανονικοποιώντας τις παραπάνω σχέσεις με βάση D = (3.16) E & F = ) * E & F (3.17) προκύπτει: = '> D 2 < sin D 3sin = # = '> D 2 G 3sin2 DH + 3 I D 3sinJ 3BC K (3.18) & = '> D 2 L 3 2 sin2 DH # 3 I D 3sinJ 3BC M Οι σχέσεις (3.17) μας δίνουν την στιγμιαία μέση τιμή του ρεύματος εισόδου, για το χρονικό διάστημα [0,π/6]. Οι ίδιες σχέσεις μπορούν να μας δώσουνε την μέση τιμή του ρεύματος ανά διακοπτικό κύκλο για το διάστημα [π/6, π/2] αν πραγματοποιήσουμε τον παρακάτω μετασχηματισμό

76 Φάση 0 < < # # 6 6 < < # # 3 3 < < # 2 Α & H # 3 I H # 3 I Β H # 3 I &H # 3 I C & H # 3 I H # 3 I Κεφάλαιο 3 Πίνακας 3.1 Μετασχηματισμός για τον υπολογισμό του ρεύματος στο διάστημα [0,π/2] Αρμονικό περιεχόμενο ρεύματος εισόδου Από την παραπάνω μορφή του ρεύματος εισόδου μπορούμε να εξάγουμε το αρμονικό του περιεχόμενο χρησιμοποιώντας ανάλυση Fourier. Ενδιαφέρον παρουσιάζει η μεταβολή της ολικής αρμονικής παραμόρφωσης (THD) σε σχέση με τις τάσεις εισόδου και εξόδου. Στο σχήμα 3.9 φαίνεται η κυματομορφή του ρεύματος εισόδου για διάφορες τιμές του λόγου Μ. Παρατηρούμε ότι όσο μεγαλώνει ο λόγος Vo/Vin,peak τόσο μειώνονται οι ανώτερες αρμονικές του. Κατά την διάρκεια μιας διακοπτικής περιόδου, όταν ο ημιαγωγικός διακόπτης άγει, η μέγιστη και μέση τιμή του ρεύματος και των τριών πηνίων είναι ανάλογη της τάσης εισόδου. Μετά την σβέση του διακόπτη όμως τα πηνία απομαγνητίζονται αλλά τώρα το ρεύμα τους δεν είναι ανάλογο της τάσης εισόδου. Επομένως, όσο μεγαλώνει ο λόγος Μ, τόσο ο χρόνος στον οποίο απομαγνητίζονται τα πηνία μειώνεται και συνεπώς και οι ανώτερες αρμονικές μικραίνουν. Σχήμα 3.9 Ρεύμα εισόδου για διάφορες τιμές του λόγου Μ

77 Κεφάλαιο 3 To παραπάνω σκεπτικό επιβεβαιώνεται αν πραγματοποιήσουμε ανάλυση Fourier για μια περίοδο του παραπάνω σήματος. Στην εικόνα 3.10 φαίνεται το αρμονικό περιεχόμενο του ρεύματος εισόδου για τις ίδιες τιμές του λόγου Μ. Μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι το ρεύμα εισόδου περιέχει την βασική αρμονική στα 50Hz και ανώτερες αρμονικές από τις οποίες επικρατούν οι 250Hz (5η), 350Ηz(7η), 550Hz (11η). Σχήμα 3.10 Αρμονικό περιεχόμενο ρεύματος εισόδου Στον παρακάτω πίνακα φαίνεται η τιμή των παραπάνω αρμονικών καθώς και η ολική αρμονική παραμόρφωση, η οποία υπολογίστηκε με βάση τη σχέση O'% = Q( > > +( > R +( > S + +( > (3.19) ( U λαμβάνοντας υπόψιν μόνο τις ανώτερες αρμονικές και αγνοώντας τις υπόλοιπες χωρίς μεγάλο σφάλμα. In M η 12.36% 7.47% 5.4% 4.24% 7η 0.82% 1.29% 1.17% 1.03% 11η 0.85% 0.26% 0.18% 0.1% THD 12.4% 7.58% 5.53% 4.36% Πίνακας 3.2 Αρμονικές ρεύματος εισόδου συναρτήσει του λόγου Μ

78 Κεφάλαιο Όριο συνεχούς - ασυνεχούς περιοχής λειτουργίας α) Με βάση τον λόγο τάσης εξόδου προς μέγιστη πολική τάση εισόδου Για να βεβαιωθούμε ότι ο μετατροπέας λειτουργεί πάντα στην περιοχή ασυνεχούς αγωγής θα πρέπει να εξαχθούν οι συνθήκες που καθορίζουν το όριο μεταξύ της συνεχούς και της ασυνεχούς περιοχής λειτουργίας. Στην ασυνεχή περιοχή λειτουργίας (DCM) τα ρεύματα και των τριών φάσεων μηδενίζονται πριν το τέλος της διακοπτικής περιόδου. Δηλαδή πρέπει να ισχύει η σχέση Δ = + + < (3.20) Αντικαθιστώντας τις σχέσεις (3.1), (3.9), (3.14) στην παραπάνω σχέση, προκύπτει ότι W = ' 1 < * 3 BC = (3.21) Παραγοντοποιώντας την παραπάνω σχέση, θα προκύψει η τιμή της γωνίας θ για την οποία ο χρόνος αυτός μεγιστοποιείται. YW Y = ' 3 < * + 3 BC = (3.22) > η οποία μηδενίζεται για θ = 0 W Z[ = ' 1 < = * 3 (3.23) Ο χρόνος Δtmax είναι σίγουρα μικρότερος της περιόδου Ts. Επομένως αν θέσουμε Δtmax = Ts προκύπτει η τιμή του λόγου της τάσης εξόδου προς την μέγιστη τάση εισόδου όταν ο μετατροπέας λειτουργεί στο όριο συνεχούς ασυνεχούς αγωγής. D & = 3 1 ' (3.24) Για δεδομένο λόγο κατάτμησης D, ο μετατροπέας θα λειτουργεί σε DCM αν ισχύει η σχέση D > D & (3.25)

79 Κεφάλαιο 3 Από την παραπάνω ανάλυση και λαμβάνοντας υπόψιν ότι η τάση εισόδου που «βλέπει» ο μετατροπέας είναι η πολική, μπορούμε να ορίσουμε τον λόγο κατάτμησης για την συνεχή αγωγή, επομένως και στο όριο, σε αντιστοιχία με τον απλό boost μετατροπέα ως: = 1 1 ' => 'B] = 1 3 C (3.26) Άρα για D < Dcrit έχουμε λειτουργία σε ασυνεχή αγωγή. β) Με βάση την ισχύ εξόδου [20] Ένας δεύτερος τρόπος με τον οποίο μπορούμε να ορίσουμε το όριο μεταξύ CCM και DCM είναι με βάση την επαγωγή L του μετατροπέα ανύψωσης και την μέγιστη ισχύ που μπορεί να αποδώσει στην έξοδο στο όριο λειτουργίας μεταξύ συνεχούς και ασυνεχούς αγωγής. Κανονικοποιώντας τα παρακάτω μεγέθη ως εξής, έχουμε απλούστερες παραστάσεις,, = _ ` (, = a b a c d, = e` e c με βάσεις ( = 2 3 ) Type equation here. (3.27) 2 d = 3 > ) Επειδή η τάση εξόδου επιθυμούμε να είναι σταθερή, η ισχύς εξόδου θα είναι ανάλογη του ρεύματος εξόδου. Το μέσο ρεύμα εξόδου όμως είναι ίσο με το μέσο ρεύμα της διόδου του μετατροπέα ( f,gh. Επομένως, αν υπολογίσουμε την μέση τιμή του ρεύματος στην δίοδο, θα προκύψει μία σχέση μεταξύ της ισχύος εξόδου, του λόγου κατάτμησης και του λόγου τάσης εξόδου προς τάσης εισόδου Μ. Για τον υπολογισμό του μέσου ρεύματος στην δίοδο, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την παρακάτω σχέση [21] αν λάβουμε υπόψιν ότι η διακοπτική συχνότητα είναι πολύ μεγαλύτερη της συχνότητας της τάσης εισόδου και ότι το μέσο ρεύμα της διόδου είναι ίσο με το μέσο ρεύμα εισόδου στις καταστάσεις δυο και τρία. p > n (,gh = 6 # i { 1 k i,lylf} Y p R o (3.28) όπου θ = ωt, προκύπτει η σχέση

80 Κεφάλαιο 3 όπου d, = 1 s 3 1 r 3 v J v 2 '> r# u r J > u tan U 3 3 J > 3 +tan U 3+1 J 3 y 3J J > x + tan U zj 3 J > J 1 q t t w 3 } 2 J U y x 1 w { (3.29) C D = (3.30) 3 ~,~ H παραπάνω σχέση μπορεί να προσεγγιστεί με αρκετή ακρίβεια από την σχέση [21][22] με Μ = Vο/Vin,p-n,pk d, = 3'> 4D 1.46 D 1.67 και επομένως και το μέσο κανονικοποιημένο ρεύμα εξόδου θα δίνεται από την σχέση (, = 3'> 4D 1.46 D 1.67 (3.31) (3.32) Στο διάγραμμα του σχήματος 3.11 παρατηρούμε την εξάρτηση της κανονικοποιημένης ισχύος εξόδου σε σχέση με τον λόγο κατάτμησης και τον λόγο των τάσεων εξόδου-εισόδου. Παρατηρούμε ότι για σταθερό λόγο κατάτμησης D η ισχύς εξόδου μεγαλώνει, αυξάνοντας τον λόγο 1/Μ. Ακόμα, για συγκεκριμένο λόγο 1/Μ, η ισχύς εξόδου αυξάνεται αυξάνοντας τον λόγο κατάτμησης D. Σχήμα 3.11 Διάγραμμα Po,r (1/M, D)

81 Κεφάλαιο 3 Στο σχήμα 3.12 φαίνεται η εξάρτηση της ισχύος εξόδου, συναρτήσει του λόγου Μ και του λόγου κατάτμησης στο όριο μεταξύ CCM και DCM. Από το παρακάτω διάγραμμα μπορούμε να καθορίσουμε την ισχύ εξόδου Por,crit για την οποία ο μετατροπέας λειτουργεί στο όριο. Για P < Por,crit, δεδομένο λόγο τάσεων Μ και Dcrit < 1, ο μετατροπέας θα λειτουργεί πάντα σε DCM. Για ορισμένη ισχύ εξόδου Pο, ο μετατροπέας θα λειτουργεί σε DCM για ένα συγκεκριμένο διάστημα του λόγου Μ = [Μmin, Mmax]. Ο λόγος κατάτμησης στο όριο λειτουργίας μπορεί να οριστεί [20] ' & = 'D D 1,W Z[ < 1 (3.33) Σχήμα 3.12 Διάγραμμα Po,r (1/M, Dcritical) Υπολογισμός παραμέτρων του μετατροπέα α) Ρεύματα ημιαγωγικών στοιχείων [20] Ο υπολογισμός του ρεύματος που διέρχεται από τα ημιαγωγικά στοιχεία του μετατροπέα γίνεται με βάση τις σχέσεις p n (,gh = 6 # i { 1 k i,lyl} Y o p o n (,Z = 6 # i { 1 k i >,lyl} Y o o (3.34) (3.185) οι οποίες δίνουν το μέσο και ενεργό ρεύμα μέσα από το ημιαγωγικό διακοπτικό στοιχείο

82 Κεφάλαιο 3 Από την σχέση 3.4α υπολογίζουμε την εξίσωση του ρεύματος που διαρρέει το ημιαγωγικό στοιχείο: ( n = ) (3.36) και από την σχέση 3.34 έχουμε p (,gh = 6 # i { 1 k i ) Y} Y = o = 6 # o > 4 p 6 # i { 1 k i cos ) Y} Y o o και αντικαθιστώντας την μέγιστη τάση με τον λόγο Μ έχουμε τελικά: ( n,gh, = 3 3 4# J U ' > (3.37) Αντίστοιχα υπολογίζουμε και την ενεργό τιμή η οποία προκύπτει: ( n,z, = z #ˆ D > ' R (3.38) To μέγιστο (peak) ρεύμα μπορεί να υπολογιστεί από την κυματομορφή του ρεύματος στο πηνίο και προκύπτει ( n,z[, = 3 2 D U ' (3.39) Από την τοπολογία του κυκλώματος προκύπτει ότι το μέγιστο ρεύμα του ημιαγωγικού διακόπτη είναι ίσο με το μέγιστο ρεύμα στα πηνία και την δίοδο του μετατροπέα και στις διόδους της γέφυρας, δηλαδή ( n,z[, = ( f,z[, = (,Z[, = ( f,z[, (3.40) Tα μέσα ρεύματα των διόδων της γέφυρας θα προκύψουν από την σχέση αν λάβουμε υπόψιν την τοπολογία του κυκλώματος. ( f,gh, = 1 3 ( n,gh, + ( f,gh, Š (3.41)

83 Κεφάλαιο 3 Τέλος, λαμβάνοντας υπόψιν την παραδοχή που κάναμε για ιδανικά στοιχεία κατά την ανάλυση μας μπορούμε να υπολογίσουμε την μέγιστη τιμή της βασικής αρμονικής του ρεύματος εισόδου ως εξής d = d => 3 ( U = ( => (3.42) ( U, = 2d 3, (3.43) ή εκφρασμένο με την κανονικοποιημένη ισχύ εξόδου και τον λόγο Μ όπου ( U, = 2 3 Dd, (3.44) C D = (3.45) 3 ~,~ β) Μέγιστες τάσεις Aπο την τοπολογία του μετατροπέα προκύπτει ότι, η μέγιστη τάση που δέχονται το ημιαγωγικό διακοπτικό στοιχείο, η δίοδος boost, οι δίοδοι της γέφυρας και οι πυκνωτές εξόδου είναι ίση με την τάση εξόδου, δηλαδή ισχύει η σχέση n,z[ = f,z[ = Œ,Z[ = f,z[ = (3.46) 3.6 Αριθμητική εφαρμογή Στην ενότητα αυτή θα πραγματοποιηθεί μια αριθμητική εφαρμογή της παραπάνω θεωρητικής ανάλυσης τα αποτελέσματα της οποίας θα χρησιμοποιηθούν για την διαστασιολόγηση και την επιλογή των επιμέρους στοιχείων του κυκλώματος, αφού επιβεβαιωθούν και από την προσομοίωση του μετατροπέα σε υπολογιστικό περιβάλλον. Αρχικά θεωρούμε τις εξής παραμέτρους Μέγιστη πολική τάση εισόδου 100 Vrms Ελάχιστη πολική τάση εισόδου 40 Vrms Μέγιστη ισχύς εξόδου 1000 W για την μέγιστη τάση εισόδου Ελάχιστη ισχύς εξόδου 50 W για την ελάχιστη τάση εισόδου Διακοπτική συχνότητα λειτουργίας 40 khz

84 Κεφάλαιο 3 Τάση εξόδου 350 Vdc Ο λόγος των τάσεων εξόδου - εισόδου είναι D Z = 3,,Z[ = D Z = 0.404% (3.47) D Z[ = 3,,Z = D Z[ = 0.162% (3.48) Από το γράφημα 3.12 για δ = 1 και για τους παραπάνω λόγους 1/Μ βρίσκουμε δυο τιμές για την μέγιστη ισχύ εξόδου στο όριο DCM CCM. d,,& Z[ = (3.49) d,,& Z = (3.5019) H περιοχή λειτουργίας ορίζεται από την παρακάτω σχέση έτσι ώστε να βρίσκεται πάντα κάτω από την καμπύλη για Dcrit < 1, δηλαδή ο μετατροπέας να λειτουργεί σε DCM. d,,f&žu = d, D U,'B], D U ED U Z,D U Z[ F (3.51) Εικόνα 3.13 : Λειτουργία στο όριο DCM - CCM

85 Από την σχέση 3.27 μπορούμε να υπολογίσουμε την τιμή της επαγωγής για την οποία ο μετατροπέας θα λειτουργεί στο όριο CCM DCM. Κεφάλαιο 3 2 3* )&U = > d,,f& U = 285 (3.5220) d, Αντίστοιχα για την μέγιστη ισχύ εξόδου προκύπτει ) &> = 71.4 (3.5321) Επομένως για να λειτουργεί ο μετατροπέας πάντα σε DCM θα πρέπει να επιλέξουμε μια τιμή μικρότερη της μικρότερης τιμής στο όριο. Η τιμή αυτή επιλέχτηκε 25μΗ λαμβάνοντας υπόψιν και έναν συντελεστή ασφαλείας. Από την σχέση 3.29 ή την 3.31 μπορεί να υπολογιστεί ο λόγος κατάτμησης για τα παραπάνω δεδομένα. Έτσι για την ελάχιστη και τη μέγιστη τάση εισόδου και ισχύ εξόδου προκύπτει :,,Z = 100 d = 1000 o ' Z[ = 0.352,,Z = 40 d = 50 o ' Z = Σχήμα 3.14 Περιοχή λειτουργίας μετατροπέα (Dmax = 0.5)

86 Κεφάλαιο 3 Η ενεργός τιμή του ρεύματος που διέρχεται από το διακοπτικό ημιαγωγικό στοιχείο του μετατροπέα προκύπτει με βάση τη σχέση 3.38 ( n,z, = (3.54) το οποίο αν πολλαπλασιαστεί με την βάση ρεύματος που δίνεται από την σχέση 3.27 θα μας δώσει το ρεύμα σε αμπέρ. ( = (3.55) ( n,z = 9.43 (3.56) To μέσο και μέγιστο ρεύμα προκύπτει από τις σχέσεις 3.37 και 3.39 πολλαπλασιασμένες με τη βάση ρεύματος ( n,gh = 4.84 (3.57) ( n,z[ = 28.8 (3.5822) Αντίστοιχα υπολογίζουμε την μέση τιμή του ρεύματος που διέρχεται από την δίοδο εξόδου και των διόδων της τριφασικής γέφυρας, το οποίο προκύπτει από τις σχέσεις 3.32 και 3.41 ( f,gh = 2.85 (3.59) ( f,gh = 2.56 (3.6023) Η μέγιστη τιμή της βασικής αρμονικής του ρεύματος εισόδου προκύπτει από την σχέση 3.44: (,U, = 8.1 (3.61) Τέλος η μέγιστη τάση στο διακοπτικό στοιχείο, στην δίοδο εξόδου, στις διόδους της γέφυρας και στους πυκνωτές εξόδου είναι 350V ίση δηλαδή με την τάση εξόδου. 3.7 Συστημική προσέγγιση Μοντέλο μικρού σήματος Στην ενότητα αυτή αναπτύσσεται το μοντέλο μικρού σήματος του μετατροπέα, έτσι ώστε να μελετηθεί η απόκριση του για μεταβολές τάσης εισόδου και φορτίου στην έξοδο. Αρχικά κατασκευάζεται το ισοδύναμο κύκλωμα του μετατροπέα χρησιμοποιώντας τα ισοδύναμα του διακοπτικού στοιχείου και των διόδων. Στην συνέχεια, χρησιμοποιώντας θεωρία κυκλωμάτων εξάγονται οι συναρτήσεις μεταφοράς που μας ενδιαφέρουν. Τα στοιχεία του κυκλώματος προσομοιώνονται με πηγές ρεύματος σύμφωνα με την μέθοδο CEICA (Current Equivalent Injected Circuit Approach) [24]. Για την ανάλυση αυτή θα θεωρήσουμε το μοντέλο μικρού σήματος για τον ημιαγωγικό διακόπτη στην ασυνεχή περιοχή λειτουργίας [25]

87 Κεφάλαιο 3 Από την προσεγγιστική σχέση 3.31 πολλαπλασιάζοντας με την βάση ρεύματος προκύπτει το μέσο ρεύμα εξόδου ως: ( = ' > D)* D 1.67 = U > ' > )* 1.67 U Š (3.62) όπου V1 = Vin,L-N,pk και Μ = Vo/ Vin,L-N,pk Θεωρώντας τις παρακάτω διαταραχές = š + œ U = š U + œ U (3.63) ( = ( š + ž ' = 'š +YŸ ( U = ( U š + U ž έχουμε ( š + ž = š U + œ > U 'š +YŸŠ > )* š + œ 1.67 š U + œ => U και αν αγνοήσουμε τους τετραγωνικούς όρους των διαταραχών ή το γινόμενο τους προκύπτει 2)* ( š + ž š + œ 1.67 š U + œ U = 1.46Hš > U 'š > +2š > U 'šyÿ +š > YŸ> U +2š U œ'š > U + 2š U œ2'šyÿ U +2š œyÿ> U U + œ > U 'š > +2'šYŸ œ > U + œ > YŸ> U I => ( š š +( š œ ( š 1.67 œ( 1 š + C š + C œ C 1.67 C C œ 1 = )* 1 ' š ' šy œ' š2 1 Συνεχίζοντας τις πράξεις τελικά προκύπτει ότι: 1.46š > U 'š ž = YŸ )* C 1.67š ( š C ž C U C 1.67 šˆ+ œ U 1.67( š C)* š'š > U ˆ+ U )* C 1.67š U όπου C οι σταθεροί όροι οι οποίοι επίσης μπορούν να αγνοηθούν : Τελικά προκύπτει η σχέση = ( C C 1.67š U(C š 1.46š > U 'š > /2)* C 1.67š U

88 Κεφάλαιο 3 ž = > YŸ + > ž 1 1 ž C (3.64) ] 2 που συνδέει τις μεταβολές του ρεύματος εξόδου, με του λόγου κατάτμησης, της τάσης εισόδου και της τάσης εξόδου με 1.46š > U 'š > = )* C 1.67š U > = 1.67( š C)* š'š > U )* C 1.67š U (3.65) ] > = š ( š Σε αυτό το σημείο παρατηρούμε ένα χαρακτηριστικό αυτής της τοπολογίας, δηλαδή ότι η αντίσταση εξόδου r2 δεν είναι ίση με το φορτίο, αλλά μικρότερη. Σχήμα 3.15 Ισοδύναμο μικρού σήματος εξόδου Θεωρώντας μηδενικές απώλειες, δηλαδή Pin = Pout από την σχέση 3.32 βρίσκουμε την έκφραση του ρεύματος εισόδου U ' > ( U = 2)* 1.67 U Š (3.66) Ακολουθώντας την ίδια διαδικασία προκύπτει η σχέση που συνδέει τις μεταβολές του ρεύματος εισόδου σε σχέση με τις συνθήκες λειτουργίας. Už = U YŸ + U ž C + 1 ž 1 (3.6724) ] 1 με

89 Κεφάλαιο 3 U = 0.973š U 'š š )* C 1.67š U U = 0.487š U'š > 1 ( šˆ )* U C 1.67š U (3.68) ] U = š ' š2 )* +1.67( 1 š Σχήμα 3.16 Ισοδύναμο μικρού σήματος εισόδου Από τα ισοδύναμα κυκλώματα μπορούμε τώρα να εξάγουμε τις παρακάτω συναρτήσεις μεταφοράς: œ Y = > ] ] +1 (3.69) œ œ = >] U ] +1 (3.70) όπου req ο παράλληλος συνδυασμός της αντίστασης εξόδου και του φορτίου. Από τις προδιαγραφές που έχουμε θέσει για το σύστημα μας στην ενότητα προκύπτουν οι παραπάνω συναρτήσεις μεταφοράς: œ Y = (3.71) œ œ = U (3.72)

90 Κεφάλαιο 3 Χρησιμοποιώντας τις παραπάνω συναρτήσεις μεταφοράς μπορούμε να έχουμε την απόκριση του συστήματος με έλεγχο κλειστού βρόχου για μεταβολές της τάσης εισόδου ή του φορτίου. Στο σχήμα 3.17 φαίνεται το παραπάνω σύστημα όπως υλοποιήθηκε σε περιβάλλον Matlab/Simulink. Χρησιμοποιήθηκε ένας PI ελεγκτής με κέρδη Κp = και Ki = 2. Σχήμα 3.17 Σύστημα κλειστού βρόχου Σχήμα 3.18 Απόκριση τάσης εξόδου για μια μεταβολή 20V (100Vrms -> 80Vrms πολική) της τάσης εισόδου και σταθερό φορτίο (1000W) όπως προκύπτει με βάση την συνάρτηση μεταφοράς

91 Κεφάλαιο 3 Σχήμα 3.19 Μεταβολή λόγου κατάτμησης για την ίδια μεταβολή τάσης εισόδου Στην συνέχεια έχουμε πάλι την απόκριση της τάσης εξόδου αυτή την φορά κρατώντας σταθερή την τάση εισόδου (100Vrms πολική) και μεταβάλλοντας το φορτίο στην έξοδο από 1000W στα 700W. Παρατηρούμε ότι εδώ η υπερύψωση που δημιουργείται είναι μεγαλύτερη. Σχήμα 3.20 Απόκριση τάσης εξόδου για μια μεταβολή φορτίου 300W (1000W->700W) με σταθερή τάση εισόδου

92 Κεφάλαιο 3

93 Κεφάλαιο 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΣΕ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ MATLAB/SIMULINK 4.1 Προδιαγραφές Για την προσομοίωση του μετατροπέα με τη χρήση του λογισμικού Matlab/Simulink κρίθηκε αναγκαίο να τεθούν κάποιες προδιαγραφές ώστε να μπορούν εύκολα να συγκριθούν τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων καθώς και των πειραματικών αποτελεσμάτων σε επόμενο στάδιο. Επομένως τέθηκαν κάποια όρια στην τάση εισόδου και εξόδου και στην μέγιστη ισχύ εξόδου με βάση τα οποία το σύστημα προσομοιώθηκε και σχεδιάστηκε. Οι παρακάτω προδιαγραφές προέκυψαν με βάση την θεωρητική ανάλυση έτσι ώστε ο μετατροπέας να βρίσκεται πάντα σε ασυνεχή περιοχή λειτουργίας. Μέγιστη πολική τάση εισόδου 100 Vrms Ελάχιστη πολική τάση εισόδου 40 Vrms Μέγιστη ισχύς εξόδου 1000 W Ελάχιστη ισχύς εξόδου 50 W Tάση εξόδου μετατροπέα 350 Vdc Διακοπτική συχνότητα λειτουργίας 40 khz Με βάση τις παραπάνω προδιαγραφές ακολουθούν τα αποτελέσματα της προσομοίωσης του μετατροπέα. Οι αντιστάσεις των πηνίων, οι αντιστάσεις αγωγής των διόδων και του διακοπτικού στοιχείου καθώς και οι εσωτερικές αντιστάσεις των πυκνωτών αμελήθηκαν χωρίς να έχουμε μεγάλο σφάλμα στα αποτελέσματα των προσομοιώσεων. 4.2 Προσομοίωση με πηγή τάσης σταθερής συχνότητας Σχήμα 4.1 Συνολικό σύστημα

94 Κεφάλαιο 4 Παραπάνω φαίνεται η συνολική διάταξη που προσομοιώθηκε σε υπολογιστικό περιβάλλον. Η ανεμογεννήτρια σε αυτό το στάδιο προσομοιώθηκε με μια πηγή σταθερής τάσης και συχνότητας 50Ηz. Αν και η συχνότητα της παραγόμενης τάσης από την ανεμογεννήτρια μεταβάλλεται ανάλογα με τις στροφές της, η θεώρηση αυτή δίνει καλά αποτελέσματα αφού βρίσκεται στην ασφαλή πλευρά. Λαμβάνοντας υπόψιν ότι η γεννήτρια είναι πολυπολική, η τάση στην ονομαστική ισχύ θα έχει συχνότητα μεγαλύτερη των 50Hz. Επομένως το αρμονικό περιεχόμενο του ρεύματος θα εμφανίζεται σε υψηλότερες συχνότητες που σημαίνει ότι το LC φίλτρο το οποίο έχει σταθερή συχνότητα αποκοπής, θα φιλτράρει καλύτερα το ρεύμα εισόδου. Σε σειρά με την γεννήτρια έχουμε ένα LC φίλτρο με τιμές 1mH, 2.2uF που χρησιμοποιείται για να αποκόψει τις ανώτερες αρμονικές του ρεύματος εισόδου. Στην συνέχεια, τα τρία πηνία του μετατροπέα boost με τιμές 25μΗ και η τριφασική ανορθωτική γέφυρα με διόδους ισχύος. Ακολουθεί το mosfet ισχύος, η δίοδος του μετατροπέα boost και ο πυκνωτής εξόδου με τιμή 0.94mF ίση με αυτή που θα χρησιμοποιηθεί αργότερα στην κατασκευή. Το φορτίο εξόδου προσομοιώθηκε με μία ωμική αντίσταση. Ακολουθούν τα αποτελέσματα της προσομοίωσης για τις μέγιστες συνθήκες λειτουργίας Ρεύμα πηνίου boost Με βάση τις παραπάνω παραμέτρους μπορούμε να δούμε κάποιες χαρακτηριστικές κυματομορφές που προκύπτουν από την προσομοίωση του μετατροπέα. Στο σχήμα 4.2 φαίνεται η κυματομορφή του ρεύματος στο πηνίο της φάσης R του boost μετατροπέα στην μόνιμη κατάσταση λειτουργίας. Παρατηρούμε ότι το ρεύμα αυτό είναι παλμικό και το μέγιστο αυτών των παλμών έχει ημιτονοειδή περιβάλλουσα. Παρατηρούμε επίσης ότι το ρεύμα έχει διαστήματα μηδενισμού, πράγμα που σημαίνει ότι όντως ο μετατροπέας λειτουργεί σε ασυνεχή αγωγή. Προκύπτει ότι η μέγιστη τιμή του ρεύματος αυτού είναι 32Α. Σχήμα 4.2 Ρεύμα πηνίου φάσης R

95 Κεφάλαιο 4 Σχήμα 4.3 Ρεύμα πηνίου φάσης R (μεγέθυνση) Στην παρακάτω εικόνα φαίνονται τα ρεύματα των πηνίων του μετατροπέα boost και των τριών φάσεων. Παρατηρούμε ότι έχουν την ίδια ακολουθία των τάσεων εισόδου και έχουν διαφορά φάσης 120 μοίρες καθώς και ότι και τα τρία ρεύματα έχουν το ίδιο μέγιστο 32Α αφού και τα τρία πηνία έχουν την ίδια τιμή.. Σχήμα 4.4 Ρεύμα και στα τρία πηνία του μετατροπέα

96 Κεφάλαιο 4 Μεγεθύνοντας την παραπάνω κυματομορφή μπορούμε να παρατηρήσουμε τις φάσεις που αναλύθηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο. Στην παρακάτω εικόνα μπορούμε να δούμε την πρώτη φάση κατά την οποία το ημιαγωγικό στοιχείο άγει και το ρεύμα και των τριών φάσεων αυξάνεται. Στην συνέχεια το διακοπτικό ημιαγωγικό στοιχείο σβήνει, τα τρία ρεύματα αρχίζουν και μειώνονται με το ρεύμα της φάσης R μηδενίζεται πρώτο έχοντας τη μικρότερη τιμή. Ακολουθεί η απομαγνήτιση των πηνίων των φάσεων S και Τ με το ρεύμα τους να μειώνεται με διαφορετικό τώρα ρυθμό. Το ρεύμα αυτό μηδενίζεται και επομένως επιβεβαιώνουμε την DCM λειτουργία. Σχήμα 4.5 Φάσεις του ρεύματος και των τριών πηνίων Τάση και ρεύμα εξόδου Η εικόνα 4.6 μας δείχνει την τάση εξόδου του μετατροπέα. Μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι με αφόρτιστο πυκνωτή εξόδου προκαλείται μια υπερύψωση περίπου 430V μέχρι τελικά η τάση να σταθεροποιηθεί στην τάση αναφοράς 350V αφού πραγματοποιήσει μια μικρή ταλάντωση. Αυτό συμβαίνει εξαιτίας των μεγάλων πυκνωτών που έχουμε στην έξοδο, που απαιτούν μεγάλο ρεύμα για να φορτιστούν

97 Κεφάλαιο 4 Σχήμα 4.6 : Τάση εξόδου για Vco (0) = 0 Αντίθετα, αν παλμοδοτήσουμε τον μετατροπέα αφού έχουν φορτιστεί οι πυκνωτές εξόδου, (όπως θα συμβεί και στο πραγματικό σύστημα) παρατηρούμε ότι η μετάβαση στην τάση εξόδου μόνιμης κατάστασης είναι πολύ πιο ομαλή και χωρίς μεγάλη υπερύψωση. H τάση στην οποία θα φορτιστούν οι πυκνωτές έχοντας σβηστό τον ημιαγωγικό διακόπτη θα είναι ίση με την τάση που θα προκύψει από την τριφασική ανορθωτική γέφυρα δηλαδή, 0 3 6, 135 (4.1) Για την παραπάνω αρχική τάση του πυκνωτή εξόδου η τάση εξόδου που προκύπτει φαίνεται στην εικόνα 4.7 στην οποία παρατηρούμε ότι η μέγιστη τιμή της τάσης εξόδου είναι 380V. Η απόκριση αυτή θα βελτιωθεί περαιτέρω με την κατάλληλη επιλογή των κερδών του PI ελεγκτή. Σχήμα 4.7 Τάση εξόδου με αρχική φόρτιση των πυκνωτών

98 Κεφάλαιο 4 Μεγεθύνοντας την παραπάνω κυματομορφή μπορούμε να δούμε την κυμάτωση της τάσης εξόδου η οποία προκύπτει περίπου 0.4Vp-p. Η κυμάτωση αυτή είναι σαφώς μικρότερη από αυτή που θα προκύψει τελικά κατα την υλοποίηση αφού σύμφωνα με τις παραδοχές που κάναμε θεωρήσαμε ιδανικά στοιχεία. Σχήμα 4.8 Κυμάτωση τάσης εξόδου Χρησιμοποιώντας το ενσωματωμένο εργαλείο του περιβάλλοντος Matlab/Simulink μπορούμε να δούμε το αρμονικό περιεχόμενο αυτής της τάσης το οποίο φαίνεται στην εικόνα 4.9. Παρατηρούμε ότι η τάση εξόδου περιέχει την βασική αρμονική στα 0Hz καθώς και ανώτερες αρμονικές όπως την αρμονική που προκύπτει από την γέφυρα ανόρθωσης στα 300Ηz και την αρμονική στην διακοπτική συχνότητα λειτουργίας 40kHz. Σχήμα 4.9 Αρμονικό περιεχόμενο τάσης εξόδου

99 Κεφάλαιο 4 Ομοίως, παρακάτω φαίνεται η κυματομορφή του ρεύματος εξόδου, καθώς και το αρμονικό του περιεχόμενο το οποίο είναι ίδιο με της τάσης αφού έχουμε χρησιμοποιήσει ωμικό φορτίο. Σχήμα 4.10 Ρεύμα εξόδου Τάση και ρεύμα στο ημιαγωγικό διακοπτικό στοιχείο Στις παρακάτω εικόνες φαίνονται το ρεύμα και η τάση στο ημιαγωγικό διακοπτικό στοιχείο. Στην εικόνα 4.11 φαίνεται το ρεύμα στο ημιαγωγικό διακοπτικό στοιχείο του οποίου η μέγιστη τιμή ακολουθεί την τάση που προκύπτει από την ανορθωτική τριφασική γέφυρα. Το ρεύμα αυτό είναι διακοπτικό με συχνότητα 40 khz όπως μπορούμε να δούμε και από την μεγέθυνση του και αποτελεί το πρώτο κομμάτι του ρεύματος πηνίου. Σχήμα 4.11 Ρεύμα στο διακοπτικό στοιχείο

100 Κεφάλαιο 4 Σχήμα 4.12 Ρεύμα στο διακοπτικό στοιχείο (μεγέθυνση) Παρατηρούμε ότι το παραπάνω ρεύμα είναι τριγωνικό όπως και στον απλό boost μετατροπέα, έχει μέγιστο περίπου 31Α και ενεργό τιμή 9.8Α. Παρακάτω φαίνεται η τάση που δέχεται ο ημιαγωγικός διακόπτης με μέγιστη τιμή 350V όταν ο διακόπτης είναι κλειστός και τάση περίπου 140V, ίση δηλαδή με την πολική τάση εισόδου. Όταν ο διακόπτης άγει η πτώση τάσης πάνω του είναι μηδενική. Σχήμα 4.13 Τάση στο ημιαγωγικό διακοπτικό στοιχείο

101 Κεφάλαιο Τάση και ρεύμα στην δίοδο εξόδου Σε αντιστοιχία με το mosfet ισχύος, παρακάτω βλέπουμε τις κυματομορφές ρεύματος και τάσης στην δίοδο του μετατροπέα boost. Παρατηρούμε ότι το μέγιστο ρεύμα της διόδου ακολουθεί την τάση της τριφασικής ανορθωτικής γέφυρας και έχει την ίδια τιμή με αυτή του mosfet ισχύος. Επίσης παρατηρούμε ότι το ρεύμα αυτό είναι το δεύτερο κομμάτι του ρεύματος πηνίου. Προκύπτει ότι η μέγιστη τιμή είναι 29.4Α, η ενεργός τιμή 8.5Α και η μέση 3.5Α. Σχήμα 4.14 Ρεύμα διόδου boost Σχήμα 4.15 Ρεύμα διόδου boost (μεγέθυνση)

102 Κεφάλαιο 4 Όπως και στο mosfet ισχύος, η μέγιστη τάση που δέχεται η δίοδος εξόδου είναι 350V και φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Αφού μηδενιστεί το ρεύμα στο πηνίο, η τάση στην δίοδο είναι Vo Vin = = 210V Σχήμα 4.16 Τάση στα άκρα της διόδου Τάση και ρεύμα στις διόδους της γέφυρας Παρακάτω φαίνονται οι κυματομορφές του ρεύματος και της τάσης στην δίοδο ένα της τριφασικής ανορθωτικής γέφυρας. Παρατηρούμε ότι το ρεύμα αποτελείται μόνο από τα θετικά τμήματα του ρεύματος του πηνίου αφού η δίοδος δεν άγει ανάστροφα. Η μέγιστη τιμή του ρεύματος προκύπτει 31Α, η ενεργός τιμή 7A και η μέση τιμή 2.9Α. Σχήμα 4.17 Ρεύμα διόδου γέφυρας

103 Κεφάλαιο 4 Σχήμα 4.18 Ρεύμα διόδου γέφυρας (μεγέθυνση) Στην εικόνα 4.19 φαίνεται η κυματομορφή της τάση στην δίοδο της τριφασικής γέφυρας. Παρατηρούμε πάλι, ότι η μέγιστη ανάστροφη τάση που δέχεται η δίοδος είναι 350V. Σχήμα 4.19 Τάση στην δίοδο της γέφυρας

104 Κεφάλαιο 4 Σχήμα 4.20 Τάση στα άκρα της διόδου της γέφυρας Ρεύμα εισόδου Η μορφή του ρεύματος εισόδου είναι αυτή που τελικά θα καθορίσει τον συντελεστή ισχύος και την ολική αρμονική παραμόρφωση που μπορούμε να επιτύχουμε. Το διακοπτικό ρεύμα των τριών πηνίων φιλτράρεται ώστε να πάρουμε μόνο την βασική αρμονική των 50Hz. Αυτό επιτυγχάνεται με ένα LC φίλτρο με τιμές 1mH, 2.2uF του οποίου η συχνότητα αποκοπής είναι (4.2) 2 και η απόκριση συχνότητας μπορεί να προκύψει αν θεωρήσουμε την συνάρτηση μεταφοράς του ίση με 1 +1 Παρακάτω μπορούμε να δούμε γραφικά την απόκριση συχνότητας και να επιβεβαιώσουμε την παραπάνω συχνότητα αποκοπής. Παρατηρούμε στα 3.4kHz το μέτρο πέφτει με -40db/dec λόγω του διπλού πόλου. Επιλέγοντας μεγαλύτερη τιμή του πηνίου του φίλτρου και τον κατάλληλο πυκνωτή μπορούμε να επιτύχουμε μια μικρότερη συχνότητα αποκοπής και συνεπώς το ρεύμα να έχει μικρότερο αρμονικό περιεχόμενο. (4.3)

105 Κεφάλαιο 4 Σχήμα 4.21 Απόκριση συχνότητας φίλτρου εισόδου Στην εικόνα 4.22 μπορούμε να δούμε την τελική μορφή του ρεύματος εισόδου. Παρατηρούμε ότι έχει έναν ημιτονοειδή χαρακτήρα, με ανώτερες όμως αρμονικές. Αυτές οι ανώτερες αρμονικές, οφείλονται στην τοπολογία του μετατροπέα και εξαρτώνται κατά κύριο λόγο από τους παράγοντες που αναφέρθηκαν σε προηγούμενο κεφάλαιο. Σχήμα 4.22 Ρεύμα εισόδου Παρακάτω φαίνεται η τάση εισόδου και το ρεύμα εισόδου στον χρόνο. Μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι η μετατόπιση του ρεύματος σε σχέση με την τάση είναι σχεδόν μηδενική, με αποτέλεσμα ο συντελεστής ισχύος να εξαρτάται κατά κύριο λόγο από την ολική αρμονική παραμόρφωση (ΤΗD) και να είναι της τάξης του 98%

106 Κεφάλαιο 4 Σχήμα 4.23 Τάση (κόκκινο) και ρεύμα (πράσινο) εισόδου Χρησιμοποιώντας το ενσωματωμένο εργαλείο για τον υπολογισμό του μετασχηματισμού Fourier προκύπτει το αρμονικό περιεχόμενο του παραπάνω ρεύματος εισόδου. Ένα συνοπτικό γράφημα φαίνεται στην εικόνα 4.24 από το οποίο μπορούμε να διακρίνουμε την βασική αρμονική στα 50Hz καθώς και τις ανώτερες που επικρατούν στα 250Ηz (5η) και 350Ηz (7η). Σχήμα 4.24 Αρμονικό περιεχόμενο ρεύματος εισόδου Το μέτρο των παραπάνω αρμονικών σε σχέση με τη βασική αρμονική παρουσιάζεται στον παρακάτω πίνακα. Οι υπόλοιπες αρμονικές εκτός των 5 και 7 αγνοούνται αφού είναι μηδενικές ή αμελητέες. Αρμονική (#) 1η 5η 7η THD (%) Πίνακας 4.1 : Πλάτος αρμονικών ρεύματος εισόδου

107 Κεφάλαιο 4 Ενδιαφέρον παρουσιάζει το ρεύμα εισόδου για την ελάχιστη τάση/ισχύ εξόδου. Όπως μπορούμε να παρατηρήσουμε, το ρεύμα για αυτά τα δεδομένα έχει πολύ μικρότερο αρμονικό περιεχόμενο, αφού ο λόγος Μ μεγαλώνει, πράγμα που επιβεβαιώνει την θεωρητική ανάλυση. Σχήμα 4.25 Ρεύμα εισόδου για Vin,L-L,rms = 40V Po = 50W Αντίστοιχα με την προηγούμενη περίπτωση μπορούμε να υπολογίσουμε το αρμονικό περιεχόμενο του παραπάνω ρεύματος Σχήμα 4.26 Αρμονικό περιεχόμενο για Vin = 40V Po = 50W Το μέτρο των παραπάνω αρμονικών φαίνεται στον παρακάτω πίνακα. Όπως μπορούμε να δούμε η ολική αρμονική παραμόρφωση είναι πολύ μικρότερη από την προηγούμενη περίπτωση περίπου 3.3%. Αρμονική (#) 1η 5η 7η THD (%) Πίνακας 4.2 : Πλάτος αρμονικών ρεύματος εισόδου για Vin,L-L,rms = 40V Po = 50W

108 Κεφάλαιο Παλμοδότηση Για τον έλεγχο του μετατροπέα χρησιμοποιήθηκε PI ελεγκτής όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Αρχικά υπολογίζεται η διαφορά της τάσης αναφοράς από την τάση εξόδου. Το σφάλμα αυτό ολοκληρώνεται και ενισχύεται και τελικά η έξοδος του ελεγκτή περιορίζεται ώστε ο μέγιστος λόγος κατάτμησης να μην ξεπεράσει μια μέγιστη τιμή. Αυτό το σήμα ελέγχου συγκρίνεται με ένα τριγωνικό συχνότητας ίσης με τη διακοπτική συχνότητα που έχουμε επιλέξει και από αυτήν την σύγκριση προκύπτουν οι παλμοί ελέγχου οι οποίοι θα οδηγήσουν το διακοπτικό στοιχείο. Κατά την προσομοίωση οι παλμοί αυτοί είναι λογικού τύπου, αφού τα στοιχεία που χρησιμοποιούμε είναι ιδανικά. Σχήμα 4.27 PI ελεγκτής Παλμογεννήτρια Σχήμα 4.28 Πάνω: τριγωνική κυματομορφή και σήμα ελέγχου. Κάτω: παλμοί ελέγχου

109 Κεφάλαιο 4 Σχήμα 4.29 Μεταβολή λόγου κατάτμησης στο χρόνο για Vin = 100V Po = 1000W Στην εικόνα 4.29 φαίνεται η μεταβολή του λόγου κατάτμησης σε συνάρτηση με το χρόνο. Αρχικά παρατηρούμε ότι ο λόγος κατάτμησης παίρνει την μέγιστη τιμή εφόσον η διαφορά τάσης αναφοράς από την πραγματική τάση εξόδου είναι πολύ μεγάλη. Όσο η τάση εξόδου ανεβαίνει, το σφάλμα αυτό μικραίνει μέχρι να γίνει μηδενικό όταν σταθεροποιείται και ο λόγος κατάτμησης. H τιμή του λόγου κατάτμησης του παραπάνω σχήματος προκύπτει 0.37, αρκετά κοντά στην θεωρητικά υπολογισμένη (0.352). 4.3 Προσομοίωση με πηγή τάσης μεταβλητής συχνότητας Σε αυτό το σημείο τοποθετήθηκε στην είσοδο του μετατροπέα μια πηγή τάσης μεταβλητής συχνότητας. Η δοκιμή που πραγματοποιήθηκε είναι για πολική τάση εισόδου 100 Vrms, φορτίο στην έξοδο 1000W και σταθερή διακοπτική συχνότητα 40 khz. Παρακάτω φαίνεται η κυματομορφή της τάσης και του ρεύματος εισόδου για μια βηματική μεταβολή της συχνότητας από 200Ηz στα 300Ηz κατά το χρονικό διάστημα 0.1s 0.11s. Όπως μπορούμε να παρατηρήσουμε το ρεύμα μένει πάντα συμφασικό με την τάση που σημαίνει ότι η μεταβολή της συχνότητας δεν εισάγει διαφορά φάσης μεταξύ των δυο μεγεθών

110 Κεφάλαιο 4 Σχήμα 4.30 Τάση και ρεύμα εσόδου για μεταβολή της συχνότητας Χρησιμοποιώντας το ενσωματωμένο εργαλείο για την αρμονική ανάλυση του ρεύματος εισόδου παρατηρούμε ότι για την συχνότητα των 200Hz προκύπτει ΤHD ίσο με 5.6%, ενώ για 300Hz προκύπτει 4.5%. Επομένως, παρατηρούμε ότι όσο μεγαλώνει η συχνότητα της τάσης εισόδου τόσο μικραίνει η ολική αρμονική παραμόρφωση. Αυτό, όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως, οφείλεται στην μετατόπιση των αρμονικών στο πεδίο της συχνότητας με αποτέλεσμα το LC φίλτρο της εισόδου (που έχει σταθερή συχνότητα αποκοπής) να φιλτράρει καλύτερα το ρεύμα εισόδου. H μεταβολή της συχνότητας της τάσης εισόδου σε αυτά τα όρια δεν επηρεάζει την λειτουργία του μετατροπέα και οι κυματομορφές της τάσης και του ρεύματος των στοιχείων του κυκλώματος είναι αντίστοιχες με αυτές που προκύπτουν χρησιμοποιώντας πηγή σταθερής συχνότητας

111 Κεφάλαιο 5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ 5.1 Κατασκευή μετατροπέα Επιλογή στοιχείων κυκλώματος ισχύος Επιλογή διακοπτικού ημιαγωγικού στοιχείου Η επιλογή του διακοπτικού ημιαγωγικού στοιχείου του μετατροπέα έγινε με βάση δυο κύρια χαρακτηριστικά. Την μέγιστη τάση που θα εμφανίζεται στα άκρα του και το ενεργό ρεύμα που θα διέρχεται από αυτό κατά την λειτουργία του. Έτσι, σύμφωνα με τις προδιαγραφές που ορίσαμε (μέγιστη πολική τάση εισόδου 100Vrms και τάση εξόδου 350V) η μέγιστη τάση που εμφανίζεται στα άκρα του διακοπτικού στοιχείου είναι ίση με την τάση εξόδου, δηλαδή 350V. Επομένως αν λάβουμε υπόψιν έναν συντελεστή ασφάλειας 20%, η μέγιστη τάση που θα πρέπει να αντέχει το διακοπτικό στοιχείο θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 420V. To δεύτερο χαρακτηριστικό που θα πρέπει να ικανοποιεί το διακοπτικό στοιχείο είναι η ενεργός τιμή του ρεύματος που θα διέρχεται από αυτό κατά την λειτουργία του μετατροπέα, η οποία σύμφωνα με τις προσομοιώσεις και την θεωρητική ανάλυση προέκυψε περίπου 10Α. Άρα λαμβάνοντας πάλι έναν συντελεστή ασφαλείας της τάξης του 20% το διακοπτικό στοιχείο θα πρέπει να αντέχει περίπου 12Α ενεργό τιμή ρεύματος. Οι βασικές κατηγορίες από τις οποίες μπορούσαμε να επιλέξουμε διακοπτικό στοιχείο ήταν τρείς, MOSFET ισχύος, BJT ισχύος και IGBT. Τελικά επιλέχτηκε το MOSFET ισχύος για τους παρακάτω λόγους [26]: Μπορεί να δουλέψει σε υψηλή διακοπτική συχνότητα, στην περίπτωση μας 40kHz. H έναυση του γίνεται με παλμούς τάσης και όχι ρεύματος, πράγμα που κάνει το κύκλωμα ελέγχου πιο απλό και μειώνει τις απώλειες στο κύκλωμα ελέγχου. Η σβέση του είναι εύκολη αφού επιτυγχάνεται αφαιρώντας τον παλμό, επομένως δεν απαιτεί κάποιο επιπλέον κύκλωμα σβέσης. Κάποια άλλα χαρακτηριστικά που λήφθηκαν υπόψιν στην επιλογή του διακοπτικού στοιχείου είναι : Η αντίσταση μεταξύ drain και source Rds να είναι όσο το δυνατό μικρότερη ώστε να μειώνονται οι απώλειες αγωγής Το διακοπτικό στοιχείο να έχει μικρούς χρόνους έναυσης και σβέσης ώστε να μειώνονται όσο το δυνατόν περισσότερο οι διακοπτικές του απώλειες. Ιδιαίτερα στον

112 Κεφάλαιο 5 μετατροπέα boost σημαντικό είναι ο χρόνος σβέσης να είναι μικρός αφού σε σχέση με την έναυση το ρεύμα κατά τη σβέση είναι πολύ μεγαλύτερο. Να αντέχει υψηλή τιμή παλμικού ρεύματος περίπου 30Α σύμφωνα με τις προδιαγραφές του μετατροπέα. Λαμβάνοντας υπόψιν όλες τις παραπάνω απαιτήσεις, το διακοπτικό στοιχείο που επιλέχτηκε είναι το FDA50N50 της εταιρίας Fairchild Semiconductors [27] με χαρακτηριστικά : Vds = 500V Id = 48Α rms ρεύμα Rds(on) = 0.1Ω αντίσταση αγωγής Σχήμα 5.1 Το mosfet ισχύος FDA50N50 της εταιρίας Fairchild Semiconductors [27] Επιλογή διόδων Η επιλογή της διόδου του μετατροπέα ανύψωσης έγινε με βάση το μέσο ρεύμα που διέρχεται από αυτήν Ιdavg και την μέγιστη ανάστροφη τάση που εμφανίζεται στα άκρα της Vrrm. Επομένως, αφού το μέσο ρεύμα είναι ίσο με το ρέυμα εξόδου, η δίοδος θα πρέπει να αντέχει περίπου 2.9Α σύμφωνα με τις προδιαγραφές μας. Η δε ανάστροφη τάση που εμφανίζεται στα άκρα της είναι 350V, δηλαδή όσο η τάση εξόδου του μετατροπέα. Αντίστοιχα οι δίοδοι της τριφασικής γέφυρας θα πρέπει να αντέχουν μέσο ρεύμα 2.6Α και ανάστροφη τάση 350V. Σημαντικό επίσης είναι οι δίοδοι να χαρακτηρίζονται «switching» δηλαδή να προορίζονται για διακοπτικά ρεύματα και τάσεις καθώς και ο χρόνος ανάστροφης ανάκτησης να είναι μικρός, αλλά να μηδενίζεται ομαλά. δηλαδή να είναι soft-recovery. Έτσι δεν δημιουργούνται υπερτάσεις λόγω των υψηλών τιμών της παραγώγου του ρεύματος και των παρασιτικών επαγωγών που υπάρχουν στο κύκλωμα. Τέλος δόθηκε προσοχή ώστε οι δίοδοι να έχουν μικρή πτώση τάσης κατά την αγωγή έτσι ώστε να μειώνονται όσο το δυνατό περισσότερο οι απώλειες καθώς και να αντέχουν υψηλές τιμές παλμικού ρεύματος της τάξης των 30Α

113 Κεφάλαιο 5 Σύμφωνα με τα παραπάνω και λαμβάνοντας υπόψιν συντελεστές ασφαλείας επιλέχτηκαν οι δίοδοι DSEP15-06 [28] με χαρακτηριστικά : Μέσο ρεύμα Ιdavg = 15A Μέγιστη ανάστροφη τάση Vrrm = 600V Πτώση τάσης κατά την αγωγή Vf = 1.35V Σχήμα 5.2 Η δίοδος DSEP15-06 της εταιρίας IXYS [28] Επιλογή πυκνωτή εξόδου. Για την καλύτερη δυνατή εξομάλυνση της τάσης εξόδου και το φιλτράρισμα του ρεύματος εξόδου επιλέχτηκε μια συστοιχία, δυο ηλεκτρολυτικών πυκνωτών και ενός πολυεστέρα MKP. Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές επιλέχθηκαν με βάση τη μέγιστη τάση εξόδου του μετατροπέα συν ένα συντελεστή ασφάλειας δηλαδή να αντέχουν τουλάχιστον 400V. Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές που επιλέχθηκαν είναι της εταιρίας Rubycon, έχουν χωρητικότητα 470μF, τάση αντοχής 450V και εσωτερική αντίσταση 0.13Ω. Επομένως συνδέοντας τους παράλληλα επιτυγχάνουμε διπλάσια χωρητικότητα, την μισή εσωτερική αντίσταση μειώνοντας έτσι τις απώλειες Joule που οφείλονται στις ac συνιστώσες του ρεύματος εξόδου. Έτσι, έχουμε συνολική χωρητικότητα 940μF και συνολική εσωτερική αντίσταση περίπου 0.07Ω. Παράλληλα με τους δυο ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές τοποθετήθηκε ένας πυκνωτής πολυπροπυλενίου (MKP) 1.3uF 630V με πολύ μικρή εσωτερική αντίσταση (ESR) για το καλύτερο φιλτράρισμα του υψίσυχνου περιεχομένου. Σχήμα 5.3 Πυκνωτής εξόδου [29]

114 Κεφάλαιο Κατασκευή πηνίων μετατροπέα ανύψωσης Για την κατασκευή των τριών πηνίων του μετατροπέα ανύψωσης ακολουθήσαμε την παρακάτω διαδικασία αφού πρώτα επιλέξουμε το υλικό του πυρήνα. Λαμβάνοντας υπόψιν ότι ο μετατροπέας θα έχει συχνότητα λειτουργίας 40kHz, το υλικό του πυρήνα που επιλέξαμε είναι ο φερρίτης. Επιλέγοντας φερρίτη μηδενίζουμε σχεδόν τις απώλειες δινορευμάτων και υστέρησης, περιορίζοντας έτσι την αύξηση θερμοκρασίας του πυρήνα. Παρόλα αυτά, οι πυρήνες φερρίτη παρουσιάζουν μικρότερη τιμή πυκνότητας μαγνητικής ροής (περίπου Β = 0.5Τ) γι αυτό ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στον σχεδιασμό του πηνίου, ώστε ο πυρήνας του να μην εισέλθει στον κόρο. 1. Καθορίστηκε η τιμή του πηνίου έτσι ώστε ο μετατροπέας να βρίσκεται πάντα σε ασυνεχή αγωγή, για όλο το εύρος τάσης εισόδου και ισχύος εξόδου. Έτσι σύμφωνα με την αριθμητική εφαρμογή που πραγματοποιήθηκε και με βάση τις προσομοιώσεις και λαμβάνοντας υπόψιν έναν συντελεστή ασφαλείας, η τιμή που επιλέχθηκε για την οποία ο μετατροπέας λειτουργεί πάντα σε ασυνεχή αγωγή είναι τα 25μΗ. 2. Ο πυρήνας που επιλέχτηκε είναι τύπου Ε, με διαστάσεις και το υλικό του φερρίτης Ν27, με μέγιστη πυκνότητα μαγνητικής ροής Βmax = 0.5T. [30] 3. Συνδυάζοντας, την σχέση που δίνει το μαγνητικό πεδίο, = e (5.1) (όπου le το μήκος της διαδρομής και η σχετική μαγνητική διαπερατότητα σύμφωνα με τον κατασκευαστή) και την σχέση που δίνει την επαγωγή του πηνίου, = (5.2) (όπου Αe η ενεργός διατομή και Ν ο αριθμός σπειρών) λαμβάνουμε τελικά την σχέση = (5.3)

115 Κεφάλαιο 5 η οποία μας δίνει τον αριθμό των σπειρών που χρειαζόμαστε για να επιτύχουμε την συγκεκριμένη τιμή επαγωγής. Επομένως για τα παρακάτω δεδομένα : Ιpeak = 31A L = 25uH Ae = 178mm 2 Bo = 0.32T περίπου 75% της μέγιστης τιμής για λόγους ασφαλείας προκύπτουν σπείρες, δηλαδή 11 σπείρες. Τελικά, αφού τα πηνία κατασκευάστηκαν και μετρήθηκε η επαγωγή τους, προέκυψε ότι για να επιτευχθεί η τιμή των 25μΗ χρειάστηκαν 12 σπείρες. 4. Επιλέγουμε τον αριθμό των κλώνων χαλκού αντί για έναν μόνο αγωγό έτσι ώστε να περιορίσουμε το επιδερμικό φαινόμενο, το οποίο είναι πιο έντονο στις υψηλές συχνότητες. Έτσι, αν θεωρήσουμε ότι 1mm 2 μπορεί να αντέξει 5Α rms ρεύματος και ότι η ενεργός τιμή του ρεύματος που διέρχεται από το πηνίο είναι περίπου 10Α, θα πρέπει να έχουμε χαλκό 2mm 2. Χρησιμοποιώντας αγωγό διαμέτρου 0.5mm, υπολογίζουμε την διατομή του σε mm 2 από την σχέση = 4 =0.196 (5.4) Επομένως οι κλώνοι που θα χρησιμοποιηθούν είναι!"ό$ %&ώ()( = =10 (5.5) 5. Στη συνέχεια υπολογίζουμε το διάκενο που θα πρέπει να έχει ο πυρήνας σκεπτόμενοι ως εξής :

116 Κεφάλαιο 5 Από τον νόμο του Ampere έχουμε +, = =>, +/0 0 = => +0 0 = (5.6) όπου, le η μαγνητική διαδρομή στο εσωτερικό του πυρήνα, Bc και Bg, η ένταση του μαγνητικού πεδίου στο εσωτερικό του πυρήνα και στο διάκενο αντίστοιχα. Αν θεωρήσουμε ότι η ένταση του μαγνητικού πεδίου είναι πολύ μεγαλύτερη στο διάκενο απ ότι στο εσωτερικό του πυρήνα, δηλαδή Hg >> Hc τότε η παραπάνω σχέση γίνεται 0 0 = (5.7) από την οποία τελικά υπολογίζουμε το διάκενο. Χρησιμοποιώντας την μέγιστη τιμή του ρεύματος, την τιμή της μαγνητικής ροής και τον αριθμό των σπειρών που ορίσαμε παραπάνω, προκύπει : lg= 3 =1.8 (5.8) 6. Ελέγχουμε αν οι σπείρες που υπολογίσαμε χωράνε στο παράθυρο του πυρήνα που επιλέξαμε, υπολογίζοντας τον μέγιστο, θεωρητικό αριθμό σπειρών που μπορούν να χωρέσουν στο παράθυρο. O θεωρητικός αυτός αριθμός θα δίνεται από το πηλίκο της ελεύθερης επιφάνειας του παραθύρου, επί ένα συντελεστή χρησιμοποίησης που για τον μετατροπέα boost είναι 0.4, προς τον αριθμό των κλώνων επί τη διατομή τους. " = %&ώ()( 6!78ή %&ώ(: (5.9) Στην περίπτωση μας " = =36 =>ί >$ Επομένως οι 12 σπείρες που υπολογίσαμε χωρούν στο παράθυρο του πυρήνα που επιλέξαμε

117 Κεφάλαιο Κύκλωμα μέτρησης τάσης εξόδου Η τάση εξόδου του μετατροπέα θα πρέπει να μετριέται σε πραγματικό χρόνο από τον μικροεπεξεργαστή ώστε να παράγεται το κατάλληλο σήμα ελέγχου για τον μετατροπέα. Για τον λόγο αυτό, και δεδομένου ότι η τάση εξόδου είναι 350V σύμφωνα με τις προδιαγραφές μας, υλοποιήθηκε ένα κύκλωμα υποβιβασμού και απομόνωσης χρησιμοποιώντας τον γραμμικό optocoupler IL300 της εταιρίας Vishay [31]. Αρχικά υποβιβάζουμε την τάση εξόδου χρησιμοποιώντας έναν διαιρέτη τάσης με λόγο 1/100. Στην συνέχεια χρησιμοποιώντας τον τελεστικό ενισχυτή LM358 δημιουργούμε ένα σήμα ελέγχου περίπου 15mA 2.5V στην ονομαστική κατάσταση λειτουργίας του μετατροπέα (Vo = 350V) το οποίο οδηγεί την πρώτη φωτοδίοδο του IL300. H φωτοδίοδος αυτή είναι συζευγμένη με αυτή της εξόδου με αποτέλεσμα μια μεταβολή του ρεύματος εισόδου να μεταβάλλει γραμμικά το ρεύμα της διόδου στην έξοδο. Για να αποφευχθούν τυχόν μη γραμμικότητες υπάρχει μια τρίτη φωτοδίοδος που λειτουργεί ως ανάδραση στην είσοδο. Οι απαραίτητες αντιστάσεις του κυκλώματος επιλέχθηκαν έτσι ώστε να έχουμε ένα κέρδος 1/100 έτσι ώστε για κάθε τάση εισόδου (Vo = 0 350V) να έχουμε μια τάση εξόδου (0-3.5V) η οποία θα χρησιμοποιηθεί από τον μικροεπεξεργαστή για την υλοποίηση του κλειστού βρόχου. Σχήμα 5.4 Γενικό διάγραμμα κυκλώματος μέτρησης της τάσης εξόδου [31]

118 Κεφάλαιο Σχεδίαση snubber Κατά την πρώτη δοκιμή του μετατροπέα παρατηρήθηκαν υπερτάσεις στο διακοπτικό στοιχείο κατά την σβέση του. Συγκεκριμένα αυτές οι υπερτάσεις έφταναν ακόμα και τα 150V χωρίς να βρισκόμαστε στην ονομαστική τάση εξόδου (350V). Συνεπώς για να αποφευχθεί η καταστροφή του διακοπτικού στοιχείου κρίθηκε αναγκαία η τοποθέτηση ενός απλού κυκλώματος απόσβεσης υπερτάσεων (snubber) RC. Αρχικά μετρήθηκε η συχνότητα της αποσβεννύμενης ταλάντωσης που συμβαίνει κατά την σβέση η οποία προέκυψε περίπου 34.5ΜΗz. Σχήμα 5.5 Ταλάντωση της τάσης κατά την σβέση του mosfet Αν λάβουμε υπόψιν ότι η χωρητικότητα που υπάρχει προκύπτει κυρίως από την χωρητικότητα εξόδου του mosfet η οποία από τα τεχνικά φυλλάδια είναι 400pF, τότε με βάση την παρακάτω σχέση υπολογίζουμε την επαγωγή που συμβάλλει σε αυτήν την ταλάντωση [32]. = B2C DEFG H =53K/ (5.1) O πυκνωτής που θα τοποθετηθεί επιλέχθηκε ίσος με περίπου το διπλάσιο της χωρητικότητας εξόδου [26] του mosfet δηλαδή 970pF, ενώ η αντίσταση υπολογίζεται με βάση την παρακάτω σχέση αν λάβουμε υπόψιν την κρίσιμη απόσβεση (ζ=1). L M = 1 2N =5.75P (5.2) Η ισχύς στην αντίσταση προκύπτει από την παρακάτω σχέση [26] Q REMM = I M S T C M =4.8U (5.3)

119 Κεφάλαιο 5 Tελικά, οι τιμές των στοιχείων που επιλέχθηκαν είναι: I M =1KV L M =5P 15U Από τα πειραματικά αποτελέσματα παρατηρήθηκε μια μείωση της υπέρτασης της τάξης των 80V. Στο κεφάλαιο 7 υπάρχει η κυματομορφή της τάσης κατά την σβέση πρίν και μετά την τοποθέτηση του snubber για τάση εισόδου 100Vrms πολική και τάση εξόδου 200V Επιλογή ψυκτικού σώματος Κατά την λειτουργία του συγκεκριμένου μετατροπέα παρατηρούνται αυξημένες απώλειες αγωγής καθώς και διακοπτικές απώλειες στο ημιαγωγικό διακοπτικό στοιχείο. Οι απώλειες αγωγής που δίνονται από την σχέση PK = S TF XYG + DZM L RM,TF (5.13) εξαρτώνται από το ρεύμα που διαρρέει το διακοπτικό στοιχείο αλλά και από τα φυσικά του χαρακτηριστικά. Οι διακοπτικές του απώλειες, που οφείλονται στην διακοπτική του λειτουργία, δίνονται από την σχέση: Q\5 = ] ^_K+_CC`C\ S ZXa ZXa. (5.14) όπου ton : o χρόνος έναυσης toff : o χρόνος σβέσης fs : η διακοπτική συχνότητα Vmax : η μέγιστη τάση που δέχεται το στοιχείο Ιmax : το μέγιστο ρεύμα που διέρχεται μέσα από το στοιχείο Στον συγκεκριμένο μετατροπέα, οι απώλειες έναυσης είναι σχεδόν αμελητέες όπως και στον απλό boost μετατροπέα που δουλεύει σε ασυνεχή αγωγή. Αντίθετα οι απώλειες σβέσης είναι ιδιαίτερα υψηλές αφού κατά τη σβέση, η μέγιστη τάση είναι ίση με την τάση εξόδου και το μέγιστο ρεύμα παρουσιάζει μεγάλη τιμή. Συνεπώς, απαιτείται η ψύξη των ημιαγωγικών στοιχείων του μετατροπέα χρησιμοποιώντας ως ψυκτικό, ένα σώμα αλουμινίου. Για να έχουμε μια μεγαλύτερη ακρίβεια καθώς και για να επαληθεύσουμε τα αποτελέσματα της θεωρητικής ανάλυσης πραγματοποιήθηκε προσομοίωση του μετατροπέα σε περιβάλλον spice με τα ακριβή μοντέλα των ημιαγωγικών στοιχείων που χρησιμοποιήθηκαν κατά την

120 Κεφάλαιο 5 υλοποίηση του, την μέγιστη τάση εισόδου και ισχύ εξόδου. Με βάση αυτήν την προσομοίωση έχουμε τα εξής αποτελέσματα : b,xyg = 5.36 b,dzm =10.25 b,zxa =29 Με βάση αυτό το ρεύμα και λαμβάνοντας υπόψιν ότι Vd(on) = 1.4V και Rds(on) = 0.1Ω σύμφωνα με το φυλλάδιο του κατασκευαστή, οι απώλειες αγωγής στο διακοπτικό στοιχείο προκύπτουν : Pon =10.5U Αντίστοιχα αν αμελήσουμε τις διακοπτικές απώλειες κατά την έναυση και θεωρήσουμε ότι ο χρόνος σβέσης είναι περίπου 200ns σύμφωνα με τον κατασκευαστή, οι διακοπτικές απώλειες θα προκύψουν P\5 =40.6U Επομένως οι μέγιστες συνολικές απώλειες στο διακοπτικό στοιχείο είναι : Ploss^total`=QK+Q\5 =51.1U Ομοίως, για τις διόδους του μετατροπέα, υπολογίζουμε τις απώλειες αγωγής με βάση τα παρακάτω ρεύματα που προέκυψαν από την προσομοίωση που πραγματοποιήθηκε σε περιβάλλον Spice. h,xyg = 2.7 h,dzm = 7 he,xyg = 2.6 he,dzm = 6.4 Oι απώλειες στις διόδους θα δίνονται από την σχέση PK = S i,tf XYG + DZM L R,TF (5.15) Με βάση τα τεχνικά φυλλάδια και την καμπύλη Ιf(Vf) βρίσκουμε την πτώση τάσης στην δίοδο κατά την αγωγή ίση με 1.5V και την αντίσταση αγωγής 0.036Ω. Από τα παραπάνω προκύπτουν οι απώλειες στην δίοδο boost ίσες με Ploss^j`=5.8U ενώ στις διόδους της γέφυρας Ploss^jk`=5.4U

121 Κεφάλαιο 5 Επομένως οι συνολικές απώλειες υπολογίζονται περίπου Ploss = *5.4 = 89.3W Η θερμική αντίσταση του απαιτούμενου ψυκτικού πρέπει να έχει μέγιστη τιμή ίση με : όπου L l,mx = ^m n,zxa m X`/Q qtmm ^L l,nr +L l,rm` (5.16) RΘ,jc : η θερμική αντίσταση του στοιχείου όπως ορίζεται από τον κατασκευαστή RΘ,cs : η θερμική αντίσταση του μονωτικού με τυπική τιμή 0.5 o C/W Tj,max : η μέγιστη επιτρεπόμενη θερμοκρασία του στοιχείου Τα : η θερμοκρασία περιβάλλοντος 20 o C Σύμφωνα με τα φυλλάδια των κατασκευαστών προκύπτει για το mosfet προκύπτει μια θερμική αντίσταση ψυκτικού 1.54 Κ/ o C ενώ για τις διόδους 1.95 Κ/ o C. Υπολογίζοντας τον παράλληλο συνδυασμό των δυο προκύπτει μια θερμική αντίσταση με τιμή 0.86 Κ/ o C. Τελικά τοποθετήθηκε ένα ψυκτικό σώμα θερμικής αντίστασης 0.75 Κ/ o C για την καλύτερη ψύξη όλης της διάταξης Φίλτρο εισόδου Για το φιλτράρισμα του υψίσυχνου ρεύματος χρησιμοποιήθηκε ένα κατωδιαβατό LC φίλτρο στην είσοδο του μετατροπέα. Ως επαγωγές χρησιμοποιήθηκαν οι αντιδράσεις ενός τριφασικού μετασχηματιστή μεταβλητής λήψης με τον οποίο έγιναν και οι πειραματικές δοκιμές. Η επαγωγή σκέδασης ανά φάση του μετασχηματιστή μετρήθηκε 3mH στα 100VL-L,rms,ενώ στα 40VL-L,rms προέκυψε 0.7mH. Χρησιμοποιήθηκαν τρείς πυκνωτές πολυπροπυλενίου (MKP) με τιμή 2.2uF συνδεδεμένοι κατά τρίγωνο με μέγιστη τάση αντοχής 160 Vac Τροφοδοτικά Για την τροφοδοσία των επιμέρους ολοκληρωμένων κυκλωμάτων κατασκευάστηκαν δυο γραμμικά τροφοδοτικά. Συγκεκριμένα, ένα γραμμικό τροφοδοτικό +15V για την τροφοδοσία του driver ICL7667 και ένα +5V για την τροφοδοσία των υπόλοιπων ολοκληρωμένων, καθώς και του μικροεπεξεργαστή. Στην παρακάτω εικόνα φαίνεται ένα γενικό διάγραμμα ενός γραμμικού τροφοδοτικού

122 Κεφάλαιο 5 Σχήμα 5.6 Γενικό διάγραμμα γραμμικού τροφοδοτικού Αρχικά η τάση του δικτύου υποβιβάζεται με έναν μετασχηματιστή, στην συνέχεια ανορθώνεται με μία μονοφασική ανορθωτική γέφυρα, εξομαλύνεται με την χρήση ηλεκτρολυτικών πυκνωτών και σταθεροποιείται με την χρήση σταθεροποιητικών τάσης. Τέλος εξομαλύνεται πάλι με τη χρήση πυκνωτών ώστε να έχουμε τη μικρότερη δυνατή κυμάτωση στην έξοδο. Τα σταθεροποιητικά που χρησιμοποιήθηκαν είναι τα 7815 και 7805 για το τροφοδοτικό των +15V και +5V αντίστοιχα. Σχήμα 5.7 Τροφοδοτικά +15V, +5V. Από αριστερά προς τα δεξιά : Είσοδος 230Vrms, μετασχηματιστές, ανορθωτική γέφυρα, σταθεροποιητικό, πυκνωτές εξομάλυνσης. 5.2 Κατασκευή κυκλώματος ελέγχου Επιλογή μικροελεγκτή Για την δημιουργία των παλμών ελέγχου του ημιαγωγικού στοιχείου επιλέχτηκε ο μικροελεγκτής dspic30f4011 της εταιρίας microchip. H επιλογή αυτή προτιμήθηκε σε σχέση με την δημιουργία παλμών με διακριτά αναλογικά ή ψηφιακά στοιχεία αφού έτσι το κύκλωμα

123 Κεφάλαιο 5 ελέγχου είναι απλούστερο και πιο ευέλικτο. Συγκεκριμένα όποιες αλλαγές ή μετατροπές χρειάζονται στην παλμοδότηση μπορούν να γίνουν απλά αλλάζοντας τον κώδικα του μικροελεγκτή. Επίσης, διαθέτει έναν μεγάλο αριθμό περιφερειακών, εισόδων και εξόδων με τις οποίες μπορούν να υλοποιηθούν πολύπλοκες λειτουργίες με την απλή συγγραφή του κατάλληλου κώδικα. Επομένως, αφού ο μικροελεγκτής είναι το πιο σημαντικό στοιχείο του κυκλώματος ελέγχου, κρίθηκε απαραίτητο να αφιερωθεί παρακάτω ένα κεφάλαιο για την ανάλυση της λειτουργίας του. Στην συνέχεια παραθέτονται τα βασικά στοιχεία με τα οποία γίνεται η οδήγηση του MOSFET. Σχήμα 5.8 Ο μικροελεγκτής dspic30f4011 [33] Ενισχυτής - 74HC541 Ο ενισχυτής αυτός τοποθετήθηκε αμέσως μετά τον μικροεπεξεργαστή για να ενισχύσει το ρεύμα του σήματος εξόδου. Διαθέτει 8 εισόδους και 8 εξόδους και απαιτεί τροφοδοσία +5V. Στην είσοδο που χρησιμοποιήθηκε, τοποθετήθηκε μια αντίσταση pull-down 100kΩ ώστε να οδηγηθεί σίγουρα σε λογικό μηδέν, όταν η έξοδος του μικροεπεξεργαστή βρεθεί σε κατάσταση υψηλής εμπέδησης. Έτσι, αν τυχόν υπάρξει κάποιος ηλεκτρομαγνητικός θόρυβος μεταξύ του μικροεπεξεργαστή και του ενισχυτή, θα είμαστε σίγουροι ότι οι είσοδοι του δεν θα ενεργοποιηθούν. Για την ορθή λειτουργία του τροφοδοτούμε με +5V τα pin enable ΟΕ1, ΟΕ2. Σχήμα 5.9 Ο ενισχυτής 74HC541 Λογικό διάγραμμα

124 Κεφάλαιο Optocoupler - 6N137 Για την γαλβανική απομόνωση του κυκλώματος ελέγχου από το κύκλωμα ισχύος χρησιμοποιήθηκε ο παραπάνω ψηφιακός οπτοαποζεύκτης που περιλαμβάνει μια φωτοδίοδο στην είσοδο, ένα τρανζίστορ ελεγχόμενο από φως στην έξοδο και απαιτεί τάση λειτουργίας +5V. Παρακάτω φαίνεται η εσωτερική συνδεσμολογία και ο λογικός πίνακας του οπτοαποζεύκτη. Από τον παρακάτω λογικό πίνακα παρατηρούμε ότι για το σήμα εισόδου αντιστρέφεται στην έξοδο για Ve = high. Input Enable Output H H L L H H H L H L L H H NC L L NC H Σχήμα Οptocoupler 6N137 - Λογικός πίνακας Driver ICL7667 Η τελική ενίσχυση του σήματος ελέγχου γίνεται με τον παραπάνω driver που παρέχει την κατάλληλη τάση και το ρεύμα για την έναυση του ημιαγωγικού στοιχείου. Διαθέτει δύο κανάλια τα οποία γεφυρώθηκαν μεταξύ τους και χρησιμοποιούνται σαν ένα, και απαιτεί τροφοδοσία +15V. Από την εσωτερική συνδεσμολογία του driver παρατηρούμε ότι το σήμα ελέγχου αντιστρέφεται πάλι και τελικά φτάνει στο MOSFET όπως το παίρνουμε από τον μικροελεγκτή. Σχήμα 5.11 : Ο driver ICL

125 Κεφάλαιο Υλοποίηση κλειστού βρόχου Έλεγχος PID Ο έλεγχος του μετατροπέα πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας PI ελεγκτή σε κλειστό βρόχο ώστε να έχουμε σταθερή τάση εξόδου σύμφωνα με τις προδιαγραφές μας. Ο PID έλεγχος είναι από τους πιο απλούς και γι αυτό, πιο διαδεδομένους σε dc-dc μετατροπείς. Επομένως παρακάτω θα αναλυθεί η βασική αρχή λειτουργίας του καθώς και ο τρόπος με τον οποίο υλοποιήθηκε πρακτικά. Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται ένα σύστημα κλειστού βρόχου με έναν PID ελεγκτή. Σχήμα 5.12 Λογικό διάγραμμα συστήματος με έλεγχο PID Αρχικά θέτουμε την επιθυμητή τάση εξόδου του μετατροπέα (Setpoint) και παράλληλα μετρώντας την πραγματική τάση εξόδου υπολογίζουμε το σφάλμα (error). Το σφάλμα αυτό θα καθορίσει το σήμα ελέγχου του μετατροπέα (στην περίπτωση μας τον λόγο κατάτμησης) αφού περάσει από τον PID ελεγκτή. Η συνάρτηση μεταφοράς του PID ελεγκτή δίνεται από την σχέση: ^\`=st + tk \ +t \u ^\` (5.47) της οποίας το αντίστοιχο διακριτό ισοδύναμο που θα υλοποιηθεί με τη βοήθεια του μικροελεγκτή δίνεται από την σχέση: w ^`=t ^`+tk m v^`+ t m B^` ^ 1`H με Τ τον χρόνο εκτέλεσης του βρόχου του μικροεπεξεργαστή. x Τα τρία κέρδη Kp, Ki, και Kd καθορίζουν την απόκριση του συστήματος επηρεάζοντας διάφορες παραμέτρους όπως φαίνεται στον παρακάτω πίνακα. (Αύξηση κάθε κέρδους ξεχωριστά) Κέρδος Rise time Υπερυψωση Settling time Σφάλμα μονιμης καταστασης Ευστάθεια Kp Μείωση Αύξηση Μικρή μείωση Μείωση Χειρότερη Ki Μείωση Αύξηση Αύξηση Μηδενισμός Χειρότερη Kd Μικρή μείωση Μείωση Μείωση Καμια Βελτίωση για μεταβολη μικρό Kd (5.18) Πίνακας 5.1 Σχέση κερδών PID απόκρισης συστήματος

Περιεχόμενα. Πρόλογος...13

Περιεχόμενα. Πρόλογος...13 Περιεχόμενα Πρόλογος...3 Κεφάλαιο : Στοιχεία ηλεκτρικών κυκλωμάτων...5. Βασικά ηλεκτρικά μεγέθη...5.. Ηλεκτρικό φορτίο...5.. Ηλεκτρικό ρεύμα...5..3 Τάση...6..4 Ενέργεια...6..5 Ισχύς...6..6 Σύνοψη...7.

Διαβάστε περισσότερα

Περιεχόμενα. Πρόλογος...13

Περιεχόμενα. Πρόλογος...13 Περιεχόμενα Πρόλογος...3 Κεφάλαιο : Στοιχεία ηλεκτρικών κυκλωμάτων...5. Βασικά ηλεκτρικά μεγέθη...5.. Ηλεκτρικό φορτίο...5.. Ηλεκτρικό ρεύμα...5..3 Τάση...6..4 Ενέργεια...6..5 Ισχύς...6..6 Σύνοψη...7.

Διαβάστε περισσότερα

Δοκιμαστικό μοτίβο ευρείας οθόνης (16:9)

Δοκιμαστικό μοτίβο ευρείας οθόνης (16:9) Δοκιμαστικό μοτίβο ευρείας οθόνης (16:9) Δοκιμή αναλογιών εικόνας (Πρέπει να εμφανίζεται κυκλικό) 4x3 16x9 Α.Τ.Ε.Ι. ΠΕΙΡΑΙΑ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. Πτυχιακή εργασία

Διαβάστε περισσότερα

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 Ο : ΤΡΙΦΑΣΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 Ο : ΤΡΙΦΑΣΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 Ο : ΤΡΙΦΑΣΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ 1 Τα τριφασικά δίκτυα χρησιμοποιούνται στην παραγωγή και μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας για τους εξής λόγους: 1. Οικονομία στο αγώγιμο υλικό (25% λιγότερος χαλκός). 2. Η

Διαβάστε περισσότερα

Τµήµα Βιοµηχανικής Πληροφορικής Σηµειώσεις Ηλεκτρονικών Ισχύος Παράρτηµα

Τµήµα Βιοµηχανικής Πληροφορικής Σηµειώσεις Ηλεκτρονικών Ισχύος Παράρτηµα ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ηµιτονοειδές Ρεύµα και Τάση Τριφασικά Εναλλασσόµενα ρεύµατα Ισχύς και Ενέργεια Ενεργός τιµή περιοδικών µη ηµιτονικών κυµατοµορφών 1. Ηµιτονοειδές Ρεύµα και Τάση Οταν οι νόµοι του Kirchoff εφαρµόζονται

Διαβάστε περισσότερα

Ποιότητα Ηλεκτρικής Ενέργειας. Φίλτρα Αρµονικών Ρεύµατος

Ποιότητα Ηλεκτρικής Ενέργειας. Φίλτρα Αρµονικών Ρεύµατος Ποιότητα Ηλεκτρικής Ενέργειας Φίλτρα Αρµονικών Ρεύµατος Γενικά Προβλήµατα που δηµιουργούν οι αρµονικές Μείωση του cosφ Αυξηµένες απώλειες στα καλώδια Συντονισµός-Καταστροφή πυκνωτών και µετασχηµατιστών

Διαβάστε περισσότερα

Κινητήρας παράλληλης διέγερσης

Κινητήρας παράλληλης διέγερσης Κινητήρας παράλληλης διέγερσης Ισοδύναμο κύκλωμα V = E + I T V = I I T = I F L R F I F R Η διέγερση τοποθετείται παράλληλα με το κύκλωμα οπλισμού Χαρακτηριστική φορτίου Έλεγχος ταχύτητας Μεταβολή τάσης

Διαβάστε περισσότερα

ΑΣΚΗΣΗ 2 η ΜΕΛΕΤΗ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΑΥΤΟΝΟΜΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΗΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ ΜΕ ΦΟΡΤΙΟ

ΑΣΚΗΣΗ 2 η ΜΕΛΕΤΗ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΑΥΤΟΝΟΜΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΗΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ ΜΕ ΦΟΡΤΙΟ ΑΣΚΗΣΗ 2 η ΜΕΛΕΤΗ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΑΥΤΟΝΟΜΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΗΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ ΜΕ ΦΟΡΤΙΟ Σκοπός της άσκησης: Σκοπός της άσκησης είναι η μελέτη των χαρακτηριστικών λειτουργίας μιας σύγχρονης γεννήτριας

Διαβάστε περισσότερα

5. ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΙ ΚΑΙ ΑΛΛΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ

5. ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΙ ΚΑΙ ΑΛΛΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ 73 5. ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΙ ΚΑΙ ΑΛΛΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Στην συνέχεια εξετάζονται οι µονοφασικοί επαγωγικοί κινητήρες αλλά και ορισµένοι άλλοι όπως οι τριφασικοί σύγχρονοι κινητήρες που υπάρχουν σε µικρό ποσοστό σε βιοµηχανικές

Διαβάστε περισσότερα

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ ΙΙ

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ ΙΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ ΙΙ ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Ε.Ρ. 1. Μια σύγχρονη γεννήτρια με ονομαστικά στοιχεία: 2300V, 1000kV, 60Hz, διπολική με συντελεστής ισχύος 0,8 επαγωγικό και σύνδεση σε αστέρα έχει σύγχρονη

Διαβάστε περισσότερα

2. ΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ

2. ΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ 28 2. ΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ Οι γεννήτριες εναλλασσόµενου ρεύµατος είναι δύο ειδών Α) οι σύγχρονες γεννήτριες ή εναλλακτήρες και Β) οι ασύγχρονες γεννήτριες Οι σύγχρονες γεννήτριες παράγουν

Διαβάστε περισσότερα

ΤΡΙΦΑΣΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ

ΤΡΙΦΑΣΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας ΤΡΙΦΑΣΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ Εισαγωγή Τα τριφασικά κυκλώματα Ε.Ρ. αποτελούν τη σπουδαιότερη

Διαβάστε περισσότερα

Απαντήσεις Θεμάτων Τελικής Αξιολόγησης (Εξετάσεις Ιουνίου) στο Μάθημα «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές» ΕΕ 2013/2014, Ημερομηνία: 24/06/2014

Απαντήσεις Θεμάτων Τελικής Αξιολόγησης (Εξετάσεις Ιουνίου) στο Μάθημα «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές» ΕΕ 2013/2014, Ημερομηνία: 24/06/2014 Θέμα ο Απαντήσεις Θεμάτων Τελικής Αξιολόγησης (Εξετάσεις Ιουνίου) στο Μάθημα «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές» ΕΕ 03/04, Ημερομηνία: 4/06/04 Σε μονοφασικό Μ/Σ ονομαστικής ισχύος 60kA, 300/30, 50Hz, ελήφθησαν

Διαβάστε περισσότερα

ΑΣΚΗΣΗ 4 η ΜΕΛΕΤΗ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΣΥΓΧΡΟΝΟΥ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ

ΑΣΚΗΣΗ 4 η ΜΕΛΕΤΗ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΣΥΓΧΡΟΝΟΥ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΑΣΚΗΣΗ 4 η ΜΕΛΕΤΗ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΣΥΓΧΡΟΝΟΥ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ Σκοπός της άσκησης: Σκοπός της άσκησης είναι: 1. Να εξοικειωθεί ο σπουδαστής με την διαδικασία εκκίνησης ενός σύγχρονου τριφασικού

Διαβάστε περισσότερα

ΑΣΚΗΣΗ 6 η ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΕΝΟΥ ΔΡΟΜΕΑ

ΑΣΚΗΣΗ 6 η ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΕΝΟΥ ΔΡΟΜΕΑ ΑΣΚΗΣΗ 6 η ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΕΝΟΥ ΔΡΟΜΕΑ Σκοπός της άσκησης: Σκοπός της εργαστηριακής άσκησης είναι: 1. Ο πειραματικός προσδιορισμός των απωλειών σιδήρου και των μηχανικών απωλειών

Διαβάστε περισσότερα

2. Όλες οι απαντήσεις να δοθούν στο εξεταστικό δοκίμιο το οποίο θα επιστραφεί.

2. Όλες οι απαντήσεις να δοθούν στο εξεταστικό δοκίμιο το οποίο θα επιστραφεί. ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2015 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ (ΙΙ) ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΧΟΛΩΝ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΜΑΘΗΜΑ : Εφαρμοσμένη Ηλεκτρολογία

Διαβάστε περισσότερα

ΑΣΚΗΣΗ 3 η ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΗΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ ΜΕ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΙΣΧΥΟΣ

ΑΣΚΗΣΗ 3 η ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΗΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ ΜΕ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΙΣΧΥΟΣ ΑΣΚΗΣΗ 3 η ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΗΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ ΜΕ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΙΣΧΥΟΣ Σκοπός της άσκησης: Σκοπός της άσκησης είναι: 1. Να γνωρίσει ο σπουδαστής την διαδικασία παραλληλισμού μιας σύγχρονης

Διαβάστε περισσότερα

6 Εισαγωγή στα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας

6 Εισαγωγή στα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας Πρόλογος Σ το βιβλίο αυτό περιλαμβάνεται η ύλη του μαθήματος «Εισαγωγή στα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας» που διδάσκεται στους φοιτητές του Γ έτους σπουδών του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας

Διαβάστε περισσότερα

Εργαστήριο Ανάλυσης Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας

Εργαστήριο Ανάλυσης Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας Εργαστήριο Ανάλυσης Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας Ενότητα: Άσκηση 6: Αντιστάθμιση γραμμών μεταφοράς με σύγχρονους αντισταθμιστές Νικόλαος Βοβός, Γαβριήλ Γιαννακόπουλος, Παναγής Βοβός Τμήμα Ηλεκτρολόγων

Διαβάστε περισσότερα

ΑΣΚΗΣΗ 1 η ΜΕΛΕΤΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΗΣ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ (ΕΝΑΛΛΑΚΤΗΡΑ) ΓΙΑ ΤΟΝ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟ ΤΟΥ ΙΣΟΔΥΝΑΜΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ

ΑΣΚΗΣΗ 1 η ΜΕΛΕΤΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΗΣ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ (ΕΝΑΛΛΑΚΤΗΡΑ) ΓΙΑ ΤΟΝ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟ ΤΟΥ ΙΣΟΔΥΝΑΜΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ ΑΣΚΗΣΗ 1 η ΜΕΛΕΤΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΗΣ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ (ΕΝΑΛΛΑΚΤΗΡΑ) ΓΙΑ ΤΟΝ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟ ΤΟΥ ΙΣΟΔΥΝΑΜΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Σκοπός της άσκησης: 1. Ο πειραματικός προσδιορισμός της χαρακτηριστικής λειτουργίας

Διαβάστε περισσότερα

Διαστασιολόγηση ουδετέρου αγωγού σε εγκαταστάσεις με αρμονικές

Διαστασιολόγηση ουδετέρου αγωγού σε εγκαταστάσεις με αρμονικές Διαστασιολόγηση ουδετέρου αγωγού σε εγκαταστάσεις με αρμονικές Όπως είναι γνωστό, η παρουσία μη γραμμικών φορτίων σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα δημιουργεί αρμονικές συνιστώσες ρεύματος στα καλώδια τροφοδοσίας.

Διαβάστε περισσότερα

ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ 2012. 1.1 Εισαγωγή Αντικείμενο πτυχιακής εργασίας.σελ. 2. 1.2 Περιεχόμενα εγχειριδίου Αναφοράς Προγραμμάτων.. σελ. 3

ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ 2012. 1.1 Εισαγωγή Αντικείμενο πτυχιακής εργασίας.σελ. 2. 1.2 Περιεχόμενα εγχειριδίου Αναφοράς Προγραμμάτων.. σελ. 3 1 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1.1 Εισαγωγή Αντικείμενο πτυχιακής εργασίας.σελ. 2 1.2 Περιεχόμενα εγχειριδίου Αναφοράς Προγραμμάτων.. σελ. 3 1.3 Παράδειγμα τριφασικού επαγωγικού κινητήρα..σελ. 4-9 1.4 Σχεδίαση στο Visio

Διαβάστε περισσότερα

2. Όλες οι απαντήσεις να δοθούν στο εξεταστικό δοκίμιο το οποίο θα επιστραφεί.

2. Όλες οι απαντήσεις να δοθούν στο εξεταστικό δοκίμιο το οποίο θα επιστραφεί. ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2015 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ (ΙΙ) ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΧΟΛΩΝ ΠΡΑΚΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΜΑΘΗΜΑ : Εφαρμοσμένη Ηλεκτρολογία

Διαβάστε περισσότερα

ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ

ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΜΑΘ.. 12 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ 1. ΓΕΝΙΚΑ Οι μετατροπείς συνεχούς ρεύματος επιτελούν τη μετατροπή μιας τάσης συνεχούς μορφής, σε συνεχή τάση με ρυθμιζόμενο σταθερό πλάτος ή και πολικότητα.

Διαβάστε περισσότερα

Μέθοδοι Ελέγχου Ηλεκτρικών Κινητήρων Σ.Ρ.

Μέθοδοι Ελέγχου Ηλεκτρικών Κινητήρων Σ.Ρ. Μέθοδοι Ελέγχου Ηλεκτρικών Κινητήρων Σ.Ρ. Ευθυμίου Σωτήρης Δέδες Παναγιώτης 26/06/2014 Εισαγωγή Σκοπός αυτής της παρουσίασης είναι η συνοπτική περιγραφή τριών διαφορετικών μεθόδων ελέγχου κινητήρων Σ.Ρ.

Διαβάστε περισσότερα

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ MM505 ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΟΙ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ Εργαστήριο ο - Θεωρητικό Μέρος Βασικές ηλεκτρικές μετρήσεις σε συνεχές και εναλλασσόμενο

Διαβάστε περισσότερα

C (3) (4) R 3 R 4 (2)

C (3) (4) R 3 R 4 (2) Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Βόλος, 29/03/2016 Τμήμα: Μηχανολόγων Μηχανικών Συντελεστής Βαρύτητας: 40%/ Χρόνος Εξέτασης: 3 Ώρες Γραπτή Ενδιάμεση Εξέταση στο Μάθημα: «ΜΜ604, Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές»

Διαβάστε περισσότερα

2. Όλες οι απαντήσεις να δοθούν στο εξεταστικό δοκίμιο το οποίο θα επιστραφεί.

2. Όλες οι απαντήσεις να δοθούν στο εξεταστικό δοκίμιο το οποίο θα επιστραφεί. ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2014 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ (ΙΙ) ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΧΟΛΩΝ ΠΡΑΚΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΜΑΘΗΜΑ : Εφαρμοσμένη Ηλεκτρολογία

Διαβάστε περισσότερα

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2009

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2009 ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 009 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ (ΙΙ) ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΧΟΛΩΝ ΠΡΑΚΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΜΑΘΗΜΑ : Εφαρμοσμένη Ηλεκτρολογία

Διαβάστε περισσότερα

μετασχηματιστή. ΤΜΗΜΑ: ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ ΘΕΜΑ: Περιγράψτε τον τρόπο λειτουργίας ενός μονοφασικού

μετασχηματιστή. ΤΜΗΜΑ: ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ ΘΕΜΑ: Περιγράψτε τον τρόπο λειτουργίας ενός μονοφασικού ΤΜΗΜΑ: ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ ΘΕΜΑ: Περιγράψτε τον τρόπο λειτουργίας ενός μονοφασικού μετασχηματιστή. ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: κ. Δημήτριος Καλπακτσόγλου ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΗΣ: Αικατερίνης-Χρυσοβαλάντης Γιουσμά Α.Ε.Μ:

Διαβάστε περισσότερα

Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΚΑΤΆ ΤΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΣΓ

Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΚΑΤΆ ΤΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΣΓ Όταν κατά τη λειτουργία μιας ΣΓ η ροπή στον άξονα της ή το φορτίο της μεταβληθούν απότομα, η λειτουργία της παρουσιάζει κάποιο μεταβατικό φαινόμενο για κάποια χρονική διάρκεια μέχρι να επανέλθει στη στάσιμη

Διαβάστε περισσότερα

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΣΧΥΟΣ ΗΜΥ 444

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΣΧΥΟΣ ΗΜΥ 444 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΣΧΥΟΣ ΗΜΥ 444 ΣΥΝΘΕΣΗ DC ΚΑΙ ΧΑΜΗΛΗΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ AC Δρ Ανδρέας Σταύρου ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ 1 Τα Θέματα Διακοπτικός πόλος

Διαβάστε περισσότερα

ΑΣΚΗΣΗ 4 η ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ

ΑΣΚΗΣΗ 4 η ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΑΣΚΗΣΗ 4 η ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ Σκοπός της Άσκησης: Σκοπός της εργαστηριακής άσκησης είναι α) η κατανόηση της αρχής λειτουργίας των μηχανών συνεχούς ρεύματος, β) η ανάλυση της κατασκευαστικών

Διαβάστε περισσότερα

ΑΣΚΗΣΗ 5 η ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ. 1. Η μελέτη της δομής και της αρχής λειτουργίας ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα.

ΑΣΚΗΣΗ 5 η ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ. 1. Η μελέτη της δομής και της αρχής λειτουργίας ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα. Σκοπός της άσκησης: ΑΣΚΗΣΗ 5 η ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ Σκοπός της εργαστηριακής άσκησης είναι: 1. Η μελέτη της δομής και της αρχής λειτουργίας ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα. 1. Γενικά Οι

Διαβάστε περισσότερα

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2009

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2009 ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 9 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ (ΙΙ) ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΧΟΛΩΝ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΜΑΘΗΜΑ : Εφαρμοσμένη Ηλεκτρολογία

Διαβάστε περισσότερα

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2014

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2014 ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 014 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ (ΙΙ) ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΧΟΛΩΝ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΜΑΘΗΜΑ : Εφαρμοσμένη Ηλεκτρολογία

Διαβάστε περισσότερα

Εργαστήριο Ηλεκτροτεχνικών Εφαρμογών

Εργαστήριο Ηλεκτροτεχνικών Εφαρμογών ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Εργαστήριο Ηλεκτροτεχνικών Εφαρμογών Ενότητα: Χωρητική Αντιστάθμιση Ισχύος Γεώργιος Χ. Ιωαννίδης Τμήμα Ηλεκτρολογίας Άδειες Χρήσης

Διαβάστε περισσότερα

Ηλεκτρονικά Ισχύος II

Ηλεκτρονικά Ισχύος II Ηλεκτρονικά Ισχύος II Ενότητα 2: Μετατροπείς Συνεχούς Τάσης σε Εναλλασσόμενη Τάση (DC-AC Converters ή Inverters) Δρ.-Μηχ. Εμμανουήλ Τατάκης, Καθηγητής Πολυτεχνική Σχολή Τμ. Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας

Διαβάστε περισσότερα

Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΑΥΤΟΝΟΜΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΓΕΝΗΤΡΙΑΣ

Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΑΥΤΟΝΟΜΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΓΕΝΗΤΡΙΑΣ ΑΥΤΟΝΟΜΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΓΕΝΗΤΡΙΑΣ Οι βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν τη συμπεριφορά μιας ΣΓ όταν αυτή λειτουργεί με κάποιο φορτίο είναι αφενός ο συντελεστής ισχύος του φορτίου και αφετέρου το αν

Διαβάστε περισσότερα

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΤΑ ΣΗΕ I ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ

Διαβάστε περισσότερα

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2015

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2015 ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2015 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ (ΙΙ) ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΧΟΛΩΝ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΜΑΘΗΜΑ : Εφαρμοσμένη Ηλεκτρολογία

Διαβάστε περισσότερα

3. Κύκλωμα R-L σειράς έχει R=10Ω, L=10mH και διαρρέεται από ρεύμα i = 10 2ηµ

3. Κύκλωμα R-L σειράς έχει R=10Ω, L=10mH και διαρρέεται από ρεύμα i = 10 2ηµ 1. *Εάν η επαγωγική αντίσταση ενός πηνίου είναι X L =50Ω σε συχνότητα f = 200Hz, να υπολογιστεί η τιμή αυτής σε συχνότητα f=100 Hz. 2. Εάν η χωρητική αντίσταση ενός πυκνωτή είναι X C =50Ω σε συχνότητα

Διαβάστε περισσότερα

ΟΝΟΜ/ΩΝΥΜΟ:ΣΤΕΦΑΝΟΣ ΓΚΟΥΝΤΟΥΣΟΥΔΗΣ Α.Μ:6750 ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΞΑΜΗΝΟΥ:ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ (ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ)

ΟΝΟΜ/ΩΝΥΜΟ:ΣΤΕΦΑΝΟΣ ΓΚΟΥΝΤΟΥΣΟΥΔΗΣ Α.Μ:6750 ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΞΑΜΗΝΟΥ:ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ (ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ) ΟΝΟΜ/ΩΝΥΜΟ:ΣΤΕΦΑΝΟΣ ΓΚΟΥΝΤΟΥΣΟΥΔΗΣ Α.Μ:6750 ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΞΑΜΗΝΟΥ:ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ (ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ) Περιγραφή Λειτουργίας Σύγχρονου Κινητήρα Σκοπός: Η παρούσα εργασία έχει σκοπό να περιγράψει τη λειτουργία ενός

Διαβάστε περισσότερα

N 1 :N 2. i i 1 v 1 L 1 - L 2 -

N 1 :N 2. i i 1 v 1 L 1 - L 2 - ΕΝΟΤΗΤΑ V ΙΣΧΥΣ - ΤΡΙΦΑΣΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 34 Μετασχηµατιστής Ο µετασχηµατιστής είναι µια διάταξη που αποτελείται από δύο πηνία τυλιγµένα σε έναν κοινό πυρήνα από σιδηροµαγνητικό υλικό. Το πηνίο εισόδου λέγεται

Διαβάστε περισσότερα

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ Ενότητα 7: Μέθοδοι Εκκίνησης και Πέδησης Ασύγχρονων Τριφασικών Κινητήρων Ηρακλής Βυλλιώτης Τμήμα Ηλεκτρολόγων

Διαβάστε περισσότερα

Απαντήσεις Θεμάτων Τελικής Αξιολόγησης (Εξετάσεις Ιουνίου) στο Μάθημα «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές» ΕΕ 2015/2016, Ημερομηνία: 14/06/2016

Απαντήσεις Θεμάτων Τελικής Αξιολόγησης (Εξετάσεις Ιουνίου) στο Μάθημα «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές» ΕΕ 2015/2016, Ημερομηνία: 14/06/2016 Απαντήσεις Θεμάτων Τελικής Αξιολόγησης (Εξετάσεις Ιουνίου) στο Μάθημα «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές» ΕΕ 05/06, Ημερομηνία: 4/06/06 Θέμα ο (Βαθμοί:4,0) Τα δεδομένα που ελήφθησαν από τις δοκιμές βραχυκύκλωσης

Διαβάστε περισσότερα

10 - ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ

10 - ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ 10 - ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Ηλεκτρική μηχανή ονομάζεται κάθε διάταξη η οποία μετατρέπει τη μηχανική ενεργεια σε ηλεκτρική ή αντίστροφα ή μετατρεπει τα χαρακτηριστικά του ηλεκτρικού ρεύματος. Οι ηλεκτρικες

Διαβάστε περισσότερα

ΕΠΑΓΩΓΙΚΗ ΤΡΙΦΑΣΙΚΗ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ

ΕΠΑΓΩΓΙΚΗ ΤΡΙΦΑΣΙΚΗ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΕΠΑΓΩΓΙΚΗ ΤΡΙΦΑΣΙΚΗ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΘΕΜΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: Περιγράψτε τον τρόπο λειτουργίας μιας επαγωγικής γεννήτριας. ΟΝΟΜΑ : Μιμίκος Ευστράτιος. Α.Ε.Μ. : 6798 ΣΚΟΠΟΣ : O σκοπός της εργασίας είναι η περιγραφή του

Διαβάστε περισσότερα

Ηλεκτρονικά Ισχύος II

Ηλεκτρονικά Ισχύος II Ηλεκτρονικά Ισχύος II Ενότητα 2: Μετατροπείς Συνεχούς Τάσης σε Εναλλασσόμενη Τάση (DC-AC Converers ή Inverers) Δρ.-Μηχ. Εμμανουήλ Τατάκης, Καθηγητής Πολυτεχνική Σχολή Τμ. Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας

Διαβάστε περισσότερα

Το εξεταστικό δοκίµιο µαζί µε το τυπολόγιο αποτελείται από εννιά (9) σελίδες. Τα µέρη του εξεταστικού δοκιµίου είναι τρία (Α, Β και Γ ).

Το εξεταστικό δοκίµιο µαζί µε το τυπολόγιο αποτελείται από εννιά (9) σελίδες. Τα µέρη του εξεταστικού δοκιµίου είναι τρία (Α, Β και Γ ). ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2012 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ (ΙI) ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΧΟΛΩΝ ΠΡΑΚΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΜΑΘΗΜΑ : ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ

Διαβάστε περισσότερα

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΣΧΥΟΣ ΗΜΥ 444

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΣΧΥΟΣ ΗΜΥ 444 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΣΧΥΟΣ ΗΜΥ 444.οργανωτικά Δρ Ανδρέας Σταύρου ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ Το βιβλίο Ned Mohan First course on Power Electronics

Διαβάστε περισσότερα

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ Ενότητα 2: Ασύγχρονος Τριφασικός Κινητήρας Αρχή Λειτουργίας Ηρακλής Βυλλιώτης Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών

Διαβάστε περισσότερα

7 ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗ ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΤΟΥ ΣΥΝΗΜΙΤΟΝΟΥ φ

7 ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗ ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΤΟΥ ΣΥΝΗΜΙΤΟΝΟΥ φ 7 ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗ ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΤΟΥ ΣΥΝΗΜΙΤΟΝΟΥ φ Το µεγαλύτερο µέρος των ηλεκτρικών κινητήρων που χρησιµοποιούνται στην βιοµηχανία, αποτελείται από επαγωγικούς κινητήρες βραχυκυκλωµένου κλωβού. Ο κινητήρας αυτός

Διαβάστε περισσότερα

ΑΣΚΗΣΗ 7 η ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΡΟΠΗΣ ΣΤΡΟΦΩΝ ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΥ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΕΝΟΥ ΔΡΟΜΕΑ

ΑΣΚΗΣΗ 7 η ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΡΟΠΗΣ ΣΤΡΟΦΩΝ ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΥ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΕΝΟΥ ΔΡΟΜΕΑ ΑΣΚΗΣΗ 7 η ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΡΟΠΗΣ ΣΤΡΟΦΩΝ ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΥ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΕΝΟΥ ΔΡΟΜΕΑ Σκοπός της άσκησης: Σκοπός της εργαστηριακής άσκησης είναι: 1. Η μελέτη του τρόπου εκκίνησης και λειτουργίας

Διαβάστε περισσότερα

2012 : (307) : , 29 2012 : 11.00 13.30

2012  : (307) : , 29 2012 : 11.00 13.30 ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2012 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ (ΙΙ) ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΧΟΛΩΝ ΠΡΑΚΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΜΑΘΗΜΑ : Εφαρµοσµένη Ηλεκτρολογία

Διαβάστε περισσότερα

() { ( ) ( )} ( ) () ( )

() { ( ) ( )} ( ) () ( ) Ηλεκτρική Ισχύς σε Μονοφασικά και Τριφασικά Συστήματα. Μονοφασικά Συστήματα Έστω ότι σε ένα μονοφασικό καταναλωτή η τάση και το ρεύμα περιγράφονται από τις παρακάτω δύο χρονικές συναρτήσεις: ( t cos( ω

Διαβάστε περισσότερα

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ Ενότητα 1: Εκκίνηση Ασύγχρονων Μηχανών Επ. Καθηγήτρια Τζόγια Χ. Καππάτου Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό

Διαβάστε περισσότερα

Στον άπειρο ζυγό και μέσω μιας γραμμής μεταφοράς ισχύος συνδέεται κάποια βιομηχανία

Στον άπειρο ζυγό και μέσω μιας γραμμής μεταφοράς ισχύος συνδέεται κάποια βιομηχανία ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Στον άπειρο ζυγό και μέσω μιας γραμμής μεταφοράς ισχύος συνδέεται κάποια βιομηχανία Οι 2 από τους 3 κινητήρες αυτής της βιομηχανίας είναι επαγωγικοί και διαθέτουν επαγωγικούς συντελεστές

Διαβάστε περισσότερα

Η ύλη του βιβλίου περιλαμβάνει δέκα κεφάλαια.

Η ύλη του βιβλίου περιλαμβάνει δέκα κεφάλαια. vii Πρόλογος Σκοπός του παρόντος βιβλίου είναι να διερευνήσει τη λειτουργία των Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ) υπό την επίδραση διαταραχών. Καλύπτει την ύλη των μαθημάτων «Ανάλυση ΣΗΕ ΙΙ» και «Έλεγχος

Διαβάστε περισσότερα

Γαβριήλ Β. Γιαννακόπουλος

Γαβριήλ Β. Γιαννακόπουλος Πρόλογος Σ κοπός του παρόντος βιβλίου είναι να διερευνήσει τη λειτουργία των Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ) υπό την επίδραση διαταραχών. Καλύπτει την ύλη του μαθήματος «Έλεγχος και Ευστάθεια ΣΗΕ»,

Διαβάστε περισσότερα

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 4 ΣΕΛΙ ΕΣ

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 4 ΣΕΛΙ ΕΣ ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ ΝΕΟ ΚΑΙ ΠΑΛΑΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΝΕΛΛΑ ΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΕΠΑΓΓΕΛΜΑΤΙΚΩΝ ΛΥΚΕΙΩΝ ΚΑΙ HMEΡΗΣΙΩΝ ΚΑΙ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ ΕΠΑΓΓΕΛΜΑΤΙΚΩΝ ΛΥΚΕΙΩΝ (ΟΜΑ Α A ΚΑΙ ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ ΕΙ ΙΚΟΤΗΤΑΣ ΟΜΑ Α Β ) ΕΥΤΕΡΑ 6

Διαβάστε περισσότερα

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ ΝΕΟ ΚΑΙ ΠΑΛΑΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ ΝΕΟ ΚΑΙ ΠΑΛΑΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ ΝΕΟ ΚΑΙ ΠΑΛΑΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΠΑΝΕΛΛΑ ΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΕΠΑΓΓΕΛΜΑΤΙΚΩΝ ΛΥΚΕΙΩΝ ΚΑΙ HMEΡΗΣΙΩΝ ΚΑΙ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ ΕΠΑΓΓΕΛΜΑΤΙΚΩΝ ΛΥΚΕΙΩΝ (ΟΜΑ Α A ΚΑΙ ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ ΕΙ ΙΚΟΤΗΤΑΣ ΟΜΑ Α

Διαβάστε περισσότερα

Μηχανές εναλλασσομένου ρεύματος

Μηχανές εναλλασσομένου ρεύματος Μηχανές εναλλασσομένου ρεύματος 1 Εισαγωγή Οι μηχανές εναλλασσόμενου ρεύματος (Ε.Ρ.) αποτελούν τη συντριπτική πλειονότητα των ηλεκτρικών μηχανών που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία, κυρίως λόγω της επικράτησης

Διαβάστε περισσότερα

ΣΥΜΠΙΕΣΤΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ

ΣΥΜΠΙΕΣΤΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 9. Ηλεκτρικό Σύστημα Συμπιεστών Ανάλογα με την κατασκευή τους και το είδος του εναλλασσόμενου ρεύματος που απαιτούν για τη λειτουργία τους, οι ηλεκτροκινητήρες διακρίνονται σε: Μονοφασικούς. Τριφασικούς.

Διαβάστε περισσότερα

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ Ενότητα 1: Βασικές Αρχές Ηλεκτρικών Μηχανών Ηρακλής Βυλλιώτης Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΤΕ Άδειες Χρήσης

Διαβάστε περισσότερα

ΟΝΟΜ/ΝΥΜΟ: ΜΠΑΛΑΜΠΑΝΗ ΓΕΩΡΓΙΑ ΑΜ:6105 ΜΑΘΗΜΑ: ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΙΤΛΟΣ: ΤΡΟΠΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΜΙΑΣ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΓΕΝΗΤΡΙΑΣ

ΟΝΟΜ/ΝΥΜΟ: ΜΠΑΛΑΜΠΑΝΗ ΓΕΩΡΓΙΑ ΑΜ:6105 ΜΑΘΗΜΑ: ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΙΤΛΟΣ: ΤΡΟΠΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΜΙΑΣ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΓΕΝΗΤΡΙΑΣ ΟΝΟΜ/ΝΥΜΟ: ΜΠΑΛΑΜΠΑΝΗ ΓΕΩΡΓΙΑ ΑΜ:6105 ΜΑΘΗΜΑ: ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΙΤΛΟΣ: ΤΡΟΠΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΜΙΑΣ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΓΕΝΗΤΡΙΑΣ 1 Η γεννήτρια ή ηλεκτρογεννήτρια είναι μηχανή που βασίζεται στους νόμους της

Διαβάστε περισσότερα

ΕΥΕΛΙΚΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΗΜΥ 499

ΕΥΕΛΙΚΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΗΜΥ 499 ΕΥΕΛΙΚΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΗΜΥ 499 ΕΛΕΓΧΟΜΕΝΕΣ ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΠΗΓΕΣ STATic var COMpensator (STATCOM) Δρ Ανρέας Σταύρου ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Διαβάστε περισσότερα

ΤΡΙΦΑΣΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΡΙΦΑΣΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΤΡΙΦΑΣΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΡΙΦΑΣΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Φορτίο 3. Σημείο έγχυσης ισχύος Φορτίο 1. 600 kva cosφ=0.8 επαγωγικό 10+j35 Ω/φάση Φορτίο 2. 1100 kva cosφ=0.9 χωρητικό P = 600 kw cosφ=0.85 επαγωγικό Φορτίο 4 P=750 kw Q=150 kvar Μονογραμμικό κύκλωμα

Διαβάστε περισσότερα

ΣΗΕ Ι ΘΕΩΡΙΑ. ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΣΤΑ ΣΗΕ Μονοφασικά εναλλασσόµενα ρεύµατα

ΣΗΕ Ι ΘΕΩΡΙΑ. ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΣΤΑ ΣΗΕ Μονοφασικά εναλλασσόµενα ρεύµατα ΣΗΕ Ι ΘΕΩΡΙΑ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΣΤΑ ΣΗΕ Μονοφασικά εναλλασσόµενα ρεύµατα 1. Αναφέρατε περιπτώσεις που πρέπει να λαµβάνονται υπόψη οι υψηλές αρµονικές στη µελέτη συστήµατος ηλεκτρικής ενέργειας. 2. Ποια

Διαβάστε περισσότερα

Τριφασικός μετασχηματιστής ισχύος σε λειτουργία. χωρίς φορτίο

Τριφασικός μετασχηματιστής ισχύος σε λειτουργία. χωρίς φορτίο ΑΣΚΗΣΗ 3 Τριφασικός μετασχηματιστής ισχύος σε λειτουργία χωρίς φορτίο 1 Α. Θεωρητικές επεξηγήσεις: Υπάρχει η δυνατότητα να χρησιμοποιήσουμε τρεις μονοφασικούς Μ/Σ για να κάνουμε ένα τριφασικό αν τοποθετήσουμε

Διαβάστε περισσότερα

ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Ε.Ρ ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΠΡΟΩΣΗ

ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Ε.Ρ ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΠΡΟΩΣΗ 1 ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Ε.Ρ Έχουμε δύο είδη τριφασικών κινητήρων Ε.Ρ., τους σύγχρονους και τους ασύγχρονους. Ο στάτης των δύο αυτών ειδών είναι όμοιος με αυτόν των σύγχρονων γεννητριών. Έχει τριφασικό τύλιγμα,

Διαβάστε περισσότερα

Διατάξεις εκκίνησης κινητήρων ΣΡ

Διατάξεις εκκίνησης κινητήρων ΣΡ Διατάξεις εκκίνησης κινητήρων ΣΡ Η διάταξη ελέγχου και προστασίας του κινητήρα ΣΡ πρέπει: 1. Να προστατεύει τον κινητήρα από βραχυκυκλώματα στην ίδια τη διάταξη προστασίας 2. Να προστατεύει τον κινητήρα

Διαβάστε περισσότερα

ΕΥΕΛΙΚΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΗΜΥ 499

ΕΥΕΛΙΚΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΗΜΥ 499 ΕΥΕΛΙΚΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΗΜΥ 499 ΣΤΑΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΑΕΡΓΟΥ ΙΣΧΥΟΣ (S) ρ Ανρέας Σταύρου ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ Τα Θέµατα Βαθµίες

Διαβάστε περισσότερα

Οι μηχανές ΕΡ είναι γεννήτριες που μετατρέπουν τη μηχανική ισχύ σε ηλεκτρική και κινητήρες που μετατρέπουν την ηλεκτρική σε μηχανική

Οι μηχανές ΕΡ είναι γεννήτριες που μετατρέπουν τη μηχανική ισχύ σε ηλεκτρική και κινητήρες που μετατρέπουν την ηλεκτρική σε μηχανική Οι μηχανές ΕΡ είναι γεννήτριες που μετατρέπουν τη μηχανική ισχύ σε ηλεκτρική και κινητήρες που μετατρέπουν την ηλεκτρική σε μηχανική Υπάρχουν 2 βασικές κατηγορίες μηχανών ΕΡ: οι σύγχρονες και οι επαγωγικές

Διαβάστε περισσότερα

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΣΧΥΟΣ ΗΜΥ 444

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΣΧΥΟΣ ΗΜΥ 444 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΣΧΥΟΣ ΗΜΥ 444 DC ΔΙΑΚΟΠΤΙΚA ΤΡΟΦΟΔΟΤΙΚΑ, ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΜΕ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΑΠΟΜΟΝΩΣΗ Δρ Ανδρέας Σταύρου ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ

Διαβάστε περισσότερα

3η Εργαστηριακή Άσκηση: Εύρεση χαρακτηριστικής και συντελεστή απόδοσης κινητήρα συνεχούς ρεύµατος

3η Εργαστηριακή Άσκηση: Εύρεση χαρακτηριστικής και συντελεστή απόδοσης κινητήρα συνεχούς ρεύµατος Ονοµατεπώνυµο: Αριθµός Μητρώου: Εξάµηνο: Υπογραφή Εργαστήριο Ηλεκτροµηχανικών Συστηµάτων Μετατροπής Ενέργειας 3η Εργαστηριακή Άσκηση: Εύρεση χαρακτηριστικής και συντελεστή απόδοσης κινητήρα συνεχούς ρεύµατος

Διαβάστε περισσότερα

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΤΑ ΣΗΕ I ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ ΙΣΧΥΟΣ (ΜΣ) ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ

Διαβάστε περισσότερα

SEMAN ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

SEMAN ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ We know How ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Βελτίωση της Ποιότητας Ισχύος Εξοικονόμηση Ενέργειας Αύξηση Εφεδρείας Ηλεκτρικών Εγκαταστάσεων & Χαμηλότερο Κόστος Συντήρησης Γραμμών Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας.

Διαβάστε περισσότερα

Απαραίτητη προϋπόθεση για να λειτουργήσει μία σύγχρονη γεννήτρια είναι η τροφοδοσία του τυλίγματος του δρομέα με ΣΡ

Απαραίτητη προϋπόθεση για να λειτουργήσει μία σύγχρονη γεννήτρια είναι η τροφοδοσία του τυλίγματος του δρομέα με ΣΡ ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ Απαραίτητη προϋπόθεση για να λειτουργήσει μία σύγχρονη γεννήτρια είναι η τροφοδοσία του τυλίγματος του δρομέα με ΣΡ Αυτό το ρεύμα δημιουργεί μαγνητικό πεδίο στο εσωτερικό της γεννήτριας

Διαβάστε περισσότερα

Εργαστήριο Ανάλυσης Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας

Εργαστήριο Ανάλυσης Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας Εργαστήριο Ανάλυσης Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας Ενότητα: Άσκηση 2 Ροή ισχύος και ρύθμιση τάσης σε γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας Νικόλαος Βοβός, Γαβριήλ Γιαννακόπουλος, Παναγής Βοβός Τμήμα

Διαβάστε περισσότερα

Ασκήσεις στο µάθηµα «Ευέλικτα Συστήµατα Μεταφοράς» του 7 ου εξαµήνου

Ασκήσεις στο µάθηµα «Ευέλικτα Συστήµατα Μεταφοράς» του 7 ου εξαµήνου EΘΝΙΚΟ MΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΏΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΙΣΧΥΟΣ Αναπλ. Καθηγητής Γ. Κορρές Άσκηση 1 Ασκήσεις στο µάθηµα «Ευέλικτα Συστήµατα Μεταφοράς» του 7

Διαβάστε περισσότερα

Άσκηση 1 ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ

Άσκηση 1 ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ Άσκηση 1 ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ 1.1 Μέτρηση του λόγου μετασχηματισμού και προσδιορισμός παραμέτρων ισοδύναμου κυκλώματος μονοφασικών μετασχηματιστών 1.2 Αυτομετασχηματιστές 1.3 Τριφασικοί μετασχηματιστές Σελίδα

Διαβάστε περισσότερα

Ηλεκτροκινητήρας Εναλλασσόμενου Ρεύματος τύπου κλωβού. Άσκηση 9. Ηλεκτροκινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος τύπου κλωβού

Ηλεκτροκινητήρας Εναλλασσόμενου Ρεύματος τύπου κλωβού. Άσκηση 9. Ηλεκτροκινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος τύπου κλωβού ANTIKEIMENO: Άσκηση 9 Ηλεκτροκινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος τύπου κλωβού ΣΤΟΧΟΙ ΑΥΤΟΥ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ: Κατανόηση της λειτουργίας του ηλεκτροκινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος τύπου κλωβού Υπολογισμός μηχανικών

Διαβάστε περισσότερα

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ Εργαστήριο

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ Εργαστήριο ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ Εργαστήριο Ενότητα 1: Προσδιορισμός των Σταθερών του Ισοδύναμου Κυκλώματος Ασύγχρονης Μηχανής Ηρακλής Βυλλιώτης

Διαβάστε περισσότερα

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ ΠΑΝΕΛΛΑ ΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΕΠΑΓΓΕΛΜΑΤΙΚΩΝ ΛΥΚΕΙΩΝ (ΟΜΑ Α Β ) ΚΑΙ ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ ΕΙ ΙΚΟΤΗΤΑΣ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ ΠΑΝΕΛΛΑ ΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΕΠΑΓΓΕΛΜΑΤΙΚΩΝ ΛΥΚΕΙΩΝ (ΟΜΑ Α Β ) ΚΑΙ ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ ΕΙ ΙΚΟΤΗΤΑΣ ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ ΠΑΝΕΛΛΑ ΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΕΠΑΓΓΕΛΜΑΤΙΚΩΝ ΛΥΚΕΙΩΝ (ΟΜΑ Α Α ) ΚΑΙ ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ ΕΙ ΙΚΟΤΗΤΑΣ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΕΠΑΓΓΕΛΜΑΤΙΚΩΝ ΛΥΚΕΙΩΝ (ΟΜΑ Α Β ) ΤΡΙΤΗ 9 ΙΟΥΝΙΟΥ 2009 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ

Διαβάστε περισσότερα

3η Εργαστηριακή Άσκηση: Εύρεση χαρακτηριστικής και συντελεστή απόδοσης κινητήρα συνεχούς ρεύµατος

3η Εργαστηριακή Άσκηση: Εύρεση χαρακτηριστικής και συντελεστή απόδοσης κινητήρα συνεχούς ρεύµατος Ονοµατεπώνυµο: Αριθµός Μητρώου: Εξάµηνο: Υπογραφή Εργαστήριο Ηλεκτροµηχανικών Συστηµάτων Μετατροπής Ενέργειας 3η Εργαστηριακή Άσκηση: Εύρεση χαρακτηριστικής και συντελεστή απόδοσης κινητήρα συνεχούς ρεύµατος

Διαβάστε περισσότερα

Τεχνολογίες Ελέγχου στα Αιολικά Συστήματα

Τεχνολογίες Ελέγχου στα Αιολικά Συστήματα Τεχνολογίες Ελέγχου στα Αιολικά Συστήματα Ενότητα 1: Εισαγωγή Καθηγητής Αντώνιος Αλεξανδρίδης Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό

Διαβάστε περισσότερα

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ: 2 η

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ: 2 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ: 2 η Τίτλος Άσκησης: ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΞΕΝΗΣ και ΠΑΡΑΛΛΗΛΗΣ ΔΙΕΓΕΡΣΗΣ «Λειτουργία Γεννήτριας Συνεχούς Ρεύματος Ξένης διέγερσης και σχεδίαση της χαρακτηριστικής φορτίου» «Λειτουργία

Διαβάστε περισσότερα

«Εργαστήριο σε Θέματα Ηλεκτρικών Μετρήσεων»

«Εργαστήριο σε Θέματα Ηλεκτρικών Μετρήσεων» Η ΠΡΑΞΗ ΥΛΟΠΟΙΕΙΤΑΙ ΣΤΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΤΟΥ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» ΚΑΙ ΣΥΓΧΡΗΜΑΤΟΔΟΤΕΙΤΑΙ ΑΠΟ ΤΗΝ ΕΥΡΩΠΑΪΚΗ ΕΝΩΣΗ (ΕΥΡΩΠΑΪΚΟ ΚΟΙΝΩΝΙΚΟ ΤΑΜΕΙΟ ΕΚΤ) ΚΑΙ ΑΠΟ ΕΘΝΙΚΟΥΣ ΠΟΡΟΥΣ

Διαβάστε περισσότερα

Γεννήτρια συνεχούς ρεύματος παράλληλης. διέγερσης

Γεννήτρια συνεχούς ρεύματος παράλληλης. διέγερσης ΑΣΚΗΣΗ 6 Γεννήτρια συνεχούς ρεύματος παράλληλης διέγερσης 1 Α. Θεωρητικές επεξηγήσεις: Στις γεννήτριες παράλληλης διέγερσης το τύλιγμα διέγερσης συνδέεται παράλληλα με το κύκλωμα του δρομέα, όπως φαίνεται

Διαβάστε περισσότερα

ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΣ ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΣ (ΕΠΑΓΩΓΙΚΟΣ) ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΚΚΙΝΗΣΗΣ

ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΣ ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΣ (ΕΠΑΓΩΓΙΚΟΣ) ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΚΚΙΝΗΣΗΣ ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΣ ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΣ (ΕΠΑΓΩΓΙΚΟΣ) ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΚΚΙΝΗΣΗΣ 24/12/2017 ΣΟΦΙΑ ΔΟΛΜΑ ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΚΚΙΝΗΣΗΣ ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΥ ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΥ (ΕΠΑΓΩΓΙΚΟΥ) ΚΙΝΗΤΗΡΑ Ένας επαγωγικός ή ασύγχρονος κινητήρας είναι στην ουσία

Διαβάστε περισσότερα

ΕΥΕΛΙΚΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΗΜΥ 499

ΕΥΕΛΙΚΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΗΜΥ 499 ΕΥΕΛΙΚΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΗΜΥ 499 ΟΜΗ ΙΑΚΟΠΤΙΚΩΝ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΩΝ ρ Ανδρέας Σταύρου ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ Τα Θέµατα Επιλογή διακοπτών

Διαβάστε περισσότερα

6 ΤΡΙΦΑΣΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

6 ΤΡΙΦΑΣΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 6 ΤΡΙΦΑΣΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Η ηλεκτρική ισχύς παράγεται, µεταφέρεται και διανέµεται σχεδόν αποκλειστικά µε τριφασικά συστήµατα ρευµάτων και τάσεων. Μόνον οικιακοί και άλλοι µικρής ισχύος καταναλωτές είναι µονοφασικοί.

Διαβάστε περισσότερα

SEMAN S.A. We know How

SEMAN S.A. We know How SEMAN S.A. We know How SEMAN S.A. ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Βελτίωση της Ποιότητας Ισχύος Εξοικονόμηση Ενέργειας Αύξηση Εφεδρείας Ηλεκτρικών Εγκαταστάσεων & Χαμηλότερο Κόστος Συντήρησης Γραμμών

Διαβάστε περισσότερα

ΑΣΚΗΣΗ 1 η ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ ΙΣΧΥΟΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ. Στόχοι της εργαστηριακής άσκησης είναι η εξοικείωση των σπουδαστών με την:

ΑΣΚΗΣΗ 1 η ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ ΙΣΧΥΟΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ. Στόχοι της εργαστηριακής άσκησης είναι η εξοικείωση των σπουδαστών με την: Σκοπός της Άσκησης: ΑΣΚΗΣΗ η ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ ΙΣΧΥΟΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στόχοι της εργαστηριακής άσκησης είναι η εξοικείωση των σπουδαστών με την: α. Κατασκευή μετασχηματιστών. β. Αρχή λειτουργίας μετασχηματιστών.

Διαβάστε περισσότερα

β. Ο συντελεστής ποιότητας Q π δείχνει ότι η τάση U L =U C είναι Q π φορές µεγαλύτερη από την τάση τροφοδοσίας. Σ

β. Ο συντελεστής ποιότητας Q π δείχνει ότι η τάση U L =U C είναι Q π φορές µεγαλύτερη από την τάση τροφοδοσίας. Σ ΑΡΧΗ ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΤΑΞΗ ΕΠΑΛ (ΟΜΑ Α Α ) & ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ ΕΙ ΙΚΟΤΗΤΑΣ ΕΠΑΛ (ΟΜΑ Α Β ) ΣΑΒΒΑΤΟ 6/04/06 - ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ ΙΙ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙ ΩΝ: ΠΕΝΤΕ (5) ΕΝ ΕΙΚΤΙΚΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑ ο ) Να χαρακτηρίσετε

Διαβάστε περισσότερα

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ & ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Διδάσκων : Δημήτρης Τσιπιανίτης Γεώργιος Μανδέλλος

Διαβάστε περισσότερα

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΣΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΤΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗΣ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΥ 15/09/2015 ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΜΜ604 ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΣΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΤΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗΣ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΥ 15/09/2015 ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΜΜ604 ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΣΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΤΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗΣ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΥ 5/09/05 ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΜΜ604 ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Θέμα ο Φορτίο αποτελούμενο από δύο σύνθετες αντιστάσεις τροφοδοτείται από πηγή ΕΡ μέσω γραμμής

Διαβάστε περισσότερα

ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΙΟΥΝΙΟΥ 2007

ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΙΟΥΝΙΟΥ 2007 ΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ ΣΧΟΛΗ ΣΤΕΦ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δρ. Π. Β. Μαλατέστας, Καθηγητής ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ : 5//7 Μάθημα : Ηλεκτρική Κίνηση ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΙΟΥΝΙΟΥ 7 ΘΕΜΑ ο (4%) Κινητήρας με γραμμική χαρακτηριστική

Διαβάστε περισσότερα

Δυναμική Ηλεκτρικών Μηχανών

Δυναμική Ηλεκτρικών Μηχανών Δυναμική Ηλεκτρικών Μηχανών Ενότητα 1: Εισαγωγή Βασικές Αρχές Επ. Καθηγήτρια Τζόγια Χ. Καππάτου Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται

Διαβάστε περισσότερα