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 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ του Φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΙΩΑΝΝΗ ΚΡΕΜΠΕΝΙΟΥ Α.Μ.: ΣΥΝΘΕΣΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΟΧΗΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΣΤΟ MATLAB Επιβλέπων: Αλεξανδρίδης Αντώνιος, Καθηγητής Ν ο Πάτρα, Ιούλιος 2016 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥΠΟΛΗ ΠΑΤΡΑΣ ΡΙΟ - ΠΑΤΡΑ

2

3 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ του Φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΙΩΑΝΝΗ ΚΡΕΜΠΕΝΙΟΥ Α.Μ.: ΣΥΝΘΕΣΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΟΧΗΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΣTO MATLAB Επιβλέπων: Αντώνης Αλεξανδρίδης, Καθηγητής Ν ο Πάτρα, Ιουλιος 2016

4

5 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η διπλωματική εργασία με θέμα: ΣΥΝΘΕΣΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΟΧΗΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΣΤΟ ΜΑΤLΑΒ του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών: ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΙΩΑΝΝΗ ΚΡΕΜΠΕΝΙΟΥ (Α.Μ ) Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις 18/07/2016 Ο Επιβλέπων Ο Διευθυντής του Τομέα Αντώνης Αλεξανδριδης, Καθηγητής Αντώνης Αλεξανδριδης, Καθηγητής

6

7 Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: ΤΙΤΛΟΣ: "ΣΥΝΘΕΣΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΟΧΗΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΣΤΟ MATLAB " Φοιτητής: Δημήτριος Κρεμπενιός του Ιωάννη Επιβλέπων: Αντώνης Αλεξανδριδης, Καθηγητής Περίληψη Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη συνθεση του μοντέλου ενός ηλεκτρικού οχήματος. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο στο τμημα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός είναι η μελέτη και η προσομοίωση του μοντελου ενός ηλεκτρικού οχήματος και συγκεκριμένα της ηλεκτρικής μηχανής καθώς και της μετάδοσης αυτού. Αρχικά, γίνεται μια εκτεταμένη αναφορά στην ιστορία των ηλεκτρικών οχημάτων από τις απαρχές της εμφάνισης τους μέχρι και τις μέρες μας. Στη συνέχεια, αναλύονται οι σύγχρονες μηχανές μονίμου μαγνήτη, καθώς τέτοιου είδους μηχανή θα χρησιμοποιήσουμε στο υπό μοντελοποίηση όχημα. Πιο συγκεκριμένα, αναφέρονται τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά αυτών των κινητήρων, καθώς και η θεωρητική ανάλυση τους. Επίσης, γίνεται αναφορά στο μοντέλο της μετάδοσης, δηλαδή του συστήματος που μεταφέρει την κίνηση από την ηλεκτρική μηχανή στις ροδές του οχήματος. Το επόμενο βήμα είναι η σύνθεση του μοντέλου του έλεγχου της ηλεκτρικής μηχανής. Κατόπιν αυτού, πραγματοποιούνται οι απαραίτητες προσομοιώσεις που ως σκοπό έχουν την κατανόηση της συμπεριφοράς του συστήματος. Τέλος, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων, τα οποία επιβεβαιώνουν πρακτικά όσα αναφέρθηκαν στη θεωρία και ακολουθούν τα προκύπτοντα συμπεράσματα.

8

9 Abstract This thesis deals with the synthesis of the model of an electric vehicle. The work was conducted in the Department of Electrical and Computer Engineering, University of Patras. The purpose is to study and simulate the model of an electric vehicle and in particular the electric motor and the transmission thereof. Firstly gets an extensive report on the history of electric vehicles from their first appearance time up to nowadays. They we analyze the modern permanent magnet machines since this type of machine is been used in this modeling vehicle. More specifically we refer to the constructional features of these engines as well as to the theoretical analysis. Also there is a reference and model of transmission, the system which carries the motion from the electric machine to the wheels of the vehicle The next step is the composition of the model of control of electrical machines. After him any necessary simulations have as purpose to understand the behavior of the system. Finally, they present the results of simulations which are practically confirm what was said in the theory and follow the resulting conclusions.

10

11 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικης Σχολής του Πανεπιστήμιου Πατρών. Αντικείμενο της εργασίας αυτής είναι η μελέτη και η προσομοίωση τμήματος ενός ηλεκτρικού οχήματος Συγκεκριμένα, για την κίνηση του ηλεκτρικού οχήματος χρησιμοποιήθηκε ένας σύγχρονος κινητήρας μόνιμων μαγνητών. Ιδιαίτερα ασχοληθήκαμε με τον κινητήρα και τη μετάδοση του οχήματος. Αναλυτικά, στο κεφάλαιο 1 γίνεται μια εκτενής αναφορά στην ιστορία της ηλεκτροκίνησης αναφέροντας πληροφορίες για το πρώτο ηλεκτρικό αυτοκίνητο παραγωγής, την ακμή της ηλεκτροκίνησης καθώς και τους λόγους που οδήγησαν στην παρακμή αυτής. Ακόμα, γίνεται λόγος για τα συγχρονα ηλεκτρικα μοντελα αυτοκίνητων που υπάρχουν σήμερα. Επιπλέον, γίνεται αναφορά στα πλεονεκτήματα και στα μειονεκτήματα των ηλεκτρικών οχημάτων. Στο κεφάλαιο 2 περιγράφονται οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη, εστιάζοντας στα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά τους, την αρχή λειτουργίας τους καθώς και στα βασικά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα τους. Επίσης, γίνεται εκτενής αναφορά στις βασικές εξισώσεις που τις περιγράφουν για να κατανοήσουμε τη λειτουργία τους. Παράλληλα, γίνεται αναφορά στο μοντέλο δυνάμεων που ασκείται πάνω σε ένα ηλεκτρικό όχημα και γίνεται μια αναφορά στις εξισώσεις που περιγράφουν τη μετάδοση. Η μετάδοση γίνεται χωρίς κιβώτιο ταχυτήτων και γι αυτό το λόγο γίνεται ο υπολογισμός του βήματος του διαφορικού που θα χρησιμοποιήσουμε. Στο κεφάλαιο 3 θα γινει μια αναφορά και περιγραφή των μεθόδων έλεγχου που υπάρχουν και θα ακολουθήσει η ανάλυση του υπό μελέτη συστήματος της σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη για τον μετατροπέα στην πλευρά της μηχανής. Θα αναφερθούμε στον ελεγκτή τριών όρων PID, στις παραμέτρους του και στα χαρακτηριστικά του. Από τον ελεγκτή PID θα χρησιμοποιήσουμε μόνο τους δύο I

12 όρους PI (proportional-integrator), για το σκοπό μας.γινεται η σύνθεση του μοντέλου του ελέγχου της σύγχρονης μηχανής μονίμου μαγνήτη. Ο έλεγχος που εφαρμόζεται είναι ο άμεσος διανυσματικός έλεγχος με προσανατολισμό στη ροή που παράγουν οι μόνιμοι μαγνήτες του δρομέα. Στο κεφάλαιο 4 θα γίνει η παρουσίαση καθώς και ο σχολιασμός των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης που έγινε στο πρόγραμμα Matlab και συγκεκριμένα στην εφαρμογή του Simulink. Το σενάριο που εξετάσαμε είναι η λειτουργία της σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη υπό κανονικές συνθήκες για μεταβαλλόμενη είσοδο. Η είσοδος του συστήματος είναι η ταχύτητα του οχήματος η οποία μεταβάλλεται σύμφωνα με ένα συγκεκριμένο driving cycle. Επίσης, έγινε και η προσομοίωση της. Τέλος, καταγράφεται η βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε και στα παραρτήματα ενσωματώνονται τα φυλλάδια των κατασκευαστών των στοιχείων που εξετάστηκαν. II

13 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Στο σημείο αυτό θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον επιβλέποντα Καθηγητή της διπλωματικής μου εργασίας Αντώνη Αλεξανδρίδη για τη διαρκή καθοδήγηση του και τις εξαιρετικά εποικοδομητικές παρατηρήσεις του καθ όλη τη διάρκεια της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Ακόμα θα ήθελα να ευχαριστήσω την υποψήφια διδάκτορα Δήμητρα Μακρυγιώργου, η οποία συνέβαλε στην εκπόνηση της εργασίας αυτής με τις γνώσεις και τις συμβουλές της. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένεια μου και τους φίλους μου για την κατανόηση και την υποστήριξη καθ όλη τη διάρκεια των σπουδών μου. III

14 IV

15 Π Περιεχόμενα Κεφάλαιο Το ηλεκτρικό αυτοκίνητο Εισαγωγή Τι ειναι το ηλεκτρικο αυτοκινητο Η αρχή λειτουργίας του ηλεκτρικου αυτοκινητου Η ιστορία του ηλεκτρικού αυτοκινητου Τα πρωτα ηλεκτρικα αυτοκινητα Η χρυση εποχη των ηλεκτρικων αυτοκινητων Η παρακμη Η αναβιωση του ενδιαφεροντος Πλεονεκτηματα-Μειονεκτηματα Κεφαλαιο Στοιχεια ηλεκτρικου οχηματος Εισαγωγή Η Σύγχρονη Μηχανή Μόνιμου Μαγνήτη Θεμελιωδεις εννοιες του μαγνητικου πεδιου Βρογχος υστερησης μαγνητικων υλικων Υλικά και ιδιότητες μόνιμων μαγνητών Κατηγοριες συγχρονων μηχανων μονιμου μαγνητη ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ PARK ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ ΜΟΝΙΜΟΥ ΜΑΓΝΗΤΗ ΣΤΟ d-q ΠΛΑΙΣΙΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ Μεταδοση... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης Διαφορικο Μοντελο δυναμεων ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ελεγχος συγχρονης μηχανης μονιμου μαγνητη Εισαγωγη Μεθοδοι ελεγχου Θεωρια ελεγχου ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο V

16 Π 4 Προσομοιωση συγχρονης μηχανης μονιμου μαγνητη Εισαγωγη... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. 4.2 To συνολικο μοντελο του συστηματος VI

17 Κεφάλαιο 1 1. Το ηλεκτρικό αυτοκίνητο [1] 1.1 Εισαγωγή Τα ηλεκτρικά ή αλλιώς πράσινα οχήματα δεν είναι κάτι καινούριο. Ήδη από τις απαρχές της αυτοκίνησης, οι κατασκευαστές πάσχιζαν να παράξουν λειτουργικά ηλεκτρικά οχήματα όσο πιο οικονομικά και αποδοτικά γινόταν. Εμφανίζονται στον κόσμο πολύ περισσότερο απ' όσο θα ήμασταν ενδεχομένως έτοιμοι να παραδεχτούμε. Η ηλεκτρική ενέργεια, οικολογική και φιλική στο περιβάλλον, συνυπήρχε με τον βενζινοκινητήρα από τις πρώτες στιγμές της αυτοκίνησης, τότε που έκανε τα πρώτα δειλά βήματά της. Η ανάγκη για προστασία του περιβάλλοντος και η μείωση της εκπομπής ρύπων έχουν επιβάλει σήμερα στις συνειδήσεις μας τα υβριδικά οχήματα. 1.2 Τι ειναι το ηλεκτρικο αυτοκινητο Ηλεκτρικό αυτοκίνητο ονομάζεται το όχημα που χρησιμοποιεί για την κίνηση του αποκλειστικά ηλεκτρική ενεργεία η οποία ειναι συνήθως αποθηκευμένη σε συστοιχίες μπαταριών. Οι μπαταριές που είναι η κυρια πηγη ενεργειας των ΗΑ ειναι συνηθως επαναφορτιζομενες και χρησιμοποιουνται για να τροφοδοτήσουν ηλεκτρικές μηχανές είτε απευθείας είτε μέσω μετατροπέων, οι οποίοι με τη σειρά τους κινούν τον άξονα του αυτοκινήτου ή απευθείας τις ρόδες. Αυτό που διαφοροποιεί τα ΗΑ από τα

18 Π συμβατικά οχήματα είναι η χρήση αποκλειστικά ηλεκτρικών κινητήρων και όχι μηχανών εσωτερικής καύσης. Δεν πρέπει να συγχέεται το ηλεκτρικό αυτοκίνητο με το υβριδικό αφού το τελευταία χρησιμοποιεί ηλεκτρικούς κινητήρες σε συνδυασμό όμως με μηχανές εσωτερικής καύσης που είτε φορτίζουν τις μπαταρίες είτε συμβάλλουν απευθείας και στην κινηση σε συνδυασμό με τη φόρτιση. Τα ΗΑ είναι συνήθως επιβατικά αυτοκίνητα, ελαφριά φορτηγά, ποδήλατα, μικρά ανυψωτικά, οχήματα γκολφ και άλλα. 1.3 Η αρχή λειτουργίας του ηλεκτρικου αυτοκινητου Όπως έχει ήδη αναφερθεί τα ΗΑ εξαρτώνται κυρίως απο τον ηλεκτρικό κινητήρα και τις μπαταρίες πράγμα που μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι τα μηχανικά μέρη ενος ΗΑ διαφέρουν κατά πολύ απο αυτά ενός συμβατικού αυτοκινήτου με μηχανή εσωτερικής καύσης. Τα ΗΑ αποτελούνται από 3 κύρια μέρη, τον ελεγκτή, τις μπαταρίες και την ηλεκτρική μηχανή. Η λειτουργιά του είναι σχετικά απλή. Το πεντάλ της επιτάχυνσης συνδέεται με ένα ποτενσιόμετρο που μετρά τη δύναμη που εχει εφαρμόσει ο οδηγός στο πεντάλ. Το ποτενσιόμετρο στη συνεχεία στέλνει ένα σήμα στον ελεγκτή, ο οποίος με τη σειρά του ρυθμίζει την τάση στα άκρα της ηλεκτρικής μηχανής. 2

19 Π 1.4 Η ιστορία του ηλεκτρικού αυτοκινητου Πριν γίνει το μέσο μεταφοράς του μέλλοντος, το ηλεκτρικό αυτοκίνητο ήταν η άμαξα χωρίς άλογα του παρελθόντος. Στη στροφή λοιπόν του 20ού αιώνα, τα ηλεκτρικά οχήματα ήταν πράγματι δημοφιλέστερα από τα θορυβώδη και δύσοσμα βενζινοκίνητα αδέρφια τους. Υπάρχουν λόγοι που ο κινητήρας εσωτερικής καύσης ήταν τελικά αυτός που κυριάρχησε. Αν και ο ηλεκτρισμός ήταν από τη πρώτη στιγμή πιο καθαρός και εύκολος στη λειτουργία του, αφού δεν απαιτούσε συστήματα όπως η μετάδοση και σίγουρα είχε λιγότερα τεχνικά προβλήματα, ήταν πάντα εκτεθειμένος στην αδυναμία της τεχνολογίας να αποθηκεύσει την ηλεκτρική ενέργεια σε μεγάλες ποσότητες με μικρό βάρος. Με λίγα λόγια, οι μπαταρίες πάντα ήταν και ακόμα είναι ο λόγος που το ηλεκτροκίνητο αυτοκίνητο δεν αποτέλεσε την κυρίαρχη επιλογή. Αντίθετα, η καύση παραγώγων πετρελαιοειδών ήταν ένα βήμα λιγότερο. Απλά κουβαλούσες μαζί σου το «υλικό» που θα σου παρήγαγε την ενέργεια. Ήταν αρκετά αποδοτικό, υπήρξε σε μεγάλες ποσότητες (πολλοί λένε ότι υπάρχει ακόμα, παρά τις κατά καιρούς εξαγγελίες περί μείωσης των κοιτασμάτων) και γενικά ήταν εύκολο στη διαχείριση του. Όμως ο κινητήρας εσωτερικής καύσης είχε και έχει ένα πολύ μεγάλο μειονέκτημα. Μαυρίζει τα πνευμόνια μας και το χειρότερο από όλα, τα πιο επικίνδυνα κατάλοιπά του είναι αυτά που δεν φαίνονται, όπως οι αρωματικές ενώσεις του. Έτσι, παρά την φαινομενική αδυναμία (προς το παρόν τουλάχιστον) της τεχνολογίας να παρουσιάσει φτηνές και ελαφρές μπαταρίες, θα πρέπει να ζήσουμε με το HA το οποίο έχει επανέλθει δυναμικά στους δρόμους μας, είτε το θέλουμε είτε όχι. 3

20 Π Σχήμα 1.2 Σύντομη ιστορία ηλεκτρικών αυτοκινήτων [3] Τα πρωτα ηλεκτρικα αυτοκινητα Οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες που απαιτούνται για την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας σε ένα όχημα δεν είχαν έρθει σε λειτουργία μέχρι το 1859, με την εφεύρεση της μπαταρίας μολύβδου από τη γαλλίδα φυσικό Gaston Plante. Ο Camille Alphonse Faure, ένας άλλος Γάλλος επιστήμονας, βελτίωσε σημαντικά τον σχεδιασμό της μπαταρίας το 1881, γεγονός που αύξησε σημαντικά την ικανότητα των εν λόγω μπαταριών και οδήγησε άμεσα στην κατασκευή τους σε βιομηχανική κλίμακα. Ένα από τα πρώτα ηλεκτροκίνητα δίκυκλα που τέθηκε το 1867 στην Παγκόσμια Έκθεση στο Παρίσι από την αυστριακή εφευρέτη Franz Kravogl, αλλά κρίθηκε αναξιόπιστο για να κυκλοφορήσει στο δρόμο. Μια ακόμη εκδοχή, αυτή τη φορά με τρεις τροχούς, δοκιμάστηκε κατά μήκος ενός δρόμου στο Παρίσι τον Απρίλιο του 1881 από τον Γαλλο εφευρετη Gustave Trouvé.Ο Thomas Parker, ο οποίος ήταν υπεύθυνος για τις καινοτομίες, όπως το ηλεκτρικο μετρό του Λονδίνου, το εναέριο 4

21 Π τραμ στο Λίβερπουλ και στο Μπέρμιγχαμ, κατασκεύασε το πρώτο ηλεκτρικό αυτοκίνητο παραγωγής στο Λονδίνο το 1884, χρησιμοποιώντας τις δικές του ειδικά σχεδιασμένες επαναφορτιζόμενες, μεγάλης χωρητικότητας μπαταρίες. Το μεγαλο ενδιαφέρον του Parker για την κατασκευή των πιο αποδοτικών οχημάτων αλλά και οι επιπτώσεις της ρύπανσης στο Λονδίνο των οδήγησαν να πειραματιστεί με τα ηλεκτρικά οχήματα. Η παραγωγή του αυτοκινήτου ήταν στα χέρια της εταιρειας Elwell-Parker, που ιδρύθηκε το 1882 για την κατασκευή και πώληση των ηλεκτρικά τραμ. Η εταιρεία συγχωνεύθηκε με άλλους ανταγωνιστές της το 1888 για να σχηματίσουν την Electric Contractive Corporation. H εν λόγω εταιρεία είχε μια σχεδόν μονοπωλιακή θέση στη βρετανική αγορά ηλεκτρικών αυτοκινήτων στη δεκαετία του Η Γαλλία και το Ηνωμένο Βασίλειο ήταν οι πρώτες χώρες για να υποστηριχθεί η ευρεία ανάπτυξη των ηλεκτρικών οχημάτων. Το πρώτο ηλεκτρικό αυτοκίνητο στη Γερμανία κατασκευάστηκε από το μηχανικό Andrea Flocken το Σχήμα 1.3 Ηλεκτρικό αυτοκίνητο από τον Thomas Parker[1] 5

22 Π Ηλεκτρικά τρένα χρησιμοποιήθηκαν επίσης για τη μεταφορά άνθρακα από ορυχεία, καθώς οι κινητήρες τους δεν χρησιμοποιούσαν το πολύτιμο οξυγόνο. Πριν από την υπεροχή των κινητήρων εσωτερικής καύσης, τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα κατειχαν επίσης πολλά ρεκόρ ταχύτητας και απόστασης. Μεταξύ των πιο αξιοσημείωτων από αυτα ήταν το σπάσιμο του 100 χλμ/ώρα (62 mph), από την Camille Jenatzy στις 29 Απριλίου του 1899 με το όχημα του Jamais Contente που είχε σχήμα πυραύλου, το οποίο κατέληξε σε τελική ταχύτητα των 105,88 χλμ/ώρα (65,79 μίλια/ώρα). Επίσης, αξιοσημείωτη ήταν η σχεδίαση και κατασκευή ενός all-wheel drive ηλεκτρικού αυτοκινήτου απο τον Ferdinand Porsche, που τροφοδοτείται από ένα κινητήρα σε κάθε τροχό, το οποίο επίσης έσπασε πολλά ρεκόρ στα χέρια του ιδιοκτήτη του EW Χαρτ. Το πρώτο αμερικανικο ηλεκτρικό αυτοκίνητο αναπτύχθηκε το από τον William Morrison, το όχημα ήταν ένα βαγόνι έξι θέσεων ικανό να φτάνει ταχύτητα 14 μίλια ανά ώρα (23 km / h). Το 1895 που οι Αμερικάνο άρχισαν να δινουν προσοχή σε ηλεκτρικά οχήματα στις ΗΠΑ, από εκείνο το σημείο, οι Ευρωπαίοι είχαν κάνει ήδη χρήση ηλεκτρικών τρίκυκλων, ποδήλατων και αυτοκινήτων για σχεδόν 15 χρόνια Η χρυση εποχη των ηλεκτρικων αυτοκινητων Το ενδιαφέρον για τα μηχανοκίνητα οχήματα θα αυξηθεί σημαντικά στα τέλη της δεκαετίας του 1890 και στις αρχές του Ηλεκτρικά ταξί έγιναν διαθέσιμα στα τέλη του 19ου αιώνα. Στο Λονδίνο, ο Walter C. Bersey σχεδίασε ένα στόλο αυτών των ταξί και τα εισήγαγε στους δρόμους του Λονδίνου το Λόγω του βουητού που έκαναν τους έχει δοθεί το παρατσούκλι «Κολίμπρια». Την ίδια χρονιά στη Νέα Υόρκη μια εταιρεία άρχισε να τρέχει 12 ηλεκτρικά ταξί. Η εταιρεία λειτούργησε μέχρι το 1898 με έως 62 καμπίνες σε λειτουργία. 6

23 Π Σχήμα 1.4 Λονδίνο στόλος ηλεκτρικών ταξί[1] Το 1911, το πρώτο υβριδικό αυτοκίνητο κυκλοφόρησε από το Woods Motor Vehicle Company of Chicago. Ήταν όμως μια εμπορική αποτυχία, καθώς αποδείχθηκε πολύ αργό για την τιμή του, και είναι πολύ δύσκολο στην συντήρηση. Λόγω των τεχνολογικών περιορισμών και την έλλειψη των τρανζίστορ, η τελική ταχύτητα των πρώτων ηλεκτρικών αυτοκινήτων περιοριζόταν σε περίπου 32 χλμ/ώρα (20 mph). Παρά την αργή ταχύτητα, τα ηλεκτρικά οχήματα είχαν μια σειρά από πλεονεκτήματα σε σχέση με τους ανταγωνιστές τους στις αρχες του Δεν είχαν τη δόνηση, τη μυρωδιά, και το θόρυβο που των αυτοκίνητων βενζίνης. Επίσης, δεν απαιτούσαν αλλαγές ταχυτήτων. (Ενώ τα ατμοκίνητα αυτοκινήτα δεν είχαν επίσης καμία αλλαγή ταχυτήτων, υπέφεραν όμως από μεγάλους χρόνους εκκίνησης έως και 45 λεπτά για τα κρύα πρωινά). Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα προτιμήθηκαν επίσης επειδή δεν απαιτούσαν καμιά προσπάθεια με το χέρι για να ξεκινήσουν, εν αντιθεσει των βενζινοκίνητων που 7

24 Π έκαναν χρήση μανιβέλας για την εκκίνηση του κινητήρα. Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα βρήκαν δημοτικότητα σε εύπορους πελάτες που τα χρησιμοποιούσαν ως αυτοκίνητα πόλης αφού η μικρή αυτονομία εκεί δεν ήταν πρόβλημα. Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα είχαν απήχηση σε γυναίκες οδηγούς λόγω της ευκολίας στη χρηση τους. Έτσι τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα στιγματιστηκαν ότι ήταν «αυτοκίνητα των γυναικών», οδηγώντας έτσι ορισμένες εταιρείες να τοποθετούν ψυγεία στη μετώπη για να μην ξεχωρίζουν πολύ από τα βενζινοκίνητα. Η αποδοχή των ηλεκτρικών αυτοκινήτων αρχικά εμποδίστηκε από την έλλειψη υποδομών ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά από το 1912, πολλά σπίτια συνδεθηκαν με την ηλεκτρική ενέργεια, επιτρέποντας ετσι μια απότομη αύξηση της δημοτικότητας των αυτοκινήτων. Στην αλλαγή του αιώνα, το 40 τοις εκατό των αμερικανικών αυτοκινήτων τροφοδοτουνταν με ατμό, το 38 τοις εκατό από ηλεκτρική ενέργεια, και 22 τοις εκατό από τη βενζίνη ηλεκτρικά αυτοκίνητα καταγράφηκαν στις Ηνωμένες Πολιτείες, και η Αμερική έγινε η χώρα όπου ηλεκτρικά αυτοκίνητα είχαν κερδίσει την ευρύτερη αποδοχή του κοινού. Τα περισσότερα ηλεκτρικά οχήματα ήταν απο νωρις τεράστια, πολυτελη και σχεδιασμενα για τους πελάτες της ανώτερης τάξης στην οποία ήταν δημοφιλή. Οι πωλήσεις ηλεκτρικών αυτοκινήτων κορυφώθηκε στις αρχές της δεκαετίας του Για να ξεπεραστεί το περιορισμένο εύρος λειτουργίας των ηλεκτρικών οχημάτων, καθώς και την έλλειψη υποδομών επαναφόρτισης, μια υπηρεσία ανταλλαγης μπαταρίων προτάθηκε για πρώτη φορά το Η υπηρεσια τέθηκε για πρώτη φορά σε εφαρμογή από Χάρτφορντ Electric Light Company. Ο ιδιοκτήτης του οχήματος αγόρασε το όχημα από το Γενικό εταιρικό όχημα (GVC, θυγατρική της General Electric Company) χωρίς μπαταρία και η ηλεκτρική ενέργεια αγοράζεται από Χάρτφορντ Ηλεκτρικά μέσω ενός ανταλλακτικού συσσωρευτή. Ο ιδιοκτήτης κατέβαλε ενα μεταβλητο ποσο ανά μίλι φορτίο και μια μηνιαία αμοιβή υπηρεσιών για να καλύψει τη συντήρηση και την αποθήκευση του οχηματος. Και τα οχήματα και οι 8

25 Π μπαταρίες τροποποιήθηκαν για να διευκολύνουν την ταχεία ανταλλαγή της μπαταρίας. Η υπηρεσία αυτή παρεχόταν μεταξύ και κατά τη διάρκεια αυτής της κάλυψε πάνω από μίλια. Αρχίζοντας το 1917 μια παρόμοια επιτυχημένη υπηρεσία λειτούργησε στο Σικάγο για τους ιδιοκτήτες που επίσης θα μπορούσαν να αγοράσουν το όχημα χωρίς τις μπαταρίες Η παρακμή Μετά την επιτυχία στις αρχές του 20ου αιώνα, το ηλεκτρικό αυτοκίνητο άρχισε να χάνει τη θέση του στην αγορά του αυτοκινήτου. Μια σειρά από εξελίξεις συνέβαλαν σε αυτή την κατάσταση. Από το 1920 η βελτίωση των οδικών υποδομών που απαιτούνται οχήματα με μεγαλύτερη εμβέλεια από εκείνη που προσεφεραν τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Παγκόσμιες ανακαλύψεις μεγάλων κοιτασμάτων πετρελαίου οδήγησαν στην ευρεία διαθεσιμότητα προσιτής βενζίνης, καθιστώντας τα συμβατικα αυτοκίνητα ποιο οικονιμκα λειτουργοντας για μεγάλες αποστάσεις. Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα περιορίζονταν σε αστική χρήση με αργή ταχύτητα (όχι περισσότερο από km / h ή mph.) και χαμηλή αυτονομία (30-40 μίλια ή χιλιόμετρα [24]), Τα αυτοκίνητα βενζίνης ήταν πλέον σε θέση να ταξιδέψουν πιο μακριά και πιο γρήγορα από τα αντίστοιχα ηλεκτρικά. Τα βενζινοκινητα αυτοκινητα έγιναν πιο ευκολα απο ποτε να λειτουργούν χάρη στην εφεύρεση του ηλεκτρικού εκκινητή γνωστο και ως μιζα από τον Charles Kettering το 1912, η οποία εξάλειψε την ανάγκη χρησης μανιβέλας για την εκκίνηση ενός κινητήρα βενζίνης, Ο θόρυβος που εκπέμπουν έγινε πιο υποφερτος χάρη στην χρήση της εξατμισης, που είχε εφεύρει το 1897 ο Hiram Percy Maxim. Τέλος, η έναρξη της μαζικής παραγωγής των οχημάτων με βενζινη από τον Henry Ford έφερε την τιμή τους προς τα κάτω. Αντίθετα, η τιμή των παρόμοιων ηλεκτρικών οχημάτων 9

26 Π συνέχισαν να αυξάνονται.το 1912, ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο που πωλείται για σχεδόν διπλάσια από την τιμή ενός αυτοκινήτου με βενζίνη. Οι περισσότερες εταιρείες σταμάτησαν την παραγωγή ηλεκτρικών αυτοκινήτων σε κάποιο σημείο στη δεκαετία του Ηλεκτρικά οχήματα έγιναν δημοφιλή για ορισμένες εφαρμογές όπου το περιορισμένο εύρος τους δεν δημιουργούσε σημαντικά προβλήματα. Περονοφόρα ανυψωτικά οχήματα ήταν ηλεκτροκίνητα όταν εισήχθησαν από το Yale το Στην Ευρώπη, και ειδικά στο Ηνωμένο Βασίλειο, τα αυτοκίνητα διανομής γάλακτος στα σπίτια ήταν κατα πλειοψηφία ηλεκτροκίνητα. Ηλεκτρικά αμαξάκια του γκολφ παρήχθησαν από Lektro γύρω στο Από το 1920, η πρώιμη ακμή των ηλεκτρικών αυτοκινήτων είχε περάσει, και μια δεκαετία αργότερα, η ηλεκτρικη αυτοκινητοβιομηχανία είχε ουσιαστικά εξαλειφθεί. Τα χρόνια πέρασαν χωρίς σημαντική ανάκαμψη στη χρήση των ηλεκτρικών αυτοκινήτων. Ευρωπαϊκές χώρες εξαρτημένες πλέον από τα ορυκτά καύσιμα αγωνίζομενες στον Β Παγκόσμιο Πόλεμο πειραματιστηκαν με ηλεκτρικά αυτοκίνητα (όπως τα βρετανικά οχηματα για το γάλα και το γαλλικό αυτοκίνητο Breguet Αεροπορίας), αλλά σε γενικές γραμμές, ενώ η ανάπτυξη ICE προχώρησε με γρήγορους ρυθμούς, αυτή των ηλεκτρικών οχημάτων παρέμεινε στάσιμη. Στα τέλη του 1950, ο Henney Coachworks και η Εθνική Ένωση Electric Company σχημάτισαν μια κοινοπραξία για την παραγωγή ενός νέου ηλεκτρικό αυτοκίνητο, το Henney κιλοβάτ, με βάση την ευρωπαϊκή Renault Dauphine. Το αυτοκίνητο παρήχθη σε εκδοσεις των 36 βολτ και 72 βολτ.τα μοντέλα 72-volt είχαν τελική ταχύτητα που πλησιάζει 96 χλμ/ώρα (60 mph) και μπορούσαν να ταξιδέψουν για περίπου μία ώρα με μία μόνο φόρτιση. Παρά τις βελτιωμένες επιδόσεις του σε σχέση με τα προηγούμενα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, οι καταναλωτές το βρήκαν πάρα πολύ ακριβό σε σύγκριση με τα βενζινοκίνητα αυτοκίνητα εκεινης τη εποχης, και η παραγωγή έληξε το

27 Π Σχήμα 1.5 Ηλεκτρικό αυτοκίνητο από τον Henney Coachworks[1] Το 1959, η American Motors Corporation (AMC) και η Sonotone Corporation ανακοίνωσε μια κοινή ερευνητική προσπάθεια για να εξετάσουν την παραγωγή ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου που τροφοδοτείται από μια «αυτο-φόρτιζομενη» μπαταρίας. Η AMC είχε τη φήμη της καινοτομία σε οικονομικά αυτοκίνητα, ενώ η Sonotone είχε την τεχνολογία για την κατασκευή μπαταριών νικελίου-καδμίου, η οποία θα μπορούσε να επαναφορτιστεί γρήγορα και ζύγιζε λιγότερο από τις παραδοσιακές εκδόσεις μολύβδου-οξέος. Την ίδια χρονιά, η Nu-Way Βιομηχανια παρουσίασε ένα πειραματικό ηλεκτρικό αυτοκίνητο με ένα μονοκόμματο πλαστικό σώμα που επρόκειτο να αρχίσει την παραγωγή στις αρχές του Οι ΗΠΑ και τρεις μεγάλες Καναδέζικες αυτοκινητοβιομηχανίες είχαν τα δικά τους προγράμματα για ηλεκτρικό αυτοκίνητο κατά τα τέλη της δεκαετίας του Το 1967, η AMC συνεργάζεται με την Gulton για να αναπτύξουν μια νέα μπαταρία στη βάση του λιθίου και ένα σύστημα ελέγχου ταχύτητας που σχεδιάστηκε από τον Victor Wouk. Στις 31 Ιουλίου του 1971, ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο πήρε τη μοναδική διάκριση να γίνει το πρώτο επανδρωμένο όχημα που θα οδηγηθεί στη Σελήνη. Το 11

28 Π αυτοκίνητο ήταν το σεληνιακό όχημα, το οποίο αναπτύχθηκε για πρώτη φορά κατά τη διάρκεια της αποστολής Apollo 15. Το «Μoon buggy» αναπτύχθηκε από την Boeing και την GM θυγατρική Delco Ηλεκτρονικά (συν-ιδρύθηκε από Kettering) και ειχε έναν κινητήρα συνεχούς ρεύματος σε κάθε τροχό, και ένα ζευγάρι των 36-volt μη επαναφοριομενες μπαταριες υδροξειδίου του καλίου αργύρου-ψευδαργύρου Σχήμα 1.6 Αpollo[1] Η αναβίωση του ενδιαφέροντος Μετά από χρόνια μακριά από τα φώτα της δημοσιότητας, οι ενεργειακές κρίσεις της δεκαετίας του 1970 και του 1980 επέφεραν ανανεωμένο το ενδιαφέρον για τα ηλεκτρικα αυτοκινητα στην αντίληψη της ανεξαρτησίας απο τους υδρογονανθρακεςίνητα. Στο 1990 στο Λος Άντζελες Auto Show ο Roger Smith προεδρος της GM ανακοίνωσε ότι η GM θα κατασκευάσει ηλεκτρικά αυτοκίνητα προς πώληση στο κοινό. 12

29 Π Στις αρχές της δεκαετίας του 1990, το California Air Resources Board (CARB), ξεκίνησε μια πολιτικη για πιο αποδοτικα οχημάτα, χαμηλότερων εκπομπων ρυπων, με απώτερο στόχο τα οχήματα με μηδενικές εκπομπές όπως τα ηλεκτρικά οχήματα. Ως απάντηση, οι αυτοκινητοβιομηχανίες που ανεπτυξαν ηλεκτρικά μοντέλα, συμπεριλαμβανομένης της Chrysler TEVan, Ford Ranger EV φορτηγό, GM EV1 και S10 EV pickup, η Honda EV Plus hatchback, η Nissan λιθίου Altra EV και Toyota RAV4 EV. Οι αυτοκινητοβιομηχανίες είχαν κατηγορηθεί για υπόθαλψη συμφωνα με τις επιθυμίες πετελαιοπαραγωγων, ώστε να συνεχίσουν να έχουν τη δυνατότητα να πωλούν αυτοκίνητα στην προσοδοφόρα αγορα της Καλιφόρνιας, και οτι δεν προωθουσαν επαρκώς τα ηλεκτρικά οχήματα τους, προκειμένου να δημιουργήσουν την εντύπωση ότι οι καταναλωτές δεν ενδιαφέρονται για τα αυτοκίνητα.ενω διαμαρτυριες απο λομπιστες του πετρελαιου εθεσαν το προγραμμα αυτο σε περιορισμο. Σε μια ασυνήθιστη κίνηση, δεν επετρεπαν στους καταναλωτες να αγοραζουν, αλλά αντίθετα καλούνται να υπογράψουν μισθώσεις, πράγμα που σημαίνει ότι τα αυτοκίνητα έπρεπε να επιστραφούν στην GM στο τέλος της περιόδου μίσθωσης, χωρίς δικαίωμα εξαγοράς ακομα και αν ηθελαν.η Chrysler, η Toyota, και μια ομάδα της GM αντιπροσώπους μήνυσε την CARB στο ομοσπονδιακό δικαστήριο, που οδηγησε στην τελική στείρωση της CARB. Μετά από δημόσιες διαμαρτυρίες από ομάδες οδηγών EV, η Toyota προσφέρει την τελευταία 328 RAV4-ΕΕΥ για πώληση στο ευρύ κοινό, επί έξι μήνες, μέχρι τις 22 Νοεμβρίου

30 Π Σχήμα 1.7 Toyota Rav ev[1] Σχεδόν όλα τα άλλα ηλεκτρικά αυτοκίνητα παραγωγής αποσύρθηκαν από την της αγοράς και, σε ορισμένες περιπτώσεις φαίνεται να καταστραφηκαν από τους κατασκευαστές τους. Η Toyota συνεχίζει να στηρίζει τους αρκετους εκατοντάδες ιδιοκτητες Toyota RAV4 EV. Η GM απενεργοποίησε τους λίγους EV1S που δόθηκαν δωρεάν σε σχολεία και μουσεία. Καθ' όλη τη δεκαετία του 1990, το ενδιαφέρον για οικονομικα ή φιλικά προς το περιβάλλον αυτοκίνητα μειώθηκε ανάμεσα στους Αμερικανούς, οι οποίοι στραφηκαν σε γρηγορα ενεργοβορα οχήματα, τα οποία ήταν προσιτό στη λειτουργια τους παρά την κακή απόδοση των καυσίμων τους χάρη στις χαμηλότερες τιμές της βενζίνης. Οι Αμερικανικες αυτοκινητοβιομηχανίες επέλεξαν να εστιάσουν τις γραμμες παραγωγης τους γύρω απο φορτηγά οχήματα στα οποια απολάμβαναν μεγαλύτερα περιθώρια κέρδους από τα μικρότερα αυτοκίνητα τα οποία προτιμώνται σε μέρη όπως η Ευρώπη ή την Ιαπωνία. Το 1999, το υβριδικό αυτοκίνητο Honda Insight έγινε το πρώτο υβριδικό που πωλούνταν στη Βόρεια Αμερική μετα το ελάχιστα γνωστό υβριδικό Woods του Τα υβριδικά ηλεκτρικά οχήματα, το οποίο χαρακτήριζονταν απο το συνδυασμο βενζίνη ς και ηλεκτρικου σύστηματος κίνησης, θεωρήθηκαν ως μια ισορροπία, 14

31 Π προσφέροντας μια φιλική προς το περιβάλλον εικόνα και βελτιωμένη οικονομία καυσίμου, χωρίς να παρεμποδίζονται από τη χαμηλή αυτονομια των ηλεκτρικών οχημάτων, αν και σε αυξημένη τιμή σε σχέση με συγκρίσιμα τα βενζινοκίνητα αυτοκίνητα. Οι πωλήσεις ήταν κακές λόγω της έλλειψης ενδιαφέροντος για μικρού μέγεθους αυτοκινητα και της μη αναγκαιότητας για οικονομικα αυτοκίνητα σε καύσιμα εκεινη την εποχη. Η ενεργειακή κρίση της 10ετιας του 2000 έφερε ανανεωμένο ενδιαφέρον για τα υβριδικά και ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Στην Αμερική, οι πωλήσεις της Toyota Prius (που είχε προς πώληση από το 1999 σε ορισμένες αγορές) εκτοξεύθηκε, και μια σειρα από αυτοκινητοβιομηχανίες ακολούθησαν, απελευθερώνοντας δικά τους υβριδικά μοντέλα Αρκετές άρχισαν να παράγουν νέα πρωτότυπα ηλεκτρικα αυτοκίνητα, καθώς οι καταναλωτές ζητουσαν αυτοκίνητα που θα τους ελευθέρωναν από τις διακυμάνσεις των τιμών του πετρελαίου. Σε απάντηση στην έλλειψη της συμμετοχής μεγάλης αυτοκινητοβιομηχανίας στην ηλεκτρική αυτοκινητοβιομηχανία, μια σειρά από μικρές εταιρείες μπαίνουν στο παιχνίδι για το σχεδιασμό και την εμπορία ηλεκτρικών αυτοκινήτων για το κοινό. Τα περισσότερα ηλεκτρικά οχήματα στον κόσμο χρησιμοποιηθηκαν σε δρόμους χαμηλής ταχύτητας οπως οι γειτονιες. Η Pike Research υπολόγισε οτι υπήρχαν περίπου παγκόσμια στους δρόμους το Από τον Ιούλιο του 2006, υπήρχαν μεταξύ και οχήματα σε χρήση στις Ηνωμένες Πολιτείες, από περίπου το Tα GME οχήματα ήταν αυτά με τις περισσότερες μονάδες περίπου που πωλούνται σε όλο τον κόσμο από τα μέσα του

32 Π Σχήμα 1.8 gem neighborhood[1] Στον κόσμο οι δύο μεγαλύτερες αγορές NEV το 2011 ήταν οι Ηνωμένες Πολιτείες, με μονάδες πωλούνται, και η Γαλλία, με μονάδες. Άλλα μικρά ηλεκτρικά αυτοκίνητα που πωλούνταν στην Ευρώπη ήταν η Kewet, από το 1991, και αντικαταστάθηκε από τον Buddy, που ξεκίνησε το Επίσης, το think city ξεκίνησε το 2008, αλλά η παραγωγή διακόπηκε λόγω οικονομικών δυσκολιών. H παραγωγή επανεκκίνηθηκε στη Φινλανδία το Δεκέμβριο του Η Τhink πωλήθηκε σε αρκετές ευρωπαϊκές χώρες και στις ΗΠΑ. Τον Ιούνιο του 2011 η Think Global κήρυξε πτώχευση και η παραγωγή σταμάτησε.ο νέος ιδιοκτήτης έχει προγραμματισει να ξαναρχίσουν την παραγωγή στις αρχές του 2012 με μια εκλεπτυσμένη Think City. Σε όλο τον κόσμο οι πωλήσεις ανήλθαν στα μονάδες μέχρι το Μάρτιο του Συνολικά χαμηλής ταχύτητας μικρά ηλεκτρικά αυτοκίνητα πωλήθηκαν στην Κίνα το 2013, τα περισσότερα από τα οποία τροφοδοτούνταν από μπαταρίες μολύβδου-οξέος. Αυτά τα ηλεκτρικά οχήματα που δεν θεωρούνται από την κυβέρνηση ως νέα ενεργειακά οχήματα, λόγω της ασφάλειας και των 16

33 Π περιβαλλοντικών ανησυχιών, και, κατά συνέπεια, δεν απολαμβάνουν τα ίδια οφέλη με αλλα ηλεκτρικα που η κυκλοφορια τους επιτρεποταν σε όλους τους δρόμους. Σχήμα 1.9 Think city Νορβηγία[1] Η παγκόσμια οικονομική ύφεση στα τέλη της δεκαετίας του 2000 οδήγησε σε αύξηση των εκκλήσεων προς τις αυτοκινητοβιομηχανίες να εγκαταλείψουν τα ενεργοβόρα SUV, που θεωρείται ως ένα σύμβολο της υπέρβασης που προκάλεσε την ύφεση, υπέρ των μικρών αυτοκινήτων των υβριδικών και των ηλεκτρικών. Η κατασκευάστρια ηλεκτρικών αυτοκινήτων Tesla Motors άρχισε να αναπτυσει το Tesla Roadster το οποίο προσφερθηκε για πρώτη φορά στους πελάτες το Το Roadster ήταν το πρώτο ηλεκτρικό όχημα εθνικής οδού με δυνατότητα μαζικής παραγωγής που διατίθεται στις Ηνωμένες Πολιτείες. Από το 2008 ο Tesla έχει πουλήσει περισσότερα από Roadsters σε 31 χώρες έως το Δεκέμβριο του Το Roadster ήταν επίσης το πρώτο αυτοκίνητο παραγωγής που χρησιμοποιούν μπαταρίες ιόντων λιθίου και μπορει να ταξιδέψει πάνω από 200 μίλια (320 χλμ) ανά φόρτιση. Η Tesla πούλησε το Roadster, μέχρι τις αρχές του 2012 και σταμάτησε να παίρνει παραγγελίες στην αγορά των ΗΠΑ τον Αύγουστο του 2011, και το 2012 Tesla Roadster θα πωλείται σε περιορισμένο αριθμό μόνο στην Ευρώπη, την Ασία και την Αυστραλία. Το επόμενης γενιάς εισηχθεί το 2014, αλλά οι παραδόσεις λιανικής ξεκίνησαν στις ΗΠΑ στις 22 Ιουνίου του 2012 και η πρώτη παράδοση της Model S σε 17

34 Π έναν πελάτη λιανικής στην Ευρώπη έλαβε χώρα στις 7 Αυγούστου του Οι παραδόσεις στην Κίνα ξεκίνησαν στις 22 Απριλίου, Το επόμενο μοντέλο αναμένεται, το μοντέλο X. Νοέμβριο του 2014 ο Τέσλα καθυστέρησε για μια ακόμη φορά από την έναρξη των παραδόσεων στους πελάτες λιανικής, και ανακοίνωσε η εταιρεία αναμένει παραδόσεις μοντέλο X για να ξεκινήσει το τρίτο τρίμηνο του Σχήμα 1.10 Tesla Roadster[1] Το Mitsubishi i-miev ξεκίνησε στην Ιαπωνία για τους πελάτες του στόλου τον Ιούλιο του 2009, καθώς και για μεμονωμένους πελάτες τον Απρίλιο του 2010 και ακολούθησαν πωλήσεις προς το κοινό στο Χονγκ Κονγκ το Μάιο του 2010, και την Αυστραλία τον Ιούλιο 2010 μέσω χρηματοδοτικής μίσθωσης. Το i-miev ξεκίνησε στην Ευρώπη τον Δεκέμβριο του 2010, συμπεριλαμβανομένης και μιας rebadged έκδοση που πωλούνται στην Ευρώπη, όπως η Peugeot ion και Citroën C-Zero. Η έναρξη της αγοράς στην Αμερική άρχισε στην Κόστα Ρίκα το Φεβρουάριο του 2011, ακολουθούμενη από τη Χιλή το Μάιο του Οι παραδόσεις σε πελάτες λιανικής 18

35 Π στις ΗΠΑ και τον Καναδά άρχισαν τον Δεκέμβριο του 2011.Η Mitsubishi αναφέρει περίπου μονάδες να πωλούνται ή να εξάγονται από το 2009 έως και το Δεκέμβριο του 2012, συμπεριλαμβανομένων των Bersey minicab που πωλούνται στην Ιαπωνία, και τις μονάδες rebadged που πωλούνται ως Peugeot ion και Citroën C-Zero στην ευρωπαϊκή αγορά. Ηγέτες σε αρκετές μεγάλες αυτοκινητοβιομηχανίες, συμπεριλαμβανομένης της Nissan και της General Motors, έχουν δηλώσει ότι το Roadster ήταν ένας καταλύτης που κατέδειξε ότι υπάρχει συσσωρευμένη ζήτηση των καταναλωτών για πιο αποδοτικά οχήματα. Ο αντιπρόεδρος της GM Bob Lutz, δήλωσε το 2007 ότι το Tesla Roadster τον ενέπνευσε να πιέσει την GM για την ανάπτυξη του Chevrolet Volt, ένα plug-in υβριδικό πρωτότυπο σεντάν που έχει ως στόχο να το μεριδιο της αγορας που ειχε χασει η μεγαλύτερη αυτοκινητοβιομηχανία της Αμερικής. Σε μια έκδοση του Αυγούστου 2009 του The New Yorker, Lutz ήταν εισηγμένες όπως λέει. Το πιο άμεσο αποτέλεσμα αυτού ήταν η ανακοίνωση 2010 της παρουσιασης του Chevrolet Volt, ένα plug-in υβριδικό αυτοκίνητο που αντιπροσωπεύει την εξέλιξη της τεχνολογιας για πρώτη φορά από την GM EV1 της δεκαετίας του Το Volt μπορεί να ταξιδέψει μέχρι και 40 μίλια (64 χιλιόμετρα) μόνο με την μπαταρία πριν από την ενεργοποίηση του βενζινοκίνητηρα ο οποιος μεσω μιας γεννήτριας επαναφορτίζει τις μπαταρίες του. Οι παραδόσεις του Volt ξεκίνησαν στις Ηνωμένες Πολιτείες τον Δεκέμβριο του 2010, και από τα τέλη του 2011 κυκλοφόρησε στον Καναδά και την Ευρώπη. Οι παραδόσεις της αδελφό του, Opel Ampera, ξεκίνησαν στην Ευρώπη Φεβρουαρίου

36 Π Σχήμα 1.11 Chevrolet EV[1] Το πρώτο Nissan Leaf παραδοθεί στις ΗΠΑ πήγε σε έναν πελάτη στο San Francisco Bay Area. Το Nissan Leaf παρουσιάστηκε στην Ιαπωνία και τις Ηνωμένες Πολιτείες τον Δεκέμβριο του 2010, έγινε το πρώτο σύγχρονο ηλεκτρικό αυτοκινητο με μηδενικές εκπομπές ρυπων πεντάθυρο οικογενειακό hatchback που παρηχθεί για μαζική αγορά από έναν μεγάλο κατασκευαστή.από τον Ιανουάριο του 2013, το Leaf είναι επίσης διαθέσιμο στην Αυστραλία, ο Καναδάς και 17 χώρες της Ευρώπης. 20

37 Π Σχήμα 1.12 Nissan Leaf[1] Το δίκτυο Better Place ήταν η πρώτη σύγχρονη εμπορική ανάπτυξη του μοντέλου ανταλλαγης μπαταριων. Το Fluence Z.E. Renault ήταν το πρώτο ηλεκτρικό αυτοκίνητο μαζικής παραγωγής με αποσπώμενη μπαταρία και άρχισε να πωλειται στο Ισραήλ και τη Δανία. Η Better Place ξεκίνησε το πρώτο σταθμό ανταλλαγης μπαταρίων στο Ισραήλ, στην Kiryat Έκρον, κοντά στο Rehovot τον Μάρτιο του Η διαδικασία ανταλλαγής μπαταριών επαιρνε πέντε λεπτά. 21

38 Π Σχήμα 1.13 Δίκτυο Better Place[1] Από τον Δεκέμβριο του 2012, υπήρχαν 17 τετοιοι σταθμοί σε πλήρη λειτουργία στη Δανία επιτρέποντας στους πελάτες να οδηγούν σε ολόκληρη τη χώρα ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο. Μέχρι τα τέλη του 2012, η εταιρεία άρχισε αντιμετωπιζει οικονομικές δυσκολίες, και αποφάσισε να θέσει σε αναμονή την ανάπτυξη και εγκατάσταση στην Αυστραλία και τη μείωση των μη βασικών δραστηριοτήτων της στη Βόρεια Αμερική, καθώς η εταιρεία αποφάσισε να επικεντρώσει τους πόρους της στις δύο υφιστάμενες αγορές της. Στις 26 Μαΐου 2013, BYTE Police κήρυξε πτώχευση στο Ισραήλ.Οι οικονομικές δυσχέρειες της εταιρείας προκλήθηκαν από τις υψηλές επενδύσεις που απαιτούνται για την ανάπτυξη της υποδομής φόρτισης ανταλλαγης. Μοντέλα που κυκλοφόρησαν στην αγορά το 2012 και το 2013 περιλαμβάνουν την BMW ActiveE, Coda, το Renault Fluence ZE, ο Tesla Model S, η Honda Fit EV, Toyota RAV4 EV, η Renault Zoe, Roewe E50, Mahindra e2o, Chevrolet Spark EV, η Mercedes-Benz SLS AMG electric drive, Fiat 500E, Volkswagen e-up, BMW i3, και Kandi EV. Το Tesla Model S κατατάσσεται ως το κορυφαίο σε πωλήσεις plug-in ηλεκτρικό αυτοκίνητο στη Βόρεια Αμερική κατά τη διάρκεια του πρώτου τριμήνου 22

39 Π του 2013, με αυτοκίνητα να πωλούνται, μπροστά από το Chevrolet Volt (4421) και το Nissan Leaf (3695). Στην ευρωπαϊκή αγορα οι παραδόσεις λιανικής του Tesla Model S ξεκίνησαν στο Όσλο, τον Αύγουστο του 2013,και κατά τη διάρκεια του πρώτου μήνα στην αγορά, το μοντέλο S κατατάσσεται ως το κορυφαίαο σε πωλήσεις αυτοκινήτο στη Νορβηγία με 616 μονάδες να παραδίδονται, αντιπροσωπεύοντας το 5,1% του συνόλου των νέων αυτοκίνητων που πωλούνται στη χώρα τον Σεπτέμβριο του 2013, για να γίνει το πρώτο ηλεκτρικό αυτοκίνητο στην κορυφή των πωλήσεων νέων αυτοκινήτων σε κάθε χώρα, και συμβάλλοντας σε ένα μερίδιο ρεκόρ αγοράς ηλεκτρικών αυτοκινήτων κατά 8,6% των πωλήσεων νέων αυτοκινήτων κατά το μήνα αυτό.τον Οκτώβριο του 2013,το ηλεκτρικό αυτοκίνητο ηταν το καλύτερο σε πωλήσεις αυτοκινήτων στη χώρα για δεύτερο μήνα στη σειρά. Αυτή τη φορά ήταν η Nissan Leaf με 716 μονάδες που πωλούνται, αντιπροσωπεύοντας το 5,6% των πωλήσεων νέων αυτοκινήτων το μήνα αυτό. Παραδοσεις λιανικης της BMW i3 ξεκίνησαν στην Ευρώπη το Νοέμβριο του 2013.Η i3 κατατάσσεται ως η τρίτη καλύτερη πώληση ηλεκτρικό αυτοκίνητο το Το Renault-Nissan Alliance φτάσει παγκόσμιως σε πωλήσεις τις τον Ιούλιο του Ο 100,000ος πελατης ήταν ενας φοιτητής των ΗΠΑ.Στα μέσα Ιανουαρίου 2014 οι παγκόσμιες πωλήσεις του φθάνουν το ορόσημο , αντιπροσωπεύοντας το 45% του μεριδιου της παγκόσμιας αγορας αμιγώς ηλεκτρικων οχήματων που πωλούνται από το

40 Π Σχήμα 1.14 BMW i3[1] Από τον Ιούνιο του 2014 υπήρχαν πάνω από ηλεκτρικά επιβατικά αυτοκίνητα και ελαφρά φορτηγά σε χρηση στον κόσμο, με τις ΗΠΑ κορυφαίους plug-in πωλήσεις ηλεκτρικών αυτοκινήτων, με μερίδιο 45% των παγκόσμιων πωλήσεων.τον Σεπτέμβριο του 2014, οι πωλήσεις των plug-in ηλεκτρικών αυτοκινήτων στις Ηνωμένες Πολιτείες έφθασε το ορόσημο των μονάδων. Οι παγκόσμιες αθροιστικές πωλήσεις του Tesla Model S ειχαν περάσει το ορόσημο των μονάδων τον Οκτώβριο του Τον Νοέμβριο του 2014, η Renault-Nissan Alliance φθάνει όλα τα ηλεκτρικά οχήματα παραδόθηκαν σε παγκόσμιο επίπεδο, που αντιπροσωπεύει μερίδιο 58% του παγκόσμιου τμήματος της αγοράς. Κορυφαία σε πωλήσεις στον κόσμο για το 2014 ήταν το Nissan Leaf (61.507), Tesla Model S (31.655), η BMW i3 (16.052), και το Renault Zoe (11.323). Τον Μάιο του 2015, οι παγκόσμιες πωλήσεις νομιμων ηλεκτρικων επιβατικων αυτοκινητων καθως και ελαφριων επαγγελματικά οχήματων ειχαν περάσει το ορόσημο των μονάδων μετρωντας απο το Από αυτές, η Nissan αντιπροσωπεύει 24

41 Π περίπου το 35%, Tesla Motors περίπου 15%, και η Mitsubishi περίπου 10 %.Επίσης το Μάιο του 2015, η Renault Zoe και η BMW i3 πέρασαν τις και τον Ιούνιο του 2015 οι παγκόσμιες πωλήσεις του Model S ειχαν περάσει το ορόσημο των μονάδων. Μέχρι τις αρχές Ιουνίου 2015, η Renault-Nissan Alliance συνέχισε ως ο μεγαλύτερος κατασκευαστής ηλεκτρικών οχημάτων με παγκόσμιες πωλήσεις πάνω από αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα που αντιπροσωπεύουν περίπου το ήμισυ της παγκόσμιας αγοράς. Μέχρι τα μέσα Σεπτεμβρίου 2015, το συνολικό απόθεμα ηλεκτρικων επιβατικων αυτοκίνητων και ελαφρων φορτηγων πέρασαν το ορόσημο του ενός εκατομμυρίου πωλήσεων, με τα καθαρά ηλεκτρικά να αποτελουν περίπου το 62% των παγκόσμιων πωλήσεων. Οι Ηνωμένες Πολιτείες σε ηγετική θέση στην αγορά με απόθεμα πάνω από ηλεκτρικά αυτοκίνητα που παραδίδονται από το 2008 έως τον Αύγουστο του 2015, αντιπροσωπεύοντας το 36,3% των παγκόσμιων πωλήσεων. Η Καλιφόρνια είναι η μεγαλύτερη αμερικανική περιφερειακή αγορά ΗΑ, με περισσότερους από μονάδες να πωλουνται μεταξύ του Δεκεμβρίου 2010 και Ιουνίου 2015 αντιπροσωπεύουν το 46,5% του συνόλου των αυτοκίνητων που πωλούνται στις ΗΠΑ. Μέχρι τον Δεκέμβριο του 2014 η Καλιφόρνια δεν είχε μόνο περισσότερο ηλεκτρικά οχήματα από οποιοδήποτε άλλο αμερικανικό κράτος, αλλά και από οποιαδήποτε άλλη χώρα. Από τον Αύγουστο του 2015, η Κίνα κατατάσσεται ως η δεύτερη μεγαλύτερη χώρα σε πωλήσεις στην αγοράς, με πάνω από μονάδες να πωλούνται από το 2011 (15,7%), ακολουθούμενη από την Ιαπωνία με περισσότερες από από το 2009 (12,1%).Από τον Ιούνιο του 2015, πάνω από ελαφρά ηλεκτρικά οχήματα έχουν καταγραφεί στην ευρωπαϊκή αγορά από το 2010.Η Νορβηγία, ακολουθούμενη από τις Κάτω Χώρες και τη Γαλλία κατειχαν το μεγαλτερο μεριδιο της ευρωπαικης αγορας. Στο τμήμα βαρέων φορτηγών, η Κίνα είναι ο παγκόσμιος 25

42 Π ηγέτης, με πάνω από λεωφορεία και άλλα εμπορικά οχήματα να πωλούνται μέχρι και τον Αύγουστο του Οι παγκόσμιες πωλήσεις των ηλεκτρικών αυτοκινήτων υπό την ηγεσία του Nissan Leaf με μονάδες που πωλούνται από τον Οκτώβριο του Το Leaf είναι κορυφή πωλήσεις αυτοκινητόδρομο-ικανό ηλεκτρικό αυτοκίνητο στον κόσμο στην ιστορία.το Tesla Model S, με τις παγκόσμιες παραδόσεις πάνω από μονάδες από Οκτώβριο του 2015, είναι η δεύτερη καλύτερη πώληση ηλεκτρικό αυτοκίνητο στον κόσμο όλων των εποχών.λογιστική για το plug-in υβριδικών οχημάτων, μόνο η οικογένεια Volt / Ampera έχει πουλήσει περισσότερα αυτοκίνητα από ό, τι το Model S, με πάνω από αντίτυπα πωλήσεις παγκοσμίως μέχρι τον Οκτώβριο το 2015.Κατά τους πρώτους δέκα μήνες του 2015, ο Tesla Model S έχει οδηγήσει plug-in ηλεκτρικών πωλήσεις αυτοκινήτων στις Ηνωμένες Πολιτείες.Τα περισσότερα μοντέλα που κυκλοφόρησαν σε αγορές του κόσμου σε πελάτες λιανικής κατά τη διάρκεια του 2015 ήταν βύσμα -σε υβρίδια. Η μόνη νέα σειρά παραγωγής όλα τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα που ξεκίνησε έως Οκτώβριος 2015 ήταν η BYD e5 και το Tesla Model X, μαζί με αρκετές παραλλαγές του Tesla Model S line-up. 1.5 Πλεονεκτήματα-Μειονεκτήματα Ένα από τα βασικότερα πλεονεκτήματα των ηλεκτρικών αυτοκινήτων είναι ότι δεν χρησιμοποιούν ορυκτά καύσιμα για τη λειτουργιά τους και κατ επέκταση δεν μολύνουν άμεσα το περιβάλλον στο οποίο κυκλοφορούν παρόλο που η ενεργεία που χρησιμοποιούν έχει συνήθως παραχθεί με τρόπους που επιβαρύνουν το περιβάλλον ειδικά όταν δεν προέρχεται από ανανεώσιμες πήγες ενεργείας. Επίσης, παράγουν πολύ λιγότερο θόρυβο τόσο κατά τη λειτουργία είτε είναι στάσιμα για παράδειγμα σε ένα φανάρι είτε όταν κινούνται. Επειδή όμως αυτό μπορεί να γίνει επικίνδυνο ειδικά σε περιβάλλον πόλης αφού έτσι δεν είναι εύκολα αντιληπτά, οι κατασκευαστές έχουν 26

43 Π προνοήσει να παράγουν συγκεκριμένους θορύβους σε πολύ χαμηλές ταχύτητες μέχρι ο θόρυβος από την κύλιση και την περιστροφή (δρόμος, ανάρτηση, ρόδες, ηλεκτρικός κινητήρας κ.α.) να γίνει αισθητός. Οι ηλεκτρικοι κινητηρες είναι πολύ απλοι στη λειτουργία τους σε σχέση με τους εσωτερικής καύσης και η απόδοση τους φτάνει στο 90% όταν οι θερμικες δεν ξεπερνούν το 40%. Σε συνδυασμό με συστήματα ανάκτησης ενεργείας οι ηλεκτρικοί κινητήρες μπορούν να δουλέψουν και σαν γεννήτριες κατά την επιβράδυνση του οχήματος και να φορτίσουν τις μπαταριές αυξάνοντας έτσι την αυτονομία του οχήματος και παράλληλα μειώνουν την φθορά του συστήματος πέδησης κάτι που δεν γίνεται με τους συμβατικούς. Επίσης, οι ηλεκτρικοί κινητήρες ελέγχονται με μεγάλη ακρίβεια και η μέγιστη ροπή τους είναι διαθέσιμη από το ξεκίνημα μεχρι και το μεγιστο οριο στροφων λειτουργιας τους σε αντιθεση με της εσωτερικης καυσης ετσι δεν χρειαζεται κιβωτιο ταχυτητων για να εκμεταλλευτούμε της μέγιστη ροπή σε συγκεκριμένο εύρος στροφων.ενα άλλο πλεονεκτημα που προκυπτει για χωρες που παραγουν την ενεργεια τους με δικα τους ορυκτα μεσα ειτε εισαγομενα ή ακομα καλυτερα με ανανεωσιμες πηγες ενεργειας είναι ότι μειωνουν την ενεργειακη του εξαρτηση από τριτες χωρες και το συνάλλαγμα μενει εντός της χωρας. To κόστος χρήσης ενός ΗΑ είναι σημαντικο μικροτερο μικροτερο από ένα συμβατικό εκτός από καποιες πετρελαιοπαραγωγές χώρες που το πετρέλαιο είναι φθηνό και άλλες που η ηλεκτρική ενέργεια είναι πολύ ακριβη.ενδεικτικά ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο σε μια ευρωπαική χώρα μπορεί να έχει 5 φορές χαμηλότερο κόστος λειτουργιάς από ένα εσωτερικής καύσης.η συντήρηση τους είναι επίσης λιγότερη καθώς δεν απαιτούν τακτικές αλλαγές λαδιών,δεν έχουν εξάτμιση καταλύτη ή φιλτρο μικροσωματιδιων,δεν απαιτείται αντικατάσταση η συντήρηση μηχανικών 27

44 Π μερων όπως σύστημα αναφλεξης,πιστονια,βαλβιδες,εκκεντροφορους,φιλτρα και μπουζι. Έχοντας αναφέρει τοσα πλεονεκτηματα ευλογα θα αναρωτιοταν κανεις γιατι τα ηλεκτρικα αυτοκινητο δεν εχουν επικρατησει ακομα στις μερες μας.αυτο συμβαινει γιατι υπαρχουν και καποια μειονεκτηματα που κανουν τη καθιερωση τους ακομα και σημερα δισκολη.οι υψηλες δαπανες κατασκευης τους εχουν ως αποτελεσμα υψηλη τιμη πωλησης.επισης η αυτονομια τους είναι κατά βαση πολύ μικροτερη από αυτή των εσωτερικης καυσης καθως η αποθηκευση ηλεκτρικης ενεργειας ηταν και θα είναι το μεγαλύτερο πρόβλημα. Επίσης η μεγίστη αυτονομία μειώνεται μετά από κάθε φόρτιση και η διάρκεια ζωής των μπαταριών συνήθως δεν ξεπερνά τα 5 χρόνια. Σημαντικό μειονέκτημα αποτελεί επίσης και ο μεγαλος χρόνος φόρτισης των μπαταριών που φτάνει ακόμα και τις 10 ωρες αναλογα διαθεσιμο μεσο φορτισης και την χωρητικότητα των μπαταριών. Σε ψυχρά κλίματα σημαντική ποσότητα ενέργειας χρειάζεται για τη θέρμανση του εσωτερικού του αυτοκίνητου που στην περίπτωση των συμβατικών αυτοκινήτων γίνεται εύκολα και οικονομικά εκμεταλλευόμενοι τις δεδομένες θερμικές απώλειες που έχουν από την αρχή λειτουργία τους ενώ σε ένα ΗΑ πρέπει να καταναλώσουμε ηλεκτρική ενεργεία προερχόμενη από τις μπαταριές πράγμα που μειώνει κι άλλο την αυτονομία τους. 28

45 Π 29

46

47 Κεφάλαιο 2 2 Στοιχειά ηλεκτρικού οχήματος 2.1 Εισαγωγή Στο κεφάλαιο αυτό θα δούμε τα βασικά μέρη από τα οποια αποτελείται ένα ηλεκτρικό όχημα και θα ασχοληθούμε με δύο από αυτά,τη μηχανή και τη μετάδοση. Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η αρχιτεκτονική ενός ηλεκτρικού οχήματος. Σχήμα 2.1 Αρχιτεκτονική ηλεκτρικού οχήματος[3] 31

48 Τα κύρια μέρη του είναι η μεταδοση, η ηλεκτρικη μηχανη (συγχρονη μηχανη μονιμου μαγνητη στη δικη μας περίπτωση), ο ηλεκτρικός μετατροπέας, οι μπαταριές, διάφορα ηλεκτρικά φόρτια και το κύκλωμα φόρτισης και ανάκτησης ενέργειας κατά την επιβράδυνση ή την πέδηση (όπου αυτό υπάρχει). 2.2 Η Σύγχρονη Μηχανή Μόνιμου Μαγνήτη Η σύγχρονη μηχανή μόνιμου μαγνήτη αποτελεί μια όλο και πιο δημοφιλή επιλογή μηχανής στις μέρες μας και κερδίζει συνεχώς έδαφος στο τομέα των ηλεκτρικών οχημάτων εξαιτίας των πλεονεκτημάτων της όπως η υψηλή απόδοση, η μεγάλη πυκνότητα ισχύος αλλά και η αξιοπιστία τους. Η μηχανή αυτή αποτελεί μια παραλλαγή της σύγχρονου ηλεκτρικού κινητήρα και λέγεται σύγχρονη γιατι περιστρέφεται σύγχρονα με το μαγνητικό πεδίο δηλαδή με την ταχύτητα του μαγνητικού πεδίου του διακένου, Κύριο χαρακτηριστικό αυτής της μηχανής είναι οτι έχουμε τυλίγματα μόνο στο στάτη και η διέγερση της παρέχεται απο μόνιμους μαγνήτες που βρίσκονται στο δρομέα και όχι από τύλιγμα dc τάσης.. Έτσι δεν χρειάζεται επιπλέον ενέργεια για την δημιουργία του απαραίτητου μαγνητικού πεδίου για τη λειτουργία της και επιπλέον επιτυγχανεται εξαλειψη απωλειων χαλκου στο δρομέα.αυτο αποτελει και ενα απο τα βασικά της πλεονεκτήματα καθώς η υψηλότερη αποδοση επιφερει μειωση του μεγεθους του κινητηρα (μεγαλύτερη πυκνότητα ισχύος) και χαμηλότερη ροπή αδράνειας. Επίσης το γεγονός ότι δεν χρειάζονται ψήκτρες και συλλεκτες την κάνουν πιο αξιόπιστη και με λιγότερες ανάγκες συντήρησης. Χρειάζεται όμως έλεγχος εξαιτίας της σταθερης ροης των μαγνητών και μπορεί να παρουσιάσει ανεπιθύμητα φαινόμενα απομαγνήτισης του δρομέα. 32

49 Μεγαλη σημασία στον έλεγχο αυτής της μηχανής έχει η γνώση του δυναμικού της μοντέλου που την εκφράζει καθώς και οι παράμετροι της.η σύγχρονη μηχανή μόνιμου μαγνήτη δίνει το πλεονέκτημα του ευκολότερου προσανατολισμού στον έλεγχο.σε μια τέτοια μηχανή συνηθίζεται ο προσανατολισμός του συστήματος αναφορέας να γίνεται στο πεδιο του δρομέα έτσι ώστε ο άξονας d να είναι ευθυγραμμισμένος με το μαγνήτη που παράγει το μαγνητικό πεδίο Θεμελιώδεις έννοιες του μαγνητικού πεδίου Μαγνητικό πεδίο ονομάζεται ο χώρος μέσα στον οποίο αναπτύσσονται μαγνητικές δυνάμεις και παρατηρούνται ηλεκτρικά φαινομενα.ο χώρος αυτός κατά την αντίληψη του Faraday ειναι γεμάτος με δυναμικες γραμμες οι οποίες όπως και στο ηλεκτρικό πεδίο αποτελούν μέσο απεικόνισης.το σύνολο των δυναμικών αυτών γραμμών ονομάζεται μαγνητική ροή Φ[Tm 2 ].H ποσότητα των γραμμών που διαπερνούν τη μοναδα της επιφανειας λεγεται επαγωγη B[T] η πυκνοτητα μαγνητικης ροης.η ροη Φ ειναι μονομετρο μεγεθος ενω η επαγωγη ειναι διανυσματικο και συνδεονται με την εξης σχεση: οπου Α το εμβαδό της επιφάνειας κάθετης στο μαγνητικό πεδίο. Κάθε σημείο του μαγνητικού πεδίου χαρακτηρίζεται απο την ένταση H[A/m] η 33

50 οποία συνδεεται με την επαγωγή με την εξής σχέση: B=μH οπου μ ειναι η απόλυτη μαγνητική διαπερατότητα του μαγνητικού χώρου και εκφράζει τη δυνατότητα να περάσει η ροή μέσα από ένα μέσο.ισχύει η σχέση μ=μ 0 μ r οπου μ 0 ειναι η διαπερατοτητα του κενου ενώ μ r η σχετική διαπερατότητα του μέσου Βρόγχος υστέρησης μαγνητικών υλικών Οι μαγνητικές ιδιότητες των υλικώνν χαρακτηρίζονται από το βρόγχο υστερησης ο οποίος είναι η χαρακτηριστική καμπύλη της μαγνήτισης του υλικού συναρτήσει της έντασης του μαγνητικού πεδίου οπως φαίνεται και στο παρακάτω σχήμα: 34

51 Σχημα 2.2 Βροόγχος υστέρησης σιδηρομαγνητικών υλικών Εάν μαγνητίσουμε ένα υλικό δηλαδή μεταβάλλουμε το ηλεκτρικό ρευμα και κατά συνέπεια την ένταση του μαγνητικού πεδίου Η σε μια τιμή εστω Η 1 που αντιστηχεί στο σημειο 2 και μετα τη μειώσουμε μεχρι το -Η 1 που αντιστοιχει στο σημειο 5 και μετα παλι στο Η 1 τότε έχουμε το βρόγχο υστέρησης που προκυπτει στο παραπανω σχημα.ο βρόγχος είναι συνήθως συμμετρικός και μπορεί να μετρηθεί με ειδικά μέσα. 35

52 2.2.3 Υλικά και ιδιότητες μόνιμων μαγνητών Μαγνήτες Alnico Οι μαγνήτες Alnico παρουσιάστηκαν πρώτη φορά το 1931 καθώς εμφάνιζαν σημαντικά πλεονεκτήματα, όπως είναι ο μεγάλος παραμένων μαγνητισμός, η αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες και η μικρή μεταβολή της καμπύλης απομαγνήτισης λόγω θερμοκρασίας. Κατά συνέπεια οι ηλεκτρικές μηχανές, που χρησιμοποιούν μαγνήτες Alnico, παρουσιάζουν μεγάλη μαγνητική επαγωγή στο διάκενο και επιτρέπουν υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας, ενώ σημαντικό μειονέκτημα είναι η μικρή αντοχή σε εξωτερικά πεδία απομαγνήτισης, το οποίο οφείλεται στις ιδιότητες του υλικού. Οι μαγνήτες Alnico κυριαρχούσαν στη βιομηχανία μόνιμων μαγνητών μέχρι το 1970, όταν άρχισαν να προτιμούνται στις διάφορες εφαρμογές οι πολύ πιο οικονομικοί κεραμικοί μαγνήτες (φερρίτες) Κεραμικοί μαγνήτες ή φερρίτες Οι κεραμικοί μαγνήτες ή φερρίτες πρωτοεμφανίστηκαν γύρω στο Σε σύγκριση με τους Αlnico,oι μαγνήτες αυτοί παρουσιάζουν πολύ μεγαλύτερη αντοχή σε πεδία απομαγνήτισης αλλά έχουν μικρότερη τιμή παραμένοντα μαγνητισμού. Επιπλέον, μπορεί η μέγιστη επιτρεπτή θερμοκρασία λειτουργίας να είναι υψηλή αλλά οι 36

53 μαγνητικές τους ιδιότητες είναι ιδιαίτερα ευαίσθητες σε θερμοκρασιακες μεταβολες. Τα βασικά πλεονεκτήματα των κεραμικών μαγνητών είναι το πολύ χαμηλό κόστος ανά μονάδα ενέργειας και η μεγάλη ηλεκτρική αντίσταση µε αποτέλεσμα οι απώλειες δινορρευμάτων στο εσωτερικό τους να είναι σχεδόν αμελητέες. Επίσης, πρέπει να αναφέρουμε ότι η χρήση κεραμικών μαγνητών σε ηλεκτρικές μηχανές οδηγεί σε οικονομικότερες κατασκευές σε σχέση με τις αντίστοιχες µε μαγνήτες Alnico. Σήμερα, οι κεραμικοί μαγνήτες βρίσκουν εφαρμογή κυρίως σε μηχανές μικρής ισχύος (μέχρι περίπου της τάξης των 7kW) Μαγνήτες σπάνιων γαιών Οι μαγνήτες σπάνιων γαιών είναι η τελευταία γενιά μαγνητών και παρουσιάζουν πολύ καλύτερα μαγνητικά χαρακτηριστικά σε σύγκριση με τους παραπάνω τύπους, αλλά και αρκετά υψηλό κόστος. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν κράματα μετάλλων με βάση το Σαμάριο Sm (SmCo) και το Νεοδύμιο Nd (NdFeΒ). Τα κύρια χαρακτηριστικά των μαγνητών αυτών είναι οι μεγάλες τιμές του παραμένοντα μαγνητισμού, του πεδίου απομαγνήτισης καθώς και η μεγάλη τιμή του ενεργειακού γινομένου (ΒΗ)max, αφού η καμπύλη απομαγνήτισής τους είναι σχεδόν ευθεία. Η χρήση των μαγνητών σπάνιων γαιών σε ηλεκτρικές μηχανές ποικίλει σε εύρος, καθώς απαντώνται σε εφαρμογές από μερικά Watt μέχρι και αρκετά kw. Τέλος, αποτελούν πρώτη επιλογή σε εφαρμογές όπου απαιτούνται υψηλοί δείκτες λειτουργίας, όπως ο βαθμός απόδοσης, η δυναμική συμπεριφορά και ο λόγος ισχύος ανά μονάδα όγκου Κατηγοριες συγχρονων μηχανων μονιμου μαγνητη Οι σύγχρονες μηχανές μόνιμου μαγνήτη χωρίζονται σε δύο κατηγορίες με βάση 37

54 την κατανομή του μαγνητικού πεδίου στο εσωτερικό της μηχανής.με βάση λοιπόν το προηγούμενο κριτήριο προκύπτουν οι εξής 2 κατηγορίες: x BLDC Motor) Οι μηχανές ακτινικής ροής (RFPM) παίρνουν το όνομα τους από το γεγονός ότι οι δυναμικές γραμμές μεταξύ δρομέα και στάτη ακολουθούν την ακτινική διεύθυνση. Ο δρομέας σε αυτές τις μηχανές μπορεί να είναι είτε εσωτερικός είτε πιο σπάνια εξωτερικός. Τα πλεονεκτήματα που εμφανίζουν οι μηχανές ακτινικής ροής είναι ότι έχουν χαμηλότερο κόστος κατασκευής από τις μηχανές αξονικής ροής. Επιπλέον, για την επίτευξη μεγαλύτερων τιμών ισχύος αρκεί να μεταβάλουμεί μόνο το μήκος της μηχανής, χωρίς να χρειάζεται νέος σχεδιασμός και γεωμετρία. Ωστόσο, οι μηχανές αυτές είναι αρκετά πιο ογκώδεις σε σχέση με τις μηχανές αξονικής και εγκάρσιας ροής και σε ότι έχει να κάνει με το ενεργό βάρος και το μήκος του άξονα. Σήμερα, οι μηχανές μόνιμων μαγνητών ακτινικής ροής είναι οι πιο συχνά εμφανιζόμενες μηχανές και έχουν ευρεία χρήση σε εφαρμογές με άμεση οδήγηση(χωρίς κιβώτιο ταχυτήτων). Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η ακτινικά φορά της ροής της συγκεκριμένης μηχανής. 38

55 Σχήμα 2.3 Μηχανή ακτινικής ροης[5][6] Οι μηχανές αξονικής ροής (AFPM) έχουν ως βασικό χαρακτηριστικό, από το οποίο παίρνουν και το όνομα τους, ότι το μαγνητικό πεδίο ακολουθεί πορεία αξονικής διεύθυνσης και τα τυλίγματα είναι προσανατολισμένα σε ακτινική διεύθυνση. Το κυριότερο πλεονέκτημα αυτού του είδους μηχανής μόνιμου μαγνήτη είναι η παραγωγή υψηλής πυκνότητας ροπής και ισχύος, γεγονός που την καθιστά κατάλληλη σε εφαρμογές που υπάρχουν περιορισμοί μεγέθους ιδίως σε αξονική κατεύθυνση. Σε σύγκριση με την μηχανή ακτινικής ροής, πλεονεκτεί στο ότι έχει απλό τύλιγμα, χαμηλή οδοντόμορφη ροπή, ελάχιστο θόρυβο, μικρό αξονικό μήκος και υψηλότερο λόγο ροπής προς τον όγκο. Αντίθετα, μειονεκτεί στο ότι εμφανίζει μικρότερο λόγο ροπής-μάζας και μεγαλύτερη εξωτερική διάμετρο που σημαίνει μεγαλύτερη απαίτηση σε μόνιμους μαγνήτες. 39

56 Σχήμα 2.4 Μηχανή ακτινικής ροης[5][6] Οι μηχανές εγκάρσιου ροής (TFPM) έχουν μόνιμους μαγνήτες στο δρομέα, οι οποίοι είναι προσανατολισμένοι κατά τέτοιο τρόπο ώστε η μαγνητική ροή να ρέει μέσα στο διάκενο σε διεύθυνση εν μέρει κατά την αξονική διεύθυνση και κυρίως κάθετηεγκάρσια προς τον άξονα της μηχανής. Το συγκεκριμένο είδος μηχανών έχει πάντα τον ίδιο αριθμό τυλιγμάτων με τον αριθμό φάσεων, ο οποίος είναι ανεξάρτητος του αριθμού των πόλων.h βασική διαφορά σε σχέση με τους προηγούμενους δύο τύπους είναι ότι η μηχανή αυτή επιτρέπει την αύξηση του χώρου για τα τυλίγματα χωρίς να μειώνεται ο διαθέσιμος χώρος για την ανάπτυξη του κύριου μαγνητικού πεδίου, συμβάλλοντας έτσι και στη μείωση των απωλειών χαλκού. Επιπρόσθετα, παρουσιάζει ιδιαίτερα υψηλές ροπές και είναι μια συμπαγής κατασκευή, ιδιαίτερα όμως περίπλοκη η οποία εμφανίζει χαμηλό συντελεστή ισχύος στις υψηλές ροπές. Σήμερα, παρόλο που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές χαμηλών στροφών άμεσης οδήγησης, εξαιτίας του μικρού πολικού βήματος που έχουν, δεν παρατηρούνται συχνά. 40

57 Σχήμα 2.5 Μηχανή εγκάρσιου ροης Επιφανειακών μαγνητών ημιτονοειδούς ροής (Sinusoidal Surface Permanent Magnet Synchronous Machine, SPMSM)[5][6] Σε αυτή τη μηχανή, όπως φαίνεται στο σχήμα 2.6, ο στάτης αποτελείται από ένα τριφασικό ημιτονοειδές τύλιγμα, το οποίο παράγει ροή διακένου στρεφόμενη με τη σύγχρονη ταχύτητα. Οι μόνιμοι μαγνήτες βρίσκονται κολλημένοι στην επιφάνεια του δρομέα χρησιμοποιώντας εποξική κόλλα. Ο δρομέας έχει σιδερένιο πυρήνα, ο οποίος μπορεί να είναι συμπαγής ή φτιαγμένος από διάτρητα ελάσματα για ευκολία στην κατασκευή. Στην περίπτωση λειτουργίας μεταβλητών στροφών, οι μηχανές αυτές μπορεί να έχουν τύλιγμα κλωβού ή τύλιγμα απόσβεσης, κάτι που βέβαια προκαλεί πρόσθετες απώλειες λόγω αρμονικών. Εάν η μηχανή στρέφεται από εξωτερική πηγή, τα τυλίγματα του στάτη παράγουν συμμετρικές τριφασικές ημιτονοειδείς τάσεις. Καθώς η σχετική επιτρεπτότητα ενός μόνιμου μαγνήτη είναι πολύ κοντά στη μονάδα (μr > 1) και οι μαγνήτες τοποθετούνται στην επιφάνεια του δρομέα, το ενεργό εύρος διακένου της μηχανής είναι μεγάλο και η μηχανή δεν εμφανίζει εκτυπότητα. Αυτό συντελεί στον περιορισμό του φαινομένου της αντίδρασης τυμπάνου εξαιτίας της χαμηλής μαγνητίζουσας αντίδρασης. 41

58 Σχήμα 2.6 Επιφανειακών μαγνητών ημιτονοειδούς ροής [4] Εμφυτευμένων μαγνητών ημιτονοειδούς ροής (Sinusoidal Interior Magnet Machine, IPMSM) Σε αντίθεση με μία μηχανή επιφανειακών μαγνητών, μία σύγχρονη μηχανή εσωτερικών ή εμφυτευμένων μαγνητών έχει τοποθετημένους τους μαγνήτες στο εσωτερικό του δρομέα. Παρ ότι υπάρχουν διάφορες γεωμετρίες πιθανές γεωμετρίες, ένας τυπικός τρόπος τοποθέτησης των μαγνητών παρουσιάζεται στο σχήμα Ο στάτης έχει το συνηθισμένο τριφασικό ημιτονοειδές τύλιγμα. Η διαφορά στη γεωμετρία δίνει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά σε μια μηχανή εσωτερικών μαγνητών : 42

59 επομένως η μηχανή εμφανίζει εκτυπότητα και συγκεκριμένα ισχύει Ldm < Lqm (σε αντίθεση με μία τυπική σύγχρονη μηχανή τυλιγμένου πεδίου)1. είναι μικρό. Σχημα 2.7 Εμφυτευμένων μαγνητών ημιτονοειδούς ροής 43

60 Επιφανειακών μαγνητών τραπεζοειδούς ροής (Trapezoidal Surface Magnet Machine)[4] Μία σύγχρονη μηχανή μονίμων μαγνητών τραπεζοειδούς ροής είναι μία μηχανή που δεν εμφανίζει εκτυπότητα, όπως μία μηχανή ημιτονοειδούς ροής, με τη διαφορά ότι το τριφασικό τύλιγμα του στάτη (συνήθως συνδεδεμένο κατά αστέρα) έχει συγκεντρωμένα τυλίγματα πλήρους βήματος αντί για ημιτονοειδή κατανομή των τυλιγμάτων στο διάκενο της μηχανής. Οι άξονες d και q αναφέρονται στην ανάλυση του δυναμικού μοντέλου του κινητήρα στο σύγχρονα στρεφόμενο πλαίσιο αναφοράς. Το σχήμα 2.8 δείχνει την εγκάρσια τομή μιας μηχανής τραπεζοειδούς ροής με τις τρεις φάσεις του στάτη να φαίνονται στα δεξιά. Η διπολική μηχανή του σχήματος 2.8 έχει κατάλληλο διάκενο για τη μείωση της κυμάτωσης της ροής, ενώ ο στάτης αποτελείται από 4 αγωγούς ανά πόλο και φάση. Καθώς η μηχανή περιστρέφεται, η ροή που διαρρέει ένα φασικό τύλιγμα μεταβάλλεται γραμμικά με το χρόνο, εκτός από τη στιγμή που το κενό ανάμεσα από τους μαγνήτες περνάς από τον άξονα της φάσης. Εάν η μηχανή κινείται από εξωτερική πηγή, δηλαδή λειτουργεί ως γεννήτρια, οι φασικές τάσεις του στάτη θα έχουν συμμετρική τραπεζοειδή κυματομορφή, όπως φαίνεται στο σχήμα 2.9. Για αυτό το λόγο είναι απαραίτητη η χρήση ενός ηλεκτρονικού μετατροπέα στους ακροδέκτες της μηχανής, έτσι ώστε να δημιουργεί ρεύμα έξι καταστάσεων (six step) στο κέντρο κάθε μισής περιόδου για την ανάπτυξη ροπής. Καθώς η χρήση του μετατροπέα είναι επιτακτική, συνήθως η μηχανή χρησιμοποιείται και σαν ηλεκτρονικός κινητήρας. Με τη βοήθεια λοιπόν ενός αντιστροφέα και ενός αισθητήρα θέσης (absolute position sensor) που τοποθετείται στον άξονα της μηχανής, τόσο οι τραπεζοειδείς μηχανές μονίμων μαγνητών όσο και οι ημιτονοειδείς, μπορούν να ελεγχθούν ώστε να λειτουργού ως «μηχανές DC χωρίς ψήκτρες» (Brushless DC Motors, BLDC). Οι μηχανές τραπεζοειδούς ροής βέβαια μοιάζουν περισσότερο στην επίδοσή τους με DC μηχανές από ότι οι ημιτονοειδούς ροής. Οι μηχανές τραπεζοειδούς ροής είναι απλές, κοστίζουν λίγο και έχουν λίγο μεγαλύτερη πυκνότητα 44

61 ισχύος από ότι μια ημιτονοειδής μηχανή. Επιλέγονται κυρίως για συστήματα οδήγησης (drives) χαμηλής ισχύος (έως λίγα Kw) που χρησιμοποιούνται σε σερβομηχανισμούς αλλά και σε συσκευές οικιακής χρήσης που πρέπει να αποφευχθούν οι μεταγωγείς μιας DC μηχανής. Σχήμα 2.8 Εμφυτευμένων μαγνητών τραπεζοειδους ροης [4] 45

62 Σχήμα 2.9 Τραπεζοειδής τάση εξ επαγωγης πανω Ημιτονοειδης ταση εξ επαγωγης κατω ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ PARK Στη μελέτη των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας συχνά χρησιμοποιούνται μαθηματικοί μετασχηματισμοί προκειμένου να επιτευχθεί απόζευξη των μεταβλητών αλλά και να γίνει πιο εύκολη η επίλυση μη γραμμικών εξισώσεων με χρονικά μεταβαλλόμενους συντελεστές. Μία χρήσιμη τεχνική είναι ο μετασχηματισμός Park, ο οποίος αναπτύχθηκε το 1929 από τον Robert H. Park. Ο μετασχηματισμός Park είναι ένας μαθηματικός μετασχηματισμός που 46

63 στρέφει το πλαίσιο αναφοράς τριφασικών συστημάτων με στόχο την απλοποίησή τους. Σύμφωνα με αυτόν, οι a-b-c ποσότητες μετασχηματίζονται σε ένα στρεφόμενο σύστημα συντεταγμένων που οποίο αποτελείται από τις συνιστώσες d, q και 0. Όταν το σύστημα χαρακτηρίζεται από τριφασική συμμετρία, τότε η συνιστώσα στον άξονα 0 είναι μηδέν και παραλείπεται, οπότε και επιτυγχάνεται μετατροπή του πολύπλοκου μοντέλου των τριών φάσεων σε ένα σύστημα δύο κάθετων αξόνων, d και q, όπου οι εξισώσεις είναι ανεξάρτητες μεταξύ τους και με σταθερούς συντελεστές. Ο μετασχηματισμός Park συνίσταται στον πολλαπλασιασμό οποιωνδήποτε τρι φασικών ποσοτήτων, όπως τάσεις ή ρεύματα, με τη μήτρα μετασχηματισμού Park, η γενική μορφή της οποίας δίνεται από τη σχέση: Όπου θ είναι η γωνία μεταξύ του στρεφόμενου συστήματος συντεταγμέ νων και του συστήματος αναφοράς με ω κάποια αυθαίρετη γωνιακή ταχύτητα και αρχική γωνία θο. Η μήτρα P είναι αντιστρέψιμη και χαρακτηρίζεται από την ιδιότητα της ορθογωνικότητας, δηλαδή ισχύει, οπότε η μήτρα του αντίστροφου μετασχημα- τισμού Park είναι: 47

64 2.2.6 ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ ΜΟΝΙΜΟΥ ΜΑΓΝΗΤΗ ΣΤΟ d-q ΠΛΑΙΣΙΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ Σχήμα 2.10 Τριφασικό ισοδύναμο σύγχρονης μηχανής Χωρίζουμε τη μηχανή στο σε ενα ηλεκτρικό κομμάτι και ενα μηχανικό. Το ηλεκτρικό κομμάτι χρησιμοποιώντας τον μετασχηματισμό Park μετατρέπεται από το abc σύστημα αξόνων στο d-q σύστημα. Έτσι έχουμε: 48

65 To μηχανικό κομμάτι της PMSM μοντελοποιείται όπως ακολουθεί: Η ζεύξη μεταξύ ηλεκτρικού και μηχανικού μέρους δίνεται ακολούθως: οπου: Vd [V] D-axis voltage Vq [V] Q-axis voltage Id [A] D-axis current Iq [A] Q-axis current Rs [Ω] stator phase resistance Ld [Η] D-axis inductance Lq [Η] Q-axis current λpm [Wb] Permanent magnet flux linkage We [rad/sec] Angular frequency of the stator pem [W] Electric input power Js [kg*m^2] Shaft moment of inertia Te [Nm] Electromechanical torque Tc [Nm] Coulomb torque Bv [Nms/rad] Viscous friction coefficient P [-] Number of poles 49

66 Οι εξισώσεις επομένως ξαναγράφονται ως εξής: 2.3 Μετάδοση [2] Από το σχήμα 2 πιο κάτω γίνεται κατανοητό ότι η ροπή,η γωνιακή ταχύτητα και η δύναμη της μετάδοσης δίνονται από τις παρακάτω εξισώσεις: 50

67 Όπου: Tt [Nm] Ροπη πρόσφυσης Tw [Nm] Ροπη του κάθε κινητηριου τροχου Rw [m] Ακτίνα τροχού Ww [ras/s] Γωνιακή ταχύτητα τροχών Pt [W] Ισχύς Κάνουμε της υπόθεση ότι η δύναμη από τον άξονα μετάδοσης προς τους κινητήριους τροχούς έχει συνεχή απόδοση nts=0.95.επομενως η ροπή του αξονα,,η γωνιακή ταχυτητα και η ισχυς της ηλεκτρικης μηχανης δινονται από τις παρακατω σχεσεις: 51

68 2.3.1 Διαφορικό [2] Η μέγιστη ταχύτητα της ηλεκτρικής μηχανής είναι n s,max =8000 rpm,ετσι το απαιτούμενο βήμα του διαφορικού είναι το παρακάτω: Σχήμα 2.11 Χάρτης απόδοσης ηλεκτρικής μηχανής.[2] 52

69 2.3.2 Μοντέλο δυνάμεων [2] Oι δυνάμεις τις οποίες πρέπει να υπερκεράσει η ηλεκτρική μηχανή του οχήματος είναι αυτές εξαιτίας της βαρύτητας, του ανέμου, της αντίστασης κυλισης,και της αδράνειας.οι δυνάμεις αυτές φαίνονται στο παρακάτω σχήμα: Σχήμα 2.12 Δυνάμεις που ασκούνται στο όχημα [2[ Η δύναμη έλξης του οχήματος περιγράφεται από την παρακάτω εξίσωση: 53

70 Όπου: Ft [N] Traction force of the vehicle Fi [N] Inertial force of the vehicle Frr [N] Rolling resistance force of the vehicle Fg [N] Gravitanional force of the vehicle Fn [N] Normal force of the vehicle Fwind [N] Force due to wind resistance a [rad Angle of the driving surface Μcar [kg] Mass of the vehicle Ucar [m/s] Velocity of the vehicle [m/s 2 ] Acceleration of the vehicle g=9.81 [m/s 2 ] Free fall acceleration Pair= [kg/m 3 ] Air density of dry air at 20 0 C Crr [-] Tyre rolling resistance coefficient Cdrag [-] Aerodynamic drag coefficient Afront [m 2 ] Front area Uwind [m/s] Headwind speed Glider mass M glider 670kg Wheel radius R w Front area A front 1.68m 2 Aerodynamic drag coefficient C drag

71 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 3 Έλεγχος σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη 3.1 Εισαγωγή O έλεγχος αποτελεί ίσως το σημαντικότερο στοιχειό ενός ηλεκτρικού οχήματος καθώς μέσω αυτού καθορίζεται η λειτουργία της ηλεκτρικής μηχανης.η σημασία του έλεγχου στην σύγχρονη μηχανή μονίμου μαγνήτη γίνεται ακόμα πιο εμφανής αν αναλογιστεί κάνεις ότι από τους ηλεκτρονικούς μετατροπείς παίρνει η πλήρης ισχύς που αποδίδεται στη μηχανή και η βασική ιδέα είναι να υπάρχει πλήρης έλεγχος στην ταχύτητα και στο ρεύμα του στητή της μηχανής. Όπως ειπώθηκε και σε προηγούμενο κεφάλαιο για να είναι εφικτή η ανάλυση και η εφαρμογή του έλεγχου με PI ελεγκτές είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε το δυναμικό μοντέλο της μηχανής και να βρίσκεται σε κάθετο σύστημα αξόνων όπου όλα τα μεγέθη γίνονται συνεχή στη μόνιμη κατάσταση και στη συγκεκριμένη περίπτωση στο σύγχρονα στρεφόμενο πλαίσιο αναφοράς dq προσανατολισμένο στο πεδίο του δρομέα που υπάρχουν οι μαγνήτες 55

72 Στο αυτό το κεφάλαιο θα γίνει μια αναφορά και περιγραφή των μεθόδων ελέγχου που υπάρχουν και θα ακολουθήσει η ανάλυση του υπο μελέτη συστήματος της σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη για τον μετατροπέα στην πλευρά της μηχανής.θα αναφερθούμε στον ελεγκτή τριών όρων PID, στις παραμέτρους του και στα χαρακτηριστικά του.απο τον ελεγκτη PID θα χρησιμοποιήσουμε μόνο τους δύο όρους PI(proportional-integrator),για το σκοπό μας. 3.2 Μέθοδοι ελέγχου Ανά καιρους έχουν παρουσιαστεί πολλές μέθοδοι ελέγχου όσον αφορά στον έλεγχο επαγωγικών μηχανών.ο έλεγχος των σύγχρονων μηχανών, ο οποίος αποτελεί αντικείμενο του σύγχρονου μη γραμμικού ελέγχου χρησιμοποιεί μαθηματικούς μετασχηματισμούς για να πετύχει την απόζευξη και τη γραμμικοποιήση των εξισώσεων τους 56

73 Σχήμα 1. Μέθοδοι ελέγχου Ο βαθμωτός έλεγχος αποτελεί μια απλη και ιδιαίτερα οικονομική τεχνική ελέγχου που στόχος της είναι ο έλεγχος της ταχύτητας του δρομέα διατηρώντας σταθερή τη ροή του.το μειονέκτημα αυτού του ελέγχου είναι ότι αγνοει την συζευξη των εξισωσεών της μηχανής κανοντας προσεγγισεις οι οποίες τελικά υποβιβάζουν την απόκριση.κάποιες από τις τεχνικές ελέγχου αυτής της κατηγορίας είναι η μέθοδος διατήρησης του λόγου τάσης/συχνότητας (V/f) σταθερού καθως και η ίδια μέθοδος με ανατροφοδότηση ταχύτητας ή με ανατροφοδότηση ταχύτητας και ροής. Για μη γραμμικό μοντέλο σύγχρονης μηχανής όπως αυτό της σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη,με ταυτόχρονη απαίτηση για ιδιαίτερα ακριβή έλεγχο της ταχύτητας του δρομέα για την μέεγιστη απόδοση ισχύος γίνεται εμφανές ότι ο βαθμωτός έλεγχος δεν μπορεί να εφαρμοστει Η επόμενη λύση είναι ο διανυσματικός έλεγχος.οι τεχνικές ελέγχου που ανήκουν σε αυτή την κατηγορία είναι ο έλεγχος προσανατολισμού σε πεδίο 57

74 (FOC,Field Oriented Control),η γραμμικοποιηση μεσω ανατροφοδοτησης (Feedback Linearization) και ο ελεγχος παθητικοτητας (Passivity Based Control) O έλεγχος παθητικότητας έχει να κάνει με τη θεώρηση του συστήματος από ενεργειακής σκοπιάς και στηρίζεται στη θεωρία της παθητικότητας.σύμφωνα με τη θεωρία αυτή ένα σύστημα είναι παθητικό όταν δεν υπάρχει ενδιάμεση παραγωγή ενέργειας παρά μόνο κατανάλωση πράγμα που εξασφαλίζει την απόσβεση του συστήματος Στη μέθοδο ελέγχου με γραμμικοποίηση μέσω ανάδρασης η απαραίτητη αποσύζευξη των εξισώσεων επιτυγχάνεται μέσω σημάτων ανάδρασης της ταχυτητας και της ροής της μηχανής. Ο έλεγχος προσανατολισμένος σε πεδίο γίνεται είτε στο πεδίο του στατη ειτε στο πεδιο του δρομέα και μπορεί να είναι είτε άμεσος είτε έμμεσος. Στον άμεσο διανυσματικό έλεγχο με προσανατολισμό στο πεδίο του δρομέα χρησιμοποιούνται οι κατάλληλοι μαθηματικοί μετασχηματισμοί που παρουσιαστηκαν σε προηγούμενο κεφάλαιο έτσι ώστε να βρεθεί το διάνυσμα της ροής του δρομέα στο στατο πλαίσιο αναφοράς και στη συνέχεια η γωνία του διανύσματος της ροής του δρομέα στο σύγχρονα στρεφόμενο πλαίσιο αναφοράς να μπορεί να καθοριστεί άμεσα σύμφωνα με το διάνυσμα της ροής του δρομέα που έχουμε υπολογίσει νωρίτερα Στον έμμεσο διανυσματικό ελεγχο με προσανατολισμό στο πεδίο του δρομέα η κύρια διαφορά σε σχέση με τον άμεσο βρίσκεται στο τρόπο υπολογισμού της γωνίας του διανύσματος χώρου της ροής του στάτη στο σύγχρονα στρεφόμενο πλαίσιο αναφοράς.στον άμεσο αυτό γίνεται απευθείας με ανατροφοδότηση ενώ στον έμμεσο υπολογίζεται βασει εντολής ταχύτητας με έμπροσθεν τροφοδότηση. Στον άμεσο διανυσματικό έλεγχο με προσανατολισμό στο πεδίο του στάτη ισχύουν τα ίδια με πριν με τη διαφορά ότι ο προσανατολισμός του d αξονα του στρεφόμενου πλαισιου αναφοράς γίνεται στο διανυσμα χώρου της ροής του στάτη.ένα πλεονέκτημα σε σχέση με πριν είναι ότι σε αυτού του είδους τον έλεγχο 58

75 είναι πιο απλό να υπολογίσουμε το διάνυσμα χώρου του στάτη όταν χρησιμοποιείται το μοντέλο τάσης για να γίνει η εκτίμηση.μειονεκτει όμως στο γεγονός ότι δεν επιτυγχάνεται πλήρης απόζευξη των εξισώσεων και απαιτείται αλγεβρική πρόσθεση όρων στις εξισώσεις του μοντέλου αυτού. Μία ακόμη προσέγγιση που πετυχαίνει παραπλήσιες αποκρίσεις με το διανυσματικό έλεγχο είναι ο άμεσος έλεγχος ροπής και ροής (Direct Torque and Flux Control).Ο έλεγχος αυτός αγνοεί την τη σύζευξη των εξισώσεων της μηχανής κάνοντας όμως την απόκριση υποβέλτιστη αλλά λόγω της μικρότερης πολυπλοκότητας επιτρέπει πιο γρήγορους υπολογισμούς κρατώντας το σύστημα συνέχεια πολύ κοντά στη βέλτιστη απόκριση.ο διανυσματικός έλεγχος κάνει διορθώσεις πολύ πιο βέλτιστες αλλά και ταυτόχρονα αργές σε σχέση με αυτόν τον έλεγχο.αρνητικό της μεθόδου αυτής είναι η διακύμανση της ροπής,της ροής και της διακοπτικής συχνότητας λόγω του ελεγχου που γίνεται σε ζώνες υστέρησης. Μία ακόμη εναλλακτικη μεθοδος είναι ο ελεγχος με νευρωνικα δικτυα.η συγκεκριμενη μεθοδος λειτουργει με προσω-τροφοδοτηση και χρησιμοποιειται τοσο για ελεγκτές ρευματος οσο και για παραγωγη βελτιστων ακολουθιων παλμων ελεγχου συναρτήσει του του δεικτη διαμορφωσης.καθε εξοδος της τεχνικης αυτης μπορει να είναι γραμμικος συνδυασμος πολλων εισοδων και ως τεχνικη μπορει να εφαρμοστει σε πολλες εφαρμογες αλλαζοντας τα κερδη των ελεγκτων.τυχον αστοχεια καποιο νευρώνα επιτρεπει στο συστημα να συνεχισει τη λειτουργια του χωρις κανενα πρόβλημα.σαν μεθοδος είναι αρκετα χρονοβορα και απαιτει μεγαλη υπολογιστικη ισχυ.επισης χρειαζεται εκπαιδευση για να λειτουργησει ενώ η λειτουργια της δεν είναι πληρως εναρμονισμενη στους συγχρονους επεξεργαστες. 3.3 Θεωρία ελέγχου 59

76 Υπάρχουν δυο βασικές μέθοδοι έλεγχου για σύγχρονες μηχανές μονίμου μαγνήτη, η direct torque control (DTC) και η field oriented control (FOC) Στο σύστημα που θα αναλύσουμε θα αναπτυχθούν βρόγχοι ελεγχου τοσο για το ρευμα του στατη οσο και για την ταχυτητα της μηχανης.για τον έλεγχο της μηχανής θα χρησιμοποιήσουμε όπως προείπαμε άμεσο διανυσματικό έλεγχο με προσανατολισμό στην ροή του μόνιμου μαγνήτη του δρομέα (field oriented controlελεγχος προσανατολισμενος στο πεδιο). Θα εφαρμόσουμε μια στρατηγική κλειστου βρογχου η οποια θα αποτελειται από δυο ελεγκτές ρευματος για τον έλεγχο της ροπης και έναν ελεγκτή ταχύτητας. Χρησιμοποιείται το σύγχρονο πλαίσιο αναφορας και PI ελεγκτες (σχεδον μηδενικο σφαλμα στη μονιμη κατασταση). Οι δυο βασικέςς διαφορικές εξισώσεις που περιγράφουν την σύγχρονη μηχανή μόνιμου μαγνήτη όπως είδαμε και σε προηγούμενο κεφάλαιο είναι οι εξής: Για να εφαρμόσουμε τον έλεγχο πρέπει το σύστημα να είναι γραμμικό και ανεξάρτητο οπότε ορίζουμε τους παρακάτω μετασχηματισμούς εισόδου: 60

77 Οι Ud και Uq είναι τώρα οι νέες είσοδοι έλεγχου και έτσι παίρνουμε τις παρακάτω εξισώσεις: Πλέον οι εξισώσεις αυτές είναι πρώτης τάξης και γραμμικές. Η συνάρτηση μεταφοράς του συστήματος είναι: Όπου I=Id ή I=Iq και U=Ud ή U=Uq αν αναφερόμαστε στον d ή q άξονα αντίστοιχα ΕΛΕΓΧΟΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΣΤΟΝ ΑΞΟΝΑ D O προτεινόμενος PI ελεγκτής θεωρώντας την αναφορά του ρεύματος ιση με μηδέν θα έχει τη μορφή: Ud Όπου k i1 και k p1 θετικά ορισμένα κέρδη του PI ελεγκτή. 61

78 ΕΛΕΓΧΟΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΣΤΟΝ ΑΞΟΝΑ q Για τον έλεγχο του άξονα q θα χρησιμοποιήσουμε δυο ελεγκτές PI.Ο ένας θα είναι εξωτερικός και θα δημιουργεί το ρεύμα Iq,ref και ο άλλος θα είναι εσωτερικός για τον έλεγχο του ρεύματος.o εξωτερικός ελεγκτής θα ελέγχει την ταχύτητα. Η ταχύτητα αναφοράς συγκρίνεται με την ταχύτητα περιστροφής του δρομέα και το σφάλμα θα περνά στον εξωτερικό ελεγκτή η έξοδος του οποίου θα είναι το Iq,ref.Το ρεύμα αυτό θα είναι η είσοδος στον εσωτερικό ελεγκτή Εσωτερικος ελεγκτης: Όπου kp2 και ki2 θετικώς ορισμένα κέρδη Εξωτερικός ελεγκτής: Το ρευμα αναφορας δίνεται από την παρακάτω σχέση: Όπου kp3 και ki3 θετικώς ορισμένα κέρδη Το θα δίνεται κάθε φορά από το transmission. 62

79 Προσδιορισμός των κερδών των PI ελεγκτων H συνάρτηση μεταφοράς του ανοιχτού συστήματος δίνεται από τη σχέση: Η συνάρτηση μεταφοράς του ανοιχτού δίνεται από: Η συνάρτηση μεταφοράς του κλειστού: Εμεις όμως θέλουμε η συνάρτηση του κλειστού να είναι πρώτης τάξης επομένως: Όπου τ η επιθυμητή σταθερά χρόνου του συστήματος. Για να ισχύει αυτό θα πρέπει Mε αντικατάσταση βρίσκουμε τις τιμές των κερδών kp και ki έτσι ώστε το υπό έλεγχο σύστημα να έχει την επιδιωκόμενη απόκριση. Για τον άξονα d εχουμε: 63

80 Ομοιως για τον αξονα q εχουμε: Προσδιορισμός των κερδών για τον ελεγκτή της ταχύτητας Η εξίσωση που περιγράφει το μηχανικό κομμάτι της σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη δινεται από την παρακάτω εξίσωση: Eπειδή εφαρμόζουμε τη στρατηγική ελεγχου μηδενικου ρευματος στον d (Ιd=0) αξονα η εξίσωση απλοποείται: 64

81 Κάνουμε τη θεώρηση ότι η μηχανική ροπή Τ m είναι εξωτερική διαταραχή στο σύστημα μας και την παραλείπουμε. Εφαρμόζουμε στη συνέχεια το μετασχηματισμό Laplace και έχουμε την παρακάτω συνάρτηση μεταφοράς: Eτσι αντικαθιστώντας τον pi ελεγκτή στην εξίσωση έχουμε Εφαρμόζουμε μετασχηματισμό laplace στην τελευταία σχέση και έχουμε: Και έτσι προκύπτει η συνάρτηση μεταφοράς του κλειστού συστήματος: Όπου είναι η φυσική συχνότητα(natural frequency) του συστήματος και ζ ο συντελεστής απόσβεσης (damping ratio) Εφαρμόζουμε στο σημείο αυτό το κριτήριο της απόκλισης 2% από την τιμή ισορροπίας μέσα σε χρόνο αποκατάστασης Τs.O χρόνος αποκατάστασης συνδέεται με τη φυσική συχνότητα και τον συντελεστή απόσβεσης μέσω της παρακάτω σχέσης 65

82 Eτσι εξάγουμε τα κέρδη για τον PI ελεγκτή της ταχύτητας: Και 66

83 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 4 Προσομοίωση σύγχρονης μηχανής μονίμου μαγνητη 4.1 Εισαγωγή Στο κεφάλαιο αυτό θα γίνει η παρουσίαση καθώς και ο σχολιασμός των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης που έγινε στο πρόγραμμα Matlab και συγκεκριμένα στην εφαρμογή του Simulink.Το σενάριο που εξετάσαμε είναι η λειτουργία της σύγχρονης μηχανής μονίμου μαγνήτη υπό κανονικές συνθήκες για μεταβαλλόμενη εισόδου είσοδος του συστήματος είναι η ταχύτητα του οχήματος η οποία μεταβάλλεται σύμφωνα με ένα συγκεκριμένο driving cycle.επίσης έγινε και η προσομοίωση της μετάδοσης έλεγχος που εφαρμόστηκε είναι αυτός που παρουσιάστηκε στο κεφάλαιο To συνολικό μοντέλο του συστήματος Για να πετύχουμε την ανάλυση και την προσομοίωση του συστηματος που μελεταμε χρησιμοποιησαμε ένα μοντελο συγχρονης μηχανης μονιμου μαγνητη που περιγραφεται από τις διαφορικες εξισωσεις που αναλυθηκαν σε προηγουμενα κεφαλαια και περιγραφουν τοσο την ηλεκτρικη οσο και τη μηχανικη συμπεριφορα του συστηματος Συγκεντρωτικά οι οι βασικές εξισώσεις για την λειτουργία της σύγχρονης μηχανής είναι οι παρακάτω: 67

84 Κάποιες παραδοχές που κάναμε στην ανάλυση που έγινε για το μοντέλο του συστήματος και αφορουν την προσομοιωση είναι: 1. Δεν λαμβάνουμε υπόψη μεταβολές στην αντισταση των τυλιγματων του στατη,στις επαγωγες,στο μαγνητικο πεδιο των μονιμων μαγνητων της συγχρονης μηχανης που μπορει να οφειλονται σε τυχον διακυμανσεις της θερμοκρασιας. 2. Δεν λαμβάνονται υπόψη οι απώλειες σιδηρού και τα φαινόμενα κορεσμού των επαγωγών της μηχανης Σημειώνουμε επίσης ότι το μοντέλο του συστήματος όπως και ο έλεγχος και η προσομοίωση έγιναν στο σύγχρονα στρεφόμενο πλαίσιο αναφοράς d q και δεν χρησιμοποιηθηκε καθολου το τριφασικο μοντελο αποφευγοντας ετσι όλες τις διάμεσες μετατροπές. 68

85 Στη συνεχεία ακολουθεί ο πινάκας με τα τεχνικά χαρακτηριστικά της σύγχρονης μηχανής μονίμου μαγνήτη: Σύγχρονη γεννήτρια μόνιμου μαγνήτη Ονομαστική ισχύς P N 75kW Ονομαστική τάση V N 989 V Αριθμός πόλων p 18 Μαγνητική ροή μόνιμων μαγνητών λ pm Wb Αντίσταση τυλιγμάτων στητή R s Ω Αυτεπαγωγή d άξονα L d H Αυτεπαγωγή q άξονα L q H Ροπή αδράνειας J s 1.8 Kgm 2 Συντελεστής τριβών b 0.02 Nms/rad. 69

86 Στη συνέχεια ακόλουθεί ο πίνακας με τα κέρδη των ελεγκτών: Παράμετρος Σύμβολο Τιμή Ελεγκτής Ρεύματος Άξονας d Κέρδος αναλογικού όρου K p Κέρδος ολοκληρωτικού όρου K i Ελεγκτής ρεύματος Aξένες q Κέρδος αναλογικού όρου K p Κέρδος ολοκληρωτικού όρου K i2 347 Ελεγκτής Ταχύτητας Άξονας d Κέρδος αναλογικού όρου K p Κέρδος ολοκληρωτικού όρου K i Ακολουθεί το σχηματικό μοντέλο στο Simulink: 70

87 71

88 Ακολουθεί το block του transmission: 72

89 Ακολουθεί το μπλόκ του ελέγχου: 73

90 Ακολουθεί το μπλόκ της μηχανής: 74

91 4.3 Αποτελέσματα προσομοίωσης και σχολιασμός Στο σημείο αυτό θα γίνει παρουσίαση των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης. Σύμφωνα με το σενάριο της προσομοίωσης η ταχύτητα του ηλεκτρικού οχήματος αλλάζει σύμφωνα με ένα συγκεκριμένο κύκλο οδήγησης (driving cycle) που θέλει το όχημα να επιταχύνει και να επιβραδύνει σε διάφορες ταχύτητες μεχρι και τα 50κμ ανά ώρα. 75

92 Βάση της ταχύτητας του οχήματος προκύπτει και η ταχύτητα αναφοράς της μηχανής. Αυτή η ταχύτητα όπως φαίνεται και στο σχηματικό που παρουσιάστηκε πιο πάνω έρχεται ως τιμή αναφοράς στον εξωτερικό βρόγχο έλεγχου της q συνιστώσας του ρεύματος του στάτη ώστε να οδηγήσει τον κινητήρα στην επιθυμητή ταχύτητα. Ω s μετάδοσης: Η ωs μετάδοσης διαμορφώνεται σύμφωνα με το driving cycle που έχουμε ορίσει και είναι το ωref για τον ελεγκτή της ταχύτητας που σκοπός του ελέγξει τον κινητήρα Ωs κινητήρα: 76

93 Αυτή είναι η επιθυμητή ταχύτητα που θέλουμε να έχει ο κινητήρας σύμφωνα με το driving cycle που έχουμε ορίσει το ωref. Στο παρακάτω σχήμα βλέπουμε μαζί την ταχύτητα του Κινύρα με την ταχύτητα αναφοράς και παρατηρούμε ότι ο ελεγκτής που έχουμε σχεδιάσει πράγματι διορθώνει αμέσως τις τιμές και οδηγεί τον κινητήρα στο ζητούμενο κάθε φορά αριθμό στροφών 77

94 Και εδώ σε μια μεγέθυνση βλέπουμε ακόμα καλύτερη την διόρθωση που γίνεται από τον ελεγκτή Ρεύμα Ιq: Βλέπουμε ότι πράγματι οι ελεγκτές που έχουμε σχεδιάσει κρατούν το ρεύμα q στο μηδέν 78

95 Ρεύμα Ιd: Εδώ βλέπουμε το ρευμα Ιd όπως αυτό διαμορφώνεται κάθε φορα 79

96 Εδώ βλέπουμε πως διαμορφώνεται η Vq και παρατηρούμε ότι ακολουθεί τη κυματομορφή του ρεύματος: 80

97 Στο πιο κάτω σχήμα βλέπουμε το Vq που και αυτό κρατιέται στο μηδέν όπως και θέλαμε: Προοπτική της εργασίας Στην εργασία αυτή ασχοληθήκαμε με την μοντελοποίηση,τον έλεγχο και την προσομοίωση τμήματος ενός ηλεκτρικού οχήματος με σύγχρονο κινητήρα μονίμου μαγνήτη στο περιβάλλον Simulink του προγράμματος Matlab. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την προσομοίωση κρίθηκαν ιδαιτέρως ικανοποιητικά.η προσομοίωση και ο έλεγχος έγιναν για ένα συγκεκριμένο μοτίβο ταχύτητας. Επομένως μελλοντικά θα μπορούσε να μελετηθεί η λειτουργία του συγκεκριμένου οχήματος για μια ευρύτερη περιοχή ταχυτήτων.επίσης μελλοντικά μπορεί να συνεχιστεί η σχεδίαση και μοντελοποίηση ολοκλήρου του ηλεκτρικού οχήματος και στη συνέχεια να γίνει η κατασκευή του. 81

98 82

99 5 Βιβλιογραφία: 1. History of the electric vehicle 2. Electric Vehicle Modeling and simulation 3. More Power to Electric Vehicles 4. Bimal K. Bose, Modern Power Electronics and A.C. Drives, Prentice Hall PTR, Meier, F. (2008). Permanent-Magnet Synchronous Machines with Non-Overlapping Concentrated Windings for Low-Speed Direct-Drive Applications. Stockholm: Royal Institute of Technology 6. Madani, N. (2011). Design of a Permanent Magnet Synchronous Generator for a Vertical Axis Wind Turbine. Stockholm: Royal Istitute of Technology. 83

100 84

101 85

102 86

103 87