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 ΓΕΡΑΣΙΜΟΥ Ε. ΜΑΡΟΥΛΗ Α.Μ.: ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΑ ΤΑΣΗΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ Επιβλέπων: Δρ.-Μηχ. Εμμανουήλ Τατάκης, Καθηγητής Ν ο /2016 Πάτρα, Οκτώβριος 2016

2 Το σύνολο της εργασίας αποτελεί πρότυπο έργο, παραχθέν από το Μαρούλη Γεράσιμο, και δεν παραβιάζει δικαιώματα τρίτων καθ οιονδήποτε τρόπο. Αν η εργασία περιέχει υλικό, το οποίο δεν έχει παραχθεί από αυτόν, είναι ευδιάκριτο και αναφέρεται ρητώς εντός του κειμένου της εργασίας ως προϊόν εργασίας τρίτου, σημειώνοντας με παρομοίως σαφή τρόπο τα στοιχεία ταυτοποίησης του, ενώ παράλληλα βεβαιώνουν πως στην περίπτωση χρήσης αυτούσιων γραφικών αναπαραστάσεων, εικόνων, γραφημάτων κλπ., έχουν λάβει τη χωρίς περιορισμούς άδεια του κατόχου των πνευματικών δικαιωμάτων για τη συμπερίληψη και επακόλουθη δημοσίευση του υλικού αυτού.

3 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η διπλωματική εργασία με θέμα: "ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΑ ΤΑΣΗΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ" του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών: ΜΑΡΟΥΛΗ ΓΕΡΑΣΙΜΟΥ του ΕΥΑΓΓΕΛΟΥ (Α.Μ ) Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις 18/10/2016 Ο Επιβλέπων Ο Διευθυντής του Τομέα Εμμανουήλ Τατάκης Καθηγητής Αντώνιος Αλεξανδρίδης Καθηγητής ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥΠΟΛΗ ΠΑΤΡΑΣ ΡΙΟ - ΠΑΤΡΑ Τηλ: Τηλ: Τηλ: Fax: e.c.tatakis@ece.upatras.gr

4

5 Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: /2016 ΤΙΤΛΟΣ: "ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΑ ΤΑΣΗΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ" Φοιτητής: Επιβλέπων: Γεράσιμος Μαρούλης του Ευαγγέλου Δρ.-Μηχ. Εμμανουήλ Τατάκης, Καθηγητής Περίληψη Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και κατασκευή της πειραματικής διάταξης ενός μονοφασικού πολυεπίπεδου αντιστροφέα τύπου Cascade (Cascaded H-bridge). Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι η εις βάθος μελέτη των πολυεπίπεδων αντιστροφέων και η ανάλυση των δυνατοτήτων τους. Οι τοπολογίες αυτές, οι οποίες μετατρέπουν τη συνεχή τάση σε εναλλασσόμενη, παρουσιάζουν ιδιαίτερο τεχνολογικό ενδιαφέρον και χρησιμοποιούνται ευρύτατα στο σύγχρονο βιομηχανικό κόσμο. Για αυτό το λόγο και επιλέχθηκαν να μελετηθούν στα πλαίσια αυτής διπλωματικής. Αρχικά, έγινε παρουσίαση των κυριότερων τοπολογιών. Μελετήθηκαν τα μειονεκτήματα και τα πλεονεκτήματα τους, ενώ έγινε και αναφορά στις εφαρμογές στις οποίες χρησιμοποιούνται. Η παραπάνω ανάλυση πραγματοποιήθηκε τόσο για μονοφασική όσο και για τριφασική λειτουργία και υπό διαφορετικά φορτία μέσω προσομοιώσεων στο πρόγραμμα Matlab/Simulink. Στη συνέχεια, γίνεται επιλογή μίας από τις παραπάνω τοπολογίες ώστε αυτή να κατασκευαστεί. Βασιζόμενοι στα συμπεράσματα που εξήχθησαν από την παραπάνω ανάλυση επιλέχθηκε να κατασκευαστεί ένας αντιστροφέας πέντε επιπέδων Cascaded H-bridge. Το επόμενο βήμα, ήταν η σχεδίαση του προαναφερθέντος αντιστροφέα. Για τη παλμοδότηση του συστήματος επιλέχθηκε ο μικροελεγκτής dspic30f2020 της εταιρείας Microchip. Η σχεδίαση των πλακετών έγινε μέσω του λογισμικού KiCad, ενώ η δημιουργία των προγραμμάτων παλμοδότησης μέσω του λογισμικού MPLAB X IDE. Τέλος, κατασκευάστηκε η προαναφερθείσα πειραματική διάταξη εντός του εργαστηρίου. Μετά τη κατασκευή πραγματοποιήθηκε μία σειρά πειραμάτων υπό ωμικό και ωμικό-επαγωγικό φορτίο, ώστε να διαπιστωθεί και να επιβεβαιωθεί η θεωρητική ανάλυση.

6 Abstract This diploma thesis focuses on the analysis and the construction of a Cascaded H-Bridge multilevel inverter. The project was based in the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion of the department of Electrical and Computer Engineering of School Engineering of University of Patras. The purpose of this thesis is the study of multilevel inverters and the analysis of their capabilities. These topologies which are able to convert direct current into alternative current are broadly used in modern industrial applications. Therefore, multilevel inverters were selected to be studied in this thesis. The first stage of this work is the presentation of the most important topologies, along with the advantages and disadvantages of each topology. Also, several industrial applications of each topology are explored. This analysis was accomplished for both single phase and three phase converters, under different types of loads through simulations in Matlab/Simulink software. Furthermore, one of these topologies is chosen to be implemented. This choice was based on conclusions extracted from our study. In particular, we decided to implement a 5 level Cascaded H-Bridge. The next step was the design of the specific multilevel inverter. The microcontroller dspic30f2020 of Microchip was used for the pulsation of the semiconductor elements. KiCad software was used to design the PCBs, while MPLAB X IDE software was used to program the microcontroller. Finally, a series of experiments took place both with resistive and resistive-inductive load, in order to verify the aforementioned theoretical analysis.

7 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Αντικείμενο της συγκεκριμένης διπλωματικής ήταν η μελέτη των πολυεπίπεδων αντιστροφέων και η κατασκευή ενός μονοφασικού αντιστροφέα τοπολογίας Cascaded H-bridge πέντε επιπέδων. Συγκεκριμένα μελετήθηκαν και προσομοιώθηκαν οι ευρύτερα γνωστές τοπολογίες πολυεπίπεδων αντιστροφέων τάσης που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές εφαρμογές. Από τη συνολική μελέτη που προηγήθηκε διερευνήθηκαν τα πλεονεκτήματα της κάθε τοπολογίας, αλλά και ο τρόπος λειτουργίας τους. Διαπιστώθηκε ότι ιδιαίτερο ενδιαφέρον για διερεύνηση της λειτουργίας της είχε η τοπολογία του μονοφασικού αντιστροφέα Cascaded H-bridge πέντε επιπέδων, η οποία και αποφασίσθηκε τελικώς να κατασκευαστεί, ώστε να μελετηθεί εις βάθος η συμπεριφορά της για διάφορα φορτία εξόδου. Αναλυτικά, στο κεφάλαιο 1 γίνεται συνοπτική παρουσίαση της σημασίας των μετατροπέων ισχύος και ειδικά των πολυεπίπεδων αντιστροφέων τάσης στις σύγχρονες ηλεκτρικές εφαρμογές. Στη συνέχεια, παρουσιάστηκε η λειτουργία και η δομή των σημαντικότερων τοπολογιών αυτού του είδους αλλά και των σημαντικότερων εφαρμογών στις οποίες χρησιμοποιούνται. Στο κεφάλαιο 2 λαμβάνει χώρα μία εκτενής μελέτη των αρχών λειτουργίας των κυριότερων κυκλωμάτων πολυεπίπεδων αντιστροφέων. Μέσω σχημάτων και παραδειγμάτων επεξηγείται η ροή ισχύος σε κάθε τύπο αντιστροφέα. Επιπλέον, αναφέρονται διεξοδικά τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της κάθε τοπολογίας. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται οι κυριότερες μέθοδοι παλμοδότησης που χρησιμοποιούνται στο βιομηχανικό κόσμο. Τέλος, μέσω συγκριτικών πινάκων γίνεται προσπάθεια να συμπυκνωθούν όλες οι λεπτομέρειες των πολυεπίπεδων αντιστροφέων και το προτιμώμενων μεθόδων παλμοδότησης κάθε τοπολογίας. Στο κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα προσομοιώσεων που έγιναν με χρήση του λογισμικού Simulink του Matlab. Οι προσομοιώσεις αυτές ανέδειξαν τις δυνατότητες κάθε τοπολογίας, αλλά και κάθε μεθόδου παλμοδότησης και βοήθησαν στη τελική επιλογή της πειραματικής διάταξης. Στο κεφάλαιο 4 αφού επιλέχθηκε να κατασκευαστεί ένας μονοφασικός αντιστροφέας τοπολογίας Cascaded H-bridge πέντε επιπέδων γίνεται εκτενής αναφορά στις κατασκευαστικές - I -

8 λεπτομέρειες της πειραματικής διάταξης που υλοποιήθηκε εντός του εργαστηρίου. Επιπρόσθετα επεξηγούνται οι λόγοι για τους οποίους επιλέχθηκαν τα συγκεκριμένα στοιχεία, οι δυνατότητες της διάταξης, αλλά και ο τρόπος λειτουργίας κάποιων τμημάτων της. Επιπλέον, περιγράφεται ο τρόπος λειτουργίας του μικροελεγκτή dspic30f2020, ο οποίος χρησιμοποιήθηκε για τη παλμοδότηση των ημιαγωγικών στοιχείων της πειραματικής διάταξης. Ο μικροελεγκτής αυτός, εκτός των άλλων προτερημάτων του, έχει τη δυνατότητα παλμοδότησης ως και οκτώ Mosfet κάτι το οποίο είναι απαραίτητο σε αυτή την εφαρμογή. Στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα που προέκυψαν από την εν λόγω πειραματική διάταξη. Τα πειράματα έγιναν υπό ωμικό και ωμικό-επαγωγικό φορτίο, ώστε να διαπιστωθεί η ορθότητα όσων μελετήθηκαν θεωρητικά. Τέλος, καταγράφεται η βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε και στα παραρτήματα ενσωματώνονται κατά σειρά ο κώδικας του προγράμματος παλμοδότησης του μικροελεγκτή, τα τυπωμένα σχέδια των πλακετών (PCB), καθώς και φωτογραφίες των πλακετών μετά τη κατασκευή. Στο σημείο αυτό θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον επιβλέποντα Καθηγητή της διπλωματικής μου εργασίας Δρ.-Μηχ. Εμμανουήλ Τατάκη, για την εμπιστοσύνη που επέδειξε κατά την ανάθεση της εργασίας όσο και για την απεριόριστη υποστήριξη του μέχρι το πέρας της εκπόνησης της. Οι πολύτιμες συμβουλές του υπήρξαν σημαντικός οδηγός και πηγή έμπνευσης. Επίσης, θα ήθελα εξίσου να ευχαριστήσω τον υποψήφιο διδάκτορα Στυλιανό Συρίγο για τη πολύτιμη βοήθεια και καθοδήγηση του, την οποία προσέφερε απλόχερα όποτε χρειάστηκε. Τέλος, οφείλω να ευχαριστήσω την οικογένεια μου και τους φίλους μου για την υπομονή και την υποστήριξη τους σε όλη τη διάρκεια των σπουδών μου. - II -

9 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ Πίνακας Περιεχομένων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΠΟΛΥΕΠΙΠΕΔΩΝ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΩΝ ΤΑΣΗΣ 1.1. Εισαγωγή Περιγραφή βασικών αρχών πολυεπίπεδων αντιστροφέων τάσης (Multilevel Inverters) Αντιστροφέας πολλαπλών επιπέδων με διόδους περιορισμού DCMI (Diode-Clamped Multilevel Inverter) Αντιστροφέας πολλαπλών επιπέδων με αιωρούμενους πυκνωτές FCMI (Flying Capacitor Multilevel Inverter) Cascaded H-bridge Εφαρμογές χρήσης πολυεπίπεδων αντιστροφέων τάσης Αντιστάθμιση αέργου ισχύος Αντιπαράλληλη Αλληλοσύνδεση (Back-to-Back Intertie) Οδήγηση κινητηρίων συστημάτων Εφαρμογές ανανεώσιμων πηγών ενέργειας Συμπεράσματα 14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΠΟΛΥΕΠΙΠΕΔΩΝ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΩΝ ΤΑΣΗΣ 2.1. Εισαγωγή Ανάλυση τοπολογιών Αντιστροφέας πολλαπλών επιπέδων με διόδους περιορισμού DCMI (Diode-Clamped Multilevel Inverter) Αντιστροφέας πολλαπλών επιπέδων με αιωρούμενους πυκνωτές FCMI (Flying Capacitor Multilevel Inverter Cascaded H-bridge Mixed-level Hybrid Multilevel converter New Diode Clamped multilevel inverter Μέθοδοι παλμοδότησης Μέθοδος τετραγωνικών παλμών Τεχνική spwm για απλό αντιστροφέα Τεχνική PD-sPWM (Phase Disposition-sPWM) για πολυεπίπεδο αντιστροφέα Τεχνική APOD-sPWM (Alternative Phase Opposition Disposition-sPWM) για πολυεπίπεδο αντιστροφέα Τεχνική POD-sPWM (Phase Opposition Disposition-sPWM) για πολυεπίπεδο αντιστροφέα Τεχνική PS-sPWM (Phase Shift-sPWM) για πολυεπίπεδο αντιστροφέα 40 - III -

10 Πίνακας Περιεχομένων Τεχνική εξάλειψης επιλεγμένων ανώτερων αρμονικών συνιστωσών SHE (Selected Harmonic Elimination) για πολυεπίπεδο αντιστροφέα Τεχνική THI-PWM (Third Harmonic Injection-PWM) για πολυεπίπεδο αντιστροφέα Τεχνική SV-PWM (Space Vector-PWM) για πολυεπίπεδο αντιστροφέα Συγκριτικοί πίνακες Συμπεράσματα..46 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΚΑΙ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΠΟΛΥΕΠΙΠΕΔΩΝ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΩΝ ΜΕΣΩ ΤΟΥ SIMULINK 3.1. Εισαγωγή Προσομοίωση μονοφασικών πολυεπίπεδων αντιστροφέων Προσομοίωση μονοφασικού DCMI Προσομοίωση μονοφασικού FCMI Προσομοίωση μονοφασικού Cascaded H-bridge Προσομοίωση τριφασικών πολυεπίπεδων αντιστροφέων Προσομοίωση τριφασικού DCMI Προσομοίωση τριφασικού FCMI Προσομοίωση τριφασικού Cascaded H-bridge Προσομοίωση Cascaded πέντε επιπέδων υπό διάφορες μεθόδους παλμοδότησης Προσομοίωση μονοφασικού Cascaded υπό PS-sPWM Προσομοίωση μονοφασικού Cascaded υπό PD-sPWM Προσομοίωση μονοφασικού Cascaded υπό SHE Σύγκριση Cascaded πέντε επιπέδων με πλήρη μονοφασική γέφυρα Συμπεράσματα..96 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ 4.1. Εισαγωγή Πλακέτα Ισχύος Επιλογή Mosfet Κύκλωμα παλμοδότησης Επιλογή ψυκτικού Πλακέτα Μικροελεγκτή Πλακέτα Τροφοδοτικών.111 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ-ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 5.1. Εισαγωγή IV -

11 Πίνακας Περιεχομένων 5.2. Παλμογραφήσεις τάσης και ρεύματος υπό ωμικό και ωμικό-επαγωγικό φορτίο Παλμογραφήσεις τάσεων Drain-Source και τάσεων εξόδου κάθε γέφυρας Σύγκριση της FFT ανάλυσης της τάσης εξόδου Cascaded H-Bridge πέντε επιπέδων και πλήρους μονοφασικού αντιστροφέα Συμπεράσματα και προοπτικές ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 133 ΠΑΡΑΤΗΜΑΤΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α Κώδικας προγραμματισμού μικροελεγκτή dspic30f ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β PCB σχέδια πλακετών..139 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Γ Φωτογραφικό υλικό πειραματικών διατάξεων V -

12

13 Κεφάλαιο 1 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΠΟΛΥΕΠΙΠΕΔΩΝ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΩΝ ΤΑΣΗΣ 1.1 Εισαγωγή Η αρχή του 20ου αιώνα σημαδεύτηκε από την όλο και αυξανόμενη ανάγκη του ανθρώπου για πρόσβαση σε ηλεκτρικό ρεύμα, τόσο με ευκολία όσο και με αξιοπιστία. Η ανάγκη αυτή κορυφώνεται στις μέρες μας, όπου ένα ηλεκτρικό δίκτυο πρέπει να είναι ικανό να τροφοδοτήσει με ηλεκτρική ενέργεια γιγάντιες αστικές δομές, αλλά και μεγάλες βιομηχανικές μονάδες. Το μέγεθος της πολυπλοκότητας που απέκτησε ο συγκεκριμένος τρόπος ανάπτυξης των σύγχρονων κοινωνιών έθεσε υπό διακύβευση την ποιότητα της ενέργειας που παρέχεται. Ως εκ τούτου, τα ηλεκτρικά δίκτυα βρέθηκαν αντιμέτωπα με μια πληθώρα προκλήσεων. Μεταξύ αυτών είναι η κατασπατάληση ενέργειας, άρα και φυσικών πόρων, η υπερφόρτιση των συστημάτων παραγωγής, καθώς και η ανάγκη για παροχή ηλεκτρικού ρεύματος είτε σε συνεχή είτε σε εναλλασσόμενη μορφή ανάλογα με τις απαιτήσεις της εκάστοτε εφαρμογής. Ως απάντηση σε όλα τα παραπάνω, άρχισαν να αναπτύσσονται διατάξεις μετατροπέων ισχύος. Στόχος αυτών των διατάξεων είναι να ανταποκρίνονται με ευελιξία και αποδοτικότητα, ώστε να επιλύονται τα προβλήματα που εμφανίζονται, ενώ ταυτόχρονα παρέχουν τη δυνατότητα ελέγχου της ηλεκτρικής ισχύος. Αυτή η ιδιότητα των μετατροπέων ισχύος τους καθιστά αναπόσπαστο κομμάτι στη σχεδίαση εφαρμογών υψηλής ισχύος, όπως η τροφοδότηση με ηλεκτρική ενέργεια ενός αστικού δικτύου ή μιας μεγάλης βιομηχανικής μονάδας, καθώς επίσης και η ικανότητα διασύνδεσης με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Οι σύγχρονοι μετατροπείς ισχύος αποτελούνται από κάποια επιμέρους τμήματα. Τα τμήματα αυτά είναι τα ημιαγωγικά στοιχεία ισχύος, το σύστημα ελέγχου και η μονάδα του μικροελεγκτή. Με τη πάροδο του χρόνου, η ανάπτυξη της τεχνολογίας επέτρεψε τη δημιουργία μετατροπέων με όλο και μεγαλύτερη απόδοση. Αυτό οφείλεται στη βελτίωση των ημιαγωγικών στοιχείων τα οποία μπορούν να χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές μεγαλύτερης ισχύος, παρουσιάζοντας μικρότερες απώλειες αγωγής. Επιπλέον, έχει αυξηθεί κατά πολύ η συχνότητα λειτουργίας των μετατροπέων ισχύος, το οποίο εξαρτάται από τη μεταγωγική ικανότητα των διακοπτικών στοιχείων που τους αποτελούν. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας των ημιαγωγικών στοιχείων υπήρξε μεγάλη πρόοδος στην ικανότητα διαχείρισης της ισχύος και - 1 -

14 Κεφάλαιο 1 ο στη ταχύτητα μεταγωγής. Τέλος, η ανάπτυξη της τεχνολογίας των μικροεπεξεργαστών έχει συνδράμει τα μέγιστα στην καθιέρωση των μετατροπέων ισχύος, καθώς ασκούν μεγάλη επίδραση στο σύστημα ελέγχου του μετατροπέα, ενώ είναι υπεύθυνοι και για τη παλμοδότηση των ημιαγωγικών στοιχείων. Τα βασικά είδη στα οποία διαχωρίζονται οι μετατροπείς ισχύος ανάλογα με το είδος της μετατροπής που επιτελούν είναι: Από εναλλασσόμενη τάση σε εναλλασσόμενη (AC/AC-regulators) διαφορετικής ενεργού τιμής και συχνότητας (π.χ. Cycloconverters). Από εναλλασσόμενη τάση σε συνεχή (ΑC/DC-rectifiers). Από συνεχή τάση σε συνεχή (DC/DC-regulators) διαφορετικής τάσης εξόδου. Από συνεχή τάση σε εναλλασσόμενη (DC/AC-inverters). Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής θα μελετηθεί σε βάθος η τελευταία κατηγορία, οι μετατροπείς συνεχούς τάσης σε εναλλασσόμενη (DC/AC) ή αλλιώς αντιστροφείς (inverters) και συγκεκριμένα μια υποκατηγορία τους που παρουσιάζει μεγάλο τεχνολογικό ενδιαφέρον, οι πολυεπίπεδοι αντιστροφείς τάσης (multilevel inverters). Οι αντιστροφείς είναι ένα από τα πιο ευρέως διαδεδομένα και χρησιμοποιούμενα είδη μετατροπέων ισχύος. Χαρακτηριστικό των συγκεκριμένων διατάξεων είναι ότι μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια συνεχούς μορφής σε εναλλασσόμενη μορφή. Οι δύο κύριες κατηγορίες των αντιστροφέων ανάλογα με το είδος της πηγής εισόδου είναι οι αντιστροφείς πηγής τάσης (VSI) και οι αντιστροφείς πηγής ρεύματος (CSI). Στους πρώτους, η τροφοδότηση της εισόδου γίνεται μέσω μιας σταθερής πηγής τάσης, όπως μια μπαταρία, ή από την ανόρθωση του δικτύου, ενώ στους δεύτερους η τροφοδότηση της εισόδου γίνεται μέσω μιας σταθερής πηγής ρεύματος [1]. Εκτός από την προαναφερθείσα κατηγοριοποίηση, οι αντιστροφείς κατηγοριοποιούνται σαν μονοφασικοί ή πολυφασικοί, ανάλογα με τη μορφή της εναλλασσόμενης τάσης εξόδου. Επίσης οι μονοφασικοί διαχωρίζονται σε μονοφασικούς ημιγέφυρας και πλήρους γέφυρας ανάλογα με τον αριθμό των ημιαγωγικών στοιχείων από τα οποία αποτελούνται (βλ. Σχήμα 1.1) [2]

15 Κεφάλαιο 1 ο V in /2 S1 S1 S 2 Vin Load Vin Load V in /2 S 1 S 1 S2 (α) (β) S1 S2 Vin S 1 S 2 Load (γ) Σχήμα 1.1: (α) αντιστροφέας ημιγέφυρας, (β) μονοφασικός αντιστροφέας πλήρους γέφυρας, (γ) τριφασικός αντιστροφέας. Βασικό χαρακτηριστικό των αντιστροφέων είναι ότι προσφέρουν τη δυνατότητα ρύθμισης του πλάτους και της συχνότητας της τάσης εξόδους. Η ρύθμιση της τάσης εξόδου μπορεί να επιτευχθεί με δύο διαφορετικούς τρόπους: Με μεταβολή της τάσης εισόδου του αντιστροφέα. Σε αυτή τη περίπτωση, γίνεται έλεγχος μόνο στη συχνότητα. Το πλάτος της τάσης εξόδου καθορίζεται από τη συνεχή τάση εισόδου. Τα ημιαγωγικά στοιχεία του μετατροπέα λειτουργούν συμπληρωματικά ανά δύο σε χαμηλή συχνότητα, ίση με τη συχνότητα της AC τάσης εξόδου. Έτσι η τάση εξόδου έχει τετραγωνική κυματομορφή με πλάτος ίσο με αυτό της συνεχούς τάσης εισόδου [1]

16 Κεφάλαιο 1 ο Με τον έλεγχο των διακοπτικών στοιχείων μέσω της τεχνικής PWM. Το χαρακτηριστικό αυτής της τεχνικής είναι ότι υλοποιείται ψηφιακά μέσω μικροεπεξεργαστή. Έτσι η τάση εισόδου παραμένει σταθερή και ο έλεγχος της τάσης εξόδου πραγματοποιείται εντός του αντιστροφέα, επηρεάζοντας μέσω της μικροϋπολογιστικής μονάδας το πλάτος και τη συχνότητα της θεμελιώδους αρμονικής [1]. Η τάση εξόδου αυτών των αντιστροφέων έχει τρία διαφορετικά επίπεδα (+Vin, 0, -Vin). Το αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας είναι να υπάρχει υψηλό αρμονικό περιεχόμενο στην τάση εξόδου. Επίσης, χαρακτηριστικό των συγκεκριμένων τοπολογιών είναι ότι τα ημιαγωγικά στοιχεία της διάταξης υπόκεινται στη πλήρη τάση εισόδου. Ως εκ τούτου, το συγκεκριμένο είδος αντιστροφέων αποκτά κάποιους περιορισμούς στις δυνατότητες του όταν αναφερόμαστε σε εφαρμογές υψηλής ισχύος ή υψηλής τάσης όπου τα ημιαγωγικά στοιχεία της διάταξης πρέπει να διαχειρίζονται μεγάλα ποσά ισχύος αλλά και να παράγουν τάση στην έξοδο τους με πολύ χαμηλό αρμονικό περιεχόμενο. Για αυτό τα τελευταία χρόνια, μεγάλο ενδιαφέρον έχουν αποσπάσει οι αντιστροφείς πολλαπλών επιπέδων. Οι αντιστροφείς αυτοί παρουσιάζουν πολλά πλεονεκτήματα καθώς με την ιδιαίτερη δομή τους μπορούμε να αυξήσουμε την ισχύ που διαχειρίζεται η διάταξη μας χωρίς να χρειάζεται να διαβαθμίσουμε τα ημιαγωγικά στοιχεία του μετατροπέα, ενώ παράλληλα μειώνεται κατακόρυφα το αρμονικό περιεχόμενο της τάσης εξόδου [3]. 1.2 Περιγραφή βασικών αρχών πολυεπίπεδων αντιστροφέων τάσης (Multilevel Inverters). Στην εποχή μας όλο και περισσότερες βιομηχανικές εφαρμογές απαιτούν μεγάλα ποσά ισχύος. Ωστόσο, ορισμένες φορές είναι αδύνατο για τις κλασσικούς αντιστροφείς να ανταποκριθούν σε τέτοιες απαιτήσεις χωρίς τη χρήση ημιαγωγικών στοιχείων που να αντέχουν σε πολύ υψηλή τάση και ρεύμα, κάτι το οποίο αυξάνει το κόστος της διάταξης και μειώνει τη πιθανότητα να βρούμε στοιχεία που να συνδυάζουν τα απαραίτητα χαρακτηριστικά, όπως χαμηλές απώλειες αγωγής και διακοπτικές απώλειες αλλά και χαμηλούς χρόνους έναυσης και σβέσης. Επίσης για τη διασύνδεση των αντιστροφέων με ένα δίκτυο μέσης τάσης απαιτείται η ύπαρξη μετασχηματιστή. Ταυτοχρόνως, η χρήση μεγάλων φίλτρων στην έξοδο του μετατροπέα - 4 -

17 Κεφάλαιο 1 ο κρίνεται επιτακτική. Ως λύση στα παραπάνω προβλήματα εμφανίστηκαν οι πολυεπίπεδοι αντιστροφείς τάσης [4]. Πρόγονος αυτών των αντιστροφέων θεωρείται ο απλός μονοφασικός αντιστροφέας πλήρους γέφυρας καθώς μπορεί να παράγει τάση εξόδου τριών διαφορετικών επιπέδων. Στη συνέχεια αναπτύχθηκαν πολλές διαφορετικές τοπολογίες με βασική αρχή λειτουργίας τη σύνδεση πολλών διαφορετικών ανεξάρτητων πηγών που συνθέτουν μια κλιμακωτή τάση εξόδου. Για την παραγωγή αυτής της κλιμακωτής κυματομορφής μπορούν να χρησιμοποιηθούν μπαταρίες, πυκνωτές αλλά και ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Μερικά από τα πλεονεκτήματα των πολυεπίπεδων αντιστροφέων είναι [4]: Αύξηση των επιπέδων της τάσης που διαχειρίζεται ο μετατροπέας δεν απαιτεί επαναδιαβάθμιση των ήδη υπαρχόντων ημιαγωγικών στοιχείων. Η κλιμακωτή κυματομορφή της τάσης εξόδου περιέχει χαμηλό αρμονικό περιεχόμενο, δίνοντας έτσι τη δυνατότητα χρησιμοποίησης μικρότερου φίλτρου στην έξοδο του αντιστροφέα ή και τη πλήρη παράλειψη του σε ορισμένες εφαρμογές. Μειώνεται ο ρυθμός μεταβολής dv/dt στον οποίο υπόκεινται τα ημιαγωγικά στοιχεία της διάταξης. Μειώνονται οι ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές. Όπως και στους απλούς αντιστροφείς μας δίνεται η ευελιξία στην επιλογή της συχνότητας λειτουργίας, καθώς οι αντιστροφείς αυτού του είδους μπορούν να δουλεύουν τόσο στη θεμελιώδη συχνότητα όσο και μέσω της τεχνικής PWM. Μερικά από τα μειονεκτήματα των πολυεπίπεδων αντιστροφέων είναι τα ακόλουθα [4]: Χρειάζεται μεγάλος αριθμός ημιαγωγικών στοιχείων, όπως MOSFETs και διόδων (clamping diodes), ή και παθητικών στοιχείων (flying capacitors) για τη δημιουργία του επιθυμητού αριθμού επιπέδων τάσης εξόδου. Μεγάλος αριθμός κυκλωμάτων οδήγησης για την παλμοδότηση των ημιαγωγικών στοιχείων. Παρακάτω θα γίνει συνοπτική παρουσίαση των πιο διαδεδομένων τοπολογιών πολυεπίπεδων αντιστροφέων

18 Κεφάλαιο 1 ο Αντιστροφέας πολλαπλών επιπέδων με διόδους περιορισμού DCMI (Diode-Clamped Multilevel Inverter). Ένας αντιστροφέας DCMI m επιπέδων (βλ. Σχήμα 1.2) περιλαμβάνει μια συστοιχία m-1 πυκνωτών στην είσοδο του, οι οποίοι θα δημιουργήσουν τα επιθυμητά επίπεδα στην τάση εξόδου. Επιπλέον, η διάταξη περιλαμβάνει και m-1 ζεύγη συμπληρωματικών ελεγχόμενων ημιαγωγικών στοιχείων, τα οποία επιτρέπουν τη δημιουργία του επιθυμητού επιπέδου τάσης. Βασικό συστατικό του συγκεκριμένου αντιστροφέα είναι οι δίοδοι περιορισμού. Οι συγκεκριμένες δίοδοι είναι υπεύθυνες για το διαμοιρασμό των επιπέδων της τάσης εισόδου στα αντίστοιχα ημιαγωγικά στοιχεία και απαιτούνται 2*(m-2) τέτοιες δίοδοι. Κάθε πλήρες τμήμα αυτού του αντιστροφέα ονομάζεται σκέλος. Sa1 Da1 Dca1 Sa2 Da2 Dca3 Sa3 Da3 Dca5 Sa4 Da4 Vin O Dca2 S a1 D a1 Dca4 S a2 D a2 Dca6 S a3 D a3 S a4 D a4 Σχήμα 1.2: Σκέλος ενός αντιστροφέα DCMI 5 επιπέδων. Για ένα πολυεπίπεδο αντιστροφέα m επιπέδων αυτού του είδους απαιτούνται (m-1)(m-2)/2 αιωρούμενους πυκνωτές. Κάθε πλήρες τμήμα αυτού του αντιστροφέα ονομάζεται σκέλος

19 Κεφάλαιο 1 ο Αντιστροφέας πολλαπλών επιπέδων με αιωρούμενους πυκνωτές FCMI (Flying Capacitors Multilevel Inverter) Ένας αντιστροφέας FCMI m επιπέδων (βλ. Σχήμα 1.3) παρουσιάζει αρκετές ομοιότητες, αλλά και πολλές διαφορές με έναν αντιστροφέα DCMI. Για τα ζεύγη των ημιαγωγικών στοιχείων, καθώς επίσης και για τους πυκνωτές στην είσοδο του αντιστροφέα που δημιουργούν τα διαφορετικά επίπεδα της τάσης, ισχύουν οι ίδιοι κανόνες με το προηγούμενο τύπο πολυεπίπεδου αντιστροφέα DCMI. Ωστόσο, στη θέση των διόδων, ο πολυεπίπεδος αντιστροφέας FCMI έχει αιωρούμενους πυκνωτές οι οποίοι και παρέχουν το επιθυμητό επίπεδο τάσης στην έξοδο. Sa1 Da1 Sa2 Da2 Ca3 Sa3 Da3 Ca2 Sa4 Da4 Vin Ca3 Ca1 S a4 D a4 Ca2 S a3 D a3 Ca3 S a2 D a2 S a1 D a1 Σχήμα 1.3: Σκέλος ενός αντιστροφέα FCMI 5 επιπέδων

20 Κεφάλαιο 1 ο Cascaded H-Bridge Το συγκεκριμένο είδος αντιστροφέα αποτελείται από την εν σειρά διασύνδεση μονοφασικών αντιστροφέων πλήρους γέφυρας (βλ. Σχήμα 1.4). Ως εκ τούτου είναι μια απλή τοπολογία. Κάθε μία από τις γέφυρες απαιτεί ξεχωριστή πηγή τροφοδοσίας. Για τη παραγωγή m επιπέδων στη τάση εξόδου απαιτούνται (m-1)/2 ξεχωριστές γέφυρες. Sa1 S a2 Vin 1 S a1 Sa2 Vao Sa1 S a2 Vin s S a1 Sa2 Σχήμα 1.4: Αντιστροφέας Cascaded H-Bridge s πηγών. 1.3 Εφαρμογές χρήσης πολυεπίπεδων αντιστροφέων τάσης. Οι πολυεπίπεδοι αντιστροφείς τάσης παρουσιάζουν μια πληθώρα πλεονεκτημάτων, όπως το χαμηλό αρμονικό περιεχόμενο της τάσης εξόδου, η διαχείριση υψηλή ισχύος και η ικανότητα διασύνδεσης με πολλές ξεχωριστές πηγές (Cascaded H-bridge). Για αυτό το λόγο αποτελούν - 8 -

21 Κεφάλαιο 1 ο αναπόσπαστο τμήμα πολλών σύγχρονων εφαρμογών. Στο Σχήμα 1.5 παρουσιάζεται μια πληθώρα εφαρμογών στις οποίες χρησιμοποιούνται οι συγκεκριμένοι μετατροπείς. Σχήμα 1.5: Πιθανές εφαρμογών πολυεπίπεδων αντιστροφέων [5]. Αυτά τα πλεονεκτήματα είναι που καθιστούν τους πολυεπίπεδους αντιστροφείς αναπόσπαστο τμήμα πολλών σύγχρονων βιομηχανικών εφαρμογών. Μερικές από αυτές τις εφαρμογές είναι [3]: Αντιστάθμιση αέργου ισχύος (Static Var generation). Οι πολυεπίπεδοι αντιστροφείς χρησιμοποιούνται ευρέως σε εφαρμογές αντιστάθμισης αέργου ισχύος. Μέσω της σύνδεσης πυκνωτών στην πλευρά συνεχούς τάσης με μία συστοιχία πυκνωτών μπορούν να παράγουν ή να καταναλώνουν ένα άεργο ρεύμα με αποτέλεσμα να λειτουργούν ως στατικός αντισταθμιστής. Επίσης, με κατάλληλες τεχνικές ελέγχου μπορούμε να μειώσουμε το αρμονικό περιεχόμενο και να αυξήσουμε την απόδοση. Στην εναλλασσόμενη - 9 -

22 Κεφάλαιο 1 ο έξοδο του αντιστροφέα συνδέουμε το δίκτυο. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνουμε την αντιστάθμιση του επαγωγικού φορτίου (βλ. Σχήμα 1.6). Σχήμα 1.6: Χρήση πολυεπίπεδου αντιστροφέα ως αντισταθμιστή αέργου ισχύος [6]. Όταν ο αντιστροφέας της διάταξης τραβά καθαρά άεργο ισχύ η τάση και το ρεύμα εξόδου παρουσιάζουν διαφορά φάσης 90 ο, ελέγχοντας τη φόρτιση και την αποφόρτιση των πυκνωτών. προαναφερθέντες πολυεπίπεδους αντιστροφείς μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε τέτοιες εφαρμογές. H σχέση που διέπει την παραγωγή αέργου ισχύος είναι: Vs Vc j * Ic * Xs (1.1) Η κατεύθυνση και το πλάτος του άεργου ρεύματος Ic είναι συνάρτηση του Vc, το οποίο καθορίζεται από το συντελεστή διαμόρφωσης πλάτους που χρησιμοποιούμε κατά τη παλμοδότηση των διακοπτικών στοιχείων της διάταξης. Όλα τα είδη πολυεπίπεδων αντιστροφέων μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε αυτού του είδους την εφαρμογή Αντιπαράλληλη Αλληλοσύνδεση (Back-to-Back Intertie). Η σύνδεση αυτού του είδος χρησιμοποιείται προκειμένου να συνδεθούν δύο ασύγχρονα συστήματα. Η αριστερή πλευρά χρησιμοποιείται σαν ανορθωτής, ενώ η δεξιά ως αντιστροφέας για να τροφοδοτήσει ένα φορτίο AC (βλ. Σχήμα 1.7). Οι δύο μετατροπείς συνδέονται μέσω μιας συστοιχίας πυκνωτών. Μερικές από τις δυνατότητες που προσφέρει αυτή η σύνδεση είναι η αλλαγή της συχνότητας, η μετατόπιση φάσης, καθώς και ο έλεγχος της ροής ισχύος ο οποίος

23 Κεφάλαιο 1 ο γίνεται και αμφίδρομα. Όταν παλμοδοτούμε κάθε ένα από τα διακοπτικά στοιχεία ώστε να άγει για ολόκληρη τη περίοδο επιτυγχάνουμε να υπάρχει ισορροπία ανάμεσα στις τάσεις των πυκνωτών στην είσοδο του αντιστροφέα, αφού όλοι τροφοδοτούν το φορτίο για ίσα χρονικά διαστήματα, διατηρώντας έτσι την κλιμακωτή κυματομορφή στην τάση εξόδου. Σχήμα 1.7: Χρήση πολυεπίπεδου αντιστροφέα σε αντιπαράλληλη σύνδεση [7] Οδήγηση κινητηρίων συστημάτων. Η οδήγηση κινητηρίων συστημάτων μπορεί να επιτευχθεί με δύο τρόπους. Ο πρώτος τρόπος πραγματοποιείται με τη χρήση της αντιπαράλληλης αλληλοσύνδεσης σε συστήματα ρυθμιζόμενης ταχύτητας. Έτσι μπορούμε να επιτύχουμε με AC είσοδο σταθερής συχνότητας, όπως το δίκτυο, να τροφοδοτήσουμε ένα AC φορτίο μεταβλητής συχνότητας. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1.7, στην έξοδο της αριστερής πλευράς που επιτελεί την ανόρθωση, παράγεται

24 Κεφάλαιο 1 ο συνεχής τάση η οποία θα τροφοδοτήσει τον αντιστροφέα στη δεξιά πλευρά. Ο αντιστροφέας με τη σειρά του θα οδηγήσει το κινητήριο σύστημα με την επιθυμητή συχνότητα λειτουργίας. Ο δεύτερος τρόπος αφορά την οδήγηση κινητηρίων συστημάτων με απευθείας σύνδεση DC πηγών, όπως μπαταριών. Μέσω των αντιπαράλληλων διόδων υπάρχει η δυνατότητα το ρεύμα να ρέει από το φορτίο προς τη πηγή. Αυτή η ιδιότητα των αντιστροφέων σε συνδυασμό με την ικανότητα τους να διαχειρίζονται μεγάλα ποσά ισχύος τους καθιστά την καταλληλότερη επιλογή για συστήματα ηλεκτρικών κινητήρων. Σχήμα 1.8: Χρήση πολυεπίπεδου αντιστροφέα σε εφαρμογή κινητηρίων συστημάτων [7]. Όταν το κινητήριο σύστημα φρενάρει μπορεί να πραγματοποιηθεί ανάκτηση της κινητικής ενέργειας, η οποία ρέει ανάστροφα επαναφορτίζοντας τη πηγή, μέσω της ανόρθωσης της τάσης. Ένα ακόμη πλεονέκτημα που προκύπτει από τη χρήση πολυεπίπεδων αντιστροφέων για τη τροφοδότηση κινητηρίων συστημάτων είναι ότι σε εφαρμογές όπου ο αριθμός των επιπέδων είναι μεγάλος, το ρεύμα και η τάση στην έξοδο του μετατροπέα είναι σχεδόν ημιτονοειδή παρουσιάζοντας πολύ μειωμένο THD [4]

25 Κεφάλαιο 1 ο Εφαρμογές ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζεται τα τελευταία χρόνια στη διασύνδεση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας με πολυεπίπεδους αντιστροφείς. Συγκεκριμένα, ο αντιστροφέας τύπου Cascaded χρησιμοποιείται ευρύτατα σε τέτοιου είδους εφαρμογές λόγω της δυνατότητας διασύνδεσης πολλών ανεξάρτητων πηγών, όπως φωτοβολταϊκών και ανεμογεννητριών (βλ. Σχήμα 1.9). Σχήμα 1.9: Χρήση πολυεπίπεδου αντιστροφέα σε εφαρμογές ανανεώσιμων πηγών ενέργειας [8]. 1.4 Συμπεράσματα Σε αυτό το κεφάλαιο έγινε μία συνοπτική παρουσίαση των αντιστροφέων τάσης. Αρχικά εξηγήθηκε η σημαντική συνεισφορά των μετατροπέων ισχύος στην ορθή λειτουργία των σύγχρονων δικτύων. Στη συνέχεια, αναλύθηκε εκτενέστερα ένα από τα είδη αυτών των μετατροπέων και συγκεκριμένα αυτό των πολυεπίπεδων αντιστροφέων τάσης. Στα πλαίσια αυτού του κεφαλαίου παρουσιάστηκε η λειτουργία και η δομή των σημαντικότερων

26 Κεφάλαιο 1 ο τοπολογιών αυτού του είδους μετατροπέων. Τέλος έγινε επεξήγηση των δυνατότητων, αλλά και των κυριότερων εφαρμογών στις οποίες χρησιμοποιούνται οι αντιστροφείς

27 Κεφάλαιο 2 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΠΟΛΥΕΠΙΠΕΔΩΝ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΩΝ ΤΑΣΗΣ 2.1 Εισαγωγή Στόχος αυτού του κεφαλαίου είναι να γίνει διεξοδική ανάλυση του τρόπου λειτουργίας των πιο διαδεδομένων ειδών πολυεπίπεδων αντιστροφέων τάσης, καθώς επίσης και άλλων, λιγότερο χρησιμοποιούμενων τοπολογιών. Επιπλέον θα γίνει μελέτη των σημαντικότερων μεθόδων παλμοδότησης. Η ανάλυση που θα ακολουθήσει θα βασιστεί σε σχήματα, παραδείγματα, αλλά και παρουσίαση των μαθηματικών τύπων που διέπουν τη λειτουργία των πολυεπίπεδων αντιστροφέων. Στη συνέχεια, μέσω πινάκων θα γίνει σύγκριση των επικρατέστερων τοπολογιών και της καταλληλότερης μεθόδου παλμοδότησης. Τέλος, θα γίνει αναφορά στα μειονεκτήματα και στα πλεονεκτήματα κάθε τοπολογίας. 2.2 Ανάλυση τοπολογιών Αντιστροφέας πολλαπλών επιπέδων με διόδους περιορισμού DCMI (Diode Clamped Multilevel Inverter) Στους αντιστροφείς DCMI (βλ. Σχήμα 2.1) χρησιμοποιούνται πυκνωτές σε σειρά στην είσοδο τους για να διαιρέσουν τη συνεχή τάση εισόδου. Για τη παραγωγή m επιπέδων τάσης απαιτούνται m-1 πυκνωτές στην είσοδο. Καθένας από τους πυκνωτές φορτίζεται σε τάση Vin/(m-1). Επίσης, χρειάζονται m-1 συμπληρωματικά ζεύγη ημιαγωγικών στοιχείων με αντίστοιχο αριθμό διόδων ελεύθερης διέλευσης, καθώς και 2*(m-2) δίοδοι περιορισμού. Ο ρόλος των διόδων περιορισμού είναι να διασφαλίζουν ότι κάθε ένα από τα διακοπτικά στοιχεία του αντιστροφέα θα έχει στα άκρα του τάση ίση με Vin/(m-1). Σε κάθε χρονική στιγμή μπορεί να άγει μόνο το ένα από τα δύο ημιαγωγικά στοιχεία κάθε συμπληρωματικού ζεύγους. Η διαστασιολόγηση των διόδων περιορισμού είναι διαφορετική από αυτή των ημιαγωγικών στοιχείων του μετατροπέα, αφού κάθε δίοδος ανάλογα με τη θέση που έχει μέσα στη τοπολογία υπόκειται σε διαφορετική τάση αποκοπής. Για παράδειγμα η δίοδος περιορισμού Dca1 πρέπει να αποκόπτει τάση. Αντιθέτως, η δίοδος Dca2 πρέπει να αποκόπτει τάση 3. Ένα

28 Κεφάλαιο 2 ο πλήρες τμήμα αυτού του αντιστροφέα ονομάζεται σκέλος και αντιστοιχεί σε μία φάση εναλλασσόμενης τάσης. Ένας αντιστροφέας m επιπέδων αυτού του είδους μπορεί να παράγει m επίπεδα φασικής τάσης (θεωρώντας πως το κάθε ένα από τα σκέλη είναι μια φάση) και (2m- 1) επίπεδα πολικής τάσης (θεωρώντας ως πολική τάση τη διαφορά ανάμεσα στη τάση κάθε σκέλους). Σε αυτό το είδος αντιστροφέα κάθε επίπεδο τάσης παράγεται από μια και μόνο αλληλουχία αγωγής ημιαγωγικών διακοπτών [3]. Sa1 Da1 Sb1 Db1 Dca1 Sa2 Da2 Dcb1 Sb2 Db2 Dca3 Sa3 Da3 Dcb3 Sb3 Db3 O Dca5 Sa4 Da4 Dcb5 Sb4 Db4 Vin A B Dca2 S a1 D a1 Dcb2 S b1 D b1 Dca4 S a2 D a2 Dcb4 S b2 D b2 Dca6 S a3 D a3 Dcb6 S b3 D b3 S a4 D a4 S b4 D b4 Σκέλος Α Σκέλος Β Σχήμα 2.1: Πολυεπίπεδος μονοφασικός αντιστροφέας DCMI 5 επιπέδων. Οι φασικές τάσεις έχουν 5 επίπεδα, ενώ οι πολικές 9 επίπεδα

29 Κεφάλαιο 2 ο Τα κυριότερα πλεονεκτήματα αυτού του αντιστροφέα είναι [3]: Όσο αυξάνεται ο αριθμός των επιπέδων, τόσο μειώνεται το αρμονικό περιεχόμενο της τάσης εξόδου. Η απόδοση του μετατροπέα αυτού είναι υψηλή όταν τα ημιαγωγικά του στοιχεία λειτουργούν στη θεμελιώδη συχνότητα, καθώς έχουν μειωμένες διακοπτικές απώλειες. Τα κυριότερα μειονεκτήματα αυτού του αντιστροφέα είναι [3]: Όταν ο αριθμός των επιπέδων είναι μεγάλος, τότε ο απαιτούμενος αριθμός διόδων περιορισμού αυξάνεται κατά πολύ. Κατά συνέπεια αυξάνεται και το κόστος κατασκευής. Επιπλέον, μειώνεται ο βαθμός απόδοσης της διάταξης λόγω απωλειών αγωγής. Είναι δύσκολο να ελεγχθεί η ροή πραγματικής ισχύος των ενδιάμεσων επιπέδων καθώς τείνουν να φορτίζονται και να αποφορτίζονται χωρίς ακριβή έλεγχο, αφού τα ημιαγωγικά στοιχεία δεν άγουν για ίσα χρονικά διαστήματα. Συγκεκριμένα τα ενδιάμεσα στοιχεία άγουν για μεγαλύτερα διαστήματα από ότι τα στοιχεία που βρίσκονται στα άκρα, επειδή κάθε επίπεδο τάσης επιτυγχάνεται με ένα και μόνο συνδυασμό διακοπτικών καταστάσεων. Για την ανάλυση της λειτουργίας του συγκεκριμένου αντιστροφέα θα εξετάσουμε πως λειτουργεί το ένα από τα δύο σκέλη ενός DCMI 5 επιπέδων, υπολογίζοντας τη τάση εξόδου ως προς ουδέτερο σημείο μεσαίας λήψης Ο, ανάμεσα στους πυκνωτές. Στον Πίνακα 2.1 που ακολουθεί παρουσιάζεται η αλληλουχία διακοπτικών στοιχείων που πρέπει να άγουν ανά περίπτωση ώστε να δημιουργηθεί η επιθυμητή τάση εξόδου. Κατά η λειτουργία του αντιστροφέα υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο το ρεύμα παρουσιάζει μια καθυστέρηση φάσης σε σχέση με τη τάση. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το ρεύμα να παρουσιάζει αντίθετη κατεύθυνση από τη ροή της ισχύος, δηλαδή από το φορτίο προς τη πηγή. Για αυτό το λόγο κρίνεται απαραίτητο να υπάρχουν αντιπαράλληλες δίοδοι σε κάθε ημιαγωγικό στοιχείο, ώστε να μην εμποδίζεται η ροή του ρεύματος, δημιουργώντας υπερτάσεις

30 Κεφάλαιο 2 ο Επίπεδο φασικής τάσης Κατάσταση ημιαγωγών(1=ον/0=off) Sa1 Sa2 Sa3 Sa4 S a1 S a2 S a3 S a4 Vin/ Vin/ Πίνακας 2.1: Αλληλουχία διακοπτών για τη παραγωγή επιθυμητής τάσης [2]. Στο Πίνακα 2.2 παρουσιάζεται ποια ημιαγωγικά στοιχεία θα ενεργοποιηθούν ανάλογα με τη φορά του ρεύματος. Επίπεδο φασικής τάσης ao Ρεύμα ia με θετική φορά Ενεργοποιημένα ημιαγωγικά στοιχεία Ρεύμα ia με αρνητική φορά Ενεργοποιημένα ημιαγωγικά στοιχεία Vin/2 Sa1, Sa2, Sa3, Sa4 Da1, Da2, Da3, Da4 Dca1, Sa2, Sa3, Sa4 S a1,dca2 0 Dca3, Sa3, Sa4 S a1,s a2,dca4 - Dca5,Sa4 S a1,s a2,s a3,dca6 -Vin/2 D a1, D a2, D a3, D a4 S a1, S a2, S a3, S a4 Πίνακας 2.2: Αντιστοίχιση φοράς ρεύματος με ημιαγωγικά στοιχεία που άγουν [2]. Στη συνέχεια παρατίθεται ορισμένα σχήματα (Σχήμα 2.2-4) με σκοπό να παρουσιαστεί η πορεία του ρεύματος σε σχέση με το επίπεδο της τάσης εξόδου. Με κόκκινο χρώμα απεικονίζεται η πορεία του ρεύματος όταν η φορά του είναι από την είσοδο προς την έξοδο, ενώ με πράσινο χρώμα απεικονίζεται η αντίστροφη πορεία

31 Κεφάλαιο 2 ο Sa1 Da1 Sa1 Da1 Dca1 Sa2 Da2 Dca1 Sa2 Da2 Dca3 Sa3 Da3 Dca3 Sa3 Da3 Vin Dca5 Sa4 Da4 Vin Dca5 Sa4 Da4 O O Dca1 S a1 D a1 LOAD Dca1 S a1 D a1 LOAD Dca4 S a2 D a2 O Dca4 S a2 D a2 O Dca6 S a3 D a3 Dca6 S a3 D a3 S a4 D a4 S a4 D a4 (α) (β) Σχήμα 2.2: Διαδρομή ρεύματος για τάση εξόδου (α) Vin/2 και (β). Sa1 Da1 Sa1 Da1 Dca1 Sa2 Da2 Dca1 Sa2 Da2 Dca3 Sa3 Da3 Dca3 Sa3 Da3 Vin Dca5 Sa4 Da4 Vin Dca5 Sa4 Da4 O O Dca1 S a1 D a1 LOAD Dca1 S a1 D a1 LOAD Dca4 S a2 D a2 O Dca4 S a2 D a2 O Dca6 S a3 D a3 Dca6 S a3 D a3 S a4 D a4 S a4 D a4 (γ) (δ) Σχήμα 2.3: Διαδρομή ρεύματος για τάση εξόδου (γ) 0 και (δ)

32 Κεφάλαιο 2 ο Sa1 Da1 Dca1 Sa2 Da2 Dca3 Sa3 Da3 Vin Dca5 Sa4 Da4 O Dca1 S a1 D a1 LOAD Dca4 S a2 D a2 O Dca6 S a3 D a3 S a4 D a4 Σχήμα 2.4: Διαδρομή ρεύματος για -Vin/ Αντιστροφέας πολλαπλών επιπέδων με αιωρούμενους πυκνωτές FCMI (Flying Capacitor Multilevel Inverter) Οι αντιστροφείς πολλαπλών επιπέδων με αιωρούμενους πυκνωτές είναι μια παραλλαγή του DCMI. Αντί για διόδους σε αυτή τη τοπολογία υπάρχουν πυκνωτές σε εσωτερικούς βρόχους οι οποίοι δημιουργούν τα αντίστοιχα επίπεδα. Για την υλοποίηση ενός αντιστροφέα αυτού του είδους απαιτούνται m-1 πυκνωτές εισόδου, 2*(m-1) ημιαγωγικά στοιχεία με αντίστοιχο αριθμό διόδων ελεύθερης διέλευσης καθώς και (m-1)*(m-2)/2 αιωρούμενους πυκνωτές, οι οποίοι έχουν προηγουμένως φορτιστεί στο επιθυμητό επίπεδο τάσης (βλ. Σχήμα 2.5). Όπως και στην προηγούμενη τοπολογία κάθε πυκνωτής εισόδου αλλά και κάθε ημιαγωγικό στοιχείο υπόκεινται σε τάση Vin/(m-1). Σε αυτό το είδος αντιστροφέα κάθε επίπεδο τάσης δε παράγεται από μια και μόνο αλληλουχία αγωγής ημιαγωγικών διακοπτών, αντιθέτως υπάρχει πλεόνασμα επιλογών. Ένας αντιστροφέας m επιπέδων αυτού του είδους μπορεί να παράγει m επίπεδα φασικής τάσης (θεωρώντας πως το κάθε ένα από τα σκέλη είναι μια φάση) και (2m-1) επίπεδα πολικής τάσης (θεωρώντας ως πολική τάση τη διαφορά ανάμεσα στη τάση κάθε σκέλους) [3]. Ένα πλήρες

33 Κεφάλαιο 2 ο τμήμα αυτού του αντιστροφέα ονομάζεται σκέλος και αντιστοιχεί σε μία φάση εναλλασσόμενης τάσης. Sa1 Da1 Sb1 Db1 Ca3 Sa2 Da2 Cb3 Sb2 Db2 Ca2 Sa3 Da3 Cb2 Sb3 Db3 Vin O Ca3 Ca1 Sa4 Da4 A Cb3 Sb4 Db4 Cb1 B S a4 D a4 S b4 D b4 Ca2 D a3 Cb2 D b3 Ca3 S a3 Cb3 S b3 S a2 D a2 S b2 D b2 S a1 D a1 S b1 D b1 Σχήμα 2.5: Πολυεπίπεδος μονοφασικός αντιστροφέας FCMI 5 επιπέδων. Οι φασικές τάσεις έχουν 5 επίπεδα, ενώ οι πολικές 9 επίπεδα. Τα κυριότερα πλεονεκτήματα αυτού του αντιστροφέα είναι [3]: Σε περίπτωση στιγμιαίας διακοπής ρεύματος, οι πυκνωτές μπορούν να παρέχουν την απαραίτητη ενέργεια. Η δυνατότητα επίτευξης του ίδιου επιπέδου τάσης με διαφορετική αλληλουχία διακοπτικών καταστάσεων επιτρέπει την ομαλή φόρτιση και εκφόρτιση των πυκνωτών περιορισμού

34 Κεφάλαιο 2 ο Η απόδοση του μετατροπέα αυτού είναι υψηλή όταν τα ημιαγωγικά του στοιχεία λειτουργούν στη θεμελιώδη συχνότητα, παρουσιάζοντας χαμηλές διακοπτικές απώλειες. Υπάρχει η δυνατότητα ελέγχου της ροής τόσο της πραγματικής, όσο και της αέργου ισχύος. Τα κυριότερα μειονεκτήματα αυτού του αντιστροφέα είναι [3]: Όταν ο αριθμός των επιπέδων είναι μεγάλος, τότε ο απαιτούμενος αριθμός αιωρούμενων πυκνωτών αυξάνεται κατά πολύ. Ο έλεγχος και η φόρτιση των πυκνωτών στο ίδιο επίπεδο, ώστε η διάταξη να λειτουργεί ορθά, απαιτεί ιδιαίτερα πολύπλοκες διαδικασίες. Επίσης ο μεγάλος αριθμός πυκνωτών καθιστά την υλοποίηση της συνολικής διάταξης αρκετά δύσκολη. Όταν ο αντιστροφέας λειτουργεί υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο, το ρεύμα παρουσιάζει μια καθυστέρηση φάσης σε σχέση με τη τάση. Επειδή η κατεύθυνση του ρεύματος που διαρρέει το φορτίο πρέπει να παραμείνει σταθερή, το ρεύμα ρέει από το φορτίο προς την πηγή μέχρι να μηδενιστεί, ακολουθώντας άλλη πορεία. Για αυτό το λόγο, όπως και στα υπόλοιπα είδη αντιστροφέων χρειάζεται να υπάρχουν αντιπαράλληλες δίοδοι απέναντι από κάθε ημιαγωγικό στοιχείο, ώστε να μην εμποδίζεται η ροή του ρεύματος δημιουργώντας υπερτάσεις. Το πλεονέκτημα της περίσσειας επιλογών διακοπτικών στοιχείων για τη παραγωγή ενός επιπέδου στη τάση εξόδου αποδεικνύεται ζωτικής σημασίας για τη λειτουργικότητα της συγκεκριμένης τοπολογίας. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται έλεγχος του ρυθμού με τον οποίο φορτίζεται και εκφορτίζεται κάθε μία από τις συστοιχίες των πυκνωτών περιορισμού. Έτσι καταφέρνουμε να διατηρούμε τα επίπεδα της τάσης εξόδου στην επιθυμητή στάθμη. Για παράδειγμα, για τη δημιουργία τάσης (θεωρώντας τη τάση εξόδου ως προς το κοινό σημείο λήψης Ο ανάμεσα στους πυκνωτές εισόδου) μπορούμε να παλμοδοτήσουμε είτε τα στοιχεία Sa1, Sa2, Sa3, S a4 είτε τα στοιχεία Sa2, Sa3, Sa4, S a1. Στην πρώτη περίπτωση oι δύο πάνω πυκνωτές εισόδου εκφορτίζονται, φορτίζοντας τον αιωρούμενο πυκνωτή Ca1, ενώ στη δεύτερη περίπτωση φορτίζονται οι δύο κάτω πυκνωτές εισόδου, αποφορτίζοντας τους αιωρούμενους πυκνωτές Ca3. Στον Πίνακα 2.3 που ακολουθεί παρατίθενται οι δυνατοί

35 Κεφάλαιο 2 ο συνδυασμοί παλμοδότησης των ημιαγωγικών στοιχείων που μπορούν δημιουργούν το εκάστοτε επίπεδο τάσης εξόδου. Επίπεδο φασικής Κατάσταση ημιαγωγών(1=ον/0=off) Συνδυασμοί για την επίτευξη της τάσης εξόδου τάσης ao Sa1 Sa2 Sa3 Sa4 S a4 S a3 S a2 S a1 Vin/ Vin/ Vin/2-3-Vin/2 Vin/2-3+Vin/ Vin/2-Vin/2 Vin/2-Vin/2 Vin/2-3+Vin/2- Vin/ Vin/2+-Vin/2 3--Vin/ Vin/2-3 -Vin/2 Vin/2--Vin/2 -Vin/ Vin/2 Πίνακας 2.3: Αλληλουχία διακοπτών για τη παραγωγή επιθυμητής τάσης σε μονοφασικό αντιστροφέα FCMI [2]. Προκειμένου να γίνει πιο κατανοητή η ανάλυση λειτουργίας του συγκεκριμένου αντιστροφέα θα εξετάσουμε πως λειτουργεί το ένα από τα δύο σκέλη ενός FCMI 5 επιπέδων. Η τάση εξόδου του υπολογίζεται ως προς ουδέτερο σημείο μεσαίας λήψης Ο, ανάμεσα στους πυκνωτές. Τα σχήματα που ακολουθούν (Σχήμα 2.6-8) δείχνουν τη πορεία του ρεύματος από το κοινό σημείο Ο μέχρι το φορτίο ανάλογα με το επίπεδο της τάσης εξόδου. Η φορά του ρεύματος έχει χρωματιστεί με κόκκινο χρώμα όταν είναι από το κοινό σημείο προς το φορτίο. Στην αντίθετη περίπτωση έχει χρωματιστεί με πράσινο χρώμα

36 Κεφάλαιο 2 ο Da1 Da1 Da2 Da2 Da3 Da3 Da4 Da4 O O D a4 LOAD D a4 LOAD D a3 D a3 D a2 D a2 D a1 D a1 (α) (β) Σχήμα 2.6: Διαδρομή ρεύματος για τάση εξόδου (α) Vin/2 και (β). Da1 Da1 Da2 Da2 Da3 Da3 Da4 Da4 O O D a4 LOAD D a4 LOAD D a3 D a3 D a2 D a2 D a1 D a1 (γ) (δ) Σχήμα 2.7: Διαδρομή ρεύματος για τάση εξόδου (γ) 0Vκαι (δ)

37 Κεφάλαιο 2 ο Da1 Da2 Da3 Da4 O D a4 D a3 LOAD D a2 D a1 (ε) Σχήμα 2.8: Διαδρομή ρεύματος για (ε) -Vin/ Cascaded H-Bridge Αυτό το είδος πολυεπίπεδου αντιστροφέα αποτελείται από το συνδυασμό μονοφασικών αντιστροφέων πλήρους γέφυρας. Κάθε μια από αυτές τις γέφυρες έχει τη δίκη της τάση εισόδου Vin. Για την επίτευξη τάσης εξόδου +Vin ενεργοποιούνται τα δύο διαγώνια στοιχεία κάθε γέφυρας, ενώ για την επίτευξη τάσης εξόδου -Vin ενεργοποιούνται τα άλλα δύο διαγώνια στοιχεία κάθε γέφυρας. Τέλος, για την επίτευξη τάσης 0V ενεργοποιούνται τα δύο πάνω ή τα δύο κάτω στοιχεία κάθε γέφυρας (βλ. Σχήμα 2.9). Από το συνδυασμό όλων των παραπάνω προκύπτει τάση εξόδου με πολλαπλά επίπεδα, αφού σε κάθε χρονική στιγμή η συνολική τάση εξόδου είναι το άθροισμα των τάσεων των επιμέρους γεφυρών (βλ. Σχήμα 2.10). Μέσω της σύνδεσης των εξόδων των γεφυρών επιτυγχάνεται η δημιουργία του πολυεπίπεδου αντιστροφέα αυτού του είδους. Για s αριθμό γεφυρών θα παραχθούν m=2s+1 επίπεδα στην τάση εξόδου. Οι αντιστροφείς αυτού του είδους είναι οι καταλληλότεροι για εφαρμογές αντιστάθμισης αέργου ισχύος, καθώς και για διασύνδεση με ανανεώσιμες πηγές

38 Κεφάλαιο 2 ο ενέργειας. Επίσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν και ως ανορθωτές/φορτιστές για τη φόρτιση μπαταριών ηλεκτροκίνητων οχημάτων [4]. Sa1 S a2 Vin 1 S a1 Sa2 Vao Sa1 S a2 Vin s S a1 Sa2 Σχήμα 2.9: Αντιστροφέας Cascaded H-Bridge s πηγών. Τα κυριότερα πλεονεκτήματα αυτού του αντιστροφέα είναι [3]: Από κατασκευαστικής άποψης είναι ο απλούστερος αντιστροφέας. Αποτελείται μόνο από ημιαγωγικά στοιχεία, ενώ δε χρειάζονται επιπρόσθετοι πυκνωτές ή δίοδοι. Επιπλέον, λόγω των παραπάνω η υλοποίηση αυτού του αντιστροφέα είναι ιδιαίτερα εύκολη. Δεν απαιτούνται πολύπλοκες διακοπτικές τεχνικές για τη μείωση των διακοπτικών απωλειών

39 Vo2 Vo1 Vo Κεφάλαιο 2 ο Το κυριότερο μειονέκτημα αυτού του αντιστροφέα είναι [3]: Για τη τροφοδότηση κάθε γέφυρας απαιτείται ξεχωριστή πηγή τροφοδοσίας, για αυτό και χρησιμοποιούνται ευρύτατα σε εφαρμογές ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. 2Vin Vin -Vin t -2Vin Vin S11,S12 -Vin S 11,S 12 t Vin S21,S22 -Vin S 11,S 12 t Σχήμα 2.10: Κυματομορφή εξόδου αντιστροφέα Cascaded H-bridge 5 επιπέδων. Η χρήση του αντιστροφέα υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο έχει ως συνέπεια να υπάρχει διαφορά φάσης μεταξύ της τάσης και του ρεύματος εξόδου. Για αυτό το λόγο πρέπει να υπάρχουν αντιπαράλληλες δίοδοι σε κάθε ένα από τα ημιαγωγικά στοιχεία, ώστε να αποτραπεί η δημιουργία υπερτάσεων. Στα Σχήματα με κόκκινο χρώμα απεικονίζεται η φορά του ρεύματος από την είσοδο προς την έξοδο, ενώ με πράσινο χρώμα απεικονίζεται η αντίστροφη πορεία

40 Κεφάλαιο 2 ο S11 S 12 S11 S 12 Vin1 Vin1 S 11 S12 S 11 S12 LOAD LOAD S21 S 22 S21 S 22 Vin2 Vin2 S 21 S22 S 21 S22 (α) (β) Σχήμα 2.11: Διάγραμμα κατεύθυνσης ρεύματος για τάσεις εξόδου (α) 2 Vin και (β) Vin. S11 S 12 S11 S 12 Vin1 Vin1 S 11 S12 S 11 S12 LOAD LOAD S21 S 22 S21 S 22 Vin2 Vin2 S 21 S22 S 21 S22 (γ) (δ) Σχήμα 2.12: Διάγραμμα κατεύθυνσης ρεύματος για τάσεις εξόδου (γ) 0V και (δ) 0V

41 Κεφάλαιο 2 ο S11 S 12 S11 S 12 Vin1 Vin1 S 11 S12 S 11 S12 LOAD LOAD S21 S 22 S21 S 22 Vin2 Vin2 S 21 S22 S 21 S22 (ε) (στ) Σχήμα 2.13: Διάγραμμα κατεύθυνσης ρεύματος για τάσεις εξόδου (ε) -Vin και (δ) -2 Vin. Οι τάσεις Vin και Vin μπορούν να παραχθούν με πολλούς διαφορετικούς συνδυασμούς ημιαγωγικών στοιχείων και όχι μόνο με τους εικονιζόμενους στα παραπάνω Σχήματα. Για παράδειγμα η τάση Vin μπορεί να παραχθεί και από την αγωγή S11, S12, S 21 και S Mixed-level Hybrid Multilevel converter Αυτό το είδος πολυεπίπεδου αντιστροφέα βασίζεται στη μείξη των τριών προαναφερθέντων τοπολογιών. Βασιζόμενοι στην τοπολογία της πλήρους γέφυρας, αντικαθιστούμε κάποια τμήματα της, με τμήματα από τοπολογίες των άλλων αντιστροφέων. Θεμελιώδες κομμάτι αυτών των αντιστροφέων είναι το αποκαλούμενο κελί Ρ2 (P2 cell) (βλ. Σχήμα 2.14) [4]. Σχήμα 2.14: Κελί Ρ

42 Κεφάλαιο 2 ο Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται η μείωση του αριθμός των ανεξάρτητων πηγών που απαιτούνται για τη δημιουργία των απαραίτητων επιπέδων τάσης εξόδου. Ωστόσο, αυξάνεται η πολυπλοκότητα του ελέγχου της συγκεκριμένης τοπολογίας, λόγω της υβριδικής της δομής. Παρακάτω, παρουσιάζεται ως παράδειγμα κατανόησης μία υβριδική τοπολογία που έχει ως βάση το P2 cell, αλλά περιλαμβάνει και διόδους περιορισμού (βλ. Σχήμα 2.15). Έτσι, ενώ για τη δημιουργία τάσης εξόδου 9 επιπέδων με τη κλασσική τοπολογία του Cascaded απαιτούνται 4 πηγές, με την υβριδική τοπολογία χρειάζονται μόνο 2. Σχήμα 2.15: Υβριδικός πολυεπίπεδος αντιστροφέας που αποτελείται από τη μείξη Cascaded και DCMI τριών επιπέδων [4] New Diode Clamped multilevel inverter Η συμβατική τοπολογία του DCMI παρουσιάζει ορισμένα προβλήματα τα οποία καθιστούν τη χρήση της αρκετά δύσκολη, παρόλο που το πλήθος των εφαρμογών στις οποίες χρησιμοποιείται όλο και αυξάνεται [9]. Μερικά από αυτά τα προβλήματα αφορούν: την ανισορροπία των επιπέδων της τάσης εξόδου λόγω της ασύμμετρης

43 Κεφάλαιο 2 ο φόρτισης και εκφόρτισης των πυκνωτών εισόδου, καθώς επίσης και τη μεγαλύτερη τάση στην οποία υπόκεινται τα στοιχεία στο εσωτερικό του αντιστροφέα σε σχέση με αυτά που βρίσκονται. Επιπλέον, η χρήση snubber έναυσης καθίσταται απαγορευτική [10]. Για να επιλυθούν μερικά από τα παραπάνω προβλήματα, προτάθηκε μια εναλλακτική τοπολογία. Στην τοπολογία αυτή υπάρχουν (m-1)(m-2) δίοδοι περιορισμού, συνδεδεμένες σε μορφή πυραμίδας (βλ. Σχήμα 2.16). Σχήμα 2.16: Νέα τοπολογία DCMI [9]. Σε αυτή τη νέα τοπολογία μπορούμε να θεωρήσουμε ότι ο αντιστροφέας αποτελείται από κελιά των δύο επιπέδων. Με κατάλληλο συνδυασμό αυτών των κελιών μπορούμε να επιτύχουμε την επιθυμητή τάση εξόδου

44 Κεφάλαιο 2 ο 2.3 Μέθοδοι παλμοδότησης Η τεχνολογική εξέλιξη των μικροϋπολογιστών επέτρεψε την ανάπτυξη πολλών και διαφορετικών μεθόδων παλμοδότησης των ημιαγωγικών στοιχείων ενός αντιστροφέα. Κάθε μία από αυτές τις μεθόδους παρουσιάζει διαφορετικά χαρακτηριστικά, πλεονεκτήματα, αλλά και βαθμό πολυπλοκότητας. Επομένως η επιλογή της κατάλληλης μεθόδου πρέπει να κρίνεται ανάλογα με την εφαρμογή στην οποία πρόκειται να χρησιμοποιηθεί, λαμβάνοντας, επίσης, υπόψιν ότι η διακοπτική συχνότητα των ημιαγωγικών στοιχείων που χρησιμοποιούμε επηρεάζει τις διακοπτικές τους απώλειες, άρα και την απόδοση του αντιστροφέα. Στους αντιστροφείς τάσης, οι μέθοδοι ελέγχου κατηγοριοποιούνται σε δυο γενικές κατηγορίες. Η πρώτη κατηγορία είναι αυτή της παλμοδότησης με τετραγωνικούς παλμούς. Σε αυτή τη κατηγορία τα δύο διαγώνια ημιαγωγικά στοιχεία παλμοδοτούνται ταυτόχρονα για το μισό της περιόδου, ενώ για το υπόλοιπο μισό παλμοδοτούνται τα συμπληρωματικά διαγώνια τους. Η δεύτερη κατηγόρια μεθόδων παλμοδότησης είναι μέσω της τεχνικής PWM. Συγκεκριμένα, στους αντιστροφείς τάσης, δεδομένου ότι η τάση εξόδου επιθυμούμε να έχει ημιτονοειδή μορφή, χρησιμοποιούμε τη τεχνική SPWM. Αυτή η τεχνική βασίζεται στη σύγκριση τριγωνικών παλμών με ένα ημίτονο με συχνότητα ίση με αυτή της θεμελιώδους αρμονικής της τάσης εξόδου. Το πλεονέκτημα της SPWM σε σχέση με τη μέθοδο των τετραγωνικών παλμών είναι ότι το αρμονικό περιεχόμενο της τάσης εξόδου είναι βελτιωμένο, ενώ ταυτοχρόνως έχουμε τη δυνατότητα ελέγχου τόσο της συχνότητας όσο και του πλάτους στην έξοδο του αντιστροφέα [1]. Αυτός είναι και ο κύριος λόγος για τον οποίο η SPWM χρησιμοποιείται σε μια πληθώρα εφαρμογών στο βιομηχανικό κόσμο. Όπως είναι προφανές, η τεχνική SPWM χρησιμοποιείται και στους πολυεπίπεδους αντιστροφείς. Προκειμένου η τεχνική αυτή να ανταποκριθεί ορθά στις ιδιαιτερότητες ενός πολυεπίπεδου αντιστροφέα έχουν γίνει ορισμένες τροποποιήσεις στη βασική της δομή ώστε να έχουμε τη δυνατότητα πλήρους εκμετάλλευσης όλων των παραγόμενων επιπέδων τάσης. Συγκεκριμένα, έχουν αναπτυχθεί πολλές παραλλαγές της αρχικής τεχνικής, βασιζόμενες στις διαφοροποιήσεις της κάθε τοπολογίας, αλλά και της κάθε εφαρμογής ξεχωριστά. Χαρακτηριστικό όλων των τεχνικών είναι ότι μπορούν να εφαρμοστούν με την ίδια ευκολία τόσο σε μονοφασικούς, όσο και σε τριφασικούς αντιστροφείς. Η μόνη διαφοροποίηση τους έγκειται στη διαφορά φάσης, διότι σε ένα τριφασικό σύστημα οι βασικές αρμονικές κάθε φάσης

45 Κεφάλαιο 2 ο θα πρέπει να παρουσιάζουν ανά δύο διαφορά φάσης Στο Σχήμα 2.17 παρουσιάζεται ένα διάγραμμα κατηγοριοποίησης των μεθόδων παλμοδότησης. Σχήμα 2.17: Διάγραμμα κατηγοριοποίησης μεθόδων παλμοδότησης [5]. Στη συνέχεια θα γίνει συνοπτική παρουσίαση των επικρατέστερων μεθόδων παλμοδότησης και των πλεονεκτημάτων τους. Για την καλύτερη κατανόηση των εννοιών παρατίθενται οι βασικές μεταβλητές αυτών των τεχνικών: m: αριθμός επιπέδων τάσης εξόδου του πολυεπίπεδου αντιστροφέα. σήμα αναφοράς: το ημιτονοειδές σήμα που καθορίζει τη συχνότητα και το πλάτος της θεμελιώδους αρμονικής της τάσης εξόδου. σήμα φέροντος: το τριγωνικό σήμα το οποίο συγκρίνεται με το σήμα αναφοράς. fr: συχνότητα σήματος αναφοράς. fc: συχνότητα φέροντος σήματος. Ar; Πλάτος σήματος αναφοράς. Ac: Πλάτος φέροντος σήματος

46 Pulse Κεφάλαιο 2 ο ma= Ar/ Ac: Συντελεστής διαμόρφωσης πλάτους. mf= fc/fr: Συντελεστής διαμόρφωσης συχνότητας Μέθοδος τετραγωνικών παλμών Αυτή η μέθοδος παλμοδότησης χρησιμοποιείται σε μονοφασικούς ή τριφασικούς αντιστροφείς πλήρους γέφυρας. Η παλμοδότηση αυτού του είδους ενεργοποιεί τα δυο διαγώνια ημιαγωγικά στοιχεία κάθε γέφυρας για το μισό της περιόδου και τα συμπληρωματικά τους διαγώνια για το άλλο μισό (βλ. Σχήμα 2.18). Όπως είναι προφανές, η έξοδος ενός τέτοιου αντιστροφέα παρουσιάζει υψηλό αρμονικό περιεχόμενο. Συγκεκριμένα, μέσω της μαθηματικής ανάλυσης της κυματομορφής εξόδου με τη μέθοδο Fourier προκύπτει ότι για τάση εισόδου Vin, η θεμελιώδης αρμονική της τάσης εξόδου έχει πλάτος [1]: 4 Vin ( Vo) 1 (2.1) Επίσης η τετραγωνική κυματομορφή εμφανίζει μόνο περιττές αρμονικές, το πλάτος των οποίων υπολογίζεται από τη σχέση [1]: ( Vo)h ( Vo)1, όπου h = 3, 5, 7 (2.2) h Period/2 S1,S2 =ON S 1,S 2 =OFF S1,S2 =OFF S 1,S 2 =ON t Σχήμα 2.18: Κυματομορφή τετραγωνικής παλμοδότησης μονοφασικού αντιστροφέα πλήρους γέφυρας

47 Vo Κεφάλαιο 2 ο 4Vin/π Vin t -Vin Period/2 Σχήμα 2.19: Κυματομορφή τάσης εξόδου και θεμελιώδους αρμονικής [1] Τεχνική SPWM για απλό αντιστροφέα Οι παλμοί σε αυτή τη μέθοδο προκύπτουν από τη σύγκριση ενός ημιτόνου που αποτελεί το σήμα αναφοράς με πλάτος Ar και συχνότητα fr με ένα τριγωνικό παλμό που αποτελεί το σήμα φέροντος με πλάτος Ac και συχνότητα fc. Η τεχνική αυτή εφαρμόζεται με δύο τρόπους: 1) Διπολική SPWM (Bipolar SPWM) [1]: Το σήμα αναφοράς αποτελείται από ένα ημίτονο το οποίο συγκρίνεται με τον τριγωνικό φορέα. Όταν η τιμή του ημιτόνου είναι μεγαλύτερη από αυτή του τριγώνου τότε ενεργοποιούνται τα πρώτα δύο διαγώνια ημιαγωγικά στοιχεία (βλ. Σχήμα 2.20). Όταν συμβαίνει το αντίστροφο τότε ενεργοποιούνται τα συμπληρωματικά τους. Αν επιλέξουμε mf με τιμή ακέραιου περιττού αριθμού μεγαλύτερη από 9, τότε από την ανάλυση Fourier προκύπτει ότι η τάση εξόδου περιέχει μόνο περιττές αρμονικές και ότι το πλάτος της θεμελιώδους αρμονικής της τάσης εξόδου μεταβάλλεται γραμμικά σε σχέση με τη τάση εισόδου σύμφωνα με τη σχέση: ( Vo) 1 ma * Vin (2.3)

48 Pulse Κεφάλαιο 2 ο t Σχήμα 2.20: Κυματομορφή Διπολικής SPWM μονοφασικού αντιστροφέα πλήρους γέφυρας. Όταν ο παλμός είναι High άγουν τα S1 και S2, ενώ όταν είναι Low άγουν τα S 1 και S 2. t 2) Μονοπολική SPWM (Unipolar SPWM) [1]: Το σήμα αναφοράς αποτελείται από δύο ημίτονα με διαφορά φάσης 180 ο. Το πρώτο ημίτονο είναι υπεύθυνο για την ενεργοποίηση του πρώτου συμπληρωματικού ζεύγους, ενώ το δεύτερο ημίτονο για την ενεργοποίηση του δεύτερου συμπληρωματικού ζεύγους (βλ. Σχήμα 2.21). Όταν τα ημίτονα έχουν τιμή μεγαλύτερη από αυτή του τριγώνου τότε ενεργοποιούνται οι διακόπτες S1 και S2 αντιστοίχως. Το αντίστροφο συμβαίνει στην αντίθετη περίπτωση, για την οποία ενεργοποιούνται οι διακόπτες S 1 και S 2. Το πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι οι αρμονικές της τάσης εξόδου εμφανίζονται σε διπλάσιες συχνότητες από ότι στη περίπτωση της διπολικής SPWM. Επίσης για άρτιες τιμές του mf εμφανίζονται μόνο περιττές αρμονικές και το πλάτος της θεμελιώδους αρμονικής της τάσης εξόδου μεταβάλλεται γραμμικά σε σχέση με τη τάση εισόδου σύμφωνα με τη σχέση: ( Vo) 1 ma * Vin (2.4)

49 Pulse Pulse Κεφάλαιο 2 ο S1,S 1 S2,S 2 t t t t Σχήμα 2.21: Κυματομορφή Μονοπολικής SPWM μονοφασικού αντιστροφέα πλήρους γέφυρας. Στο Σχήμα 2.22 περιγράφεται η σχέση που συνδέει την τιμή του συντελεστή διαμόρφωσης πλάτους με το πλάτος της θεμελιώδους αρμονικής. (Vo) 1 /Vin 4/π 1 Περιοχή Υπερδιαμόρφωσης Τετραγωνική κυματομορφή 1 m a Σχήμα 2.22: Διάγραμμα του πλάτους της βασικής αρμονικής σε σχέση με το ma [1]

50 Pulse Τεχνική PD-SPWM (Phase Disposition-SPWM) για πολυεπίπεδο αντιστροφέα Κεφάλαιο 2 ο Η τεχνική αυτή [2] βασίζεται στη σύγκριση πολλών φερόντων τριγώνων με ένα ημίτονο, κατ αναλογία με τη διπολική SPWM (βλ. σχήμα 2.23). Ο αριθμός των φερόντων σημάτων καθορίζεται από τον αριθμό των επιπέδων που παράγει ο πολυεπίπεδος αντιστροφέας και δίνεται από τη σχέση : Nc Κάθε ένα από τα σήματα φέροντος έχει πλάτος : A m 1 (2.5) c 2 (2.6) Nc και μέσω της σύγκρισης του με το ημίτονο αναφοράς είναι υπεύθυνο για την ενεργοποίηση ενός ζεύγους συμπληρωματικών ημιαγωγικών στοιχείων του αντιστροφέα. Συγκεκριμένα όταν το ημίτονο έχει μεγαλύτερη τιμή από το σήμα του φέροντος τότε ενεργοποιείται ο πρώτος ημιαγωγικός διακόπτης της διάταξης, ενώ στην αντίθετη περίπτωση ενεργοποιείται ο συμπληρωματικός του. S1, S 1 S2, S 2 S3, S 3 S4, S 4 t Σχήμα 2.23: Κυματομορφή PD-SPWM πολυεπίπεδου αντιστροφέα 5 επιπέδων. Η τεχνική αυτή παρουσιάζει τη μικρότερη αρμονική παραμόρφωση στην πολική τάση της εξόδου, γι αυτό και χρησιμοποιείται σε πολύ μεγάλο βαθμό σε πολυεπίπεδους αντιστροφείς DCMI και FCMI. Στο συγκεκριμένο είδος παλμοδότησης η συντελεστής διαμόρφωσης πλάτους υπολογίζεται από τη σχέση:

51 Pulse Κεφάλαιο 2 ο Ar ma ( m 1)* Ac (2.7) δεδομένου ότι τα τρίγωνα δεν έχουν πλάτος ίσο με τη μονάδα όπως στην κλασσική SPWM. Επίσης υπάρχει μια ελάχιστη τιμή την οποία μπορεί να λάβει ο συντελεστής διαμόρφωσης πλάτους. Αν αυτός ο συντελεστής λάβει μικρότερη τιμή από την ελάχιστη τότε ο πολυεπίπεδος αντιστροφέας αρχίζει να εμφανίζει λιγότερα επίπεδα στην τάση εξόδου από αυτά που μπορεί η διάταξη να παράγει, αφού το ημίτονο αναφοράς δε παίρνει ποτέ τιμές που είναι μεγαλύτερες από τα τρίγωνα που βρίσκονται στις τιμές κοντά στο συν 1 και το πλην 1. Η τιμή αυτή δίνεται από τη σχέση: m a, min m 3 m 1 (2.8) Τεχνική APOD-SPWM (Alternative Phase Opposition Disposition-SPWM) για πολυεπίπεδο αντιστροφέα Η τεχνική αυτή [2] ακολουθεί την ίδια λογική με τη PD-SPWM για την παραγωγή των φερόντων σημάτων, αλλά διαφοροποιείται στις φάσεις των σημάτων αυτών (βλ. σχήμα 2.24). Συγκεκριμένα τα φέροντα σήματα αυτής της παλμοδότησης παρουσιάζουν, ανά δύο, διαφορά φάσης 180 ο. S1, S 1 S2, S 2 t S3, S 3 S4, S 4 Σχήμα 2.24: Κυματομορφή APOD-sPWM πολυεπίπεδου αντιστροφέα 5 επιπέδων. Ο συντελεστής διαμόρφωσης πλάτους και η ελάχιστη τιμή του υπολογίζονται από τις ίδιες εξισώσεις με αυτές της τεχνικής PD-SPWM (εξισώσεις 2.7 και 2.8)

52 Pulse Κεφάλαιο 2 ο Τεχνική POD-SPWM (Phase Opposition Disposition-SPWM) για πολυεπίπεδο αντιστροφέα Και αυτή η τεχνική [2] ακολουθεί την ίδια λογική με τη PD-SPWM για την παραγωγή των φερόντων σημάτων, αλλά διαφοροποιείται στις φάσεις των σημάτων αυτών (βλ. σχήμα 2.25). Συγκεκριμένα τα φέροντα σήματα αυτής της παλμοδότησης που βρίσκονται πάνω από το 0 παρουσιάζουν διαφορά φάσης 180 ο σε σχέση με αυτά που βρίσκονται κάτω από το 0. S1, S 1 S2, S 2 S3, S 3 S4, S 4 t Σχήμα 2.25: Κυματομορφή POD-sPWM πολυεπίπεδου αντιστροφέα 5 επιπέδων. Ο συντελεστής διαμόρφωσης πλάτους και η ελάχιστη τιμή του υπολογίζονται από τις ίδιες εξισώσεις με αυτές της τεχνικής PD-sPWM (εξισώσεις 2.7 και 2.8) Τεχνική PS-SPWM (Phase Shifted-SPWM) για πολυεπίπεδο αντιστροφέα Οι παλμοί σε αυτή τη τεχνική προκύπτουν από τη σύγκριση δύο ημιτόνων που αποτελούν το σήμα αναφοράς, παρόμοια με αυτά της μονοπολικής SPWM, με τριγωνικούς παλμούς που αποτελούν το φέρον σήμα (βλ. σχήμα 2.26). Η τεχνική αύτη χρησιμοποιείται κυρίως στη παλμοδότηση του πολυεπίπεδου αντιστροφέα Cascaded H-Bridge. Οι τριγωνικοί παλμοί παρουσιάζουν μια διαφορά φάσης μεταξύ τους που εξαρτάται από τα επίπεδα της τάσης εξόδου και δίνεται από το τύπο : 360 m 1 (2.9) Κάθε ένας από τους τριγωνικούς παλμούς είναι υπεύθυνος για την ενεργοποίηση των ημιαγωγικών στοιχείων μίας από τις χρησιμοποιούμενες γέφυρες του αντιστροφέα με βάση τις αρχές λειτουργίας της Unipolar SPWM [2]

53 Pulse Pulse Κεφάλαιο 2 ο Ο συντελεστής διαμόρφωσης πλάτους υπολογίζεται από την εξίσωση: m A A r a (2.10) c S1, S 1 S3, S 3 S2, S 2 t t S4, S 4 Σχήμα 2.26: Κυματομορφή PS-SPWM πολυεπίπεδου αντιστροφέα 5 επιπέδων (2 γέφυρες) Τεχνική εξάλειψης επιλεγμένων ανώτερων αρμονικών συνιστωσών SHE (Selected Harmonic Elimination) για πολυεπίπεδο αντιστροφέα Η τεχνική αυτή [4] παρουσιάζει μεγάλες διαφοροποιήσεις από τις προηγούμενες αφού δε βασίζεται σε ημιτονοειδή διαμόρφωση. Αντιθέτως, μέσω της τεχνικής αυτής δημιουργούνται παλμοί προεπιλεγμένου εύρους με στόχο τη δημιουργία κυματομορφής στη τάση εξόδου που θα αυτοεξαλείφει συγκεκριμένες αρμονικές (βλ. σχήμα 2.27). Ο αντιστροφέας λειτουργεί στη θεμελιώδη συχνότητα. Η τεχνική αυτή βρίσκει εφαρμογή μόνο στη τοπολογία του Cascaded H-bridge πολυεπίπεδου αντιστροφέα. Λύνοντας ένα σύστημα εξισώσεων που περιλαμβάνει τα συνημίτονα των γωνιών που θα εισάγουμε στους παλμούς επιτυγχάνουμε να αναιρέσουμε συγκεκριμένες αρμονικές. Για παράδειγμα σε ένα H-Bridge 5 επιπέδων όπου θέλουμε να αναιρέσουμε την 5 η, 7 η, 11 η, 13 η και 17η αρμονική, οι εξισώσεις θα είναι οι εξής:

54 Pulse Κεφάλαιο 2 ο cos(5* 1) cos(5* 2) cos(5* 3) cos(5* 4) cos(5* 5) cos(5* 6) 0 cos(7* 1) cos(7* 2) cos(7* 3) cos(7* 4) cos(7* 5) cos(7* 6) 0 cos(11* 1) cos(11* 2) cos(11* 3) cos(11* 4) cos(11* 5) cos(11* 6) 0 cos(13* 1) cos(13* ) cos(13* ) cos(13* ) cos(13* ) cos(13* ) 0 cos(17* 1) cos(17* 2) cos(17* 3) cos(17* 4) cos(17* 5) cos(17* 6) 0 2* * m cos( 1) cos( 2) cos( 3) cos( 4) cos( 5) cos( 6) 4 a (2.11) θ5 θ6 θ1 θ2 θ3 θ4 π/4 π/2 t Σχήμα 2.27: Κυματομορφή SHE πολυεπίπεδου αντιστροφέα 5 επιπέδων. Στη συγκεκριμένη μέθοδο, ο αριθμός των αρμονικών που θέλουμε να αναιρέσουμε είναι μικρότερος από τον αριθμό των γωνιών θi που πρέπει να καθορίσουμε. Το σημαντικότερο μειονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ο βαθμός πολυπλοκότητας για την επίλυση των ανωτέρω εξισώσεων. Η συνηθέστερη μέθοδος που χρησιμοποιείται για την επίλυση των εξισώσεων 2.11 είναι η μέθοδος Newton-Raphson. Ωστόσο, υπάρχει ο κίνδυνος η συγκεκριμένη μέθοδος να μη καταλήξει σε λύση, δεδομένου ότι δε γνωρίζουμε σίγουρα αν υπάρχει, καθώς επίσης δε γνωρίζουμε ποιες είναι οι καταλληλότερες αρχικές συνθήκες για την επίλυση του συστήματος [11], δεδομένου ότι υπάρχει η πιθανότητα ύπαρξης πολλών τοπικών ελαχίστων, στα οποία μπορεί να καταλήξει η μέθοδος και να μη βρεθεί το ολικό ελάχιστο

55 Pulse Κεφάλαιο 2 ο Τεχνική THI-PWM (Third Harmonic Injection-PWM) για πολυεπίπεδο αντιστροφέα Στη συγκεκριμένη μέθοδος παλμοδότησης ακολουθούνται οι βασικές αρχές της SPWM. Όμως στη θέση του σήματος αναφοράς δεν υπάρχει ένα απλό ημίτονο, αλλά ένα ημίτονο στο οποίο έχει εισαχθεί η 3 η αρμονική (βλ. σχήμα 2.28). Με τη τεχνική αυτή εξαλείφεται η 3 η αρμονική από την πολική τάση εξόδου του αντιστροφέα, κάτι το οποίο δε συμβαίνει και στη φασική τάση για αυτό και χρησιμοποιείται μόνο σε τριφασικούς πολυεπίπεδους αντιστροφείς H-Bridge. Σε ορισμένες περιπτώσεις γίνεται έγχυση εκτός από την 3 η και άλλων πολλαπλάσιων της, όπως η 9 η. Το πλάτος της 3 ης αρμονικής που εισάγεται έχει πλάτος ίσο με το 1/6 του πλάτους της βασικής αρμονικής [12]. Η εξάλειψη της 3 ης αρμονικής δίνει το περιθώριο στον αντιστροφέα να παράγει τάση στην έξοδο του της οποίας η θεμελιώδης αρμονική έχει κατά 15.5% μεγαλύτερο πλάτος σε σχέση με τη κλασσική SPWM [2]. Fundamental Harmonic Fundamental+3 rd 3 rd Harmonic t Σχήμα 2.28: Κυματομορφή THI-PWM πολυεπίπεδου αντιστροφέα 5 επιπέδων Τεχνική SV-PWM (Space Vector-PWM) για πολυεπίπεδο αντιστροφέα Η τεχνική αυτή έχει κερδίσει πολύ έδαφος τα τελευταία χρόνια, καθώς χρησιμοποιείται σε μια πληθώρα βιομηχανικών εφαρμογών. Χαρακτηριστικό της είναι ότι η υλοποίηση της είναι αρκετά απλή με τη χρήση μικροεπεξεργαστή, απαιτεί όμως μεγάλο υπολογιστικό φόρτο. Η διαφορά αυτής της τεχνικής από τις υπόλοιπες είναι ότι λαμβάνει υπόψιν την εξάρτηση του ρεύματος κάθε φάσης σε ένα τριφασικό μετατροπέα από τις πολικές τάσεις, κάτι το οποίο δε συμβαίνει στην SPWM. Αυτό γίνεται επειδή η SV-PWM χειρίζεται την ημιτονοειδή τάση σαν ένα στρεφόμενο διάνυσμα με σταθερή συχνότητα και σταθερό πλάτος. Τέλος, υπολογίζεται

56 Κεφάλαιο 2 ο προσεγγιστικά η τάση αναφοράς Vref με τον κατάλληλο συνδυασμό παλμοδότησης των ημιαγωγικών στοιχείων [2]. 2.4 Συγκριτικοί πίνακες Παρακάτω παρατίθενται συγκριτικοί πίνακες που θα βοηθήσουν στην απόκτηση μιας εποπτικής εικόνας των ιδιαιτεροτήτων κάθε αντιστροφέα. Στους πίνακες που ακολουθούν (2.4 και 2.5) συγκρίνονται οι τοπολογίες με βάση τον αριθμό των στοιχείων που απαιτούνται και την παραγόμενη τάση εξόδου. Τοπολογία DCMI FCMI Cascaded H- bridge Αριθμός διακοπτικών στοιχείων ανά φάση/σκέλος 2*( m 1) 2*( m 1) 2*( m 1) Αριθμός διόδων περιορισμού ( m 1)*( m 2) Αριθμός flying πυκνωτών 0 ( m 1)*( m 2) 0 2 Αριθμός πυκνωτών DC ζυγού m 1 m 1 m 1 2 Χρησιμοποιούμενη τεχνική SPWM PD-SPWM PD-SPWM PS-SPWM Πίνακας 2.4: Σύγκριση των αντιστροφέων με βάση τον αριθμό των στοιχείων του [2]

57 Τοπολογία DCMI FCMI Cascaded H- bridge Κεφάλαιο 2 ο Πλήρης γέφυρα Χρησιμοποιού μενη τεχνική SPWM PD-SPWM PD-SPWM PS-SPWM Bipolar SPWM (Vab)1, πλάτος βασικής ma* Vin ma* Vin s* ma * Vin s* ma * Vin αρμονικής της διαφορά τάσης ανάμεσα στα σκέλη Α,Β Ar ma ( m 1)* Ac Ar ma ( m 1)* Ac m a A A r c m a A A r c μονοφασικού αντιστροφέα (Vab)1, πλάτος βασικής αρμονικής πολικής τάσης τριφασικού αντιστροφέα 3 * ma * Vin 3 * ma * Vin 3 * s* ma * Vin 3 * ma * Vin THDvao % (ma=0.7) 32.9% 33.1% 33.2% 156.1% Πίνακας 2.5: Σύγκριση των αντιστροφέων με βάση τη τάση στην έξοδο τους [2]

58 Κεφάλαιο 2 ο 2.5 Συμπεράσματα Λαμβάνοντας υπόψιν όσα μελετήθηκαν παραπάνω, στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής επιλέχθηκε μία από τις προτεινόμενες τοπολογίες, ώστε να κατασκευαστεί και να μελετηθεί η λειτουργία της. Την τελική απόφαση επηρέασαν παράγοντες όπως η κατασκευαστική πολυπλοκότητα, το οικονομικό κόστος για την υλοποίηση της κατασκευής, καθώς επίσης και η σημαντικότητα της συγκεκριμένης τοπολογίας για σύγχρονες εφαρμογές υψηλής ισχύος. Με βάση όλα αυτά o πολυεπίπεδος αντιστροφέας που επιλέχθηκε τελικά να κατασκευαστεί είναι ο μονοφασικός αντιστροφέας Cascaded H-Bridge 5 επιπέδων. Ο αντιστροφέας Cascaded H-Bridge είναι ένας πολυεπίπεδος αντιστροφέας που συνδυάζει μία πληθώρα πλεονεκτημάτων έναντι των υπολοίπων. Η συγκεκριμένη τοπολογία βασίζεται στο μονοφασικό αντιστροφέα πλήρους γέφυρας, ο οποίος αποτελείται ως επί το πλείστον από ελεγχόμενα ημιαγωγικά στοιχεία. Επομένως, δε χρειάστηκε να χρησιμοποιηθούν δίοδοι ή πυκνωτές όπως στα άλλα είδη οι οποίοι παρουσιάζουν αδυναμία στη συγκράτηση των επιπέδων της τάσης των πυκνωτών τους [3]. Επίσης, η δομική απλότητα της τοπολογίας αυτής μειώνει κατά πολύ το οικονομικό κόστος για την κατασκευή του, αφού το πιο ακριβό τμήμα που αγοράστηκε ήταν τα ημιαγωγικά στοιχεία που χρησιμοποιήθηκαν, αποφεύγοντας την ταυτόχρονη αγορά διόδων ισχύος ή μεγάλων σε χωρητικότητα πυκνωτών. Τέλος, πρέπει να αναφερθεί ότι ο συγκεκριμένος αντιστροφέας παρουσιάζει το μεγαλύτερο βαθμό χρησιμοποίησης στο βιομηχανικό κόσμο, λόγω όλων των προτερημάτων που συνδυάζει [4]. Βάσει όλων των παραπάνω γίνεται σαφής ο λόγος για τον οποίο επιλέχθηκε να κατασκευαστεί και να μελετηθεί σε βάθος ο συγκεκριμένος πολυεπίπεδος αντιστροφέας. Για τη παλμοδότηση του Cascaded H-Bridge επιλέχθηκε, ως πρώτη προσέγγιση να εφαρμοστεί η τεχνική των απλών τετραγωνικών παλμών στη συχνότητα των 50Hz. Για την υλοποίηση της παλμοδότησης αυτής χρησιμοποιήθηκε ο μικροελεγκτής dspic30f2020. Στα επόμενα κεφάλαια, αφού πρώτα παρουσιασθούν τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων διάφορων τοπολογιών, θα γίνει διεξοδική παρουσίαση του αντιστροφέα Cascaded Η-Bridge 5 επιπέδων μέσω προσομοιώσεων, αλλά και ανάλυσης του τρόπου κατασκευής και υλοποίησης του. Τέλος, θα παρουσιασθούν πειραματικές μετρήσεις, σε R και RL φορτίο ώστε να μελετηθεί σε βάθος η λειτουργία του

59 Κεφάλαιο 3 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΚΑΙ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΠΟΛΥΕΠΙΠΕΔΩΝ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΩΝ ΜΕΣΩ ΤΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ MATLAB/SIMULINK 3.1 Εισαγωγή Σε αυτό το κεφάλαιο θα γίνει προσπάθεια να διερευνηθεί η λειτουργία των βασικότερων τοπολογιών που παρουσιάστηκαν προηγουμένως. Μέσω προσομοιώσεων θα μελετηθούν σε βάθος οι δυνατότητες κάθε τοπολογίας. Με αυτό τον τρόπο θα γίνει και η απαραίτητη σύγκριση μεταξύ των διαφόρων κυκλωμάτων. Μέχρι το πέρας της παρούσας διπλωματικής έγιναν προσομοιώσεις των τριών βασικών ειδών πολυεπίπεδων αντιστροφέων τόσο σε μονοφασική, όσο και σε τριφασική λειτουργία. Επιπλέον, για τη παλμοδότηση των MOSFETs προσομοιώθηκαν διάφορες τεχνικές με σκοπό να διερευνηθούν τα χαρακτηριστικά της κάθε μεθόδου. Οι παραπάνω προσομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση του Simulink, λογισμικού προσομοίωσης που περιλαμβάνεται στο πρόγραμμα Matlab. Μέσω των δυνατοτήτων που παρέχει το Simulink μετρήθηκαν διάφορα μεγέθη της διάταξης, όπως οι κυματομορφές και ο THD των ρευμάτων και των τάσεων σε είσοδο και έξοδο. Στις απεικονίσεις των κυκλωμάτων που ακολουθούν με κόκκινο χρώμα απεικονίζονται τα MOSFETs ισχύος, με πράσινο χρώμα οι δίοδοι περιορισμού και οι αιωρούμενοι πυκνωτές, με κίτρινο χρώμα τα αμπερόμετρα και με μπλε χρώμα τα βολτόμετρα. Επειδή προσομοιώθηκαν πολλές τοπολογίες, με διαφορετικά επίπεδα και με πληθώρα μεθόδων παλμοδότησης, παρακάτω θα περιγραφούν με λεπτομέρειες οι προσομοιώσεις, προς διευκόλυνση του αναγνώστη. Αναλυτικότερα προσομοιώθηκαν: Μονοφασικοί πολυεπίπεδοι αντιστροφείς υπό ωμικό και ωμικό-επαγωγικό φορτίο: 1. DCMI 4 επιπέδων με μέθοδο παλμοδότησης PD-SPWM. 2. FCMI 4 επιπέδων με μέθοδο παλμοδότησης PD-SPWM. 3. Cascaded H-bridge 7 επιπέδων με PS-SPWM. Τριφασικοί πολυεπίπεδοι αντιστροφείς υπό ωμικό και ωμικό-επαγωγικό φορτίο: 1. DCMI 4 επιπέδων με μέθοδο παλμοδότησης PD-SPWM

60 Κεφάλαιο 3 ο 2. FCMI 4 επιπέδων με μέθοδο παλμοδότησης PD-SPWM. 3. Cascaded H-bridge 7 επιπέδων με PS-SPWM. Cascaded H-bridge 5 επιπέδων υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο με μέθοδο παλμοδότησης: 1. PS-SPWM. 2. PD-SPWM. 3. Selective Harmonic Elimination. Σύγκριση Cascaded H-bridge 5 επιπέδων με απλό αντιστροφέα υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο με μέθοδο παλμοδότησης SPWM. 3.2 Προσομοίωση μονοφασικών πολυεπίπεδων αντιστροφέων Οι παρακάτω προσομοιώσεις έγιναν σε μονοφασικούς αντιστροφείς τύπου DCMI, FCMI και Cascaded H-bridge υπό R και R/L φορτίο. Η τάση εξόδου έχει 7 επίπεδα. Προκειμένου να γίνουν πιο κατανοητά όσα θα αναφερθούν παρακάτω πρέπει να διευκρινιστεί η λογική με την οποία ορίζονται τα επίπεδα ενός πολυεπίπεδου αντιστροφέα. Συγκεκριμένα, για τους αντιστροφείς DCMI και FCMI η τάση εξόδου είναι η διαφορά τάσης ανάμεσα στα δύο σκέλη του αντιστροφέα, δηλαδή η πολική τάση. Όποτε για τάση εξόδου 7 επιπέδων οι αντιστροφείς αυτοί θεωρούνται 4 επιπέδων (2*4-1=7). Στη περίπτωση του Cascaded H-bridge η τάση εξόδου είναι προϊόν μίας φάσης όποτε τα επίπεδα της τάσης εξόδου ταυτίζονται με τα επίπεδα του αντιστροφέα. Η συχνότητα του ημιτόνου αναφοράς ορίστηκε στη τιμή των fr = 50Hz, ενώ η τιμή της συχνότητας των φερόντων τριγώνων ορίστηκε fc= 25kHz. Η τιμή της πηγής στην είσοδο των αντιστροφέων DCMI και FCMI ήταν Vin= 450V, ενώ η τιμή των τριών πηγών στις εισόδους του Cascaded H-bridge ήταν Vin= 150V. Ως εκ τούτου, προκειμένου να επιτευχθεί ενεργός τιμή τάσης θεμελιώδους αρμονικής ίση με 230V, ο συντελεστής διαμόρφωσης πλάτους πήρε τη τιμή ma = 230* 2 = Η τιμή του φορτίου ήταν R= 75Ω για ωμικό φορτίο και R= Ω, L= 2mH για ωμικό επαγωγικό-επαγωγικό φορτίο. Για τη παλμοδότηση των αντιστροφέων DCMI και FCMI χρησιμοποιήθηκε η τεχνική PD- SPWM, ενώ για τη παλμοδότηση του Cascaded H-bridge χρησιμοποιήθηκε η τεχνική PS- SPWM, όπως προτείνεται και στη βιβλιογραφία [2]. Συγκεκριμένα, για τη υλοποίηση της, η PD-SPWM χρησιμοποιήθηκε ως UniPolar, όπου κάθε φέρων τρίγωνο ήταν υπεύθυνο για 4 MOSFETs ισχύος. Ανά δύο είναι συμπληρωματικά και τα δύο από αυτά βρίσκονται στο ένα

61 Κεφάλαιο 3 ο σκέλος, ενώ τα άλλα δύο βρίσκονται στην ίδια θέση του άλλου σκέλους. Τα MOSFETs ισχύος του ενός σκέλους ελέγχονται από το ένα ημίτονο αναφοράς, ενώ τα MOSFETs ισχύος του άλλου σκέλους ελέγχονται από το συμπληρωματικό του Προσομοίωση μονοφασικού DCMI 4 επιπέδων με PD-SPWM Σχήμα 3.1: DCMI αντιστροφέας 4 επιπέδων με PD-SPWM. Παρακάτω παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης για διάφορα μεγέθη του υπό εξέταση αντιστροφέα, όπως το ρεύμα εισόδου, η τάση εξόδου και το ρεύμα εξόδου. Η προσομοίωση έγινε υπό ωμικό και υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο. Παρακάτω παρατίθενται οι παλμογραφήσεις της τάσης εξόδου (βλ. Σχήμα 3.2) και των ρευμάτων εισόδου και εξόδου υπό ωμικό (βλ. Σχήμα 3.3) και ωμικό-επαγωγικό φορτίο (βλ. Σχήμα 3.4)

62 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.2: Τάση εξόδου για DCMI 4 επιπέδων. Σχήμα 3.3: Ρεύμα εισόδου και ρεύμα εξόδου υπό ωμικό φορτίο για DCMI 4 επιπέδων

63 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.4: Ρεύμα εισόδου και ρεύμα εξόδου υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο για DCMI 4 επιπέδων. Όπως παρατηρούμε από τις παραπάνω προσομοιώσεις στη τάση εξόδου εμφανίζονται 7 επίπεδα, όπως ακριβώς ήταν και το αναμενόμενο, διότι προέρχεται από τη διαφορά δύο φασικών τάσεων. Το ρεύμα εξόδου υπό ωμικό φορτίο έχει την ίδια μορφή με τη τάση εξόδου, ενώ υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο παρουσιάζει σαφώς βελτιωμένο αρμονικό περιεχόμενο ομοιάζοντας περισσότερο με ημίτονο λόγω της επαγωγής. Η μορφή του ρεύματος εισόδου είναι συνέπεια της αλληλουχίας με την οποία άγουν τα ημιαγωγικά στοιχεία της διάταξης. Συγκεκριμένα, σε κάθε χρονική στιγμή το φορτίο τροφοδοτείται από διαφορετικό πλήθος πυκνωτών εισόδου, ανάλογα με τη χρονική στιγμή στην οποία βρισκόμαστε εντός της περιόδου. Κατά συνέπεια, κάθε στιγμή η πηγή φορτίζει διαφορετικό αριθμό πυκνωτών. Η κυματομορφή του ρεύματος αυτού εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη τιμή των πυκνωτών εισόδου. Παρακάτω παρουσιάζεται η FFT ανάλυση της τάσης εξόδου (βλ. Σχήμα 3.5), του ρεύματος εξόδου με ωμικό φορτίο (βλ. Σχήμα 3.6) και του ρεύματος εξόδου υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο (βλ. Σχήμα 3.7)

64 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.5:FFΤ ανάλυση της τάσης εξόδου για DCMI 4 επιπέδων. Σχήμα 3.6: FFT ανάλυση του ρεύματος εξόδου υπό ωμικό φορτίο για DCMI 4 επιπέδων

65 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.7: FFT ανάλυση του ρεύματος εξόδου υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο για DCMI 4 επιπέδων. Από την FFT ανάλυση που προηγήθηκε επιβεβαιώθηκε ότι η συχνότητα της θεμελιώδους αρμονικής της τάσης εξόδου ταυτίζεται με τη συχνότητα του ημιτόνου αναφοράς της παλμοδότησης (50Hz). Επιπλέον, όπως παρατηρούμε οι αρμονικές με το μεγαλύτερο πλάτος βρίσκονται σε συχνότητες διπλάσιες από τη συχνότητα του φέροντος σήματος παλμοδότησης. Τέλος, όπως φαίνεται και στο διάγραμμα της τάσης εξόδου το πλάτος της βασικής αρμονικής είναι 312V, κοντά στη τιμή των 325V που θα έπρεπε να προκύψει με ma = Η διαφορά που υπάρχει στις δύο τιμές οφείλεται σε απώλειες αγωγής πάνω στα MOSFETs, αφού η προσομοίωση έγινε θεωρώντας τα ημιαγωγικά στοιχεία μη ιδανικά, αλλά και στη ανισορροπία των επιπέδων που παρουσιάζει η τάση εξόδου λόγω της αποφόρτισης των πυκνωτών

66 Κεφάλαιο 3 ο Προσομοίωση μονοφασικού FCMI 4 επιπέδων με PD-SPWM Σχήμα 3.8: FCMI αντιστροφέας 4 επιπέδων με παλμοδότηση PD-SPWM. Στα διαγράμματα που ακολουθούν απεικονίζονται οι κυματομορφές διαφόρων μεγεθών της διάταξης. Συγκεκριμένα παρουσιάζονται η τάση εξόδου (βλ. Σχήμα 3.9) και τα ρεύματα εισόδου και εξόδου υπό ωμικό (βλ. Σχήμα 3.10) και ωμικό-επαγωγικό φορτίο (βλ. Σχήμα 3.11)

67 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.9: Τάση εξόδου για FCMI 4 επιπέδων. Σχήμα 3.10: Ρεύμα εισόδου και ρεύμα εξόδου υπό ωμικό φορτίο για FCMI 4 επιπέδων

68 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.11: Ρεύμα εισόδου και ρεύμα εξόδου υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο για FCMI 4 επιπέδων. Οι προσομοιώσεις που προηγήθηκαν έδειξαν ότι η τάση εξόδου εμφανίζει 7 επίπεδα, κάτι το οποίο είναι σύμφωνο με ότι αναμενόταν θεωρητικά. Το ρεύμα εξόδου υπό ωμικό φορτίο έχει την ίδια μορφή με τη τάση εξόδου, ενώ υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο το αρμονικό περιεχόμενο είναι κατά πολύ βελτιωμένο. Η μορφή του ρεύματος εισόδου εξαρτάται από την αλληλουχία με την οποία παλμοδοτούμε τα MOSFETs. Ένα από τα πλεονεκτήματα της συγκεκριμένης τοπολογίας είναι ότι παρέχει τη δυνατότητα δημιουργίας του ίδιου επιπέδου τάσης με διαφορετικών συνδυασμό MOSFETs. Στη προκειμένη περίπτωση για τη παραγωγή τάσης εξόδου +150V και -150V βασιζόμαστε αποκλειστικά στους αιωρούμενους πυκνωτές της διάταξης. Έτσι εξηγούνται και τα διαστήματα κατά τα οποία το ρεύμα στην είσοδο του αντιστροφέα είναι μηδέν. Συγκεκριμένα, σε αυτά τα διαστήματα η τάση εξόδου μεταβαίνει συνεχώς από τα 150V στο 0 και το αντίστροφο και στη συνέχεια από το 0 στα -150V και το αντίστροφο. Αυτό συμβαίνει διότι άγουν συνεχώς τα Sa3, S a1, Sb3 S b1 και ανοιγοκλείνουν συμπληρωματικά τα Sa2, S a2 και Sb2, S b2. Ως εκ τούτου η πηγή δεν τροφοδοτεί το φορτίο και το φορτίο τροφοδοτείται αποκλειστικά από τους

69 Κεφάλαιο 3 ο αιωρούμενους πυκνωτές της διάταξης. Παρακάτω παρουσιάζεται η FFT ανάλυση της τάσης εξόδου (βλ. Σχήμα 3.12), του ρεύματος εξόδου με ωμικό φορτίο (βλ. Σχήμα 3.13) και του ρεύματος εξόδου υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο (βλ. Σχήμα 3.14). Σχήμα 3.12: FFΤ ανάλυση τάσης εξόδου για FCMI 4 επιπέδων. Σχήμα 3.13: FFΤ ανάλυση ρεύματος εξόδου υπό ωμικό φορτίο για FCMI 4 επιπέδων

70 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.14: FFΤ ανάλυση ρεύματος εξόδου υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο για FCMI 4 επιπέδων. Από την FFT ανάλυση που προηγήθηκε επιβεβαιώθηκε ότι η συχνότητα της θεμελιώδους αρμονικής της τάσης εξόδου ταυτίζεται με τη συχνότητα του ημιτόνου αναφοράς της παλμοδότησης (50Hz). Επιπλέον, όπως παρατηρούμε οι αρμονικές με το μεγαλύτερο πλάτος βρίσκονται σε συχνότητες διπλάσιες από τη συχνότητα του φέροντος σήματος παλμοδότησης. Τέλος, όπως φαίνεται και στο διάγραμμα της τάσης εξόδου το πλάτος της βασικής αρμονικής είναι 304.4V, ενώ η θεωρητικά αναμενόμενη τιμή είναι 325V όταν το ma = Η διαφορά που υπάρχει ανάμεσα στις δύο τιμές οφείλεται σε απώλειες αγωγής πάνω στα MOSFETs, αφού η προσομοίωση έγινε θεωρώντας τα ημιαγωγικά στοιχεία μη ιδανικά αλλά και στο γεγονός ότι οι αιωρούμενοι πυκνωτές της διάταξης αποφορτίζονται για το χρονικό διάστημα κατά το οποίο άγουν, επηρεάζοντας τα επίπεδα της τάσης εξόδου

71 3.2.3 Προσομοίωση μονοφασικού Cascaded H-bridge 7 επιπέδων με PS-SPWM Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.15: Cascaded H-Bridge αντιστροφέας 7 επιπέδων με παλμοδότηση PS-SPWM. Στη συνέχεια, γίνεται παρουσίαση των κυματομορφών των κυριότερων μεγεθών της τοπολογίας όπως η τάση εξόδου (βλ. Σχήμα 3.16) και του ρεύματος εισόδου (μίας από τις πηγές) και εξόδου υπό ωμικό (βλ. Σχήμα 3.17) και ωμικό-επαγωγικό φορτίο (βλ. Σχήμα 3.18)

72 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.16: Τάση εξόδου για Cascaded H-Bridge αντιστροφέα 7 επιπέδων. Σχήμα 3.17: Ρεύμα εισόδου και ρεύμα εξόδου υπό ωμικό φορτίο για Cascaded H-Bridge αντιστροφέα 7 επιπέδων

73 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.18: Ρεύμα εισόδου και ρεύμα εξόδου υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο για Cascaded H- Bridge αντιστροφέα 7 επιπέδων. Η τάση εξόδου εμφανίζει 7 επίπεδα, όπως ακριβώς ήταν και το αναμενόμενο. Το ρεύμα εξόδου υπό ωμικό φορτίο έχει την ίδια μορφή με τη τάση εξόδου, ενώ υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο αποκτά μορφή που μοιάζει περισσότερο σε ημίτονο λόγω του πηνίου που υπάρχει στο φορτίο. Η κυματομορφή του ρεύματος εισόδου και στις δύο περιπτώσεις (ωμικό και ωμικόεπαγωγικό φορτίο) έχει κοινά χαρακτηριστικά με αυτή ενός απλού αντιστροφέα. Ωστόσο, το ρεύμα παρουσιάζει πιο κλιμακωτή μορφή λόγω της ύπαρξης περισσότερων επιπέδων. Τα ρεύματα εισόδου των άλλων πηγών είναι ίδια, παρουσιάζοντας διαφορά φάσης ίση με αυτή που παρουσιάζουν τα φέροντα τρίγωνα της PS-SPWM. Αναλυτικότερα, παίρνοντας ως παράδειγμα τον παραπάνω αντιστροφέα 7 επιπέδων, κάθε μίας από τις πηγές εισόδου των τριών γεφυρών μπορεί να διαρρέεται από ρεύμα με τιμή:

74 Κεφάλαιο 3 ο Im 2*Im 0,,,I 3 3 m (3.2) όπου Im είναι το μέγιστο ρεύμα που διαρρέει το φορτίο. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της FFT ανάλυσης για τη τάση εξόδου (βλ. Σχήμα 3.19) και του ρεύματος εξόδου υπό ωμικό (βλ. Σχήμα 3.20) και ωμικό-επαγωγικό φορτίο (βλ. Σχήμα 3.21). Σχήμα 3.19: FFT ανάλυση τάσης εξόδου για Cascaded H-bridge 7 επιπέδων. Σχήμα 3.20: FFT ανάλυση ρεύματος εξόδου υπό ωμικό φορτίο για Cascaded H-bridge 7 επιπέδων

75 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.21: FFT ανάλυση ρεύματος εξόδου υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο για Cascaded H- bridge 7 επιπέδων. Τα συμπεράσματα που αντλούνται από την ανωτέρω FFT ανάλυση κάνουν σαφές ότι οι αρμονικές της τάσης και του ρεύματος εξόδου με το σημαντικότερο πλάτος βρίσκονται σε πολύ μεγάλες συχνότητες. Τέλος, το πλάτος της βασικής αρμονικής της τάσης εξόδου είναι πολύ κοντά στην αναμενόμενη τιμή. Αυτό οφείλεται στην απουσία πυκνωτών οι οποίοι όταν αποφορτίζονται επηρεάζουν τη στάθμη των επιπέδων. Στα παρακάτω σχήματα απεικονίζονται το εσωτερικό των συστημάτων παλμοδότησης και τα διαγράμματα των ημιτόνων αναφοράς και των φερόντων τριγώνων από τη σύγκριση των οποίων προκύπτουν οι παλμοί. Για να γίνουν πιο διακριτά τα διαγράμματα η διακοπτική συχνότητα επιλέχθηκε να είναι fr = 300Hz

76 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.22: Διάγραμμα φερόντων τριγώνων και ημιτόνων αναφοράς PD-SPWM. Σχήμα 3.23: Εσωτερικό του υποσυστήματος παλμοδότησης PD-SPWM

77 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.24: Διάγραμμα φερόντων τριγώνων και ημιτόνων αναφοράς PS-SPWM. Κάθε ένα από τα τρίγωνα είναι υπεύθυνο για μία γέφυρα. Σχήμα 3.25: Εσωτερικό του υποσυστήματος παλμοδότησης PS-SPWM

78 Κεφάλαιο 3 ο 3.3 Προσομοίωση τριφασικών πολυεπίπεδων αντιστροφέων Οι παρακάτω προσομοιώσεις έγιναν σε τριφασικούς αντιστροφείς τύπου DCMI, FCMI και Cascaded H-bridge υπό R και R/L φορτίο. Η συχνότητα του ημιτόνου αναφοράς ορίστηκε στη τιμή των fr = 50Hz, ενώ η τιμή της συχνότητας των φερόντων τριγώνων ορίστηκε fc = 25kHz. Ο συντελεστής διαμόρφωσης πλάτους πήρε τη τιμή ma= 0.8, ενώ η τιμή του φορτίου ήταν R= 75Ω και L= 2mH. Η τιμή της πηγής στην είσοδο των αντιστροφέων DCMI και FCMI ήταν Vin = 450V, ενώ η τιμή της τάσης στην πηγή κάθε μίας από τις εννέα πηγές στις εισόδους του Cascaded H-bridge ήταν Vin = 150V. Ο αναγνώστης πρέπει να γνωρίζει ότι στα τριφασικά συστήματα ο αριθμός των επιπέδων κάθε τοπολογίας δεν ακολουθεί την ίδια λογική με αυτή των μονοφασικών. Αυτό συμβαίνει λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών των συγκεκριμένων τοπολογιών αλλά και των διαφοροποιήσεων που παρουσιάζουν μεταξύ τους. Συγκεκριμένα, οι τοπολογίες των DCMI και FCMI για να μετατραπούν από μονοφασικές σε τριφασικές χρειάζονται τη προσθήκη ενός μόνο σκέλους. Επομένως, αυτό που θεωρείται ως μονοφασική τάση εξόδου στη μονοφασική λειτουργία, ταυτίζεται με τη πολική διαφορά τάσης ανάμεσα σε δύο φάσεις στη τριφασική λειτουργία. Έτσι, αν ένας αντιστροφέας παράγει παραδείγματος χάριν 7 επίπεδα ως μονοφασικός στη τάση εξόδου, θα παράγει 7 επίπεδα και στην πολική τάση εξόδου ως τριφασικός. Αντιθέτως, για τη μετατροπή του Cascaded H-bridge από μονοφασικό σε τριφασικό πρέπει να προστεθούν άλλες δύο σειρές γεφυρών. Επομένως, η μονοφασική τάση εξόδου με βάση την οποία υπολογίζεται πόσα επίπεδα παράγει ένας μονοφασικός αντιστροφέας δε ταυτίζεται με τη πολική τάση εξόδου τριφασικής λειτουργίας. Για παράδειγμα, ένας μονοφασικός αντιστροφέας Cascaded H-bridge 7 επιπέδων, σε τριφασική λειτουργία θα παράγει 2*7-1=13 επίπεδα στη πολική τάση εξόδου. Επιπλέον, μια ακόμη διαφοροποίηση που παρουσιάζουν οι τάσεις εξόδου των προαναφερθέντων τοπολογιών αφορά τη μέγιστη τιμή που λαμβάνουν οι τάσεις αυτές. Πιο αναλυτικά, όπως αναφέρθηκε και παραπάνω στους αντιστροφείς DCMI και FCMI η πολική τάση τριφασικής λειτουργίας ταυτίζεται με τη τάση εξόδου κατά τη μονοφασική λειτουργία. Ως εκ τούτου, αν η τάση εξόδου στη μονοφασική λειτουργία παίρνει για παράδειγμα τιμές από -450V ως 450V τότε το ίδιο εύρος τιμών θα έχει και η πολική τάση κατά τη τριφασική λειτουργία. Από την άλλη πλευρά, στον Cascaded H-bridge αν η μονοφασική τάση εξόδου έχει εύρος τιμών από -450V ως 450V τότε με τη προσθήκη και των υπολοίπων γεφυρών (ώστε να

79 Κεφάλαιο 3 ο μετατραπεί σε τριφασικό) η πολική τάση μπορεί να λάβει τιμές από -900V ως 900V, αφού η πολική τάση είναι εξ ορισμού η διαφορά τάσης ανάμεσα σε δύο φάσεις. Η φασική τάση εξόδου τριφασικής λειτουργίας και των τριών ειδών πολυεπίπεδων αντιστροφέων υπολογίζεται με βάση τους τύπους που διέπουν και τον απλό τριφασικό αντιστροφέα. Συγκεκριμένα οι τύποι αυτοί είναι [1]: V V V A, ph B, ph C, ph 2* V V V 3 3 2* V V V 3 3 2* V V V 3 3 ao bo co bo co ao co ao bo (3.1) όπου VA,ph, VB,ph και VC,ph είναι οι φασικές τάσεις εξόδου των τριφασικών αντιστροφέων ενώ, Vao, Vbo και Vco είναι οι τάσεις εξόδου κάθε φάσης ως προς το κοινό σημείο των τριών φάσεων. Για τη παλμοδότηση των αντιστροφέων DCMI και FCMI χρησιμοποιήθηκε η τεχνική PD- SPWM, ενώ για τη παλμοδότηση του Cascaded H-bridge χρησιμοποιήθηκε η τεχνική PS- SPWM. Στις απεικονίσεις των κυκλωμάτων που ακολουθούν με κόκκινο χρώμα απεικονίζονται τα MOSFETs ισχύος, με πράσινο χρώμα οι δίοδοι περιορισμού και οι αιωρούμενοι πυκνωτές, με κίτρινο χρώμα τα αμπερόμετρα και με μπλε χρώμα τα βολτόμετρα. Για την παλμοδότηση των τριφασικών αντιστροφέων DCMI και FCMI χρησιμοποιήθηκε η τεχνική PD-SPWM, ενώ για το τριφασικό αντιστροφέα Cascaded H-bridge χρησιμοποιήθηκε η τεχνική PS-SPWM. Συγκεκριμένα, η τεχνική PD-SPWM εφαρμόστηκε ως Διπολική, ενώ η PS-SPWM ως Μονοπολική

80 Κεφάλαιο 3 ο Προσομοίωση τριφασικού DCMI αντιστροφέα 4 επιπέδων με PD-SPWM Σχήμα 3.26: τριφασικός αντιστροφέας DCMI αντιστροφέας 4 επιπέδων με παλμοδότηση PD- SPWM. Στα διαγράμματα που ακολουθούν απεικονίζονται σημαντικά μεγέθη του αντιστροφέα όπως η πολική και η φασική τάση εξόδου (βλ. Σχήμα 3.27), καθώς και τα ρεύματα εισόδου και εξόδου υπό ωμικό (βλ. Σχήμα 3.28) και ωμικό-επαγωγικό φορτίο (βλ. Σχήμα 3.29)

81 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.27: Πολική και φασική τάση εξόδου για DCMI αντιστροφέα 4 επιπέδων. Σχήμα 3.28: Ρεύμα εισόδου και φασικό ρεύμα εξόδου υπό ωμικό φορτίο για DCMI αντιστροφέα 4 επιπέδων

82 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.29: Ρεύμα εισόδου και φασικό ρεύμα εξόδου υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο για DCMI αντιστροφέα 4 επιπέδων. Οι παραπάνω προσομοιώσεις του τριφασικού αντιστροφέα DCMI απέδειξαν ότι η πολική τάση εξόδου έχει 7 επίπεδα. Επιπλέον, οι τιμές της φασικής τάσης είναι ίδιες με τις θεωρητικά αναμενόμενες τιμές που προκύπτουν από τις εξισώσεις 3.1. Το ρεύμα εξόδου υπό ωμικό φορτίο έχει την ίδια μορφή με τη τάση εξόδου, ενώ υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο παρουσιάζει σαφώς βελτιωμένο αρμονικό περιεχόμενο ομοιάζοντας περισσότερο με ημίτονο λόγω της επαγωγής. Η μορφή του ρεύματος εισόδου είναι συνέπεια της αλληλουχίας με την οποία άγουν τα ημιαγωγικά στοιχεία της διάταξης. Η κυματομορφή του ρεύματος αυτού εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη τιμή των πυκνωτών εισόδου. Συγκεκριμένα, σε κάθε χρονική στιγμή το φορτίο τροφοδοτείται από διαφορετικό πλήθος πυκνωτών εισόδου, ανάλογα με τη χρονική στιγμή στην οποία βρισκόμαστε εντός της περιόδου. Κατά συνέπεια, κάθε στιγμή η πηγή φορτίζει διαφορετικό αριθμό πυκνωτών εισόδου. Στη συνέχεια ακολουθούν τα διαγράμματα της FFT ανάλυσης για τη πολική (βλ. Σχήμα 3.30) και τη φασική τάση εξόδου (βλ. Σχήμα 3.31), καθώς

83 Κεφάλαιο 3 ο και για το ρεύμα εξόδου υπό ωμικό (βλ. Σχήμα 3.32) και ωμικό-επαγωγικό φορτίο (βλ. Σχήμα 3.33). Σχήμα 3.30: FFT ανάλυση πολικής τάσης εξόδου για DCMI αντιστροφέα 4 επιπέδων. Σχήμα 3.31: FFT ανάλυση φασικής τάσης εξόδου για DCMI αντιστροφέα 4 επιπέδων

84 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.32: FFT ανάλυση φασικού ρεύματος υπό ωμικό φορτίο για DCMI αντιστροφέα 4 επιπέδων. Σχήμα 3.33: FFT ανάλυση φασικού ρεύματος υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο για DCMI αντιστροφέα 4 επιπέδων. Από την FFT ανάλυση που προηγήθηκε επιβεβαιώθηκε ότι η συχνότητα της θεμελιώδους αρμονικής της τάσης εξόδου ταυτίζεται με τη συχνότητα του ημιτόνου αναφοράς της

85 Κεφάλαιο 3 ο παλμοδότησης (50Hz). Επιπλέον, όπως παρατηρούμε οι αρμονικές με το μεγαλύτερο πλάτος βρίσκονται σε συχνότητες διπλάσιες από τη συχνότητα του φέροντος σήματος παλμοδότησης. Στο διάγραμμα της τάσης εξόδου το πλάτος της βασικής αρμονικής είναι 306.7V, ενώ θεωρητικά θα έπρεπε να είναι 311V αφού το ma = 0.8. Η διαφορά που υπάρχει στις δύο τιμές οφείλεται σε απώλειες αγωγής πάνω στα MOSFETs αφού η προσομοίωση έγινε θεωρώντας τα ημιαγωγικά στοιχεία μη ιδανικά Προσομοίωση τριφασικού FCMI αντιστροφέα 4 επιπέδων με PD-SPWM Σχήμα 3.34: FCMI αντιστροφέας 4 επιπέδων με PD-SPWM

86 Κεφάλαιο 3 ο Στις παλμογραφήσεις που ακολουθούν απεικονίζονται σημαντικά μεγέθη του αντιστροφέα όπως η πολική και η φασική τάση εξόδου (βλ. Σχήμα 3.36), καθώς και τα ρεύματα εισόδου και εξόδου υπό ωμικό (βλ. Σχήμα 3.36) και ωμικό-επαγωγικό φορτίο (βλ. Σχήμα 3.37). Σχήμα 3.35: Πολική και φασική τάση εξόδου για FCMI 4 επιπέδων. Σχήμα 3.36: Ρεύμα εισόδου και φασικό ρεύμα εξόδου υπό ωμικό φορτίο για FCMI 4 επιπέδων

87 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.37: Ρεύμα εισόδου και φασικό ρεύμα εξόδου υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο για FCMI 4 επιπέδων. Από τις προσομοιώσεις του τριφασικού αντιστροφέα FCMI επιβεβαιώθηκε ότι η πολική τάση εξόδου έχει 7 επίπεδα. Η φασική τάση παρουσιάζει περισσότερα επίπεδα, οι τιμές των οποίων προκύπτουν από τις εξισώσεις 3.1. Το ρεύμα εξόδου υπό ωμικό φορτίο έχει την ίδια μορφή με τη τάση εξόδου, ενώ υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο παρουσιάζει σαφώς βελτιωμένο αρμονικό περιεχόμενο ομοιάζοντας περισσότερο με ημίτονο λόγω της επαγωγής. Η μορφή του ρεύματος εισόδου είναι συνέπεια της αλληλουχίας με την οποία άγουν τα ημιαγωγικά στοιχεία της διάταξης. Η κυματομορφή του ρεύματος αυτού εξαρτάται από το ποια MOSFETs άγουν κάθε χρονική στιγμή. Συγκεκριμένα, σε κάθε χρονική στιγμή το φορτίο τροφοδοτείται από διαφορετικό πλήθος πυκνωτών περιορισμού, ανάλογα με τη χρονική στιγμή στην οποία βρισκόμαστε εντός της περιόδου. Κατά συνέπεια, κάθε στιγμή η πηγή φορτίζει διαφορετικό αριθμό πυκνωτών εισόδου, αλλά και πυκνωτών περιορισμού. Παρακάτω, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της FFT ανάλυσης για τη πολική τάση εξόδου(βλ. Σχήμα 3.38) και τη φασική τάση εξόδου (βλ. Σχήμα 3.39), καθώς και για το φασικό ρεύμα εξόδου υπό ωμικό (βλ. Σχήμα 3.40) και ωμικό-επαγωγικό φορτίο (βλ. Σχήμα 3.41)

88 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.38: FFT ανάλυση πολικής τάσης εξόδου για FCMI 4 επιπέδων. Σχήμα 3.39: FFT ανάλυση της φασικής τάσης εξόδου για FCMI 4 επιπέδων

89 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.40: FFT ανάλυση ρεύματος εξόδου υπό ωμικό φορτίο για FCMI 4 επιπέδων. Σχήμα 3.41: FFT ανάλυση ρεύματος εξόδου υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο για FCMI 4 επιπέδων. Η FFT ανάλυση που προηγήθηκε έδειξε ότι η συχνότητα της θεμελιώδους αρμονικής της τάσης εξόδου είναι 50Hz. Επιπλέον, όπως παρατηρούμε οι αρμονικές με το μεγαλύτερο πλάτος βρίσκονται σε συχνότητες διπλάσιες από τη συχνότητα του φέροντος σήματος παλμοδότησης

90 Κεφάλαιο 3 ο Στο διάγραμμα της τάσης εξόδου το πλάτος της βασικής αρμονικής είναι 306.7V, ενώ θεωρητικά θα έπρεπε να είναι 311V αφού το ma = 0.8. Η διαφορά που υπάρχει στις δύο τιμές οφείλεται σε απώλειες αγωγής πάνω στα MOSFETs αφού η προσομοίωση έγινε θεωρώντας τα ημιαγωγικά στοιχεία μη ιδανικά. Επίσης, ένας ακόμη λόγος για τον οποίο υπάρχει η συγκεκριμένη διαφορά είναι η αποφόρτιση που υφίστανται οι αιωρούμενοι πυκνωτές όταν τροφοδοτούν το φορτίο Προσομοίωση τριφασικού Cascaded H-Bridge αντιστροφέα με μέθοδο παλμοδότησης PS-SPWM Σχήμα 3.42: Cascaded H-bridge αντιστροφέας 7 επιπέδων με παλμοδότηση PS-SPWM. Στα παρακάτω σχήματα απεικονίζονται η πολική και η φασική τάση στην έξοδο του αντιστροφέα (βλ. Σχήμα 3.43) και τα ρεύματα σε είσοδο και έξοδο υπό ωμικό (βλ. Σχήμα 3.44) και ωμικό-επαγωγικό φορτίο (βλ. Σχήμα 3.45)

91 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.43: Πολική και φασική τάση εξόδου για Cascaded H-bridge 7 επιπέδων. Σχήμα 3.44: Ρεύμα εισόδου και ρεύμα φασικό ρεύμα εξόδου υπό ωμικό φορτίο για Cascaded H-bridge 7 επιπέδων

92 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.45: Ρεύμα εισόδου και ρεύμα φασικό ρεύμα εξόδου υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο για Cascaded H-bridge 7 επιπέδων. Όπως είναι εμφανές από τις παραπάνω παλμογραφήσεις το εύρος των τιμών των τάσεων στην έξοδο του συγκεκριμένου αντιστροφέα είναι τελείως διαφορετικό από αυτό των υπολοίπων. Συγκεκριμένα, το εύρος και τα πιθανά επίπεδα που μπορεί να πάρει η πολική τάση του Cascaded H-bridge είναι διπλάσια από ότι στις άλλες τοπολογίες. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της FFT ανάλυσης για τη πολική τάση εξόδου(βλ. Σχήμα 3.46) και τη φασική τάση εξόδου (βλ. Σχήμα 3.47), καθώς και για το φασικό ρεύμα εξόδου υπό ωμικό (βλ. Σχήμα 3.48) και ωμικό-επαγωγικό φορτίο (βλ. Σχήμα 3.49)

93 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.46: FFT ανάλυση πολικής τάσης εξόδου για Cascaded H-bridge 7 επιπέδων. Σχήμα 3.47: FFT ανάλυση φασικής τάσης εξόδου για Cascaded H-bridge 7 επιπέδων

94 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.48: FFT ανάλυση φασικού ρεύματος εξόδου υπό ωμικό φορτίο για Cascaded H- bridge 7 επιπέδων. Σχήμα 3.49: FFT ανάλυση φασικού ρεύματος εξόδου υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο για Cascaded H-bridge 7 επιπέδων

95 Κεφάλαιο 3 ο Τα Σχήματα 3.50 και 3.51 παρουσιάζουν το εσωτερικό των υποσυστημάτων παλμοδότησης για την προσομοίωση των προαναφερθέντων τριφασικών πολυεπίπεδων αντιστροφέων. Τα υποσυστήματα παλμοδότησης των άλλων φάσεων είναι πανομοιότυπα με τη μόνη διαφορά ότι τα ημίτονα τους είναι μετατοπισμένα κατά 120 ο. Σχήμα 3.50: Εσωτερικό του υποσυστήματος παλμοδότησης μίας φάσης PD-SPWM

96 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.51: Εσωτερικό του υποσυστήματος παλμοδότησης μίας φάσης PS-SPWM. 3.4 Προσομοίωση Cascaded πέντε επιπέδων υπό διάφορες μεθόδους παλμοδότησης Κατά τη σχεδίαση οποιασδήποτε εφαρμογής που αφορά ηλεκτρονικά στοιχεία ισχύος πρέπει να δίνεται ιδιαίτερο ενδιαφέρον στην επιλογή της κατάλληλης μεθόδου παλμοδότησης. Κάθε μέθοδος παρουσιάζει πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα και με βάση αυτά πρέπει να επιλέγεται ανάλογα με τα χαρακτηριστικά της εκάστοτε εφαρμογής. Παρακάτω παρατίθενται τα αποτελέσματα προσομοιώσεων που έγιναν σε μονοφασικό αντιστροφέα Cascaded H-bridge πέντε επιπέδων (βλ. Σχήμα 3.52). Το φορτίο που χρησιμοποιήθηκε ήταν ωμικό-επαγωγικό με τιμές R= 75Ω και L= 0.5mH. Κάθε μία από τις δύο πηγές παράγει 225V

97 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.52: Η υπό εξέταση τοπολογία Προσομοίωση μονοφασικού Cascaded H-bridge 5 επιπέδων υπό PS-SPWM. Για τη πραγματοποίηση της προσομοίωσης η συχνότητα ημιτόνου αναφοράς ήταν fr = 50Hz, η συχνότητα των φερόντων τριγώνων ήταν fc = 15kHz και ο συντελεστής διαμόρφωσης πλάτους ma = 0.8. Η τιμή του δ είναι 90 ο αφού ο αντιστροφέας είναι πέντε επιπέδων (εξίσωση 2.9). Παρακάτω παρουσιάζονται οι παλμογραφήσεις διαφόρων μεγεθών όπως η τάση εξόδου (βλ. Σχήμα 3.53) και το ρεύμα εξόδου (βλ. Σχήμα 3.54), καθώς και τα αποτελέσματα της FFT ανάλυσης (βλ. Σχήμα ) για τα ίδια μεγέθη

98 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.53: Τάση εξόδου για Cascaded H-bridge 5 επιπέδων. Σχήμα 3.54: Ρεύμα εισόδου και ρεύμα εξόδου για Cascaded H-bridge 5 επιπέδων

99 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.55: FFT ανάλυση τάσης εξόδου για Cascaded H-bridge 5 επιπέδων. Σχήμα 3.56: FFT ανάλυση ρεύματος εξόδου για Cascaded H-bridge 5 επιπέδων Προσομοίωση μονοφασικού Cascaded H-bridge 5 επιπέδων υπό PD-SPWM Στη συγκεκριμένη προσομοίωση η συχνότητα ημιτόνου αναφοράς ήταν fr = 50Hz, η συχνότητα των φερόντων τριγώνων ήταν fc = 15kHz και ο συντελεστής διαμόρφωσης πλάτους ma = 0.8. Δεδομένου ότι ο αντιστροφέας είναι πέντε επιπέδων, το Nc = 4 (εξίσωση 2.5) και το

100 Κεφάλαιο 3 ο Ac = 0.5 (εξίσωση 2.6). Στα διαγράμματα που ακολουθούν παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης για τη τάση εξόδου (βλ. Σχήμα 3.57), το ρεύμα εξόδου (βλ. Σχήμα 3.58) και τα ρεύματα εισόδου (βλ. Σχήμα 3.60). Στη συνέχεια δίδονται τα αποτελέσματα της FFT ανάλυσης για τη τάση εξόδου (βλ. Σχήμα 3.60) και το ρεύμα εξόδου (βλ. Σχήμα 3.61). Σχήμα 3.57: Τάση εξόδου για Cascaded H-bridge 5 επιπέδων. Σχήμα 3.58: Ρεύμα εξόδου για Cascaded H-bridge 5 επιπέδων

101 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.59: Ρεύμα εισόδου των δύο πηγών για Cascaded H-bridge 5 επιπέδων. Στο Σχήμα 3.59 παρουσιάζονται οι παλμογραφήσεις των ρευμάτων και των δύο πηγών εισόδου. Ο λόγος για τον οποίο γίνεται αυτό είναι προκειμένου να δειχθεί η ασυμμετρία στη φόρτιση των δύο γεφυρών που προκαλεί το συγκεκριμένο είδος παλμοδότησης, αφού οι δύο πηγές δεν άγουν για ίσα διαστήματα

102 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.60: FFT ανάλυση τάσης εξόδου για Cascaded H-bridge 5 επιπέδων. Σχήμα 3.61: FFT ανάλυση ρεύματος εξόδου για Cascaded H-bridge 5 επιπέδων Προσομοίωση μονοφασικού Cascaded υπό SHE Για τη πραγματοποίηση της προσομοίωσης μέσω αυτής της μεθόδου έγινε προσπάθεια να εξαλειφθούν οι 5 η, 7 η, 11 η,13 η και 17 η αρμονική. Για να γίνει αυτό επιλύθηκε το κάτωθι σύστημα εξισώσεων [11]:

103 Κεφάλαιο 3 ο cos(5* 1) cos(5* 2) cos(5* 3) cos(5* 4) cos(5* 5) cos(5* 6) 0 cos(7* 1) cos(7* 2) cos(7* 3) cos(7* 4) cos(7* 5) cos(7* 6) 0 cos(11* 1) cos(11* 2) cos(11* 3) cos(11* 4) cos(11* 5) cos(11* 6) 0 cos(13* 1) cos(13* ) cos(13* ) cos(13* ) cos(13* ) cos(13* ) 0 cos(17* 1) cos(17* 2) cos(17* 3) cos(17* 4) cos(17* 5) cos(17* 6) 0 2* * m cos( 1) cos( 2) cos( 3) cos( 4) cos( 5) cos( 6) Από την επίλυση των εξισώσεων προέκυψαν οι τιμές: θ1= 32 ο, θ2= 36 ο, θ3= 44 ο, θ4= 65 ο, θ5= 70 ο και θ6= 74.5 ο,ενώ ως τιμή του ma επιλέχθηκε η τιμή 0.8. Στη σχήματα που ακολουθούν παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης για τα ρεύματα εισόδου και εξόδου (βλ. Σχήμα 3.63), καθώς και για τη τάση εξόδου (βλ. Σχήμα 3.64). 4 a Σχήμα 3.63: Ρεύμα εισόδου και ρεύμα εξόδου για Cascaded H-bridge 5 επιπέδων

104 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.63: Τάση εξόδου για Cascaded H-bridge 5 επιπέδων. Στα σχήματα που ακολουθούν παρουσιάζεται η FFT ανάλυση της τάσης εξόδου (βλ. Σχήμα 3.64) και του ρεύματος εξόδου (βλ. Σχήμα 3.65). Είναι εμφανές πως έχουν αποσβεστεί οι 5 η, 7 η, 11 η,13 η και 17 η αρμονική, ενώ οι σημαντικότερες αρμονικές που παραμένουν και επηρεάζουν το τελικό αποτέλεσμα είναι η 3 η, η 9 η,η 15 η και η 19 η. Σχήμα 3.64: FFT ανάλυση της τάσης εξόδου

105 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.65: FFT ανάλυση ρεύματος εξόδου. 3.5 Σύγκριση Cascaded πέντε επιπέδων με πλήρη μονοφασική γέφυρα υπό μέθοδο παλμοδότησης SPWM Μέσω προσομοιώσεων έγινε σύγκριση των παραγόμενων τάσεων, καθώς και των THD, ενός μονοφασικού Cascaded H-Bridge αντιστροφέα πέντε επιπέδων και ενός μονοφασικού αντιστροφέα πλήρους γέφυρας. Και στις δύο περιπτώσεις το φορτίο ήταν ωμικό-επαγωγικό με τιμή R = 75Ω και L = 0.5mH. Για τη γέφυρα υπήρχε μία πηγή 450V, ενώ για τον Cascaded H- bridge δύο πηγές των 225V. Η μέθοδος παλμοδότησης που χρησιμοποιήθηκε και στις δύο τοπολογίες ήταν η SPWM με fr = 50Hz, fc = 15kHz και ma = 0.8. Παρακάτω παρατίθενται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων μόνο της μονοφασικής πλήρους γέφυρας, καθότι οι προσομοιώσεις για τον Cascaded 5 επιπέδων έχουν γίνει παραπάνω. Στα σχήματα που ακολουθούν εμφανίζονται η τάση εξόδου (βλ. Σχήμα 3.66) και το ρεύμα εξόδου (βλ. Σχήμα 3.67). Τέλος παρουσιάζεται η FFT ανάλυση της τάσης εξόδου (βλ. Σχήμα 3.68) και του ρεύματος εξόδου (βλ. Σχήμα 3.69)

106 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.66: Τάση εξόδου απλού μονοφασικού αντιστροφέα. Σχήμα 3.67: Ρεύμα εισόδου και ρεύμα εξόδου απλού μονοφασικού αντιστροφέα

107 Κεφάλαιο 3 ο Σχήμα 3.68: FFT ανάλυση της τάσης εξόδου. Σχήμα 3.69: FFT ανάλυση του ρεύματος εξόδου

108 Κεφάλαιο 3 ο 3.6 Συμπεράσματα Μέσω των προσομοιώσεων που παρουσιάστηκαν σε αυτό το κεφάλαιο προέκυψαν χρήσιμα συμπεράσματα για τους πολυεπίπεδους αντιστροφείς. Τα συμπεράσματα αυτά αφορούν τις δυνατότητες της κάθε τοπολογίας υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο να παράγει ποιοτική τάση εξόδου και ρεύμα εξόδου με χαμηλό THD, αλλά και την επιλογή της καταλληλότερης μεθόδου παλμοδότησης για ένα πολυεπίπεδο αντιστροφέα Cascaded H-bridge. Στο πρώτο και στο δεύτερο τμήμα αυτού του κεφαλαίου έγινε προσομοίωση των βασικών τοπολογιών υπό ωμικό και ωμικό-επαγωγικό φορτίο, τόσο σε μονοφασική, όσο και σε τριφασική λειτουργία. Για τις τοπολογίες DCMI και FCMI χρησιμοποιήθηκε η τεχνική PD- SPWM, ενώ για τον Cascaded H-bridge χρησιμοποιήθηκε η τεχνική PS-SPWM. Όπως φαίνεται και στις FFT αναλύσεις οι αρμονικές με το μεγαλύτερο πλάτος βρίσκονται σε διπλάσιες συχνότητες από αυτές της διακοπτικής συχνότητας, αφού και οι δύο μέθοδοι παλμοδότησης χρησιμοποιήθηκαν ως UniPolar. Αυτό διευκολύνει κατά πολύ τη κατασκευή φίλτρου στην έξοδο του αντιστροφέα, ενώ όπως φάνηκε σε ορισμένες περιπτώσεις το φίλτρο μπορεί να παραληφθεί. Όπως προέκυψε από τις προσομοιώσεις το καλύτερο αρμονικό περιεχόμενο και κατ επέκταση το μικρότερο THD κατορθώθηκε από τον Cascaded H-bridge. Αυτό οφείλεται στο πλεονέκτημα του αντιστροφέα αυτού να μη χρειάζεται πυκνωτές στην είσοδο του προκειμένου να δημιουργήσει τα απαραίτητα επίπεδα, οι οποίοι φορτίζονται και εκφορτίζονται επηρεάζοντας τη τιμή του κάθε επιπέδου και αλλοιώνοντας τη κλιμακωτή κυματομορφή τους. Όπως προκύπτει από τα παραπάνω, επιβεβαιώνεται και μέσω των προσομοιώσεων πως συνεισφέρει θετικά η κατασκευαστική απλότητα του Cascaded αντιστροφέα στο τελικό αποτέλεσμα. Στο τρίτο τμήμα αυτού του κεφαλαίου προσομοιώθηκαν διάφορες μέθοδοι παλμοδότησης ώστε να επιλεγεί η καταλληλότερη για ένα πολυεπίπεδο αντιστροφέα Cascaded H-bridge πέντε επιπέδων. Οι μέθοδοι οι οποίοι προσομοιώθηκαν ήταν η PS-SPWM, η PD-SPWM και η SHE. Η μελέτη έγινε υπό ωμικό-επαγωγικό φορτίο. Από την FFT ανάλυση και τα διαγράμματα τάσεων και ρευμάτων στην έξοδο του αντιστροφέα προέκυψε πως το καλύτερο αρμονικό περιεχόμενο προκύπτει όταν η μέθοδος παλμοδότησης είναι η PS-SPWM, κάτι το οποίο επιβεβαιώνεται και από τη βιβλιογραφία [2]. Στο τέταρτο και τελευταίο τμήμα αυτού του κεφαλαίου έγινε σύγκριση του μονοφασικού Cascaded H-bridge πέντε επιπέδων και μίας πλήρους γέφυρας αντιστροφέα. Και στις δύο

109 Κεφάλαιο 3 ο περιπτώσεις η μέθοδος παλμοδότησης που χρησιμοποιήθηκε ήταν η PS-SPWM, η οποία προφανώς κατά την εφαρμογή της στην απλή γέφυρα εκφυλίζεται στην απλή SPWM. Όπως ήταν αναμενόμενο ακόμα και με την προσθήκη μίας επιπλέον γέφυρας μετατρέποντας την διάταξη από 3 ων επιπέδων όπως είναι η απλή πλήρης γέφυρα σε πέντε επιπέδων το αποτέλεσμα στην έξοδο ήταν κατά πολύ βελτιωμένο. Συγκεκριμένα, μελετώντας την FFT ανάλυση παρατηρούμε ότι ο THD της τάσης εξόδου έχει βελτιωθεί κατά δύο φορές, ενώ το ίδιο μέγεθος για το ρεύμα εξόδου έχει βελτιωθεί κατά τέσσερις φορές, μειώνοντας κατά πολύ τις απαιτήσεις σε φίλτρο εξόδου. Τέλος, αξίζει να αναφερθεί ότι για παραγωγή τάσης εξόδου με την ίδια τιμή RMS, τα MOSFETs της πλήρους γέφυρας υποβάλλονται σε τάση 450V, ενώ τα MOSFETs του Cascaded υποβάλλονται σε τάση 225V. Συνεπώς, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε στοιχεία που να αντέχουν σε χαμηλότερες τάσεις σε ένα πολυεπίπεδο αντιστροφέα για να πετύχουμε το ίδιο και καλύτερο αποτέλεσμα, τόσο στη διαχείριση της ισχύος όσο και στη παραγωγή τάσης και ρεύματος με χαμηλότερο THD

110 Κεφάλαιο 3 ο

111 Κεφάλαιο 4 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ 4.1 Εισαγωγή Στα πλαίσια αυτού του κεφαλαίου θα παρουσιαστεί η διαδικασία με την οποία κατασκευάστηκε η πειραματική διάταξη. Όπως έχει αναφερθεί και προηγουμένως, η πειραματική διάταξη ήταν ένας πολυεπίπεδος μονοφασικός αντιστροφέας πέντε επιπέδων τύπου Cascaded H-bridge. Για όλα τα στοιχεία που χρησιμοποιήθηκαν θα γίνει αιτιολόγηση για την επιλογή τους, αλλά και για το ρόλο τον οποίο επιτελούν. Η διάταξη κατασκευάστηκε πάνω σε πλακέτες PCB. Οι πλακέτες αυτές διαμορφώθηκαν στο ειδικό μηχάνημα του εργαστηρίου. Συνολικά κατασκευάστηκαν πέντε πλακέτες κάθε μία από τις οποίες εξυπηρετεί και ένα διαφορετικό σκοπό. Συγκεκριμένα, κατασκευάστηκαν δύο πλακέτες τροφοδοτικών, δύο πλακέτες ισχύος και μία πλακέτα μικροελεγκτή. Η μία πλακέτα τροφοδοτικών παράγει συνεχή τάση 15V, ενώ η άλλη πλακέτα τροφοδοτεί με συνεχή τάση 5V, 12V και -12V. Οι πλακέτες ισχύος είναι πανομοιότυπες. Τέλος, η πλακέτα του μικροελεγκτή περιλαμβάνει όλα τα απαραίτητα στοιχεία για τη παραγωγή των παλμών, αλλά και για την επεξεργασία σημάτων μέτρησης. Στο Παράρτημα Β παρατίθενται τα σχέδια των πλακετών, τα οποία δημιουργήθηκαν μέσω του λογισμικού KiCad [13], ενώ στο Παράρτημα Γ υπάρχουν φωτογραφίες των κατασκευασμένων πλακετών. 4.2 Πλακέτα Ισχύος Οι δύο πλακέτες ισχύος αποτελούν το βασικό κομμάτι της πειραματικής διάταξης. Κάθε πλακέτα περιλαμβάνει το κύκλωμα ενός αντιστροφέα τάσης πλήρους γέφυρας. Σύμφωνα με όσα αναφέρθηκαν στη θεωρητική ανάλυση του πολυεπίπεδου αντιστροφέα Cascaded H-bridge σε προηγούμενο κεφάλαιο, ένας τέτοιος αντιστροφέας πέντε επιπέδων μπορεί να προκύψει από τη διασύνδεση δύο πλήρων γεφυρών σε σειρά. Για αυτό το λόγο και κατασκευάστηκαν δύο τέτοιες πανομοιότυπες πλακέτες που συνδέθηκαν κατά αυτό τον τρόπο. Κάθε μία από τις πλακέτες αποτελείται από τέσσερα διακοπτικά στοιχεία τύπου MOSFET. Στις συγκεκριμένες πλακέτες δε χρησιμοποιήθηκε κύκλωμα bootstrap, για τη παλμοδότηση των ημιαγωγικών στοιχείων. Αντιθέτως κάθε ένα από τα MOSFETs συνοδεύεται από ένα ξεχωριστό κύκλωμα παλμοδότησης το οποίο παραλαμβάνει τον παλμό από το μικροελεγκτή,

112 Κεφάλαιο 4 ο τον απομονώνει και τον ενισχύει. Μεγάλη προσοχή πρέπει να δοθεί και στην επιλογή του κατάλληλου ψυκτικού το οποίο και θα διασφαλίσει την ασφαλή λειτουργία της διάταξης. Παρακάτω επεξηγούνται με λεπτομέρειες τα επιμέρους τμήματα των πλακετών ισχύος Επιλογή MOSFET ισχύος Τα διακοπτικά στοιχεία μίας διάταξης ισχύος είναι αυτά που υπόκεινται σε μεγάλες τιμές τάσης και ρεύματος. Επιπλέον πρέπει να είναι σε θέση να ανταποκριθούν με ταχύτητα στις αλλαγές των διακοπτικών τους καταστάσεων. Άρα ένα διακοπτικό στοιχείο ισχύος πρέπει να είναι σε θέση να διαχειριστεί μεγάλα ποσά ισχύος, υπό μεγάλη διακοπτική συχνότητα. Τα παραπάνω καθορίζουν τη λογική με βάση την οποία πρέπει να επιλέγεται ένα διακοπτικό στοιχείο. Συγκεκριμένα, για την υπό συζήτηση πειραματική διάταξη τα ημιαγωγικά στοιχεία έπρεπε να ανταποκριθούν στις εξής προδιαγραφές: Η διάταξη πρέπει να διαχειρίζεται μεγάλα ποσά ισχύος. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί είτε αυξάνοντας την τάση στην είσοδο του αντιστροφέα είτε αυξάνοντας το φορτίο που πρέπει να τροφοδοτηθεί. Για τη συγκεκριμένη διάταξη η τάση εισόδου μπορεί να φτάσει μέχρι και τα 650V, ενώ το ρεύμα μέχρι και τα 9.5Α. Επίσης, πρέπει πάντα να λαμβάνεται υπόψιν και ένα πρόσθετο ποσοστό ασφαλείας, της τάξης του 30%, ώστε να βρισκόμαστε πάντα στην ασφαλή πλευρά λειτουργίας. Οι παραπάνω τιμές προέκυψαν θέτοντας ως ενδεχόμενο τη σύνδεση της διάταξης με το δίκτυο υπό πολική τάση, με συντελεστή διαμόρφωσης πλάτους 0.8. Η διακοπτική συχνότητα λειτουργίας του πολυεπίπεδου αντιστροφέα, η οποία έχει τη τιμή 30kHz. Με βάση τα παραπάνω, υπάρχουν δύο τύποι ημιαγωγικών διακοπτών που να πληρούν τις παραπάνω προϋποθέσεις, τα Mosfet και τα IGBT. Το μεν πρώτο πλεονεκτεί στους χρόνους έναυσης και σβέσης, καθώς και στη κατανάλωση του κυκλώματος παλμοδότησης, ενώ το δεύτερο υπερέχει στη τάση διάσπασης αλλά και στη μέγιστη τιμή ρεύματος που μπορεί να το διαρρέει. Επιπλέον, η πτώση τάσης των IGBT παρουσιάζει σταθερή τιμή εν αντιθέσει με την πτώση τάσης των MOSFETs, η οποία εξαρτάται από το ρεύμα που τα διαρρέει. Εκτιμώντας όμως τη σημασία της αντιπαράλληλης διόδου που υπάρχει μεταξύ πηγής (Source) και απαγωγού (Drain) των MOSFETs, η οποία είναι ζωτικής σημασίας σε εφαρμογές στις οποίες

113 Κεφάλαιο 4 ο το φορτίο είναι επαγωγικού χαρακτήρα, καθώς και τη διακοπτική συχνότητα επιθυμητής λειτουργίας καταλήξαμε στην επιλογή των MOSFETs ως διακοπτικών στοιχείων (βλ. Σχήμα 4.1). Σχήμα 4.1: Σχηματικό διάγραμμα MOSFET [14]. Το MOSFET που επιλέχθηκε ήταν το STP20N95K5 της εταιρείας ST (βλ. Σχήμα 4.2). Είναι ένα MOSFET Ν-τύπου, με δυνατότητα να αποκόπτει τάσεις μέχρι 950V. Επιπλέον, μπορεί να διαρρέεται από συνεχές ρεύμα 17.5Α στους 25 ο C. Τέλος, υπάρχει ενσωματωμένη δίοδος Zener μεταξύ πύλης (Gate) και πηγής (Source) που ενεργοποιείται στα 30V για προστασία από καταστρεπτικές τάσεις. Συνολικά υπάρχουν οκτώ Mosfet στη διάταξη, τέσσερα από τα οποία βρίσκονται στη μία πλακέτα ισχύος και τέσσερα στην άλλη Κύκλωμα παλμοδότησης Το κύκλωμα παλμοδότησης θα μπορούσε να παρομοιαστεί με το νευρικό σύστημα της διάταξης το οποίο παραλαμβάνοντας τα κατάλληλα σήματα από το μικροελεγκτή τα μεταφέρει στα MOSFETs. Για να επιτευχθεί αυτό ακολουθούνται κάποια στάδια, κάθε ένα από τα οποία έχει ιδιαίτερη σημασία. Αρχικά, απομονώνεται ο παλμός που φθάνει από το μικροελεγκτή και στη συνέχεια ενισχύεται ώστε να μπορέσει να οδηγήσει το ημιαγωγικό στοιχείο. Παρακάτω, αναλύονται διεξοδικά όσα αναφέρθηκαν προηγουμένως χωρισμένα σε τρία στάδια:

114 Κεφάλαιο 4 ο 1 ο στάδιο: Σε αυτό το στάδιο ο παλμός που δημιουργείται στη πλακέτα του μικροελεγκτή φθάνει στην είσοδο ενός optocoupler, ο οποίος απομονώνει το κύκλωμα παραγωγής των παλμών από το κύκλωμα ισχύος. Με αυτό το τρόπο είμαστε σε θέση να διασφαλίσουμε ότι προστατεύεται ο μικροελεγκτής και τα αναλογικά κυκλώματα της πλακέτας του από οτιδήποτε συμβαίνει στη πλακέτα ισχύος. Για την εφαρμογής μας επιλέχθηκε ο optocoupler 6Ν137 (βλ. Σχήμα 4.2). Το συγκεκριμένο chip έχει 8 pin, ενώ μέσω ενός LED που βρίσκεται εσωτερικά επιτυγχάνεται οπτική ζεύξη με το photo-detector του ολοκληρωμένου κάθε φορά που το LED διαρρέεται από ρεύμα. Επίσης αντιστρέφει τη τάση εισόδου. Σχήμα 4.2: Σχηματικό του 6Ν137 [15]. Ο μικροελεγκτής στέλνει παλμούς των 5V στην είσοδο του optocoupler. Σύμφωνα με το φυλλάδιο του κατασκευαστή η τυπική τιμή του ρεύματος στην είσοδο του optocoupler δεν πρέπει να ξεπερνά τα 10 με 15mA. Για αυτό το λόγο προστέθηκε μία αντίσταση 390Ω στην είσοδο του. Το ολοκληρωμένο βρίσκεται υπό τάση τροφοδοσίας 5V. Στην έξοδο του optocoupler βγαίνει ένας ανεστραμμένος παλμός ο οποίος οδηγείται στο επόμενο στάδιο. Τέλος, ανάμεσα στα pin τροφοδοσίας του ολοκληρωμένου προστέθηκαν ένας ηλεκτρολυτικός πυκνωτής 1μF για σταθεροποίηση της τάσης τροφοδοσίας και ένας MKT 1.5nF για απορρόφηση υψίσυχνων ταλαντώσεων. Το pin 7 του ολοκληρωμένου συνδέθηκε με τα 5V της τροφοδοσίας, αφού λειτουργεί ως enable και πρέπει να βρίσκεται υπό τάση τροφοδοσίας προκειμένου ο οπτοζεύκτης να βγάζει τάση εξόδου

115 Κεφάλαιο 4 ο 2 ο στάδιο: Σε αυτό το στάδιο γίνεται ενίσχυση και αναστροφή της ανεστραμμένης τάσης που έχει παραχθεί από τον optocoupler. Αυτό γίνεται προκειμένου ο παλμός να φτάσει στο επιθυμητό επίπεδο τάσης των 15V ώστε να γίνει ορθή έναυση των MOSFETs. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω του ολοκληρωμένου ICL7667 (βλ. Σχήμα 4.3), το οποίο είναι κατάλληλο για να φορτίζει και να εκφορτίζει το πυκνωτή της πύλης του Mosfet, παρέχοντας την απαραίτητη ισχύ με μεγάλη ταχύτητα. Σχήμα 4.3: Σχηματικό ICL7667 [16]. Παρόλο που ο συγκεκριμένος driver παρέχει δύο διαφορετικές εισόδους και εξόδους, στα πλαίσια αυτής της εφαρμογής και οι δύο είσοδοι και έξοδοι χρησιμοποιήθηκαν από το ίδιο MOSFET. Έτσι βραχυκυκλώθηκαν οι δύο είσοδοι και οι δύο έξοδοι του ολοκληρωμένου, όπως ορίζει και το φυλλάδιο κατασκευαστών για ανάλογες εφαρμογές [16]. Στις βραχυκυκλωμένες εισόδους φθάνει κατευθείαν ο ανεστραμμένος παλμός των 5V από την έξοδο του optocoupler, ο οποίος ενισχύεται από τον driver στο εσωτερικό του ολοκληρωμένου στη τιμή των 15V. Για να διασφαλίσουμε ότι σε περίπτωση που δε λειτουργήσει ο optocoupler, ο driver δε θα παράγει συνεχώς high στην έξοδο του, προστέθηκε μια pull-up αντίσταση 1ΚΩ μεταξύ της τάσης τροφοδοσίας 5V και της εξόδου του optocoupler. Η τάση τροφοδοσίας που χρειάζεται ο driver για να λειτουργήσει είναι 15V. Τέλος από τις βραχυκυκλωμένες εξόδους παράγεται ο ενισχυμένος και ανεστραμμένος παλμός των 15V που θα οδηγήσει στην έναυση του MOSFET. Ανάμεσα στα pin τροφοδοσίας του ολοκληρωμένου προστέθηκαν ένας ηλεκτρολυτικός

116 Κεφάλαιο 4 ο πυκνωτής 1μF για σταθεροποίηση της τάσης τροφοδοσίας και ένας MKT απορρόφηση υψίσυχνων ταλαντώσεων. 1.5nF για 3 ο στάδιο: Αυτό το στάδιο είναι και το τελευταίο του κυκλώματος παλμοδότησης από τη δημιουργία του παλμού μέχρι την άφιξη του στη πύλη του MOSFET. Στόχος αυτού του σταδίου είναι να διασφαλιστεί ότι η φόρτιση και η εκφόρτιση του MOSFET μπορεί να γίνει με ταχύτητα και σταθερότητα, χωρίς να οδηγείται σε καταστροφή κανένα από τα προηγούμενα στάδια του κυκλώματος παλμοδότησης. Παράλληλα στο Gate και το Source προστέθηκε μία αντίσταση 1200Ω. Για να διασφαλίσουμε ότι το ρεύμα που απορροφά το MOSFET κατά την έναυση του δε θα οδηγήσει σε καταστροφή του driver, προστέθηκε μία αντίσταση που συνδέει σε σειρά τις εξόδους του driver και τη πύλη του MOSFET. Η τιμή της αντίστασης αυτής δε πρέπει να υπερβαίνει τα 20Ω, ώστε να μην επηρεάζει τους χρόνους έναυσης και σβέσης του στοιχείου. Τελικά επιλέχθηκε η τιμή των 5Ω. Για τη τροφοδότηση των ολοκληρωμένων του κυκλώματος παλμοδότησης χρειάστηκε να υπάρχουν τάσεις των 5 και των 15V. Για να γίνει αυτό ακολουθήθηκε η εξής λογική: Μόλις έφτανε στη πλακέτα ισχύος η τάση των 15V από το αντίστοιχο τροφοδοτικό, τροφοδοτούσε τον driver ICL7667, αλλά και ένα LM7805. Το ολοκληρωμένο αυτό παράγει σταθερή τάση εξόδου 5V, αρκεί η τάση εισόδου να είναι εντός κάποιων ορίων. Έτσι, μέσω αυτού του ολοκληρωμένου δημιουργήθηκε η τάση των 5V που χρειάζεται ο 6Ν137 για να λειτουργήσει. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνουμε τα δύο ολοκληρωμένα να έχουν κοινή γείωση και ταυτοχρόνως διαφορετική από αυτή του μικροελεγκτή. Συνολικά υπάρχουν οκτώ ίδια κυκλώματα παλμοδότησης στη διάταξη, τέσσερα σε κάθε πλακέτα ισχύος Επιλογή Ψυκτικού Ένας παράγοντας που επηρεάζει σε πολύ μεγάλο βαθμό την απόδοση και την ικανότητα ασφαλούς λειτουργίας μίας διάταξης υψηλής ισχύος είναι οι απώλειες που εμφανίζονται στα ημιαγωγικά στοιχεία υπό τη μορφή θερμότητας. Αυτές οι απώλειες μπορούν να οδηγήσουν σε καταστροφή όχι μόνο των διακοπτικών στοιχείων, αλλά και ευρύτερων τμημάτων τη διάταξης. Τα βασικά είδη αυτών των απωλειών είναι κατά την αγωγή των διακοπτικών στοιχείων και κατά την εναλλαγή καταστάσεων. Το πρώτο είδος απωλειών είναι ωμικού χαρακτήρα και εξαρτάται από την αντίσταση που εμφανίζουν τα διακοπτικά στοιχεία κατά την αγωγή τους

117 Κεφάλαιο 4 ο Για αυτό το λόγο ονομάζονται απώλειες αγωγής. Το δεύτερο είδος απωλειών είναι οι διακοπτικές απώλειες και οφείλονται στη μετάβαση του MOSFET από κατάσταση αγωγής σε κατάσταση σβέσης και το αντίστροφο. Οι απώλειες αυτού του είδους είναι ευθέως ανάλογες με τη διακοπτική συχνότητα της εφαρμογής. Για να μειωθεί η επίδραση των απωλειών χρησιμοποιούμε ψυκτικά σώματα ή αλλιώς ψύκτρες. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται η απαγωγή της θερμότητας που παράγουν τα διακοπτικά στοιχεία της διάταξης επιτρέποντας στη θερμοκρασία τους να παραμείνει εντός φυσιολογικών πλαισίων. Στο Σχήμα 4.4 παρουσιάζεται η ψύκτρα που χρησιμοποιήθηκε στη πειραματική διάταξη της παρούσας διπλωματικής. Σχήμα 4.4: Εικόνα χρησιμοποιούμενης ψήκτρας. Η ψύκτρα αυτή εμφανίζει θερμική αντίσταση 0.68Κ/W, ενώ έχει και το πλεονέκτημα να έχει ενσωματωμένο ανεμιστήρα ο οποίος τροφοδοτείται με τάση 12V, αυξάνοντας έτσι την ικανότητα απορρόφησης θερμότητας. Συνολικά χρησιμοποιήθηκαν δύο τέτοιες ψύκτρες, μία για κάθε πλακέτα ισχύος. Τέλος, προκειμένου να επιτευχθεί μεγαλύτερη σταθεροποίηση της τάσης εισόδου, αλλά και εξάλειψη των επαγωγών των καλωδίων και του δρόμου ισχύος, προστέθηκε ένας ηλεκτρολυτικός πυκνωτής 3.9mF στην είσοδο κάθε πλακέτας ισχύος και δύο πυκνωτές MKT

118 Κεφάλαιο 4 ο 47μF. Οι πυκνωτές MKT προστέθηκαν κοντά στα MOSFET ισχύος και συγκεκριμένα από ένας ανάμεσα στο Drain 4.3 Πλακέτα Μικροελεγκτή Η πλακέτα αυτή κατασκευάστηκε προκειμένου ο μικροελεγκτής να βρίσκεται όσο το δυνατόν πιο μακριά από τη πλακέτα ισχύος ώστε να μειωθεί το ενδεχόμενο ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών. Επίσης, με αυτό τον τρόπο θα είναι εύκολο να γίνει οποιαδήποτε τροποποίηση στη πλακέτα. Υπεύθυνος για τη παραγωγή των παλμών είναι ο μικροελεγκτής, ο οποίος μετά το προγραμματισμό του με το κατάλληλο πρόγραμμα παλμοδότησης, δημιουργεί τους παλμούς μέσω των αντίστοιχων εξόδων του. Για την δημιουργία της παλμοδότησης χρησιμοποιήθηκε ο μικροελεγκτής dspic30f2020 της εταιρείας Microchip. Ο μικροελεγκτής αυτός παρουσιάζει όλα τα απαραίτητα χαρακτηριστικά για τη χρησιμοποίηση του σε εφαρμογές μετατροπέων ισχύος, αφού έχει ενσωματωμένα όλα τα απαραίτητα περιφερειακά, ενώ επίσης είναι ένας μικροελεγκτής με δυνατότητες ψηφιακής επεξεργασίας σημάτων. Μερικά από τα χαρακτηριστικά του συγκεκριμένου μικροελεγκτή είναι [17]: Ακολουθεί την αρχιτεκτονική Harvard. Προγραμματίζεται σε γλώσσα C. 83 βασικές εντολές με ευέλικτη διευθυνσιοδότηση. Κανάλι 24 bit για εντολές και 16 bit για δεδομένα. 12 Kbytes ενσωματωμένης Flash μνήμης για προγραμματισμό. 512 Bytes ενσωματωμένης RAM μνήμης για αποθήκευση δεδομένων. 16 καταχωρητές εργασίας των 16 bit. Δυνατότητα επεξεργασίας μέχρι και 30 MIPS. Μερικά από τα περιφερειακά που είναι ενσωματωμένα στο συγκεκριμένο μικροελεγκτή είναι τα ακόλουθα [17]: Γεννήτρια PWM με 8 διαφορετικές εξόδους, κάθε μία από τις οποίες έχει ανεξάρτητο time base και duty cycle

119 Κεφάλαιο 4 ο Τρεις χρονιστές των 16 bit, οι δύο εκ των οποίων έχουν τη δυνατότητα συνδυασμού σε ένα χρονιστή των 32 bit. A/D μετατροπέας των 10 bit. Μονάδες ασύγχρονης επικοινωνίας UART. Στο ολοκληρωμένο του μικροελεγκτή περιλαμβάνονται τέσσερις γεννήτριες παλμών PWM. Κάθε μία από τις γεννήτριες ελέγχει δύο pin, ένα high και ένα low. Ένα από τα πλεονεκτήματα του συγκεκριμένου περιφερειακού είναι ότι κάθε γεννήτρια μπορεί να λειτουργήσει τόσο υπό κοινό time base, όσο και υπό ανεξάρτητο. Μέσω του συγκεκριμένου περιφερειακού είναι δυνατόν να καθοριστούν διάφορα μεγέθη όπως τα duty cycle, dead time, phase shift και η συχνότητα των παραγόμενων παλμών με πολύ μεγάλη ακρίβεια. Ένας από τους κυριότερους λόγους για τους οποίους επιλέχθηκε ο συγκεκριμένος με είναι ότι περιλαμβάνει οκτώ ξεχωριστές εξόδους PWM, ώστε να μπορούμε να παλμοδοτήσουμε και τα οκτώ Mosfet της πειραματικής διάταξης με τη χρήση ενός μόνο μικροελεγκτή. Για να παραχθούν οι PWM παλμοί από τον μικροελεγκτή μέσω του περιφερειακού χρησιμοποιούνται οι καταχωρητές ειδικών λειτουργιών (SFR/special function registers). Με το καθορισμό της τιμής αυτών των καταχωρητών επιτυγχάνεται η παραγωγή των επιθυμητών παλμών. Κάθε ένας από αυτούς τους καταχωρητές επιτελεί και ένα διαφορετικό ρόλο. Οι σημαντικότεροι από αυτούς είναι [17]: PTCON: Ο καταχωρητής αυτός καθορίζει τον τρόπο λειτουργίας του συγκεκριμένου περιφερειακού. PTPER: Η τιμή αυτού του καταχωρητή καθορίζει τη τιμή που θα λάβει η περίοδος των παλμών του περιφερειακού. MDC: Καταχωρητής που καθορίζει το duty cycle και των τεσσάρων γεννητριών. PWMCONx: Ο καταχωρητής αυτός είναι υπεύθυνος για τον τρόπο λειτουργίας της x PWM γεννήτριας. PDCx: Η τιμή αυτού του καταχωρητή καθορίζει το λόγο κατάτμησης της x PWM γεννήτριας. PHASEx: Ο καταχωρητής αυτός δημιουργεί διαφορά φάσης μεταξύ των παλμών της κάθε γεννήτριας

120 Κεφάλαιο 4 ο DTRx: Η τιμή του καταχωρητή αυτού εισάγει dead time σε εφαρμογές που αυτό απαιτείται. ALTDTRx: Η τιμή του καταχωρητή αυτού εισάγει dead time σε εφαρμογές που αυτό απαιτείται. IOCONx: Ο καταχωρητής αυτός ελέγχει τη x PWM γεννήτρια Χρονιστές Στο περιφερειακό των χρονιστών του μικροελεγκτή περιλαμβάνονται δύο χρονιστές. Ο ένας από αυτούς είναι των 16 bit (βλ. Σχήμα 4.5), ενώ ο άλλος είναι των 32 bit. Ωστόσο, ο δεύτερος χρονιστής μπορεί να χωριστεί και σε δύο ανεξάρτητους χρονιστές των 16 bit. Για να χρησιμοποιηθούν οι χρονιστές μικροελεγκτή γίνεται αρχικοποίηση των καταχωρητών ειδικών λειτουργιών (SFR/special function registers) του περιφερειακού. Με το καθορισμό της τιμής αυτών των καταχωρητών γίνεται χρήση των χρονιστών. Κάθε ένας από αυτούς τους καταχωρητές επιτελεί και ένα διαφορετικό ρόλο. Οι σημαντικότεροι από αυτούς είναι [17]: TMRx: Ο συγκεκριμένος καταχωρητής έχει καταχωρημένη τη τρέχουσα τιμή του χρονιστή x, η οποία αυξάνεται σε κάθε κύκλο ρολογιού. PRx: Η τιμή αυτού του καταχωρητή έχει καταχωρημένη τη τιμή της περιόδου. TxCON: Αυτός ο καταχωρητής ρυθμίζει τις παραμέτρους λειτουργίας του x χρονιστή. Σχήμα 4.5: Διάγραμμα λειτουργίας περιφερειακού χρονιστών [17]

121 Vo2 Vo1 Vo Κεφάλαιο 4 ο Ένα ιδιαίτερο γνώρισμα του προαναφερθέντα μικροελεγκτή είναι ότι το περιφερειακό PWM δεν επιτρέπει την αλλαγή του Prescaler του. Ως εκ τούτου, οι παλμοί που παράγονταν είχαν κατ ελάχιστο συχνότητα 7kHz. Στα πλαίσια όμως της συγκεκριμένης εφαρμογής η συχνότητα των παλμών ήταν 50Hz. Για αυτό το λόγο χρησιμοποιήθηκαν δύο από τους 16-bit χρονιστές, οι οποίοι μέσω αλλαγής των Prescaler τους και εκμετάλλευσης των interrupts δημιουργούσαν τόσο τους παλμούς, όσο και το απαραίτητο dead time. Για το προγραμματισμό του μικροελεγκτή χρησιμοποιήθηκε το αναπτυξιακό πρόγραμμα MPLAB X IDE v3.26 της εταιρείας Microchip και για τη μεταφορά του προγράμματος από τον προσωπικό υπολογιστή στο μικροελεγκτή, αλλά και για το debugging χρησιμοποιήθηκε ο programmer/debugger PICkit 3. Στο Παράρτημα Α παρατίθενται οι κώδικες που δημιουργήθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής. Το Σχήμα 4.6 παρουσιάζει τα διαστήματα αγωγής κάθε διακοπτικού στοιχείου σε συνδυασμό με τις τάσεις εξόδου κάθε γέφυρας, αλλά και της συνολικής τάσης εξόδου της διάταξης. 2Vin Vin -Vin t -2Vin Vin S11 S12 S11 S 12 S 11 S12 S 11 S 12 -Vin Vin S21 S21,S22 S 22 S 21 S22 S 11,S 12 S21 S 22 t -Vin t Σχήμα 4.6: Παλμοδότηση με μέθοδο απλών τετραγωνικών παλμών της διάταξης

122 Κεφάλαιο 4 ο Για τη παλμοδότηση των ημιαγωγικών στοιχείων χρησιμοποιήθηκαν απλοί τετραγωνικοί παλμοί. Πιο αναλυτικά, κάθε μία από τις δύο γέφυρες αντιστροφέων που αποτελούν τη διάταξη παλμοδοτούνταν με απλούς τετραγωνικός παλμούς, οι οποίοι παρουσίαζαν μια διαφορά φάσης 45 ο μεταξύ τους με σκοπό να δημιουργηθούν τα απαραίτητα επίπεδα της τάσης εξόδου. Παρόλο που οι έξοδοι του μe έχουν την ικανότητα να τροφοδοτήσουν φορτίο έως και 25mA, συνήθως αποφεύγουμε την απευθείας τροφοδότηση. Για αυτό το λόγο χρησιμοποιούμε έναν ενισχυτή ο οποίος θα δώσει το απαραίτητο ρεύμα στο optocoupler. Ο ενισχυτής που χρησιμοποιούμε είναι ο 74HC541 (βλ. Σχήμα 4.7). Σχήμα 4.7: Σχηματικό του ενισχυτή 74HC541 [18]. Ο συγκεκριμένος ενισχυτής έχει την ικανότητα ενίσχυσης ως και οκτώ ξεχωριστών εισόδων. Αυτό το χαρακτηριστικό είναι απαραίτητο αφού η πειραματική διάταξη έχει οκτώ MOSFETs. Το παραπάνω ολοκληρωμένο λειτουργεί υπό τάση 5V. Στις εισόδους του ενισχυτή φτάνουν οι παλμοί που παράγει ο με. Μεταξύ των pin της τροφοδοσίας έχει συνδεθεί ένας MKT 1nF. Ο με τροφοδοτείται επίσης με τάση 5V. Σε κάθε pin τροφοδοσίας του έχει συνδεθεί ένας MKT 1nF. Από τα pin της PWM του με εξέρχονται οι παλμοί οι οποίοι φτάνουν στον ενισχυτή. Μεταξύ αυτών των pin και της γείωσης της τροφοδοσίας έχουν συνδεθεί pull-down αντιστάσεις 5ΚΩ, ώστε να διασφαλίσουμε ότι σε περίπτωση που δε λειτουργήσει ο με, δε θα ενεργοποιηθεί καμία από τις εισόδους του ενισχυτή λόγω ηλεκτρομαγνητικού θορύβου

123 dspic30f2020 5ΚΩ Κεφάλαιο 4 ο Επιπλέον, το pin 1(MCLR) του με, το οποίο λειτουργεί ως reset έχει συνδεθεί μέσω pull-up αντίστασης 5ΚΩ με τα 5V της τροφοδοσίας. Ταυτοχρόνως, μέσω ενός διακόπτη που συνδέει αυτό το pin με τη γείωση καθορίζουμε πότε επιθυμούμε να γίνει reset. Για την επεξεργασία σημάτων από τη μονάδα του με έχει γίνει σύνδεση με pin μερικών εισόδων με δυνατότητα μετατροπών A/D. Κάποιες από αυτές τις εισόδους έχουν συνδεθεί σε pin με τρεις ακροδέκτες ώστε να παρέχεται και τροφοδοσία 5V, αν το σύστημα που κάνει τις μετρήσεις το απαιτεί, έχοντας έτσι εύκολα κοινή γείωση με το με. Στο Σχήμα 4.8 απεικονίζεται το συνολικό σύστημα παλμοδότησης. Πλακέτα με 1ο στάδιο παλμοδότησης 2ο στάδιο παλμοδότησης 3ο στάδιο παλμοδότησης 390Ω 5Ω 6N137 ICL Ω 74HC541 Σχήμα 4.8: Σχηματικό παλμοδότησης ενός Mosfet. Με κόκκινο και μπλε απεικονίζονται οι τάσεις υπό διαφορετική γείωση. 4.4 Πλακέτα Τροφοδοτικών Όσα αναφέρθηκαν προηγουμένως καθόρισαν και τις απαιτήσεις που έχουν τα περιφερειακά κυκλώματα της διάταξης ισχύος σε παροχή συνεχούς τάσης. Κάθε τύπος ολοκληρωμένου που χρησιμοποιήθηκε χρειάζεται διαφορετική τάση. Επίσης μερικά από αυτά παρόλο που απαιτούν

124 Κεφάλαιο 4 ο ίδια τάση, έπρεπε να βρίσκονται υπό διαφορετική γείωση. Όλα αυτά τελικώς μας οδήγησαν στη κατασκευή δύο πλακετών τροφοδοτικών. Τα τροφοδοτικά που κατασκευάστηκαν ανήκουν στην κατηγορία των γραμμικών τροφοδοτικών. Ως εκ τούτου τα στάδια που ακολουθούνται μέχρι τη παραγωγή συνεχούς τάσης είναι τα εξής: Υποβιβασμός τάσης: Μέσω ενός μετασχηματιστή υποβιβάζουμε την τάση σε κοντινά επίπεδα με το επιθυμητό. Ανόρθωση τάσης: Με τη χρήση ανορθωτικών γεφυρών επιτυγχάνουμε την παραγωγή συνεχούς τάσης μη σταθερούς τιμής. Σταθεροποίηση τάσης: Η σταθεροποίηση της τάσης επιτυγχάνεται μέσω των ολοκληρωμένων LM78xx για θετικές τάσεις και LM79xx για αρνητικές τάσεις. Επίσης πριν και μετά το ολοκληρωμένο υπάρχουν από δύο πυκνωτές, ένας ηλεκτρολυτικός και ένας MKT. Παρακάτω παρατίθενται πληροφορίες για τις δύο πλακέτες των τροφοδοτικών. 1 η πλακέτα: Η πρώτη πλακέτα που κατασκευάστηκε παράγει τάση 5V, 12V και -12V. Για τη παραγωγή των 5V χρησιμοποιείται ένας Μ/Σ 230V/6V και LM7805. Στην έξοδο αυτού του γραμμικού τροφοδοτικού υπάρχουν 5 pin. Το συγκεκριμένο τροφοδοτικό χρησιμοποιείται για τη τροφοδότηση του με και του ενισχυτή 74HC541 που βρίσκεται στην ίδια πλακέτα. Δίπλα ακριβώς υπάρχει ένας Μ/Σ 230V/15V, LM7812 για τη παραγωγή 12V και LM7912 για τη παραγωγή -12V. Στην έξοδο αυτού του γραμμικού τροφοδοτικού υπάρχουν 4 pin. Αυτό το τροφοδοτικό χρησιμοποιείται για τη τροφοδότηση των δύο δωδεκάβολτων ανεμιστήρων ψύξης, αλλά και για τη πιθανή τροφοδότηση ολοκληρωμένων LM η πλακέτα: Η δεύτερη πλακέτα παράγει αποκλειστικά 15V και χρησιμοποιείται για την άμεση τροφοδότηση των ολοκληρωμένων ICL7667, αλλά και την έμμεση των 6Ν137. Για τη παραγωγή της επιθυμητής τάσης υπάρχουν τέσσερις Μ/Σ 230V/15V κάθε ένας από τους οποίους έχει δύο τέτοιες εξόδους. Έτσι παράγουμε 8 διαφορετικές τροφοδοσίες για τα οκτώ MOSFETs της πειραματικής διάταξης. Κάθε τροφοδοσία έχει και από ένα LM

125 Κεφάλαιο 5 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ-ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 5.1 Εισαγωγή Σε αυτό το κεφάλαιο παρατίθενται οι μετρήσεις και τα παλμογραφήματα που προέκυψαν κατά τη διάρκεια της πειραματικής διαδικασίας. Στόχος μας είναι να αποδειχθεί η ορθότητα όσων μελετήθηκαν θεωρητικά. Στα παρακάτω διαγράμματα απεικονίζονται οι τάσεις και τα ρεύματα στην έξοδο με ωμικό και ωμικό-επαγωγικό φορτίο για διάφορες τιμές τάσης εισόδου και ρεύματος εξόδου. Επίσης, απεικονίζεται η τάση μεταξύ απαγωγού (Drain) και πηγής (Source) Vds, καθώς και πύλης (Gate) και πηγής (Source) Vgs πάνω στο Mosfet. Τέλος, γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων της FFT ανάλυσης μεταξύ του Cascaded H-bridge 5 επιπέδων και ενός απλού αντιστροφέα. Η μέθοδος παλμοδότησης που χρησιμοποιήθηκε είναι αυτή των απλών τετραγωνικών παλμών όπως περιεγράφηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο (βλ. Σχήμα 4.7). Για τη διεξαγωγή των πειραμάτων χρησιμοποιήθηκαν μερικά από τα όργανα μέτρησης του εργαστηρίου. Συγκεκριμένα, για τη μέτρηση των τάσεων χρησιμοποιήθηκε το Hz115 differential probe, ενώ για τη μέτρηση των ρευμάτων χρησιμοποιήθηκαν δύο TCP A300. Για τη παραγωγή της επιθυμητής τάσης εισόδου χρησιμοποιήσαμε δύο Power Supply 5M 120, τα οποία είναι τροφοδοτικά συνεχούς τάσης, ενώ κάθε ένα από αυτά συνδέθηκε σε μία από τις δύο γέφυρες της διάταξης. Για τη σύγκριση της FFT ανάλυσης μεταξύ του Cascaded H-bridge και του απλού αντιστροφέα χρησιμοποιήσαμε έναν από τους παλμογράφους του εργαστηρίου. Στο Σχήμα 5.1 απεικονίζεται η πειραματική διάταξη, μετά τη προσθήκη πυκνωτών στις εισόδους, καθώς και τα σημεία στα οποία συνδέσαμε τα όργανα που χρησιμοποιήσαμε για τη διεξαγωγή των πειραμάτων. Τέλος, παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν έπειτα από την επεξεργασία και την ανάλυση των πειραματικών αποτελεσμάτων. Επίσης, παρατίθενται ορισμένες προοπτικές της παρούσας διπλωματικής εργασίας που θα είχε ενδιαφέρον να διερευνηθούν στο μέλλον

126 Κεφάλαιο 5 ο TCP A300 S11 S 12 TCP A300 Power Supply 5M mF (ηλεκτρ.) 47μF (MKT) 47μF (MKT) S 11 S12 Hz 115 TCP A300 S21 S 22 Power Supply 5M mF (ηλεκτρ.) 47μF (MKT) 47μF (MKT) S 21 S22 Σχήμα 5.1: Πειραματική διάταξη σε συνδυασμό με τα σημεία μέτρησης των οργάνων. 5.2 Παλμογραφήσεις τάσης και ρεύματος υπό ωμικό και ωμικό-επαγωγικό φορτίο Στην ενότητα αυτή θα παρουσιασθούν οι παλμογραφήσεις που ελήφθησαν κατά τη διάρκεια των πειραματικών μετρήσεων σε διάφορα μεγέθη της διάταξης. Συγκεκριμένα, μετρήθηκαν η τάση εξόδου και το ρεύμα εξόδου. Επίσης, μετρήθηκαν τα ρεύματα στις δύο εισόδους των μονοφασικών γεφυρών. Τα πειράματα έγιναν με ωμικό και ωμικό-επαγωγικό φορτίο. Η τιμή του πηνίου που χρησιμοποιήθηκε ήταν 25.6mH. Οι μετρήσεις που ελήφθησαν πραγματοποιήθηκαν για τάση εισόδου 100V και 200V, ενώ η μέγιστη τιμή του ρεύματος εξόδου έφτασε τις τιμές 2Α, 4Α και 6Α για ωμικό φορτίο και 2Α και 4Α για ωμικό-επαγωγικό. Αρχικά, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα προσομοίωσης της διάταξης στο Simulink προκειμένου να συγκριθούν με τα πειραματικά αποτελέσματα. Οι προσομοιώσεις έγιναν υπό ωμικό και ωμικό-επαγωγικό φορτίο με ίδια χαρακτηριστικά με αυτά των πειραμάτων, δηλαδή R=75, L=25.6mH και τάση εισόδου ανά πηγή 50V. Στο Σχήμα 5.2 απεικονίζονται τα ρεύματα εισόδου των δύο πηγών και στο

127 Κεφάλαιο 5 ο Σχήμα 5.3 η τάση και το ρεύμα εξόδου με ωμικό φορτίο, ενώ τα ίδια μεγέθη απεικονίζονται στο Σχήμα 5.16 και Σχήμα 5.17 με ωμικό-επαγωγικό φορτίο. Στη συνέχεια παρατίθενται τα παλμογραφήματα. Τα Σχήματα 5.4 ως 5.15 απεικονίζουν την τάση εξόδου και τα ρεύματα εισόδου και εξόδου υπό ωμικό φορτίο και τα Σχήματα 5.18 ως 5.25 με ωμικό-επαγωγικό φορτίο. Σχήμα 5.2: Ρεύματα εισόδου των δύο πηγών από τη προσομοίωση με ωμικό φορτίο. Σχήμα 5.3: Τάση εξόδου και ρεύμα εξόδου από τη προσομοίωση με ωμικό φορτίο

128 Κεφάλαιο 5 ο Σχήμα 5.4: Τάση εξόδου και ρεύμα εισόδου της κάθε πηγής για ωμικό φορτίο, με τάση Vin=50V και Io,peak=2A. Σχήμα 5.5: Τάση εξόδου και ρεύμα εξόδου για ωμικό φορτίο, με τάση Vin=50V και Io,peak=2A

129 Κεφάλαιο 5 ο Σχήμα 5.6: Τάση εξόδου και ρεύματα εισόδου για ωμικό φορτίο, με τάση Vin=50V και Io,peak=4A. Σχήμα 5.7: Τάση εξόδου και ρεύμα εξόδου για ωμικό φορτίο, με τάση Vin=50V και Io,peak=4A

130 Κεφάλαιο 5 ο Σχήμα 5.8: Τάση εξόδου και ρεύματα εισόδου για ωμικό φορτίο, με τάση Vin=50V και Io,peak=6A. Σχήμα 5.9: Τάση εξόδου και ρεύμα εξόδου για ωμικό φορτίο, με τάση Vin=50V και Io,peak=6A

131 Κεφάλαιο 5 ο Σχήμα 5.10: Τάση εξόδου και ρεύματα εισόδου για ωμικό φορτίο, με τάση Vin=200V και Io,peak=2A. Σχήμα 5.11: Τάση εξόδου και ρεύμα εξόδου για ωμικό φορτίο, με τάση Vin=200V και Io,peak=2A

132 Κεφάλαιο 5 ο Σχήμα 5.12: Τάση εξόδου και ρεύματα εισόδου για ωμικό φορτίο, με τάση Vin=100V και Io,peak=4A. Σχήμα 5.13: Τάση εξόδου και ρεύμα εξόδου για ωμικό φορτίο, με τάση Vin=100V και Io,peak=4A

133 Κεφάλαιο 5 ο Σχήμα 5.14: Τάση εξόδου και ρεύματα εισόδου για ωμικό φορτίο, με τάση Vin=100V και Io,peak=6A. Σχήμα 5.15: Τάση εξόδου και ρεύμα εξόδου για ωμικό φορτίο, με τάση Vin=100V και Io,peak=6A

134 Κεφάλαιο 5 ο Σχήμα 5.16: Ρεύματα εισόδου των δύο πηγών από τη προσομοίωση με ωμικό-επαγωγικό φορτίο. Σχήμα 5.17: Τάση εξόδου και ρεύμα εξόδου από τη προσομοίωση με ωμικό-επαγωγικό φορτίο

135 Κεφάλαιο 5 ο Σχήμα 5.18: Τάση εξόδου και ρεύματα εισόδου για ωμικό-επαγωγικό φορτίο, με τάση Vin=50V και Io,peak=2A. Σχήμα 5.19: Τάση εξόδου και ρεύμα εξόδου για ωμικό-επαγωγικό φορτίο, με τάση Vin=50V και Io,peak=2A

136 Κεφάλαιο 5 ο Σχήμα 5.20: Τάση εξόδου και ρεύματα εισόδου για ωμικό-επαγωγικό φορτίο, με τάση Vin=50V και Io,peak=4A. Σχήμα 5.21: Τάση εξόδου και ρεύμα εξόδου για ωμικό-επαγωγικό φορτίο, με τάση Vin=50V και Io,peak=4A

137 Κεφάλαιο 5 ο Σχήμα 5.22: Τάση εξόδου και ρεύματα εισόδου για ωμικό-επαγωγικό φορτίο, με τάση Vin=100V και Io,peak=2A. Σχήμα 5.23: Τάση εξόδου και ρεύμα εξόδου για ωμικό-επαγωγικό φορτίο, με τάση Vin=100V και Io,peak=2A

138 Κεφάλαιο 5 ο Σχήμα 5.24: Τάση εξόδου και ρεύματα εισόδου για ωμικό-επαγωγικό φορτίο, με τάση Vin=100V και Ιo,peak=4A. Σχήμα 5.25: Τάση εξόδου και ρεύμα εξόδου για ωμικό-επαγωγικό φορτίο, με τάση Vin=100V και Ιo,peak=4A. Τα παραπάνω παλμογραφήματα επιβεβαιώνουν τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων και της θεωρητικής ανάλυσης που έγινε σε προηγούμενο κεφάλαιο. Πιο συγκεκριμένα, όπως

139 Κεφάλαιο 5 ο παρατηρούμε στα παραπάνω σχήματα είναι εμφανή τα πέντε επίπεδα της τάσης εξόδου και του ρεύματος εξόδου, όπως ήταν και το αναμενόμενο. Επιπλέον, στις κυματομορφές των ρευμάτων εισόδου παρατηρούμε ότι έχουν κλιμακωτή μορφή, ανάλογα με το στάδιο της περιόδου στο οποίο βρισκόμαστε, ενώ είναι μηδέν όταν η αντίστοιχη γέφυρα παράγει μηδενική τάση εξόδου. Τέλος, όπως βλέπουμε στο ρεύμα εισόδου και των δύο πηγών εμφανίζεται μία απότομη μεταβολή κατά την οποία η τιμή του αυξάνεται στις χρονικές στιγμές κατά τις οποίες η τάση εξόδου αλλάζει τιμή. Όπως παρατηρήσαμε στις συγκεκριμένες χρονικές στιγμές, υπήρχε ένα βραχυκύκλωμα κατά το οποίο ενεργοποιούνταν ταυτοχρόνως για μερικά νανοδευτερόλεπτα όλα τα ημιαγωγικά στοιχεία της διάταξης και το οποίο πιθανώς οφείλεται στους δρόμους αγωγής της πλακέτας ισχύος οι οποίοι επηρέαζαν τα κυκλώματα οδήγησης των MOSFETs. 5.3 Παλμογραφήσεις τάσεων υποδοχής-πηγής και τάσεων εξόδου κάθε γέφυρας Τα επόμενα παλμογράφημα έγιναν υπό τάση εισόδου 50V ανά πηγή, με ωμικό φορτίο R = 25Ω. Το ρεύμα εξόδου έφτασε στη μέγιστη τιμή των 4Α. Στο Σχήμα 5.26 απεικονίζονται η τάση μεταξύ Drain-Source (VDS) και Gate-Source (VGS) σε ένα από τα MOSFETs της πειραματικής διάταξης και συγκεκριμένα στο S12 κατά τη σβέση του διακοπτικού στοιχείου. Στο παρακάτω σχήμα είναι εμφανές το διάστημα που μεσολαβεί μέχρι τη σβέση του διακοπτικού στοιχείου και τη πλήρη αποφόρτιση του πυκνωτή CGS. Στο παρακάτω Σχήμα 5.27 απεικονίζεται η τάση εξόδου του πολυεπίπεδου αντιστροφέα σε σύγκριση με τις τάσεις εξόδου κάθε μίας από τις γέφυρες που τον αποτελούν. Όπως είναι προφανές καταφέρνουμε να παράγουμε τάση εξόδου που φτάνει τα 100V και έχει βελτιωμένο αρμονικό περιεχόμενο, χρησιμοποιώντας δύο πηγές συνεχούς τάσης που παράγουν 50V. Τέλος, στο Σχήμα 5.28 συγκρίνεται η τάση εξόδου με τη τάση VDS, δηλαδή με τη τάση την οποία πρέπει ο ημιαγωγικός διακόπτης να αποκόψει. Το σχήμα αυτό επιβεβαιώνει άλλο ένα σημαντικό πλεονέκτημα των πολυεπίπεδων αντιστροφέων τάσης αφού το MOSFET χρειάζεται να αποκόψει τάση 50V, ενώ την ίδια στιγμή το φορτίο τροφοδοτείται με τάση που φτάνει τα 100V

140 Κεφάλαιο 5 ο Σχήμα 5.26: Σύγκριση τάσης VDS-VGS κατά τη σβέση του διακοπτικού στοιχείου S12. Σχήμα 5.27: Σύγκριση τάσης εξόδου πολυεπίπεδου αντιστροφέα πέντε επίπεδων με τη τάση εξόδου των επιμέρους γεφυρών

141 Κεφάλαιο 5 ο Σχήμα 5.28: Σύγκριση τάσης εξόδου με τάση VDS. 5.4 Σύγκριση της FFT ανάλυσης της τάσης εξόδου Cascaded H-Bridge πέντε επιπέδων και πλήρους μονοφασικού αντιστροφέα Στη συγκεκριμένη ενότητα παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της FFT ανάλυσης που έγινε μέσω του παλμογράφου του εργαστηρίου στην τάση εξόδου της διάταξης. Η τάση αυτή έφτασε μέχρι τα 100V και στη πρώτη περίπτωση αυτό έγινε χρησιμοποιώντας τη διάταξη ως πολυεπίπεδο Cascaded H-Bridge πέντε επιπέδων, ενώ στη δεύτερη χρησιμοποιώντας μόνο τη μία πλήρη μονοφασική γέφυρα, με ωμικό φορτίο R=75Ω. Αρχικά, μέσω προσομοίωσης στο πρόγραμμα Simulink έγινε ανάλυση FFT της τάσης εξόδου προκειμένου να συγκριθεί με τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τη πειραματική διαδικασία. Στα Σχήματα 5.29 και 5.30 παρουσιάζεται η προαναφερθείσα FFT ανάλυση που προέκυψε από το Simulink, ενώ στα Σχήματα 5.31 και 5.32 απεικονίζονται τα πειραματικά αποτελέσματα

142 Κεφάλαιο 5 ο Σχήμα 5.29: FFT τάσης εξόδου Cascaded H-Bridge πέντε επιπέδων μέσω του Simulink. Σχήμα 5.30: FFT τάσης εξόδου πλήρους μονοφασικού αντιστροφέα μέσω του Simulink

143 Κεφάλαιο 5 ο Σχήμα 5.31: FFT τάσης εξόδου Cascaded H-Bridge πέντε επιπέδων από πειραματική μέτρηση. Σχήμα 5.32: FFT τάσης εξόδου πλήρους μονοφασικού αντιστροφέα από πειραματική μέτρηση

144 Κεφάλαιο 5 ο Όπως είναι εμφανές από τα παραπάνω η βασική αρμονική και στις δύο περιπτώσεις βρίσκεται στα 50Hz. Οι αρμονικές με το μεγαλύτερο πλάτος βρίσκονται σε περιττά πολλαπλάσια της βασικής αρμονικής όπως 3 η, 5 η, 7 η και 9 η αφού η μέθοδος παλμοδότησης που χρησιμοποιήθηκε ήταν οι απλοί τετραγωνικοί παλμοί. Τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαιώνουν πλήρως όσα παρατηρήθηκαν στις προσομοιώσεις. Από τη παρατήρηση των σχημάτων αυτών προκύπτει ότι το πλάτος των κυριότερων αρμονικών που βρίσκονται κοντά στη θεμελιώδη συχνότητα είναι μειωμένο στη περίπτωση που η διάταξη λειτουργεί ως πολυεπίπεδος αντιστροφέας σε σχέση με το πλάτος που έχουν στον απλό αντιστροφέα. 5.5 Συμπεράσματα και προοπτικές Η παρούσα διπλωματική εργασία είχε ως στόχο τη μελέτη των πολυεπίπεδων αντιστροφέων τάσης. Η μελέτη αυτή βασίστηκε τόσο στην ανάλυση της λειτουργίας των κυριότερων τοπολογιών πολυεπίπεδων αντιστροφέων, όσο και στη προσομοίωση τους προκειμένου να αποκτηθεί μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα. Βασιζόμενοι στα παραπάνω προχωρήσαμε στη κατασκευή μίας από τις τοπολογίες πολυεπίπεδων αντιστροφέων και συγκεκριμένα ενός Cascaded H-bridge πέντε επιπέδων. Αναλυτικότερα, μέσω των πειραμάτων επιβεβαιώθηκε η ορθή λειτουργία του πολυεπίπεδου αντιστροφέα Cascaded H-bridge ο οποίος παρήγαγε τάση εξόδου 5 επιπέδων. Επίσης, μέσω της σύγκρισης της προαναφερθείσας διάταξης με έναν απλό αντιστροφέα επαληθεύθηκε ότι το αρμονικό περιεχόμενο της τάσης εξόδου του είναι σαφώς πιο βελτιωμένο. Επιπλέον, τα ημιαγωγικά στοιχεία του Cascaded υπόκεινται σε χαμηλότερη τάση από αυτή στην οποία υπόκεινται τα ημιαγωγικά στοιχεία του απλού αντιστροφέα. Όλα τα παραπάνω συμπεράσματα επιβεβαίωσαν την αρχική θεωρητική ανάλυση γύρω από τις αρχές λειτουργίας των πολυεπίπεδων αντιστροφέων τάσης. Τέλος, αντλώντας έμπνευση από τη συνολική προαναφερθείσα μελέτη και τα συμπεράσματα που εξήχθησαν, θα είχε μεγάλο ενδιαφέρον στο μέλλον να γίνουν ανάλογες εργασίες με στόχο την αύξηση των επιπέδων της διάταξης που κατασκευάστηκε, με ταυτόχρονη εφαρμογή και άλλων μεθόδων παλμοδότησης, όπως επίσης και η κατασκευή κάποιας από τις άλλες τοπολογίες. Οι διατάξεις αυτές θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν και για την οδήγηση κινητηρίων συστημάτων

145 Βιβλιογραφία ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [1] Κ. Ιορδάνης, Ηλεκτρονικά Ισχύος, Εκδόσεις Τζίολα. [2] Σ. Ν. Μανιάς, Ηλεκτρονικά Ισχύος, Εκδόσεις Συμεών. [3] M. H. Rashid, Ηλεκτρονικά Ισχύος, κυκλώματα, εξαρτήματα και εφαρμογές, Εκδόσεις Ίων. [4] S. Khomfoi και L. M. Tolbert, «Chapter 31 Multilevel Power Converters». [5] L. G. Franquelo, J. Rodriguez, J. I. Leon, S. Kouro, R. Portillo και M. A. Prats, "The Age of Multilevel Converters Arrives," IEEE Trans. Ind. Applicat., vol. 2, No. 2, pp , June [6] J.-S. Lai και F. Z. Peng, "Multilevel Converters- A New Breed of Power Converters," IEEE Trans. Ind. Applicat., vol. 32, No. 3, pp , May/June [7] L. Tolbert, F.-Z. Peng, and T. Habetler, Multilevel converters for large electric drives, IEEE Trans. Ind. Applicat., vol. 35, pp , Jan./Feb [8] Α. Google. [Ηλεκτρονικό]. [9] N. M. Teja, R. S. R. Sankar, P. Harsha και V. U. Shankar, "A Novel Method of Diode Clamped Multi-level Inverter using PWM Technique," International Journal of Inventive Engineering and Sciences (IJIES), ISSN: , Volume-2, Issue-4, pp. 9-12, March 2014 [10] X. Yuan και I. Barbi, "A New Diode Clamping Multilevel Inverter," in Applied Power Electronics Conference and Exposition, 1999, pp [11] B. Ismail, S. I. S. Hassan, R. C. Ismail, A. R. Haron και A. Azmi, "Selective Harmonic Elimination of Five-level Cascaded Inverter Using Particle Swarm Optimization," International Journal of Engineering and Technology (IJET), ISSN: , Volume-2, Issue-4, pp , Dec Jan [12] Ε. Κ. Τατάκης, Ηλεκτρονικά Ισχύος ΙΙ, Αντιστροφείς Τάσης και Μέθοδοι Ελέγχου, Πανεπιστήμιο Πατρών, [13] D. Jahshan, P. Hutchinson, F. Tappero και Christina Jarron, «Getting Started in KiCad». [14] ST, «STP20N95K5 Datasheet». [15] F. Semiconductor, «6n137 Datasheet». [16] Intersil, «ICL7667 Datasheet». [17] Microchip, «dspic30f2020 Datasheet». [18] T. Instruments, «74HC541 Datasheet»

146 Βιβλιογραφία

147 Παράρτημα Α ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α Κώδικας προγραμματισμού μικροελεγκτή dspic30f

148 Παράρτημα Α Το παρακάτω πρόγραμμα χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία των τετραγωνικών παλμών συχνότητας 50Hz: #include "xc.h" #include "p30f2020.h" #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define DT 70 /* dead time */ #define PER 9150 /* 1/8 of a period */ void init_timer1 (void); void init_timer3 (void); int i=0; int H=1; int L=0; int main() { TRISE = 0; /*PWM 1_8 pin-->output*/ init_timer3(); _LATE0=H; _LATE1=L; _LATE2=L; _LATE3=H; _LATE4=H;

149 Παράρτημα Α _LATE5=L; _LATE6=L; _LATE7=H; init_timer1 (); while (1){} } void attribute ((interrupt,auto_psv)) _T1Interrupt() { TMR3 = 0; T3CON = 0x8000; /*Start timer 1*/ IFS0bits.T1IF = 0; if(i==0){ _LATE7=L;} if(i==1){ _LATE3=L;} if(i==2){ _LATE4=L;} if(i==3){ _LATE0=L;} if(i==4){ _LATE6=L;} if(i==5){ _LATE2=L;} if(i==6){ _LATE5=L;} if(i==7){ _LATE1=L;}} void attribute ((interrupt,auto_psv)) _T3Interrupt() { IFS0bits.T3IF = 0; if(i==0){ _LATE6=H;} if(i==1){ _LATE2=H;}

150 Παράρτημα Α if(i==2){ _LATE5=H;} if(i==3){ _LATE1=H;} if(i==4){ _LATE7=H;} if(i==5){ _LATE3=H;} if(i==6){ _LATE4=H;} if(i==7){ _LATE0=H; i=-1;} i++; T3CON=0; } void init_timer1 (void) { T1CON = 0; /*Reset Timer*/ TMR1 = 0; PR1 = PER; IEC0bits.T1IE = 1; IFS0bits.T1IF = 0; /*Reset counting register*/ /*set timer period=50hz*/ /*Enable timer 1 interrupt*/ /*Clear timer 1 interrupt flag bit*/ T1CON = 0x8010; /*Start timer 1*/ } void init_timer3 (void) {T3CON = 0; /*Reset Timer 3*/ TMR3 = 0; PR3 = DT; IEC0bits.T3IE = 1; IFS0bits.T3IF = 0; } /*Reset counting register*/ /*set dead time 2.5 μs*/ /*Enable timer 3 interrupt*/ /*Clear timer 3 interrupt flag bit*/

151 Παράρτημα Β ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ B PCB σχέδια πλακετών

152 Παράρτημα Β Σχήμα Β.1: Σχηματικό πλακέτας ισχύος

153 Παράρτημα Β Σχήμα Β.2: Σχέδιο PCB κάτω πλευράς της πλακέτας ισχύος

154 Παράρτημα Β Σχήμα Β.3: Σχέδιο PCB πάνω πλευράς της πλακέτας ισχύος

155 Παράρτημα Β Σχήμα Β.4: Σχηματικό πλακέτας μικροελεγκτή

156 Παράρτημα Β Σχήμα Β.5: Σχέδιο PCB κάτω πλευράς της πλακέτας μικροελεγκτή. Οι τελείες που είναι γεμάτες με μαύρο χρώμα είναι ενωμένες με τη γείωση της τροφοδοσίας μέσω του κάτω φύλλου χαλκού το οποίο δεν αφαιρέθηκε αλλά δεν απεικονίζεται για λόγους ευκρίνειας

157 Παράρτημα Β Σχήμα Β.6: Σχέδιο PCB πάνω πλευράς της πλακέτας μικροελεγκτή

158 Παράρτημα Β Σχήμα Β.7: Σχηματικό πλακέτας τροφοδοτικού 5,12 και -12V

159 Παράρτημα Β Σχήμα Β.8: Σχέδιο PCB της πλακέτας τροφοδοτικού 5,12 και -12V

160 Παράρτημα Β Σχήμα Β.9: Σχηματικό πλακέτας τροφοδοτικού 15V

161 Παράρτημα Β Σχήμα Β.10: Σχέδιο PCB της πλακέτας τροφοδοτικού 15V

162 Παράρτημα Β

163 Παράρτημα Γ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Γ Φωτογραφικό υλικό πειραματικής διάταξης

164 Παράρτημα Γ Φωτογραφία Γ.1: Πλακέτες ισχύος του Cascaded H-Bridge πέντε επιπέδων

165 Παράρτημα Γ Φωτογραφία Γ.2: Πλακέτα τροφοδοτικού 15V. Φωτογραφία Γ.3: Πλακέτα τροφοδοτικού 5V, 12V και -12V

166 Παράρτημα Γ Φωτογραφία Γ.4: Πλακέτα μικροελεγκτή. Φωτογραφία Γ.5: Πειραματική διάταξη σε λειτουργία

DC-DC ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΙΣΧΥΟΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ

DC-DC ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΙΣΧΥΟΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ DC-DC ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΙΣΧΥΟΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ Ε. Καρφόπουλος, Π. Πάχος, Π. Παναγής, Κ. Παύλου, Στ. Μανιάς Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Τομέας

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

DC-DC ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΙΣΧΥΟΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ

DC-DC ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΙΣΧΥΟΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ DC-DC ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΙΣΧΥΟΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ Ε. Καρφόπουλος, Π. Πάχος, Π. Παναγής, Κ. Παύλου, Στ. Μανιάς Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Τομέας

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

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

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

ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΙΣΧΥΟΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ ΓΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ

ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΙΣΧΥΟΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ ΓΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΙΣΧΥΟΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ ΓΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ Ευάγγελος Λ. Καρφόπουλος, Στέφανος Ν. Μανιάς Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

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

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

Ηλεκτρονικά Ισχύος II

Ηλεκτρονικά Ισχύος II Ηλεκτρονικά Ισχύος II Ενότητα 1: (DCDC Converters) Δρ.Μηχ. Εμμανουήλ Τατάκης, Καθηγητής Πολυτεχνική Σχολή Τμ. Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Σκοποί ενότητας Παρουσίαση και επεξήγηση

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

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

Ηλεκτρονικοί Μετατροπείς με IGBT PWM:

Ηλεκτρονικοί Μετατροπείς με IGBT PWM: Σεμινάριο ΤΕΕ Ανανεώσιμες μςπηγές Ενέργειας Ηλεκτρονικοί Μετατροπείς με IGBT PWM: Αντιστροφείς και Μέθοδοι Ελέγχου Εισηγητής: Δρ.-Μηχ. Εμμανουήλ Τατάκης Αναπληρωτής Καθηγητής Πανεπιστημίου Πατρών Πάτρα,

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

Ηλεκτρονικά Ισχύος II

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

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

Απαντήσεις των Θεμάτων Ενδιάμεσης Αξιολόγησης στο Μάθημα «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές» Ημερομηνία: 29/04/2014. i S (ωt)

Απαντήσεις των Θεμάτων Ενδιάμεσης Αξιολόγησης στο Μάθημα «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές» Ημερομηνία: 29/04/2014. i S (ωt) Θέμα 1 ο Απαντήσεις των Θεμάτων Ενδιάμεσης Αξιολόγησης στο Μάθημα «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές» Ημερομηνία: 29/04/2014 Για το κύκλωμα ΕΡ του διπλανού σχήματος δίνονται τα εξής: v ( ωt 2 230 sin (

Διαβάστε περισσότερα

Ηλεκτρικές Μηχανές Βιομηχανικοί Αυτοματισμοί. Ημιανορθωτής. Πλήρης ανορθωτής

Ηλεκτρικές Μηχανές Βιομηχανικοί Αυτοματισμοί. Ημιανορθωτής. Πλήρης ανορθωτής Ημιανορθωτής 1 Πλήρης ανορθωτής 2 1 Πλήρης τριφασικός ανορθωτής 3 Φίλτρα στη έξοδο του Ανορθωτή Η έξοδος των ανορθωτών μπορεί να εξομαλυνθεί ακόμα περισσότερο με τη χρήση φίλτρων διέλευσης χαμηλών συχνοτήτων

Διαβάστε περισσότερα

Ηλεκτρονικά Ισχύος II

Ηλεκτρονικά Ισχύος II Ηλεκτρονικά Ισχύος II Ενότητα 1: (DCDC Converters) Δρ.Μηχ. Εμμανουήλ Τατάκης, Καθηγητής Πολυτεχνική Σχολή Τμ. Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Σκοποί ενότητας Παρουσίαση και επεξήγηση

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

Τεχνολογίες Ελέγχου στα Αιολικά Συστήματα

Τεχνολογίες Ελέγχου στα Αιολικά Συστήματα Τεχνολογίες Ελέγχου στα Αιολικά Συστήματα Ενότητα 4: Έλεγχος ισχύος που συνδέεται στο δίκτυο Καθηγητής Αντώνιος Αλεξανδρίδης Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Σημείωμα

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

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

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

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΣΧΥΟΣ ΗΜΥ 444

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΣΧΥΟΣ ΗΜΥ 444 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΣΧΥΟΣ ΗΜΥ 444 ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ, ΕΛΕΓΧΟΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ, ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ Δρ Ανδρέας Σταύρου ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

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

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

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

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

PWM (Pulse Width Modulation) Διαμόρφωση εύρους παλμών

PWM (Pulse Width Modulation) Διαμόρφωση εύρους παλμών PWM (Pulse Width Modulation) Διαμόρφωση εύρους παλμών Μία PWM κυματομορφή στην πραγματικότητα αποτελεί μία περιοδική κυματομορφή η οποία έχει δύο τμήματα. Το τμήμα ΟΝ στο οποίο η κυματομορφή έχει την μέγιστη

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

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

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

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

Περίληψη. 1. Εισαγωγή

Περίληψη. 1. Εισαγωγή Σχεδιασμός και κατασκευή ηλεκτρονικού μετατροπέα υποβιβασμού συνεχούς τάσης σε συνεχή με διαδοχική αγωγή τεσσάρων κλάδων για εφαρμογή σε ηλεκτροκίνητο σκάφος Νικόλαος Μπαϊραχτάρης*(nikolaosbairachtaris@gmail.com),

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

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

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

ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. του Φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ του Φοιτητή του

Διαβάστε περισσότερα

Ηλεκτρονικά Ισχύος II

Ηλεκτρονικά Ισχύος II Ηλεκτρονικά Ισχύος II Ενότητα 1: (DC-DC Cnverers) Δρ.-Μηχ. Εμμανουήλ Τατάκης, Καθηγητής Πολυτεχνική Σχολή Τμ. Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Σκοποί ενότητας Παρουσίαση και επεξήγηση

Διαβάστε περισσότερα

Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις. τρεις πηγές τάσης.

Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις. τρεις πηγές τάσης. Πολυφασικά Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας Ένα μονοφασικό σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας δεν είναι η βέλτιστη λύση τροφοδότησης, επειδή όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα η κυματομορφή του αφήνει μεγάλα κενά

Διαβάστε περισσότερα

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΔΙΟΔΟΣ (Μάθημα 4 ο 5 ο 6 ο 7 ο ) 1/12 4 o εργαστήριο Ιδανική δίοδος n Συμβολισμός της διόδου n 2/12 4 o εργαστήριο Στατική χαρακτηριστική διόδου Άνοδος (+) Κάθοδος () Αν στην ιδανική

Διαβάστε περισσότερα

Ηλεκτρονικά Ισχύος II

Ηλεκτρονικά Ισχύος II Ηλεκτρονικά Ισχύος II Ενότητα 1: (DC-DC Cnverters) Δρ.-Μηχ. Εμμανουήλ Τατάκης, Καθηγητής Πολυτεχνική Σχολή Τμ. Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Σκοποί ενότητας Παρουσίαση και επεξήγηση

Διαβάστε περισσότερα

Σχεδίαση και κατασκευή ηλεκτρονικού μετατροπέα και συστήματος τηλεμετρίας ηλεκτρικού οχήματος «Πυρφόρος»

Σχεδίαση και κατασκευή ηλεκτρονικού μετατροπέα και συστήματος τηλεμετρίας ηλεκτρικού οχήματος «Πυρφόρος» Σχεδίαση και κατασκευή ηλεκτρονικού μετατροπέα και συστήματος τηλεμετρίας ηλεκτρικού οχήματος «Πυρφόρος» Παπαμανώλης Πάντελής (Σπουδαστής Σχολής ΗΜ&ΜΥ, ΕΜΠ) 1 Δομή της παρουσίασης 1. Ο ρόλος των ηλεκτρονικών

Διαβάστε περισσότερα

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

ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και. Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του. Πανεπιστημίου Πατρών ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ του φοιτητή του

Διαβάστε περισσότερα

Εργαστήριο Ηλεκτροτεχνικών Εφαρμογών

Εργαστήριο Ηλεκτροτεχνικών Εφαρμογών ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Εργαστήριο Ηλεκτροτεχνικών Εφαρμογών Ενότητα: Μελέτη Χαρακτηριστικών V-I Μηχανής Ηλεκτροσυγκόλλησης Τύπου Αντιστροφέα Γεώργιος

Διαβάστε περισσότερα

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΚΙΝΗΣΗΣ ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ : ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ, ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΤΑΣΕΙΣ ΜΕΙΩΣΗΣ ΑΠΩΛΕΙΩΝ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΚΙΝΗΣΗΣ ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ : ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ, ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΤΑΣΕΙΣ ΜΕΙΩΣΗΣ ΑΠΩΛΕΙΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΚΙΝΗΣΗΣ ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ : ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ, ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΤΑΣΕΙΣ ΜΕΙΩΣΗΣ ΑΠΩΛΕΙΩΝ Δ. Ράπτης, Α. Κλαδάς Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών και Ηλεκτρονικών Ισχύος Τομέας Ηλεκτρικής

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

Άσκηση 10 Στοιχεία ηλεκτρονικής τεχνολογίας

Άσκηση 10 Στοιχεία ηλεκτρονικής τεχνολογίας Άσκηση 10 Στοιχεία ηλεκτρονικής τεχνολογίας ΔΙΟΔΟΣ Οι περισσότερες ηλεκτρονικές συσκευές όπως οι τηλεοράσεις, τα στερεοφωνικά συγκροτήματα και οι υπολογιστές χρειάζονται τάση dc για να λειτουργήσουν σωστά.

Διαβάστε περισσότερα

ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΥ ΑΝΟΡΘΩΤΗ ΜΕ ΣΤΟΙΧΕΙΑ IGBT. Παπαναστασίου Χρήστος Μετ. Φοιτητής Δ.Π.Θ., Αδαμίδης Γεώργιος Επ. Καθ. Δ.Π.Θ.

ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΥ ΑΝΟΡΘΩΤΗ ΜΕ ΣΤΟΙΧΕΙΑ IGBT. Παπαναστασίου Χρήστος Μετ. Φοιτητής Δ.Π.Θ., Αδαμίδης Γεώργιος Επ. Καθ. Δ.Π.Θ. ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΥ ΑΝΟΡΘΩΤΗ ΜΕ ΣΤΟΙΧΕΙΑ IGBT Παπαναστασίου Χρήστος Μετ. Φοιτητής Δ.Π.Θ., Αδαμίδης Γεώργιος Επ. Καθ. Δ.Π.Θ. Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχ. & Μηχ. Υπολογιστών, Τομέας

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

Εφαρμογή 9.2 Μετατροπή Ασύμμετρης Τριφασικής Κατανάλωσης σε Συμμετρική, με Ανακατανομή των Φορτίων

Εφαρμογή 9.2 Μετατροπή Ασύμμετρης Τριφασικής Κατανάλωσης σε Συμμετρική, με Ανακατανομή των Φορτίων Εφαρμογή 9.2 Μετατροπή Ασύμμετρης Τριφασικής Κατανάλωσης σε Συμμετρική, με Ανακατανομή των Φορτίων Περίληψη Ασύμμετρη Τριφασική Κατανάλωση σε σύνδεση Αστέρα με ουδέτερο αγωγό. Μετατροπή της ασύμμετρης

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

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

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Χρήσιμοι Σύνδεσμοι ΙΑΤΡΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ - ΜΕΤΑΓΩΓΙΚΟΙ ΣΤΑΘΕΡΟΠΟΙΗΤΕΣ. Σημειώσεις μαθήματος: E mail:

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Χρήσιμοι Σύνδεσμοι ΙΑΤΡΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ - ΜΕΤΑΓΩΓΙΚΟΙ ΣΤΑΘΕΡΟΠΟΙΗΤΕΣ. Σημειώσεις μαθήματος: E mail: Ιατρικά Ηλεκτρονικά Δρ. Π. Ασβεστάς Τμήμα Μηχανικών Βιοϊατρικής Τεχνολογίας Τ.Ε Χρήσιμοι Σύνδεσμοι Σημειώσεις μαθήματος: http://medisp.bme.teiath.gr/eclass/courses/tio127/ E mail: pasv@teiath.gr 2 1 Μεταγωγικοί

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

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

λειτουργία μετατροπών DC-AC που χρησιμοποιούνται για την Έλεγχος με χρήση μικροεπεξεργαστή. ΗΡΑΚΛΕΙΟ 2009

λειτουργία μετατροπών DC-AC που χρησιμοποιούνται για την Έλεγχος με χρήση μικροεπεξεργαστή. ΗΡΑΚΛΕΙΟ 2009 ΑΝΩΤΑΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΡΗΤΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΠΤΥΧΙΑΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΜΕ ΘΕΜΑ: Βιβλιογραφική διερεύνηση τεχνικών ελέγχου για την ομαλή λειτουργία

Διαβάστε περισσότερα

Α.Τ.Ε.Ι. ΠΕΙΡΑΙΑ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Πειραιάς ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑΣ ΙΣΧΥΟΣ ΓΙΑ ΔΙΑΣΥΝΔΕΣΗ ΣΤΟ ΔΙΚΤΥΟ

Α.Τ.Ε.Ι. ΠΕΙΡΑΙΑ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Πειραιάς ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑΣ ΙΣΧΥΟΣ ΓΙΑ ΔΙΑΣΥΝΔΕΣΗ ΣΤΟ ΔΙΚΤΥΟ Α.Τ.Ε.Ι. ΠΕΙΡΑΙΑ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑΣ ΙΣΧΥΟΣ ΓΙΑ ΔΙΑΣΥΝΔΕΣΗ ΣΤΟ ΔΙΚΤΥΟ Επιβλέπων Καθηγητής: Σπύρος τσιόλης Σπουδαστές : Κοιλάκος Γεώργιος ΑΜ: 37464

Διαβάστε περισσότερα

ΜΕΛΕΤΗ ΑΕΡΓΟΥ ΙΣΧΥΟΣ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΙ ΒΕΛΤΙΩΣΗΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΙΣΧΥΟΣ ΚΑΙ ΒΑΘΜΟΥ ΑΠΟ ΟΣΗΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΜΕΛΕΤΗ ΑΕΡΓΟΥ ΙΣΧΥΟΣ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΙ ΒΕΛΤΙΩΣΗΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΙΣΧΥΟΣ ΚΑΙ ΒΑΘΜΟΥ ΑΠΟ ΟΣΗΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΛΕΤΗ ΑΕΡΓΟΥ ΙΣΧΥΟΣ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΙ ΒΕΛΤΙΩΣΗΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΙΣΧΥΟΣ ΚΑΙ ΒΑΘΜΟΥ ΑΠΟ ΟΣΗΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΠΟΤΕΛΟΥΜΕΝΑ ΑΠΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΥΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΕΞΑΝΑΓΚΑΣΜΕΝΗΣ ΜΕΤΑΒΑΣΗΣ Ι ΑΚΤΟΡΙΚΗ ΙΑΤΡΙΒΗ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΥ

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

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

Κιμιωνής Γεώργιος. Σχεδίαση φωτοβολταϊκών μετατροπέων DC/AC σε περιβάλλον Matlab/Simulink

Κιμιωνής Γεώργιος. Σχεδίαση φωτοβολταϊκών μετατροπέων DC/AC σε περιβάλλον Matlab/Simulink ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Κιμιωνής Γεώργιος Σχεδίαση φωτοβολταϊκών μετατροπέων DC/AC σε περιβάλλον Matlab/Simulink Εξεταστική επιτροπή: Ευτύχιος Κουτρούλης

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

Παραδοτέο Π4.2 Έκθεση σχετικά με τα αποτελέσματα των μετρήσεων

Παραδοτέο Π4.2 Έκθεση σχετικά με τα αποτελέσματα των μετρήσεων Παραδοτέο Π4.2 Έκθεση σχετικά με τα αποτελέσματα των μετρήσεων «Πρωτοβουλία (Direct Current in Ship Initiative - DC-Ship)» (πράξη ΑΡΙΣΤΕΙΑ Ι, Κωδ. Έργου ΓΓΕΤ: 987, Κωδ. Έργου ΕΔΕΙΛ/ΕΜΠ: 68/1151) Πίνακας

Διαβάστε περισσότερα

Εισαγωγή στα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας και στις Εφαρμογές Ηλεκτρονικών Ισχύος

Εισαγωγή στα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας και στις Εφαρμογές Ηλεκτρονικών Ισχύος Εισαγωγή στα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας και στις Εφαρμογές Ηλεκτρονικών Ισχύος Το Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ) Τι είναι το σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας; Ποια είναι τα κύρια μέρη και οι λειτουργίες

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

Ηλεκτρονικά Ισχύος II

Ηλεκτρονικά Ισχύος II Ηλεκτρονικά Ισχύος II Ενότητα 1: (DC-DC Converters) Δρ.-Μηχ. Εμμανουήλ Τατάκης, Καθηγητής Πολυτεχνική Σχολή Τμ. Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Σκοποί ενότητας Παρουσίαση και επεξήγηση

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

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

ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ

ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΕΠΩΝΥΜΟ ΟΝΟΜΑ Α.Μ. ΤΜΗΜΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΔΙΕΞΑΓΩΓΗΣ:.... /..../ 20.. ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ:.... /..../ 20.. ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. Αντικείμενο της εργαστηριακής

Διαβάστε περισσότερα

Εργαστήριο Ηλεκτροτεχνικών Εφαρμογών

Εργαστήριο Ηλεκτροτεχνικών Εφαρμογών ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Εργαστήριο Ηλεκτροτεχνικών Εφαρμογών Ενότητα: Μελέτη Χαρακτηριστικών V-I Συμβατικής Μηχανής Ηλεκτροσυγκόλλησης Γεώργιος Χ. Ιωαννίδης

Διαβάστε περισσότερα

Προστασία Σ.Η.Ε. Ενότητα 4: Στατικοί ηλεκτρονόμοι. Νικόλαος Βοβός Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών

Προστασία Σ.Η.Ε. Ενότητα 4: Στατικοί ηλεκτρονόμοι. Νικόλαος Βοβός Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Προστασία Σ.Η.Ε Ενότητα 4: Στατικοί ηλεκτρονόμοι Νικόλαος Βοβός Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών 1 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους

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

α. Τα συμφασικά ρεύματα έχουν ίδια συχνότητα και ίδια αρχική φάση. Σ

α. Τα συμφασικά ρεύματα έχουν ίδια συχνότητα και ίδια αρχική φάση. Σ ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Γ ΤΑΞΗ ΕΠΑΛ (ΟΜΑΔΑ Α ) & ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ ΕΙΔΙΚΟΤΗΤΑΣ ΕΠΑΛ (ΟΜΑΔΑ Β ) ΤΕΤΑΡΤΗ 19/04/017 - ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ ΙΙ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙΔΩΝ: ΠΕΝΤΕ (5) ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑ 1 ο 1) Να χαρακτηρίσετε

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

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

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

Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. L d D F

Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. L d D F Ηλεκτρονικά Ισχύος Ι 3 η Θεματική Ενότητα: Μετατροπείς Εναλλασσόμενης Τάσης σε Συνεχή Τάση Δρ. Μηχ. Εμμανουήλ Τατάκης, Καθηγητής Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Ασκήσεις Προς Επίλυση

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

Ηλεκτρονικά Ισχύος II

Ηλεκτρονικά Ισχύος II Ηλεκτρονικά Ισχύος II Ενότητα 1: (DC-DC Cnverers) Δρ.-Μηχ. Εμμανουήλ Τατάκης, Καθηγητής Πολυτεχνική Σχολή Τμ. Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Σκοποί ενότητας Παρουσίαση και επεξήγηση

Διαβάστε περισσότερα

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

ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. του Φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ του Φοιτητή του

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

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ: Ο τελεστικός ενισχυτής είναι ένα προκατασκευασμένο κύκλωμα μικρών διαστάσεων που συμπεριφέρεται ως ενισχυτής τάσης, και έχει πολύ μεγάλο κέρδος, πολλές φορές της τάξης του 10 4 και 10 6. Ο τελεστικός

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

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

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2008 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ (ΙΙ) ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΧΟΛΩΝ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΜΑΘΗΜΑ: Εφαρμοσμένη Ηλεκτρολογία

Διαβάστε περισσότερα

Άσκηση 1. Όργανα εργαστηρίου, πηγές συνεχούς τάσης και μετρήσεις

Άσκηση 1. Όργανα εργαστηρίου, πηγές συνεχούς τάσης και μετρήσεις ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Ι (ΕΡ) Άσκηση 1 Όργανα εργαστηρίου, πηγές συνεχούς τάσης και μετρήσεις Στόχος Η άσκηση είναι εισαγωγική και προσφέρει γνωριμία και εξοικείωση

Διαβάστε περισσότερα

ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ 5 ΧΡΟΝΙΑ ΕΜΠΕΙΡΙΑ ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΘΕΜΑΤΑ ΟΜΑΔΑ Α Α. ια τις ημιτελείς προτάσεις Α. έως Α.4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της πρότασης και, δίπλα σε κάθε αριθμό,

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

Ο πυκνωτής είναι μια διάταξη αποθήκευσης ηλεκτρικού φορτίου, επομένως και ηλεκτρικής ενέργειας.

Ο πυκνωτής είναι μια διάταξη αποθήκευσης ηλεκτρικού φορτίου, επομένως και ηλεκτρικής ενέργειας. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ Ο πυκνωτής Ο πυκνωτής είναι μια διάταξη αποθήκευσης ηλεκτρικού φορτίου, επομένως και ηλεκτρικής ενέργειας. Η απλούστερη μορφή πυκνωτή είναι ο επίπεδος πυκνωτής, ο οποίος

Διαβάστε περισσότερα

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΙΣΧΥΣ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ ΣΤΟ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΟ ΡΕΥΜΑ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΙΣΧΥΣ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ ΣΤΟ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΟ ΡΕΥΜΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΙΣΧΥΣ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ ΣΤΟ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΟ ΡΕΥΜΑ 1 Ως ισχύς ορίζεται ο ρυθμός παροχής ή κατανάλωσης ενέργειας. Η ηλεκτρική ισχύς ορίζεται ως το γινόμενο της τάσης επί το ρεύμα: p u i Ιδανικό πηνίο

Διαβάστε περισσότερα

Προηγμένος έλεγχος ηλεκτρικών μηχανών

Προηγμένος έλεγχος ηλεκτρικών μηχανών Προηγμένος έλεγχος ηλεκτρικών μηχανών Ενότητα 10: Άμεσος Έλεγχος Ροής και Ροπής Επαμεινώνδας Μητρονίκας - Αντώνιος Αλεξανδρίδης Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Τεχνολογίας Υπολογιστών

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

3.1 Η δίοδος στο κύκλωμα. Στατική και δυναμική χαρακτηριστική

3.1 Η δίοδος στο κύκλωμα. Στατική και δυναμική χαρακτηριστική 1 3. Κυκλώματα διόδων 3.1 Η δίοδος στο κύκλωμα. Στατική και δυναμική χαρακτηριστική Στην πράξη η δίοδος προσεγγίζεται με τμηματική γραμμικοποίηση, όπως στο σχήμα 3-1, όπου η δυναμική αντίσταση της διόδου

Διαβάστε περισσότερα

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ. Πτυχιακή εργασία

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ. Πτυχιακή εργασία ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ Πτυχιακή εργασία ΕΝΕΡΓΟ ΦΙΛΤΡΟ ΔΙΑΚΟΠΤΙΚΟΥ ΠΗΝΙΟΥ ( Switched Inductor Variable Filter ) Ευτυχία Ιωσήφ Λεμεσός, Μάιος 2016 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

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

Ηλεκτρονικά Ισχύος. ίοδος

Ηλεκτρονικά Ισχύος. ίοδος Ηλεκτρονικά Ισχύος Πρόκειται για στοιχεία κατασκευασμένα από υλικά με συγκεκριμένες μη γραμμικές ηλεκτρικές ιδιότητες (ημιαγωγά στοιχεία) Τα κυριότερα από τα στοιχεία αυτά είναι: Η δίοδος Το thyristor

Διαβάστε περισσότερα

ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΥΤΕΡΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΡΙΤΟ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΥΤΕΡΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΡΙΤΟ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΡΩΤΟ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ ΙΣΧΥΟΣ ΜΕ ΤΑ ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ. 1.2 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΩΝ ΙΣΧΥΟΣ. 1.3 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΩΝ

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

ΑΣΚΗΣΗ 1 ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΗΣ

ΑΣΚΗΣΗ 1 ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΗΣ ΑΣΚΗΣΗ 1 ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΗΣ Α.1 ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΝ ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΗ Ο μετασχηματιστής είναι μια ηλεκτρική διάταξη που μετατρέπει εναλλασσόμενη ηλεκτρική ενέργεια ενός επιπέδου τάσης

Διαβάστε περισσότερα

Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Ανάλυση Κυκλωμάτων Εργαστηριακές Ασκήσεις Εργαστήριο 5 Κυκλώματα RC (φόρτιση/εκφόρτιση πυκνωτή, σύνθετη αντίσταση) Φ. Πλέσσας

Διαβάστε περισσότερα