ΠΔΡΙΔΥΟΜΔΝΑ ΚΔΦΑΛΑΗΟ 1 ΔΗΑΓΧΓΖ...5

Μέγεθος: px
Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΠΔΡΙΔΥΟΜΔΝΑ ΚΔΦΑΛΑΗΟ 1 ΔΗΑΓΧΓΖ...5"

Transcript

1 - 1 - ΠΔΡΙΔΥΟΜΔΝΑ ΚΔΦΑΛΑΗΟ 1 ΔΗΑΓΧΓΖ Καηαλάισζε πεηξειαίνπ ζηηο κεηαθνξέο Αηκνζθαηξηθή ξχπαλζε Πεξηβαιινληηθφ πξφβιεκα Δλαιιαθηηθέο πξνηάζεηο κεηαθίλεζεο Ζιεθηξηθφ φρεκα Όρεκα ελεξγεηαθψλ θπςειψλ Τβξηδηθφ φρεκα.9 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 2 ΤΒΡΗΓΗΚΟ ΟΥΖΜΑ Ηζηνξηθή αλαδξνκή Οξηζκφο πβξηδηθνχ νρήκαηνο Δίδε πβξηδηθψλ νρεκάησλ Τβξηδηθφ ειεθηξηθφ φρεκα (Hybrid Electric Vehicle - HEV) Τβξηδηθφ πδξαπιηθφ φρεκα Τβξηδηθφ κεραληθφ φρεκα Τβξηδηθφ ζεξκηθφ φρεκα Βαζκφο πβξηδνπνίεζεο Μηθξν-πβξηδηθά (Micro Hybrid ή Power Assist Hybrid) Ήπηα πβξηδηθά (Mild Hybrid) Πιήξσο πβξηδηθά (Full Hybrid) Τβξηδηθά κε ζχζηεκα εμσηεξηθήο ειεθηξηθήο θφξηηζεο (Plug-in Hybrid) Σνπνινγίεο θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο πβξηδηθψλ νρεκάησλ (Powertrain architectures) εηξηαθή δηάηαμε (Series Hybrid) Παξάιιειε δηάηαμε (Parallel Hybrid) πλδπαζηηθή δηάηαμε (Combined / Series-Parallel Hybrid) Αλεμάξηεηε δηάηαμε (Independent Hybrid) Σερλνινγίεο πνπ εθαξκφδνληαη ζε πβξηδηθά νρήκαηα χζηεκα «Start-Stop» χζηεκα αλάθηεζεο ελέξγεηαο (Regenerative Braking) Πιενλεθηήκαηα πβξηδηθψλ νρεκάησλ. 32 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 3 ΠΑΡΑΓΔΗΓΜΑΣΑ ΤΓΥΡΟΝΧΝ ΤΒΡΗΓΗΚΧΝ ΚΑΗ ΖΛΔΚΣΡΗΚΧΝ ΟΥΖΜΑΣΧΝ Δηζαγσγή Τβξηδηθφ απηνθίλεην TOYOTA PRIUS Τβξηδηθφ φρεκα PORSCHE CAYENNE S HYBRID Ζιεθηξηθφ απηνθίλεην TESLA ROADSTER.50

2 - 2 - ΚΔΦΑΛΑΗΟ 4 ΤΠΟΤΣΖΜΑΣΑ ΤΒΡΗΓΗΚΧΝ ΖΛΔΚΣΡΗΚΧΝ ΟΥΖΜΑΣΧΝ Δηζαγσγή Ζιεθηξηθνί θηλεηήξεο Κηλεηήξαο ζπλερνχο ξεχκαηνο (DC motor) χγρξνλνο θηλεηήξαο (Synchronous motor) Αζχγρξνλνο θηλεηήξαο (Asynchronous motor) Κηλεηήξαο ζπλερνχο ξεχκαηνο ρσξίο ςήθηξεο (DC brushless motor) χγθξηζε ειεθηξηθψλ θηλεηήξσλ Μέζα απνζήθεπζεο ελέξγεηαο Ζιεθηξνρεκηθνί ζπζζσξεπηέο Δλεξγεηαθέο θπςέιεο Τπεξππθλσηέο θφλδπινη.77 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 5 ΜΔΣΑΣΡΟΠΖ ΤΜΒΑΣΗΚΟΤ ΟΥΖΜΑΣΟ Δ ΤΒΡΗΓΗΚΟ ΖΛΔΚΣΡΗΚΟ ΟΥΖΜΑ ΚΑΣΑΚΔΤΖ ΖΛΔΚΣΡΗΚΟΤ ΚΗΝΖΣΖΡΗΟΤ ΤΣΖΜΑΣΟ Δηζαγσγή Πεηξακαηηθφ φρεκα Ζιεθηξηθφο θηλεηήξαο χζηεκα ςχμεο ειεθηξηθνχ θηλεηήξα Μπαηαξίεο Σνπνινγία πβξηδηθνχ ειεθηξηθνχ θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο Μεραλνινγηθέο κεηαηξνπέο Όξγαλα έλδεημεο ιεηηνπξγίαο ειεθηξνθηλεηήξα Αξρή ιεηηνπξγίαο πεηξακαηηθνχ νρήκαηνο χζηεκα δηαρείξηζεο ελέξγεηαο ΚΔΦΑΛΑΗΟ 6 ΔΛΔΓΥΟ ΖΛΔΚΣΡΗΚΟΤ ΚΗΝΖΣΖΡΑ Αλάιπζε ιεηηνπξγίαο αζχγρξνλνπ θηλεηήξα Μέζνδνη ειέγρνπ Έιεγρνο ηνπ ιφγνπ ηεο ηάζεο πξνο ηε ζπρλφηεηα Έκκεζνο έιεγρνο ξνπήο Άκεζνο έιεγρνο ξνπήο Έιεγρνο αληηζηξνθέα κε ρξήζε ηεο ηερληθήο DTC Δθαξκνγή ηεο κεζφδνπ DTC Τπνινγηζκφο ηάζεσλ ζηάηε ζην ζχζηεκα d-q Τπνινγηζκφο ξεπκάησλ ζηάηε ζην ζχζηεκα d-q Τπνινγηζκφο καγλεηηθήο ξνήο ζηάηε Τπνινγηζκφο ηνκέα 126

3 Τπνινγηζκφο ειεθηξνκαγλεηηθήο ξνπήο χγθξηζε ξνήο θαη ξνπήο κε ηα κεγέζε αλαθνξάο Δπηινγή δηαλχζκαηνο ηάζεο ΚΔΦΑΛΑΗΟ 7 ΖΛΔΚΣΡΟΝΗΚΟ ΜΔΣΑΣΡΟΠΔΑ ΗΥΤΟ ΤΝΔΥΟΤ ΣΑΖ Δ ΣΡΗΦΑΗΚΖ ΔΝΑΛΛΑΟΜΔΝΖ ΣΑΖ ρεδηαζκφο αληηζηξνθέα Ζκηαγσγηθά ζηνηρεία χζηεκα ςχμεο Ππθλσηέο Καισδηψζεηο αληηζηξνθέα χζηεκα πξνζηαζίαο ηεο δηάηαμεο Κχθισκα ειέγρνπ ηνπ αληηζηξνθέα Μεηξεηηθέο δηαηάμεηο Δπεμεξγαζία ζεκάησλ Οδήγεζε ησλ παικψλ Σξνθνδνζία θπθιψκαηνο ειέγρνπ Κνπηί θχιαμεο ΚΔΦΑΛΑΗΟ 8 ΖΛΔΚΣΡΟΝΗΚΟ ΑΜΦΗΚΑΣΔΤΘΤΝΣΖΡΗΟ ΜΔΣΑΣΡΟΠΔΑ ΗΥΤΟ ΑΝΤΦΧΖ ΤΠΟΒΗΒΑΜΟΤ ΤΝΔΥΟΤ ΣΑΖ Δ ΤΝΔΥΖ ΣΑΖ ρεδηαζκφο Μειέηε ηνπ ειεθηξνληθνχ κεηαηξνπέα ηζρχνο Μεηαηξνπέαο αλχςσζεο ηάζεο Μεηαηξνπέαο ππνβηβαζκνχ ηάζεο Ακθηθαηεπζπληήξηνο κεηαηξνπέαο αλχςσζεο / ππνβηβαζκνχ ηάζεο Πεξηγξαθή ιεηηνπξγίαο κεηαηξνπέα Πξνζνκνίσζε κεηαηξνπέα Γηαθνπηηθά ζηνηρεία κεηαηξνπέα Κχθισκα ειέγρνπ κεηαηξνπέα Μεηξεηηθέο δηαηάμεηο Δπεμεξγαζία ζεκάησλ Οδήγεζε ησλ παικψλ Σξνθνδνζία θπθιψκαηνο ειέγρνπ κεηαηξνπέα Πελίν Τπνινγηζκφο επαγσγήο πελίνπ Καηαζθεπή πελίνπ Πεηξακαηηθέο κεηξήζεηο πελίνπ.198 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 9 ΠΔΗΡΑΜΑΣΗΚΑ ΑΠΟΣΔΛΔΜΑΣΑ ΜΔΣΡΖΔΗ Δηζαγσγή Γνθηκή νδήγεζεο παικψλ ζηελ είζνδν ηνπ θπθιψκαηνο ηζρχνο..205

4 Γνθηκή ηξηθαζηθνχ αληηζηξνθέα ζε ηξηθαζηθφ σκηθφ θνξηίν Γνθηκή ηξηθαζηθνχ αληηζηξνθέα ζε ηξηθαζηθφ αζχγρξνλν θηλεηήξα ηνπ εξγαζηεξίνπ κε ειεθηξνκαγλεηηθφ θνξηίν Μεηξήζεηο κε κεηαβνιή ηνπ θνξηίνπ Μεηξήζεηο κε κεηαβνιή ηεο ξνήο αλαθνξάο Γνθηκέο επί ηνπ ηξηθαζηθνχ αζχγρξνλνπ θηλεηήξα ηεο εθαξκνγήο κε ην φρεκα αθηλεηνπνηεκέλν Γνθηκή κε ηξνθνδνζία απφ ην δίθηπν κε ρξήζε κεηαζρεκαηηζηή Γνθηκή κε ηξνθνδνζία απφ ηξνθνδνηηθφ ζπλερνχο ηάζεο θαη ρξήζε ηνπ αληηζηξνθέα Γνθηκή κε ηξνθνδνζία απφ ηνπο ζπζζσξεπηέο θαη ρξήζε ηνπ αληηζηξνθέα ΚΔΦΑΛΑΗΟ 10 ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ. 255 ΠΑΡΑΡΣΖΜΑ. 259

5 - 5 - ΚΔΦΑΛΑΙΟ 1 ΔΙΑΓΧΓΗ [1]-[7],[17] 1.1 Καηαλάισζε πεηξειαίνπ ζηηο κεηαθνξέο Οη κεηαθηλήζεηο θαη νη κεηαθνξέο απνηεινχλ θαζνξηζηηθφ παξάγνληα αλάπηπμεο ζηνλ ζχγρξνλν θφζκν. Ζ θαηαλάισζε ελέξγεηαο ζε απηφλ ηνλ ηνκέα έρεη απμεζεί ζεκαληηθά ηα ηειεπηαία ρξφληα. Σν 60 % ηεο παγθφζκηαο θαηαλάισζεο πεηξειαηνεηδψλ απνξξνθάηαη ζηηο κεηαθνξέο. Αλ θαη αλακέλεηαη ην πνζνζηφ πγξψλ θαπζίκσλ, ζην ζχλνιν, λα κεησζεί, εληνχηνηο πξνβιέπεηαη αχμεζε ηεο εκεξήζηαο θαηαλάισζεο κέρξη ην 2030 ηνπιάρηζηνλ θαηά 40 %. Σν πνζνζηφ δε, ηνπ ηνκέα κεηαθνξψλ ζηελ θαηαλάισζε πγξψλ θαπζίκσλ αλακέλεηαη λα αλέβεη ζην 70 %. Αλαθνξά ηνπ Ακεξηθαληθνχ Τπνπξγείνπ Δλέξγεηαο πξνβιέπεη αχμεζε ηεο παγθφζκηαο θαηαλάισζεο ελέξγεηαο ηνπιάρηζηνλ θαηά 50 % κέρξη ην 2030, κε ην κεγαιχηεξν κεξίδην ηεο αχμεζεο λα πξνέξρεηαη απφ ηηο αλαπηπζζφκελεο ρψξεο. Σα κεξίδηα ηεο Κίλαο Ηλδίαο ζηελ παγθφζκηα θαηαλάισζε ελέξγεηαο απφ 8 % (αζξνηζηηθά) ην 1980 ζα αλέβνπλ ζην 25 % ην 2030, ελψ ηεο Ακεξηθήο απφ 22 % πνπ είλαη ζήκεξα, ζα πέζεη ζην 17 %. χκθσλα πάιη κε ηελ ίδηα αλαθνξά θαη κε βάζε ην πην κεηξηνπαζέο ζελάξην, γηα ηελ ίδηα πεξίνδν νη ηηκέο ηνπ πεηξειαίνπ ζα παξακείλνπλ ζρεηηθά πςειέο. Σν πην ζπρλά ρξεζηκνπνηνχκελν κέζν κεηαθνξάο είλαη ην απηνθίλεην θαη αθνινπζεί κε κεγάιε δηαθνξά ην αεξνπιάλν, κεηά ην ηξέλν θαη ην ιεσθνξείν. Ζ κνλνκεξήο απνθιεηζηηθή εμάξηεζε ησλ κεηαθνξηθψλ κέζσλ απφ ην αξγφ πεηξέιαην θαη ε θπξηαξρία ηνπ Η.Υ. απηνθηλήηνπ, δελ έρνπλ κφλν πεξηβαιινληηθέο αιιά επίζεο νηθνλνκηθέο θαη θνηλσληθέο επηπηψζεηο. Οη νηθνλνκηθέο ζπλέπεηεο γίλνληαη εκθαλείο κεηά απφ θάζε πεηξειατθή θξίζε. Δίλαη πξνθαλέο φηη ε ηξέρνπζα θαηάζηαζε δε κπνξεί λα ζπλερηζζεί. Αλ δελ ππάξμνπλ ζνβαξέο ηερλνινγηθέο αιιαγέο ή κείσζε ηεο θαηαλάισζεο, ε βαζηθή ζπλέπεηα ζα είλαη ε κεγάιε αχμεζε ζηηο ηηκέο ησλ θαπζίκσλ. Ζ εμνηθνλφκεζε ελέξγεηαο ζηηο κεηαθνξέο ππφζρεηαη θαιχηεξε πνηφηεηα δσήο ζε πφιεηο πην αλζξψπηλεο, θαζαξέο θαη ήζπρεο θαη κπνξεί λα επηηεπρζεί κε αιιαγέο ζηα κεηαθνξηθά κέζα, κε νξζνινγηθή νξγάλσζε ησλ ζπγθνηλσληψλ θαη κείσζε ησλ κεηαθηλήζεσλ.

6 - 6 - Δικόνα 1.1 Απνζέκαηα πεηξειαίνπ (εθθξαζκέλα ζε δηζεθαηνκκύξηα βαξέιηα) αλά ρώξα [4] Δικόνα 1.2 Δλεξγεηαθή θαηαλάισζε αλά ρώξα ζε θηιά πεηξειαίνπ [5] Σν ζεκαληηθφηεξν πξφβιεκα ησλ κεηαθνξψλ ζήκεξα, ηφζν ζηελ Διιάδα φζν θαη ζηελ ππφινηπε Δπξψπε, απνηειεί ε ζπλερήο αχμεζε ηεο δήηεζεο γηα κεηαθηλήζεηο. Ζ αχμεζε απηή επηθεληξψλεηαη ζηηο νδηθέο κεηαθνξέο, σο ηνλ πιένλ επέιηθην ηξφπν κεηαθνξάο, παξφηη θαη ηα άιια κέζα εκθαλίδνπλ απμεηηθέο ηάζεηο. Ο αξηζκφο ησλ επηβαηηθψλ απηνθηλήησλ πνπ θπθινθνξνχλ ζηελ Διιάδα ππεξδηπιαζίαζηεθε κεηαμχ 1990 θαη Με βάζε ηα ζηνηρεία ηνπ ελεξγεηαθνχ ηζνδπγίνπ ηνπ 2005 ε θαηαλάισζε ελέξγεηαο ηνπ θιάδνπ ησλ κεηαθνξψλ ζηελ Διιάδα ζπγθεληξψλεη πεξίπνπ ην 39 % (8.07 Mtoe) ηεο ζπλνιηθήο ηειηθήο

7 - 7 - θαηαλάισζεο ελέξγεηαο ηεο ρψξαο. Σν πνζνζηφ απηφ θαηαηάζζεη ηελ Διιάδα ζηελ 6ε ζέζε θαηαλάισζεο ελέξγεηαο γηα ηηο κεηαθνξέο ζηελ ΔΔ, ελψ ν επξσπατθφο κέζνο φξνο (ΔΔ-15) είλαη 32.3 %. ε ζχγθξηζε κε ην 1990, ην 2005 ε ζπλνιηθή θαηαλάισζε ελέξγεηαο ζηηο κεηαθνξέο έρεη απμεζεί θαηά 38.9 % ελψ παξάιιεια ν αξηζκφο ησλ ηξνρνθφξσλ νρεκάησλ έρεη ππεξδηπιαζηαζηεί θαη ε δήηεζε γηα επηβαηηθέο κεηαθνξέο εθηηκάηαη φηη έρεη απμεζεί πεξίπνπ θαηά 75 %. Δικόνα 1.3 Απμεκέλε θίλεζε νρεκάησλ [2] χκθσλα κε ηηο εθηηκήζεηο ησλ εηδηθψλ ππάξρνπλ απηή ηε ζηηγκή ζηνλ πιαλήηε πεξίπνπ έλα δηζεθαηνκκχξην νρήκαηα, κε πξφβιεςε λα θζάζνπλ ζην 1.5 δηζ. ην Δπίζεο, γηα ην 2100, ε πξφβιεςε είλαη φηη ζα ππάξρνπλ 10.5 δηζ. θάηνηθνη ζηνλ πιαλήηε εθ ησλ νπνίσλ ην 70 % ζα δεη ζε πφιεηο θαη φηη ν αξηζκφο ησλ απηνθηλήησλ ζα αλεβεί πάλσ απφ ηα 3 δηζ.. Οη λέεο κεγάιεο αγνξέο απηνθηλήηνπ είλαη πιένλ ε Νφηηα Αζία (Κίλα - Ηλδία), αθνινπζνχκελε απφ ηελ Αλαηνιηθή Δπξψπε θαη ηε Λαηηληθή Ακεξηθή. 1.2 Αηκνζθαηξηθή ξύπαλζε - Πεξηβαιινληηθό πξόβιεκα Αθήλνληαο θαηά κέξνο δεηήκαηα επάξθεηαο, αιιά θαη ην θαηά πφζν ν παγθφζκηνο ελεξγεηαθφο ηνκέαο ζα κπνξέζεη λα ηθαλνπνηήζεη απηήλ ηελ ηεξάζηηα αχμεζε ζηε δήηεζε, ην κεγάιν πξφβιεκα είλαη απηφ ηεο κφιπλζεο ηνπ πεξηβάιινληνο θαη ηεο θιηκαηηθήο αιιαγήο. Οη βαζηθέο εθπνκπέο απφ ηελ θαχζε ησλ ζπκβαηηθψλ ελεξγεηαθψλ θαπζίκσλ (ζηεξεά θαχζηκα, πεηξέιαην, θπζηθά αέξηα), νη νπνίεο είλαη ην δηνμείδην ηνπ ζείνπ (SO 2 ), ηα νμείδηα ηνπ αδψηνπ (NO x ) θαη ην δηνμείδην ηνπ άλζξαθα (CO 2 ), επζχλνληαη

8 - 8 - γηα ην 90 % ηεο πξφθιεζεο ηεο φμηλεο βξνρήο θαη ηνπ θαηλνκέλνπ ηνπ ζεξκνθεπίνπ, ελψ απνθιεηζηηθή είλαη ζρεδφλ ε επζχλε ηνπο γηα ην λέθνο ησλ κεγάισλ πφιεσλ. Αλαθνξηθά κε ηηο εθπνκπέο αεξίσλ ηνπ ζεξκνθεπίνπ ν ηνκέαο ησλ κεηαθνξψλ εθπέκπεη ην 23% (Odyssee 2004) πεξίπνπ ηνπ ζπλνιηθνχ CO 2 ζηελ Διιάδα ελψ ηα ηειεπηαία ρξφληα παξνπζηάδεηαη ξαγδαία αχμεζε ησλ εθπνκπψλ ππνμεηδίνπ ηνπ αδψηνπ (Ν 2 Ο). Οη εθπνκπέο επηθίλδπλσλ αέξησλ ξχπσλ φπσο ην κνλνμείδην ηνπ άλζξαθα (CO), ηα νμείδηα ηνπ αδψηνπ (ΝΟ x ), νη πηεηηθέο νξγαληθέο ελψζεηο (VOC), νη άθαπζηνη πδξνγνλάλζξαθεο, ην βελδφιην θαη ηα ζσκαηίδηα (PM) πνπ πξνέξρνληαη απφ ηηο κεηαθνξέο απνηεινχλ ηελ θχξηα αηηία αηκνζθαηξηθήο ξχπαλζεο ζηα αζηηθά θέληξα. Οη πξνβιέςεηο θάλνπλ ιφγν γηα αχμεζε ησλ εθπνκπψλ CO 2 ηνπιάρηζηνλ θαηά 70 % κέρξη ην 2030, ιφγσ ηνπ δηπιαζηαζκνχ απηψλ ζηηο αλαπηπζζφκελεο ρψξεο, ελψ ζηηο αλεπηπγκέλεο ρψξεο απηέο ζα είλαη πεξίπνπ ζηαζεξέο. Γεπηεξεχνπζεο αιιά, επίζεο, ζεκαληηθέο πεξηβαιινληηθέο ζπλέπεηεο πνπ απνξξένπλ απφ ηηο νδηθέο κεηαθνξέο ζε αζηηθφ ή πεξηαζηηθφ επίπεδν, είλαη ην φδνλ, ν ζφξπβνο, ε θαηάιεςε γεο γηα ππνδνκέο κεηαθνξψλ θαη ε δηάζεζε ησλ νρεκάησλ πνπ απνζχξνληαη απφ ηελ θπθινθνξία. 1.3 Δλαιιαθηηθέο πξνηάζεηο κεηαθίλεζεο Ηιεθηξηθό όρεκα Σν ειεθηξηθφ απηνθίλεην (Electric Vehicle EV) σο ηδέα, αιιά θαη σο ηερλνινγία, έρεη πάλσ απφ 150 ρξφληα πξντζηνξία. Ζιεθηξηθά απηνθίλεηα εκθαλίδνληαη απφ ην 2030, αιιά πνηέ δελ έγηλαλ δεκνθηιή, ιφγσ ηεο ρακειήο ηνπο ηππνδχλακεο θαη ηεο πνιχ κηθξήο απηνλνκίαο. Χζηφζν, απφ ηε δεθαεηία 1970 θαη, θπξίσο, ιφγσ ηνπ πξσηνεκθαληδφκελνπ νηθνινγηθνχ θηλήκαηνο, δηάθνξνη κηθξνί θαηαζθεπαζηέο άξρηζαλ δεηιά-δεηιά λα παξνπζηάδνπλ ηα πξψηα ειεθηξηθά απηνθίλεηα. Σν πξψην ζχγρξνλν ειεθηξηθφ απηνθίλεην ήηαλ ην EV1, ην νπνίν παξνπζηάζηεθε ην 1996 απφ ηελ εηαηξεία GENRAL MOTORS. Ήηαλ, βαζηθά, έλα πείξακα ην νπνίν δηήξθεζε ηξία ρξφληα θαη απνζχξζεθε ην Κχξην ραξαθηεξηζηηθφ ηεο ηερλνινγίαο ησλ ειεθηξηθψλ απηνθηλήησλ είλαη ε χπαξμε ελφο ειεθηξηθνχ θηλεηήξα, ζηνλ νπνίν παξέρεηαη ηζρχο απφ επαλαθνξηηδφκελνπο ειεθηξνρεκηθνχο ζπζζσξεπηέο. Βαζηθά πιενλεθηήκαηα απηήο ηεο ηερλνινγίαο είλαη ε πιήξεο αλππαξμία αηκνζθαηξηθψλ ξχπσλ, θαηά ηε δηάξθεηα ηεο θίλεζεο, ε δπλαηφηεηα επαλαθφξηηζεο ησλ κπαηαξηψλ απφ ην ζπίηη θαη ε αζφξπβε ιεηηνπξγία ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα. εκαληηθφ ξφιν, φκσο, εδψ παίδεη θαη ε παξαγσγή ηεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο γηα ηελ θφξηηζε ησλ κπαηαξηψλ, ε νπνία ζα πξέπεη λα πξνέξρεηαη απφ «πξάζηλεο» πεγέο, φπνπ κφλν ηφηε ζα έρνπκε πιήξε νηθνινγηθή θίλεζε. Έλα ζεκαληηθφ πξφβιεκα είλαη ε ρσξεηηθφηεηα ησλ κπαηαξηψλ, ε νπνία δεζκεχεη ηελ απηνδπλακία, θαη απηφο είλαη ν ιφγνο πνπ ε ηερλνινγία απηή εθαξκφδεηαη ζε νρήκαηα πνπ θηλνχληαη εληφο κηθξψλ ρψξσλ θαη ζε απηνθίλεηα

9 - 9 - πφιεο, κηθξνχ κεγέζνπο. πλεπψο, γηα ηελ αχμεζε ηεο απηνλνκίαο απαηηείηαη αθφκα πεξαηηέξσ έξεπλα θαη εμέιημε ησλ ειεθηξνρεκηθψλ ζπζζσξεπηψλ. Αλαθνξηθά κε ηηο κπαηαξίεο, ν πην πνιιά ππνζρφκελνο ηχπνο είλαη ε κπαηαξία ηφληνο ιηζίνπ (Li-ion), ε νπνία ραξαθηεξίδεηαη απφ ην πνιχ ρακειφ εηδηθφ ηεο βάξνο θαη ηελ απμεκέλε απφδνζή ηεο. Έλα επίζεο ζεκαληηθφ δήηεκα ζρεηηθά κε ην ειεθηξηθφ απηνθίλεην είλαη φηη απαηηείηαη ε εγθαηάζηαζε κίαο θαηλνχξηαο ππνδνκήο επαλαθφξηηζεο, παξάιιεια κε απηή ησλ πξαηήξησλ θαπζίκσλ. Όκσο, ε επξεία εθαξκνγή ηεο δε κπνξεί λα ζηεξηρηεί απφ ην ππάξρνλ ελεξγεηαθφ δίθηπν, θαζψο ε παξαγφκελε ελέξγεηα δελ ζα επαξθεί γηα ηελ θάιπςε ησλ επηπιένλ απαηηήζεσλ ηζρχνο. Θα απαηηεζνχλ ινηπφλ επηπξφζζεηεο επελδχζεηο έηζη ψζηε λα είλαη εθηθηή ε ζηξνθή πξνο ην ειεθηξηθφ απηνθίλεην. Δίλαη ζεκαληηθφ φκσο, απηή ε επηπξφζζεηε αχμεζε ηεο παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο λα πξνέιζεη απφ αλαλεψζηκεο πεγέο ελέξγεηαο, φπσο κε ρξήζε θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ, έηζη ψζηε λα κελ επηβαξχλεηαη κε ξχπνπο ην πεξηβάιινλ Όρεκα ελεξγεηαθώλ θπςειώλ Σν φρεκα ελεξγεηαθψλ θπςειψλ (FCV) απνηειεί έλα απφ ηα πιένλ θηιηθφηεξα πξνο ην πεξηβάιινλ κέζα κεηαθίλεζεο, θαζψο θαηά ηε ιεηηνπξγία ηνπ εθπέκπεη κεδεληθνχο ξχπνπο. Πεγή ελέξγεηάο ηνπ είλαη νη ελεξγεηαθέο θπςέιεο ή θπςέιεο θαπζίκνπ, νη νπνίεο παξάγνπλ ειεθηξηθφ ξεχκα γηα ηελ ηξνθνδνζία ελφο ή πεξηζζνηέξσλ ειεθηξνθηλεηήξσλ. Έλα κεηνλέθηεκα απηήο ηεο ηερλνινγίαο είλαη ε αδπλακία επηζηξνθήο ελέξγεηαο ζην ζπγθεθξηκέλν απνζεθεπηηθφ κέζν, θαηά ηε θάζε ηεο επηβξάδπλζεο ηνπ νρήκαηνο. Σέηνηα νρήκαηα βξίζθνληαη αθφκα ζε πεηξακαηηθφ ζηάδην, θαζψο ην θφζηνο καδηθήο παξαγσγήο ηνπ είλαη κέρξη ζηηγκήο απαγνξεπηηθφ Τβξηδηθό όρεκα Σν πβξηδηθφ φρεκα (HV) ρξεζηκνπνηεί γηα ηελ θίλεζή ηνπ κία ζπκβαηηθή θαη κία ελαιιαθηηθή πεγή ελέξγεηαο. Χο ζπκβαηηθή πεγή ελέξγεηαο ρξεζηκνπνηείηαη ζπλήζσο ε βελδίλε ή ην πεηξέιαην γηα ηελ ηξνθνδνζία κηαο κεραλήο εζσηεξηθήο θαχζεο, ελψ σο ελαιιαθηηθή πεγή ελέξγεηαο ρξεζηκνπνηείηαη ζηηο πεξηζζφηεξεο ησλ πεξηζηάζεσλ ε ειεθηξνρεκηθή ελέξγεηα γηα ηελ παξνρή ηζρχνο ζε έλαλ ή πεξηζζφηεξνπο ειεθηξνθηλεηήξεο. Παξφια απηά ε πβξηδηθή ηερλνινγία κπνξεί λα εθαξκνζηεί ζε θάζε είδνπο θηλεηήξην ζχζηεκα θαη λα εθκεηαιιεπηεί ηα νθέιε ηνπ ζπλδπαζκνχ ηνπο ζηε δηαρείξηζε ηεο ελέξγεηαο, φπσο θαίλεηαη ζηελ αθφινπζε εηθφλα.

10 Δικόνα 1.4 Δλζσκάησζε πβξηδηθήο ηερλνινγίαο ζε θάζε είδνπο θηλεηήξην ζύζηεκα [17] Δπίζεο, ηα πβξηδηθά νρήκαηα δηαζέηνπλ ηε δπλαηφηεηα αλάθηεζεο ελέξγεηαο θαηά ηελ πέδεζε, θνξηίδνληαο ηηο κπαηαξίεο ηνπο. ην αθφινπζν δηάγξακκα παξνπζηάδνληαη νη πσιήζεηο ησλ πβξηδηθψλ νρεκάησλ ζηηο Ζ.Π.Α., φπνπ παξαηεξείηαη ζπλερήο αχμεζε ηα ηειεπηαία πέληε ρξφληα. Δικόνα 1.5 Πσιήζεηο πβξηδηθώλ νρεκάησλ (αλά κήλα) ηα ηειεπηαία 5 ρξόληα ζηηο Ζ.Π.Α. [3]

11 ην αθφινπζν ηζηφγξακκα παξνπζηάδνληαη νη απμήζεηο ζηηο πσιήζεηο ησλ δηαθφξσλ θαηεγνξηψλ πβξηδηθψλ νρεκάησλ (micro, mild, full hybrid), αλάινγα κε ην πνζνζηφ πβξηδνπνίεζεο, έσο ην έηνο χκθσλα κε ηελ ίδηα πεγή [6], ην 2015 νη πσιήζεηο ησλ πβξηδηθψλ νρεκάησλ ζηηο Ζ.Π.Α. αλακέλεηαη λα θηάζνπλ ηα 1.1 εθαηνκκχξηα κνλάδεο. Δικόνα 1.6 Πξόγλσζε πσιήζεσλ πβξηδηθώλ νρεκάησλ ζηηο Ζ.Π.Α. [6] Δικόνα 1.7 Δμέιημε ππνζπζηεκάησλ πβξηδηθώλ ειεθηξηθώλ νρεκάησλ

12 Ζ πβξηδηθή ηερλνινγία κπνξεί λα πξνζθέξεη εμνηθνλφκεζε ελέξγεηαο έσο θαη 30 % ζε έλα ζπκβαηηθφ φρεκα. Πξνθαλψο, δελ απαιιάζζεηαη πιήξσο ε εθπνκπή αηκνζθαηξηθψλ ξχπσλ ηνπ νρήκαηνο, αιιά, ζηελ παξνχζα θάζε ηεο ηερλνινγηθήο εμέιημεο, απνηειεί ην ελδηάκεζν βήκα κέρξη ηελ σξίκαλζε ησλ ηερλνινγηψλ ησλ κέζσλ απνζήθεπζεο ηεο ελέξγεηαο θαη ην πέξαζκα ζηα πιήξσο ειεθηξηθά νρήκαηα θαη ζηα νρήκαηα ελεξγεηαθψλ θπςειψλ. Δικόνα 1.8 Δμέιημε ηερλνινγηώλ απηνθίλεζεο πξνο όθεινο ηεο κείσζεο εθπνκπώλ ξύπσλ Ζ αλάιπζε ηεο πβξηδηθήο ηερλνινγίαο ζπλερίδεηαη ζην επφκελν θεθάιαην.

13 ΚΔΦΑΛΑΙΟ 2 ΤΒΡΙΓΙΚΟ ΟΥΗΜΑ [8]-[18], [29] 2.1 Ιζηνξηθή αλαδξνκή [9] Σν πξψην πβξηδηθφ φρεκα θαηαζθεπάζηεθε απφ ηνλ Ferdinand Porsche ην 1899, ηδξπηή θαη ηεο γλσζηήο Γεξκαληθήο εηαηξείαο θαηαζθεπήο ζπνξ απηνθηλήησλ, ν νπνίνο εξγαδφηαλ ηφηε ζηελ εηαηξεία Jacob Lohner & Co. Σν φρεκα πήξε ηελ νλνκαζία «Lohner-Porsche Mixte Hybrid». Πην ζπγθεθξηκέλα, ήηαλ έλα πβξηδηθφ ειεθηξηθφ φρεκα ζεηξηαθήο δηάηαμεο κε θίλεζε θαη ζηνπο ηέζζεξεηο ηξνρνχο. Σν θηλεηήξην ζχζηεκά ηνπ απνηεινχζαλ έλαο βελδηλνθηλεηήξαο, κία ειεθηξηθή γελλήηξηα θαη ηέζζεξεηο ειεθηξηθνί θηλεηήξεο νη νπνίνη είραλ πξνζαξκνζηεί επάλσ ζηνπο ηξνρνχο ηνπ νρήκαηνο (wheel hub motors). Δικόνα 2.1 Σν πξώην πβξηδηθό όρεκα: Lohner-Porsche Mixte Hybrid [9] ηε ζπγθεθξηκέλε δηάηαμε ηνπ θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο, ν βελδηλνθηλεηήξαο έδηλε θίλεζε ζηνλ άμνλα ηεο ειεθηξηθήο γελλήηξηαο θαη απηή κε ηε ζεηξά ηεο

14 ηξνθνδνηνχζε κε ειεθηξηθή ηζρχ ηνπο ηέζζεξεηο ειεθηξνθηλεηήξεο, νη νπνίνη ελ ηέιεη κεηέδηδαλ ηελ θίλεζε ζηνπο ηξνρνχο ηνπ νρήκαηνο. Απφ ηφηε, ρξεηάζηεθε λα πεξάζνπλ πεξίπνπ εθαηφ ρξφληα κέρξη ην πβξηδηθφ απηνθίλεην λα κπεη γηα ηα θαιά ζηε γξακκή παξαγσγήο θαη λα δηεθδηθεί κέξνο ηεο αγνξάο, πξνζθέξνληαο κηα νηθνινγηθφηεξε ηερλνινγία θίλεζεο. 2.2 Οξηζκόο πβξηδηθνύ νρήκαηνο Έλα πβξηδηθφ φρεκα ζπλδπάδεη θαη ρξεζηκνπνηεί ηνπιάρηζηνλ δχν δηαθνξεηηθέο πεγέο ελέξγεηαο πξνθεηκέλνπ λα επηηχρεη ηελ θίλεζε ηνπ. Σν θηλεηήξην ζχζηεκα ηνπ νρήκαηνο πεξηιακβάλεη εθηφο απφ ηε ζπλήζεο κεραλή εζσηεξηθήο θαχζεο (Μ.Δ.Κ.) θαη κία πην «ήπηα» πξνο ην πεξηβάιινλ ηερλνινγία ε νπνία πξνζδίδεη θίλεζε ζην φρεκα, θαηά πεξίπησζε, κέζσ ειεθηξηθνχ θηλεηήξα, πλεπκαηηθήο ή πδξαπιηθήο θηλεηήξηαο δηάηαμεο, ζεξκηθνχ θηλεηήξα θαη άιια. Σέηνηεο ελαιιαθηηθέο ηερλνινγίεο ρξεζηκνπνηνχλ σο πεγέο ελέξγεηαο ηελ ειηαθή, ηε ζεξκηθή, ηελ ειεθηξηθή ή ηελ ελέξγεηα απφ βηνκάδα, φπσο π.ρ. βηνθαχζηκν, πεπηεζκέλνο αέξαο,` πγξφ άδσην, θπζηθφ αέξην, πδξνγφλν θ.α. Ο ελαιιαθηηθφο θηλεηήξαο κπνξεί λα αλαιακβάλεη απνθιεηζηηθά ηελ θίλεζε ηνπ νρήκαηνο ή λα ππνβνεζά ζε απηήλ φηαλ απαηηείηαη κέγηζηε ηζρχο, ελψ επίζεο παξέρεη θαη ηε δπλαηφηεηα απνζήθεπζεο ελέξγεηαο. Ο θάζε θαηαζθεπαζηήο επηιέγεη ηελ θαηά ζπλζήθε ιεηηνπξγία ηνπ πβξηδηθνχ ζπζηήκαηνο αλάινγα κε ην «ραξαθηήξα» πνπ ζέιεη λα πξνζδψζεη ζην θηλεηήξην ζχζηεκα θαη ζην φρεκα ζην ζχλνιφ ηνπ. 2.3 Δίδε πβξηδηθώλ νρεκάησλ Αλάινγα κε ην είδνο ηεο ελαιιαθηηθήο πεγήο ελέξγεηαο ηα πβξηδηθά νρήκαηα ρσξίδνληαη ζηηο αθφινπζεο θαηεγνξίεο: Τβξηδηθό ειεθηξηθό όρεκα (Hybrid Electric Vehicle HEV) Σα νρήκαηα απηήο ηεο θαηεγνξίαο ρξεζηκνπνηνχλ κία κεραλή εζσηεξηθήο θαχζεο (ζπλήζσο βελδηλνθηλεηήξα ή πεηξειαηνθηλεηήξα) θαη κία ή πεξηζζφηεξεο ειεθηξηθέο κεραλέο. Ζ ηνπνινγία ηεο δηάηαμεο ηνπ θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο πνηθίιεη θαη ζα αλαιπζεί εθηελέζηεξα παξαθάησ Τβξηδηθό πδξαπιηθό όρεκα [13] ε απηή ηε κνξθή πβξηδηθήο ηερλνινγίαο, εθηφο απφ ηε κεραλή εζσηεξηθήο θαχζεο, ρξεζηκνπνηείηαη επίζεο κία πδξαπιηθή κεραλή ε νπνία ζπλδέεηαη ζηνλ θεληξηθφ άμνλα κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο ηνπ νρήκαηνο θαη θπθινθνξεί κηα πνζφηεηα πδξαπιηθνχ ιαδηνχ κεηαμχ δχν δνρείσλ. Σν έλα δνρείν (δνρείν ρακειήο πίεζεο)

15 ρξεζηκεχεη γηα λα απνζεθεχεη ην πδξαπιηθφ πγξφ, ελψ ην δεχηεξν δνρείν (δνρείν πςειήο πίεζεο) πεξηέρεη έλα έκβνιν ην νπνίν δηαρσξίδεη ην πδξαπιηθφ πγξφ απφ κία πνζφηεηα αεξίνπ (άδσην). Καηά ηελ εθθίλεζε θαη επηηάρπλζε ηνπ νρήκαηνο ε πδξαπιηθή κεραλή ιεηηνπξγεί σο πδξαπιηθφο θηλεηήξαο θαη εθκεηαιιεπφκελε ηελ ελέξγεηα ηνπ πεπηεζκέλνπ αεξίνπ εθηνλψλεηαη θαη πξνζδίδεη ξνπή ζηνλ θεληξηθφ άμνλα κεηάδνζεο θίλεζεο ηνπ νρήκαηνο. Δικόνα 2.2 Τπνβνήζεζε πδξαπιηθνύ ζπζηήκαηνο θαηά ηελ επηηάρπλζε ηνπ νρήκαηνο [13] Καηά ηελ επηβξάδπλζε ηνπ νρήκαηνο ε πδξαπιηθή κεραλή ιεηηνπξγεί ζαλ αληιία πνπ κεηαθέξεη ην πδξαπιηθφ πγξφ απφ ην δνρείν ρακειήο πίεζεο ζε απηφ ηεο πςειήο εθκεηαιιεπφκελε ηελ θηλεηηθή ελέξγεηα ησλ ηξνρψλ. Με απηφ ηνλ ηξφπν ε άιινηε ρακέλε ελέξγεηα ζηα δηζθφθξελα απνζεθεχεηαη γηα λέα ρξήζε. Δικόνα 2.3 Απνζήθεπζε ελέξγεηαο κέζσ ηνπ πδξαπιηθνύ ζπζηήκαηνο θαηά ηελ επηβξάδπλζε ηνπ νρήκαηνο [13]

16 Ζ ιεηηνπξγία ηνπ ζπζηήκαηνο ειέγρεηαη απφ ςεθηαθφ κηθξνειεγθηή θαη απνθέξεη κείσζε ζηελ θαηαλάισζε θαπζίκνπ θαη ζηελ εθπνκπή ξχπσλ θαηά %. Σν πβξηδηθφ πδξαπιηθφ ζχζηεκα ελζσκαηψλεηαη θπξίσο ζε κεγάια νρήκαηα ιφγσ ηνπ απμεκέλνπ βάξνπο θαη φγθνπ πνπ θαηαιακβάλεη. Γηα πξψηε θνξά εθαξκφζηεθε απφ ηελ εηαηξεία FORD ζην απηνθίλεην SUV Lincoln Navigator Τβξηδηθό κεραληθό όρεκα [10] Σν πβξηδηθφ κεραληθφ ζχζηεκα ρξεζηκνπνηεί ζθνλδχινπο είηε γηα λα απνζεθεχεη ηελ θηλεηηθή ελέξγεηα θαηά ηελ επηβξάδπλζε ηνπ νρήκαηνο είηε ζαλ πεγή ελέξγεηαο γηα λα παξέρεη κεραληθή ηζρχ ζην ζχζηεκα κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο θαηά ηελ επηηάρπλζε ηνπ νρήκαηνο. Οη ζθφλδπινη είλαη θπιηλδξηθέο κάδεο νη νπνίεο πεξηζηξέθνληαη γχξσ απφ έλαλ άμνλα θαη έρνπλ ηε δπλαηφηεηα λα απνζεθεχνπλ θηλεηηθή ελέξγεηα κέζσ ηηο πεξηζηξνθηθήο ηνπο θίλεζεο. Δθηελέζηεξε αλάιπζε ζρεηηθά κε ηε ιεηηνπξγία ησλ ζθνλδχισλ γίλεηαη ζηελ ππνελφηεηα θφλδπινη. Δικόνα 2.4 Τβξηδηθό κεραληθό ζύζηεκα [10] εκαληηθφ ξφιν ζηελ θαηαζθεπή θαη πξνζαξκνγή ελφο ηέηνηνπ ζπζηήκαηνο ζε έλα φρεκα παίδνπλ ηα επηκέξνπο ζηνηρεία πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηε κεηάδνζε ηεο θίλεζεο (ξνπιεκάλ, κεραληθφ ζχζηεκα ζχκπιεμεο) θαη ε ζσζηή δπγνζηάζκηζε ηεο θπιηλδξηθήο κάδαο. Σν κεηνλέθηεκα απηήο ηεο θηλεηήξηαο δηάηαμεο είλαη ην επηπιένλ βάξνο πνπ πξνζηίζεηαη ιφγσ ηεο κάδαο ηνπ ζθνλδχινπ. πλήζσο ηέηνηα ζπζηήκαηα εθαξκφδνληαη ζε κεγάια νρήκαηα, φπσο θνξηεγά, ιφγσ ηνπ απμεκέλνπ βάξνπο θαη ηνπ ζηηβαξνχ ζθειεηνχ ηνπ ακαμψκαηνο.

17 Τβξηδηθό ζεξκηθό όρεκα [11], [14], [15] Σν θηλεηήξην ζχζηεκα απηνχ ηνπ νρήκαηνο ρξεζηκνπνηεί ηε ζεξκφηεηα ησλ εμαγφκελσλ θαπζαεξίσλ ηεο κεραλήο εζσηεξηθήο θαχζεο γηα ηελ ζέξκαλζε πγξνχ θαη παξαγσγή αηκνχ. Ο αηκφο έπεηηα νδεγείηαη ζε έλαλ αηκνζηξφβηιν ν νπνίνο κεηαδίδεη κεραληθά κέζσ θηβσηίνπ ηελ θίλεζε ζηνπο ηξνρνχο ηνπ νρήκαηνο. Απηή ε δηάηαμε απνδίδεη έσο θαη 10 kw πεξηζζφηεξε ηζρχ θαη 20 Nm πεξηζζφηεξε ξνπή ζηνλ άμνλα, εθκεηαιιεπφκελν 80 % ηεο ζεξκφηεηαο ησλ θαπζαεξίσλ. Ζ θαηαλάισζε ησλ ξχπσλ κεηψλεηαη επίζεο έσο θαη 15 %. Σν ζπγθεθξηκέλν ζχζηεκα ιεηηνπξγεί απνδνηηθφηεξα φηαλ ην απηνθίλεην θηλείηαη ζε πςειέο ηαρχηεηεο θαη ζπλεπψο ππάξρεη ζηαζεξή θαη πςειή ξνή θαπζαεξίσλ. Απελαληίαο, ζε ρακειέο ηαρχηεηεο εκθαλίδεη πνιχ ρακειή απφδνζε θαη επηβαξχλεη κε ην βάξνο ηνπ ηελ θίλεζε ηνπ νρήκαηνο. Απηή ηελ πξνζέγγηζε πβξηδηθήο θίλεζεο εηζήγαγε γηα πξψηε θνξά ε εηαηξεία BMW. Δικόνα 2.5 Τβξηδηθό ζεξκηθό ζύζηεκα [15] 2.4 Βαζκόο πβξηδνπνίεζεο [8], [11], [12], [29] Με ηελ έλλνηα «βαζκφο πβξηδνπνίεζεο» νξίδνπκε ην πνζνζηφ ηεο ηζρχνο πνπ πξνζθέξεη ε ελαιιαθηηθή κνλάδα θίλεζεο ζην φρεκα σο πξνο ηελ ηζρχ πνπ πξνζθέξεη ε ζπκβαηηθή κεραλή εζσηεξηθήο θαχζεο. Αλάινγα κε απηφ ην πνζνζηφ, ηα πβξηδηθά ειεθηξηθά απηνθίλεηα ρσξίδνληαη ζηηο θαηεγνξίεο ησλ κηθξν-πβξηδηθψλ,

18 ήπησλ πβξηδηθψλ θαη πιήξσο πβξηδηθψλ νρεκάησλ. Σν φξηα ηνπ βαζκνχ πβξηδνπνίεζεο θάζε θαηεγνξίαο δελ είλαη απνιχησο μεθάζαξα θαζψο εξκελεχνληαη δηαθνξεηηθά απφ ηνλ θάζε θαηαζθεπαζηή. Δικόνα 2.6 Γηάγξακκα πεγήο ελέξγεηαο θαη θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο (νξηδόληηνο άμνλαο) ζπλαξηήζεη ηνπ είδνπο ηνπ πβξηδηθνύ νρήκαηνο (θαηαθόξπθνο άμνλαο) [29] Πίνακαρ 2.1 «Πόζν πβξηδηθό» είλαη έλα όρεκα αλάινγα κε ηηο ηδηόηεηεο πνπ παξνπζηάδεη [29] Μηθξν-πβξηδηθά (Micro Hybrid ή Power Assist Hybrid) Απηή ε θαηεγνξία νρεκάησλ ραξαθηεξίδεηαη απφ πνιχ κηθξφ βαζκφ πβξηδνπνίεζεο θαη ελζσκαηψλεη δηάθνξεο ηερλνινγίεο γηα ηελ κείσζε ηεο θαηαλάισζεο θαπζίκνπ θαη ηεο εθπνκπήο δηνμεηδίνπ ηνπ άλζξαθα. Σέηνηα νρήκαηα δηαζέηνπλ ειεθηξηθέο κεραλέο νη νπνίεο φκσο δε ζπλεηζθέξνπλ ζηελ θίλεζε ηνπ απηνθηλήηνπ, αιιά ρξεζηκνπνηνχληαη γηα λα παξέρνπλ βνεζεηηθά ειεθηξηθή ηζρχ ζηα

19 πεξηθεξεηαθά ππνζπζηήκαηα. Γηα παξάδεηγκα ζπκβάιινπλ ζηε ιεηηνπξγία ηνπ ζπζηήκαηνο απηφκαηνπ ζβεζίκαηνο θαη έλαξμεο ηεο κεραλήο εζσηεξηθήο θαχζεο (ζχζηεκα «start stop», ην νπνίν ζα αλαιπζεί παξαθάησ) ή ζηε ιεηηνπξγία αλάθηεζεο ελέξγεηαο («regenerative brake», ην νπνίν επίζεο ζα αλαιπζεί παξαθάησ) γηα ηε θφξηηζε ησλ κπαηαξηψλ. Σν πνζνζηφ εμνηθνλφκεζεο ελέξγεηαο θπκαίλεηαη απφ 5 % έσο 15 %. Παξαδείγκαηα κηθξν-πβξηδηθψλ νρεκάησλ είλαη ηα απηνθίλεηα ησλ εηαηξεηψλ BMW series 5 θαη series 1 θαη CINTROEN C Ήπηα πβξηδηθά (Mild Hybrid) ε απηή ηελ πεξίπησζε, ην φρεκα πεξηιακβάλεη ειεθηξηθφ θηλεηήξην ζχζηεκα ηθαλφ λα ζπκκεηάζρεη ζηελ θίλεζε ηνπ, ρσξίο φκσο λα κπνξεί λα ηελ αλαιάβεη εμ νινθιήξνπ. Έλα ηέηνην φρεκα κπνξεί επίζεο λα ηξνθνδνηεί κε ειεθηξηθή ηζρχ ηα επηκέξνπο ππνζπζηήκαηά ηνπ φπσο αλαθέξζεθε θαη ζηελ πεξίπησζε ησλ κηθξνπβξηδηθψλ. Δδψ ε κείσζε ηεο θαηαλάισζεο ελέξγεηαο θπκαίλεηαη κεηαμχ 15 % θαη 25 %. Παξαδείγκαηα ήπησλ πβξηδηθψλ απηνθηλήησλ είλαη ηα HONDA CIVIC HYBRID IMA θαη HONDA ACCORD HYBRID Πιήξσο πβξηδηθά (Full Hybrid) ε αληίζεζε κε ηα νρήκαηα ησλ δχν πξνεγνχκελσλ θαηεγνξηψλ, γηα ηα πιήξσο πβξηδηθά, εθηφο απφ ηελ ηαπηφρξνλε ιεηηνπξγία ησλ δχν πεγψλ ελέξγεηαο, ν έλαο ή νη πεξηζζφηεξνη ειεθηξνθηλεηήξεο έρνπλ ηε δπλαηφηεηα λα αλαιάβνπλ πιήξσο ηελ θίλεζε ηνπ νρήκαηνο ρσξίο λα ρξεηάδεηαη λα εκπιαθεί ζε απηήλ ε κεραλή εζσηεξηθήο θαχζεο. ε απηή ηελ θαηεγνξία νρεκάησλ, ν ειεθηξηθφο θηλεηήξαο κπνξεί λα πξνζθέξεη ηζρχ κεγαιχηεξε απφ ην 30 % ηεο κέγηζηεο ηζρχο ηνπ βελδηλνθηλεηήξα ή πεηξειαηνθηλεηήξα ηνπ απηνθηλήηνπ. Σέηνηα παξαδείγκαηα πιήξσο πβξηδηθψλ νρεκάησλ είλαη ηα απηνθίλεηα TOYOTA PRIUS θαη LEXUS RX 400H Τβξηδηθά κε ζύζηεκα εμσηεξηθήο ειεθηξηθήο θόξηηζεο (Plug-in Hybrid) Απηά ηα νρήκαηα νκνηάδνπλ κε ηα πιήξσο πβξηδηθά νρήκαηα, θαζψο έρνπλ επίζεο ειεθηξνθηλεηήξην ζχζηεκα, αιιά εδψ ν ειεθηξνθηλεηήξαο είλαη πιένλ ν κφλνο ππεχζπλνο γηα ηελ ηζρχ πνπ πεξλάεη ζηνπο ηξνρνχο. Ο θηλεηήξαο εζσηεξηθήο θαχζεο ηνπ νρήκαηνο είλαη ζρεηηθά κηθξφο θαη ζηξέθεη κία ειεθηξηθή γελλήηξηα γηα λα γεκίδεη ηηο κπαηαξίεο φηαλ εμαληιείηαη ε ελέξγεηά ηνπο. Μηα επίζεο ζεκαληηθή δηαθνξά είλαη ε δπλαηφηεηα επαλαθφξηηζεο ησλ κπαηαξηψλ κέζσ εηδηθνχ κεηαζρεκαηηζηή ν νπνίνο ζπλδέεηαη ζην δεκφζην ειεθηξηθφ δίθηπν. Σέηνηα νρήκαηα είλαη ηθαλά λα δηαλχνπλ κεγάιεο απνζηάζεηο ρσξίο ηε ρξήζε ηεο κεραλήο εζσηεξηθήο θαχζεο (έσο θαη 100 ρηιηφκεηξα κε ηηο ζεκεξηλέο ηερλνινγίεο) θαη γη απηφ ην ιφγν δηαζέηνπλ κεγαιχηεξεο ζπζηνηρίεο ειεθηξηθψλ ζπζζσξεπηψλ ψζηε λα κπνξνχλ λα απνζεθεχνπλ πεξηζζφηεξε ελέξγεηα. Παξαδείγκαηα ηέηνησλ εκπνξηθά δηαζέζηκσλ

20 απηνθηλήησλ είλαη ηα TOYOTA PHV, GM CHEVROLET VOLT θαη DAIMLER- CHRYSLER SPRINTER. 2.5 Σνπνινγίεο θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο πβξηδηθώλ νρεκάησλ (Powertrain architectures) [8],[10],[16],[17] Σα πβξηδηθά ειεθηξηθά νρήκαηα ρσξίδνληαη ζηηο αθφινπζεο θαηεγνξίεο, αλάινγα κε ηε δηάηαμε ηνπ θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηφο ηνπο θαη ηα ππνζπζηήκαηα πνπ ην απνηεινχλ. ε απηή ηελ θαηεγνξηνπνίεζε πξνθαλψο δε ζπκκεηέρνπλ ηα κηθξνπβξηδηθά νρήκαηα, θαζψο, φπσο αλαθέξακε, δελ δηαζέηνπλ ειεθηξηθφ ζχζηεκα πνπ λα ζπλεηζθέξεη ζηελ θίλεζε ηνπ νρήκαηνο εηξηαθή δηάηαμε (Series Hybrid) ε απηφ ην είδνο δηάηαμεο, ν ειεθηξνθηλεηήξαο είλαη απνθιεηζηηθά ππεχζπλνο γηα ηελ ηειηθή κεηάδνζε ηεο θίλεζεο ζηνπο ηξνρνχο ηνπ νρήκαηνο. Πεγή ελέξγεηαο γηα ηνλ ειεθηξνθηλεηήξα απνηειεί κία ζπζηνηρία ειεθηξηθψλ ζπζζσξεπηψλ. Οη ειεθηξηθνί ζπζζσξεπηέο θνξηίδνληαη απφ κία ειεθηξηθή γελλήηξηα ε νπνία είλαη κεραληθψο ζπλδεδεκέλε θαη ζηξέθεηαη απφ ηελ κεραλή εζσηεξηθήο θαχζεο ηνπ νρήκαηνο. Ζ ελεξγεηαθή δηαρείξηζε επηηπγράλεηαη κέζσ ειεθηξνληθψλ κεηαηξνπέσλ ηζρχνο θαη θπθισκάησλ κηθξνειεγθηψλ. Δικόνα 2.7 Σνπνινγία θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο ζεηξηαθήο δηάηαμεο [16] Ζ αξρή ιεηηνπξγίαο ηνπ ζπζηήκαηνο έρεη σο εμήο. Καηά ηελ επηηάρπλζε θαη θίλεζε ηνπ νρήκαηνο ε ειεθηξηθή κεραλή ιεηηνπξγεί σο θηλεηήξαο θαη ηξνθνδνηνχκελε κε ειεθηξηθή ηζρχ απφ ηηο κπαηαξίεο αζθεί ξνπή ζηνπο ηξνρνχο. Παξάιιεια ν θηλεηήξαο εζσηεξηθήο θαχζεο θνξηίδεη κέζσ ηεο γελλήηξηαο ηηο

21 κπαηαξίεο έηζη ψζηε λα δηαηεξείηαη ε ελεξγεηαθή ηνπο ζηάζκε ζε πςειά επίπεδα. Αλάινγα κε ηηο ελεξγεηαθέο απαηηήζεηο θαζνξίδεηαη ε δηάξθεηα ιεηηνπξγίαο ηεο Μ.Δ.Κ. θαη ηεο γελλήηξηαο. Καηά ηελ θάζε ηεο επηβξάδπλζεο ε ειεθηξηθή κεραλή ιεηηνπξγεί σο γελλήηξηα θαη κέζσ ηνπ ζπζηήκαηνο αλάθηεζεο ελέξγεηαο (αλαγελλεηηθή πέδεζε) επηζηξέθεηαη ειεθηξηθή ηζρχο ζηηο κπαηαξίεο. Σν ειεθηξηθφ θηλεηήξην ζχζηεκα ζε απηή ηελ πεξίπησζε είλαη κεραληθψο απνκνλσκέλν θαη κε απηφ ηνλ ηξφπν βειηηζηνπνηείηαη ελ κέξεη ε ζπλνιηθή ηνπ απφδνζε. Σα επηκέξνπο ζπζηήκαηα (Μ.Δ.Κ., ειεθηξηθή γελλήηξηα), θαηά ηε ιεηηνπξγία ηνπο, δε ρξεηάδεηαη λα «αθνινπζνχλ» ην «απξφζκελν» εθάζηνηε θνξηίν πνπ ζα βιέπεη ν ειεθηξνθηλεηήξαο ζχκθσλα κε ηελ πνξεία πνπ δηαγξάθεη ην φρεκα ζην δξφκν, εηδηθφηεξα ζε έλαλ πςειφ θχθιν θνξηίζεσλ μεθηλήκαηνο-ζηάζεο. Έηζη, ε κεραλή εζσηεξηθήο θαχζεο κπνξεί λα ιεηηνπξγεί ζπλερψο ζηελ νλνκαζηηθή ηεο θαηάζηαζε, αθνχ δε ρξεηάδεηαη λα κεηαβάιινληαη νη ζηξνθέο ηεο. Με απηφ ηνλ ηξφπν παξνπζηάδεη κηθξφηεξε θαηαλάισζε θαη ρακειφηεξνπο ξχπνπο, θαη είλαη κηθξφηεξε ζε φγθν θαη ζε ηζρχ ζε ζρέζε κε κία αληίζηνηρε ελφο ζπκβαηηθνχ απηνθηλήηνπ. Έλα αθφκα πιενλέθηεκα ηεο ζεηξηαθήο ηνπνινγίαο είλαη ν κεγάινο βαζκφο ειεπζεξίαο ηεο ρσξνηαμηθήο πξνζαξκνγήο ηνπ θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο πάλσ ζην φρεκα, ιφγσ ηεο κεραληθήο αλεμαξηεζίαο ηνπ ειεθηξηθνχ θηλεηήξα απφ ηελ Μ.Δ.Κ. θαη ηε γελλήηξηα. Σέινο, ην ζχλεζεο ζχζηεκα κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο (θηβψηην ηαρπηήησλ) απινπνηείηαη ράξε ζηνλ ειεθηξνθηλεηήξα. Απφ ηελ άιιε κεξηά, ε ζπλνιηθή απφδνζε ηεο δηάηαμεο δελ είλαη ηδηαηηέξσο ηθαλνπνηεηηθή ιφγσ ηεο ζεηξηαθήο ζχλδεζεο ησλ ππνζπζηεκάησλ γηα ηε κεηαηξνπή ηεο ελέξγεηαο θαη ηε κεηάδνζε ηεο θίλεζεο ζηνπο ηξνρνχο. Ο ζπλνιηθφο βαζκφο απφδνζεο είλαη ίζνο κε ην γηλφκελν ησλ βαζκψλ απφδνζεο ησλ επηκέξνπο ζπζηεκάησλ. Δπίζεο, απαηηείηαη κεγάινο ζε ηζρχ θηλεηήξαο έηζη ψζηε λα κπνξεί λα αλαιάβεη εμ νινθιήξνπ ηελ θίλεζε ηνπ νρήκαηνο. Ζ ζπγθεθξηκέλε ηνπνινγία δελ ελδείθλπηαη γηα δηάλπζε κεγάισλ απνζηάζεσλ θαζψο ζε απηή ηελ πεξίπησζε απμάλνληαη νη ελεξγεηαθέο απαηηήζεηο ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα θαη ζπλεπψο ε ηζρχο, ην βάξνο θαη ην θφζηνο ησλ ππνινίπσλ ζπζηεκάησλ πνπ ηνλ ηξνθνδνηνχλ. Έλα άιιν παξάδεηγκα ειεθηξνθηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο ζεηξηαθήο δηάηαμεο είλαη απηφ πνπ θαίλεηαη ζην αθφινπζν ζρήκα. Απνηειεί κηα παξαιιαγή ηεο πξνεγνχκελεο ηνπνινγίαο θαη ζπλδπάδεη ππεξππθλσηέο γηα ηελ πξνζσξηλή απνζήθεπζε ηεο ελέξγεηαο πνπ αλαθηάηαη θαηά ηελ επηβξάδπλζε ηνπ απηνθηλήηνπ θαη αλακέλεηαη λα ρξεζηκνπνηεζεί εθ λένπ ζηελ επφκελε επηηάρπλζε. ε απηή ηελ αλαζεσξεκέλε ηνπνινγία ν ειεθηξνθηλεηήξαο κπνξεί λα ηξνθνδνηεζεί άκεζα είηε απφ ηηο κπαηαξίεο είηε απφ ηελ ειεθηξηθή γελλήηξηα κέζσ ζπγθεθξηκέλσλ ειεθηξνληθψλ κεηαηξνπέσλ ηζρχνο. ε πεξίπησζε πνπ δελ ππάξρνπλ απνζέκαηα ελέξγεηαο ζηηο κπαηαξίεο, ν ειεθηξηθφο θηλεηήξαο αληιεί ηζρχ απφ ηε γελλήηξηα αλαγθάδνληαο απηήλ θαη ζπλεπψο θαη ηελ κεραλή εζσηεξηθήο θαχζεο λα αληαπεμέιζνπλ ζην εθάζηνηε θνξηίν πνπ «βιέπνπλ» εθείλε ηε ζηηγκή νη ηξνρνί ηνπ νρήκαηνο ζην δξφκν. Έηζη ε Μ.Δ.Κ. αλαγθάδεηαη λα κε ιεηηνπξγεί πάληα ππφ ηηο βέιηηζηεο ζπλζήθεο, αιιά λα «αθνινπζεί» ηηο ελεξγεηαθέο απαηηήζεηο ηνπ

22 ειεθηξνθηλεηήξα κεηαβάιινληαο ζε θάπνην εχξνο ηηο ζηξνθέο ηεο. Απφ ηελ άιιε κεξηά φκσο, ν αζξνηζηηθφο ζπλδπαζκφο ηεο ηζρχνο πνπ κπνξεί λα παξέρεη ε Μ.Δ.Κ. καδί κε ηηο κπαηαξίεο απμάλνπλ ηελ επηηάρπλζε ηνπ νρήκαηνο. Δικόνα 2.8 Σνπνινγία θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο αλαζεσξεκέλεο ζεηξηαθήο δηάηαμεο [16] Γηα φινπο ηνπο παξαπάλσ ιφγνπο, ηα ειεθηξνθηλεηήξηα ζπζηήκαηα κε ζεηξηαθή δηάηαμε εθαξκφδνληαη θπξίσο ζε κηθξνχ βάξνπο απηνθίλεηα ηα νπνία πξννξίδνληαη γηα ρξήζε ζηα αζηηθά θέληξα. ε ηέηνηα πεξηβάιινληα ηα νρήκαηα δελ αλαπηχζζνπλ κεγάιεο ηαρχηεηεο θαη δε δηαλχνπλ κεγάιεο απνζηάζεηο. Ζ νδεγηθή ηνπο ζπκπεξηθνξά ραξαθηεξίδεηαη απφ ζπρλά μεθηλήκαηα θαη ζηάζεηο θη έηζη ηνπο παξέρεηαη ε δπλαηφηεηα επαλαθφξηηζεο ησλ κπαηαξηψλ ηνπο κέζσ ηνπ ζπζηήκαηνο αλαγελλεηηθήο πέδεζεο («regenerative braking») Παξάιιειε δηάηαμε (Parallel Hybrid) Ζ παξάιιειε δηάηαμε απνηειεί ηελ πην δηαδεδνκέλε ηνπνινγία θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο ζε πβξηδηθά νρήκαηα. ε απηφ ην είδνο δηάηαμεο ηελ θίλεζε ησλ ηξνρψλ αλαιακβάλεη είηε ν ειεθηξνθηλεηήξαο είηε ν θηλεηήξαο εζσηεξηθήο θαχζεο είηε θαη νη δχν ηαπηφρξνλα. Ζ ζπλεξγαζία θαη ε ζπκκεηνρή ζηελ θίλεζε ησλ δχν δηαθνξεηηθψλ θηλεηήξησλ κνλάδσλ ειέγρεηαη απφ κηθξνειεγθηή. ε απηή ηελ δηάηαμε παξνπζηάδνληαη δχν ππνθαηεγνξίεο, ε παξάιιειε δηάηαμε κε ππνβνήζεζε ζην ζχζηεκα θίλεζεο θαη ε πιήξσο παξάιιειε δηάηαμε. ηελ παξάιιειε δηάηαμε κε ππνβνήζεζε ζην ζχζηεκα θίλεζεο, ε κεραλή εζσηεξηθήο θαχζεο θαη ν ειεθηξνθηλεηήξαο κεηαδίδνπλ ηελ θίλεζε κέζσ θνηλνχ άμνλα, πάλσ ζηνλ νπνίν έρνπλ πξνζαξκνζηεί θαηάιιεια. Αλάινγα κε ηελ ηζρχ ηεο ειεθηξηθήο κεραλήο πνπ ζα ρξεζηκνπνηεζεί θαζνξίδεηαη θαη ην πνζνζηφ ζπκκεηνρήο απηήο ζηελ θίλεζε ηνπ νρήκαηνο. Βέβαηα, φζν απμάλεηαη ε ηζρχο απηή ηφζν

23 απμάλεηαη θαη ην κέγεζνο θαη ε ελέξγεηα απνζήθεπζεο ησλ κπαηαξηψλ. ε απηή ηε δηάηαμε ρξεζηκνπνηείηαη ζπλήζσο κηθξή ειεθηξηθή κεραλή θαη γη απηφ είλαη πεξηνξηζκέλε ε επηπξφζζεηε ηζρχο πνπ κπνξεί λα παξέρεη. Όηαλ ην φρεκα βξίζθεηαη ζε ζηάζε, απελεξγνπνηείηαη ηειείσο ε κεραλή εζσηεξηθήο θαχζεο, εμνηθνλνκψληαο ελέξγεηα, ελψ φηαλ είλαη έηνηκν λα εθθηλήζεη, ε Μ.Δ.Κ. ηίζεηαη θαη πάιη ζε ιεηηνπξγία. Σέινο, παξέρεηαη επίζεο ε δπλαηφηεηα επηζηξνθήο ελέξγεηαο θαηά ηελ επηβξάδπλζε ηνπ απηνθηλήηνπ κέζσ ηνπ ζπζηήκαηνο αλαγελλεηηθήο πέδεζεο, φπνπ εδψ ε ειεθηξηθή κεραλή ζα ιεηηνπξγεί σο γελλήηξηα θνξηίδνληαο ηηο κπαηαξίεο. Ζ ζπγθεθξηκέλε ηνπνινγία παξνπζηάδεη γεληθά ρακειφ θφζηνο. Δικόνα 2.9 Σνπνινγία θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο παξάιιειεο δηάηαμεο κε ππνβνήζεζε ζηελ θίλεζε [16] ηελ πιήξσο παξάιιειε δηάηαμε, ε δπλαηφηεηα ηαπηφρξνλεο ιεηηνπξγίαο ηεο κεραλήο εζσηεξηθήο θαχζεο θαη ηεο ειεθηξηθήο κεραλήο απαηηνχλ ηε κεραληθή ζπκπινθή απηψλ κε ην ζχζηεκα κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο, γεγνλφο πνπ ην θάλεη πην πνιχπινθν.

24 Δικόνα 2.10 Σνπνινγία θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο πιήξνπο παξάιιειεο δηάηαμεο [16] Καηά ηελ νκαιή εθθίλεζε ηνπ νρήκαηνο θαη γηα ρακειέο ηαρχηεηεο, αξρηθά ηελ θίλεζε αλαιακβάλεη ε ειεθηξηθή κεραλή ε νπνία ιεηηνπξγεί ζαλ θηλεηήξαο. Όηαλ απαηηείηαη κεγαιχηεξε ηζρχο, φπσο ζε κία επηηάρπλζε ή ζε θίλεζε ηνπ νρήκαηνο ζε κεγαιχηεξεο ηαρχηεηεο, ζηελ θίλεζε ζπλεηζθέξνπλ θαη νη δχν θηλεηήξηεο κνλάδεο. Σν πνζνζηφ ζπκβνιήο ηεο θαζεκηάο θαζνξίδεηαη απφ ηελ ππνινγηζηηθή κνλάδα ειέγρνπ ηνπ απηνθηλήηνπ. Δπηπξφζζεηα, θαηά ηε δηάξθεηα ηεο θίλεζεο ηνπ νρήκαηνο, ε κεραλή εζσηεξηθήο θαχζεο αλαιακβάλεη ηε θφξηηζε ησλ κπαηαξηψλ φηαλ ε ζηάζκε ηεο ελέξγεηάο ηνπο πέζεη ζε ρακειά επίπεδα γηα λα ππάξρεη εθ λένπ δηαζέζηκε ειεθηξηθή ηζρχο. ε απηή ηε θάζε ε ειεθηξηθή κεραλή ζα ιεηηνπξγεί σο γελλήηξηα. Σέινο, θαηά ηε θάζε ηεο επηβξάδπλζεο, ε ειεθηξηθή κεραλή ιεηηνπξγεί σο γελλήηξηα θαη εθκεηαιιεπφκελε ηελ θηλεηηθή ελέξγεηα ησλ ηξνρψλ επηζηξέθεη ζεκαληηθά πνζά ελέξγεηαο θνξηίδνληαο ηνπο ειεθηξηθνχο ζπζζσξεπηέο. πγθξηηηθά κε ηελ ζεηξηαθή δηάηαμε, ζηελ παξάιιειε ρξεζηκνπνηείηαη κηθξφηεξνο ζε ηζρχ ειεθηξνθηλεηήξαο, θαζψο απηφο ιεηηνπξγεί παξάιιεια κε ηελ κεραλή εζσηεξηθήο θαχζεο, θαη γηα απηφ ην ιφγν είλαη κηθξφηεξνη θαη νη ειεθηξηθνί ζπζζσξεπηέο γηα ηελ απνζήθεπζε ηεο ελέξγεηαο. Παξφια απηά, ην ζπλνιηθφ θφζηνο ηεο παξάιιειεο δηάηαμεο παξακέλεη ίδην κε απηφ ηεο ζεηξηαθήο ιφγσ ηεο αλάγθεο χπαξμεο θηβσηίνπ ηαρπηήησλ θαη κεραληθνχ ζπζηήκαηνο γηα ηε ζχκπιεμε ηεο ειεθηξηθήο κεραλήο θαη ηεο κεραλήο εζσηεξηθήο θαχζεο κε ηνλ άμνλα κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο. Δπίζεο ν έιεγρνο απηήο ηεο ζπλεξγαζίαο ησλ δχν θηλεηήξσλ γηα ηελ δηαρείξηζε ηεο ηζρχνο θαζίζηαηαη πην δχζθνινο. Σέινο, ε παξάιιειε δηάηαμε απηή είλαη ειεθηξηθή είηε ρεκηθή θαη ην φρεκα κπνξεί λα δηαλχεη κεγαιχηεξεο απνζηάζεηο θαη λα θηλείηαη θαη εθηφο πφιεο.

25 πλδπαζηηθή δηάηαμε (Combined Hybrid ή Series-Parallel Hybrid) Σν ζεηξηαθφ-παξάιιειν ή ζπλδπαζηηθφ ζχζηεκα είλαη έλαο ζπλδπαζκφο ησλ δχν παξαπάλσ δηαηάμεσλ θαη απνηειείηαη απφ κηα κεραλή εζσηεξηθήο θαχζεο, έλαλ ειεθηξηθφ θηλεηήξα, κία ειεθηξηθή γελλήηξηα θαη ηε ζπζηνηρία ησλ κπαηαξηψλ. Έηζη ε δηάηαμε ησλ εμαξηεκάησλ είλαη θπξίσο φπσο ζην παξάιιειν ζχζηεκα, κφλν πνπ ζην ζπγθεθξηκέλν ρξεζηκνπνηείηαη μερσξηζηά κία δεχηεξε ειεθηξηθή κεραλή σο γελλήηξηα γηα ηελ θφξηηζε ησλ ειεθηξηθψλ ζπζζσξεπηψλ. Δικόνα 2.11 Σνπνινγία θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο ζπλδπαζηηθήο δηάηαμεο [16] Ζ ζπλεηζθνξά ησλ δηαθφξσλ ππνζπζηεκάησλ ζηελ θίλεζε (θαηά ηηο δηάθνξεο θάζεηο: νκαιή εθθίλεζε, επηηάρπλζε, θίλεζε ζε πςειέο ηαρχηεηεο, επηβξάδπλζε) είλαη αθξηβψο ίδηα φπσο θαη ζηελ παξάιιειε δηάηαμε. Ζ δηαθνξά απηήο ηεο ηνπνινγίαο ζε ζρέζε κε απηήλ ηεο παξάιιειεο έγθεηηαη ζην φηη ε κεραλή εζσηεξηθήο θαχζεο κπνξεί λα πξνζδίδεη θίλεζε ζηνπο ηξνρνχο ηνπ νρήκαηνο φηαλ είλαη ζπκπιεγκέλε κε ην ζχζηεκα κεηάδνζεο ή ελαιιαθηηθά λα θνξηίδεη ηηο κπαηαξίεο κέζσ ηηο ειεθηξηθήο γελλήηξηαο, αιιά φρη θαη ηα δχν ηαπηφρξνλα. ε ρακειέο ηαρχηεηεο, ε Μ.Δ.Κ. είλαη απνζπλδεδεκέλε απφ ην ζχζηεκα κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο θαη ε ζπγθεθξηκέλε δηάηαμε εκθαλίδεη ραξαθηεξηζηηθά ηεο ζεηξηαθήο. Έηζη ν θηλεηήξαο εζσηεξηθήο θαχζεο έρεη ηε δπλαηφηεηα λα δνπιεχεη ζε απηή ηελ πεξίπησζε ζην βέιηηζην βαζκφ απφδνζήο ηνπ θαη ηελ πξφσζε ηνπ νρήκαηνο αλαιακβάλεη ν ειεθηξηθφο θηλεηήξαο ηξνθνδνηνχκελνο απφ ηηο κπαηαξίεο. ε πςειφηεξεο ηαρχηεηεο ή επηηαρχλζεηο, φπνπ ε Μ.Δ.Κ. κπνξεί λα πξνζθέξεη πην απνδνηηθά ηζρχο γηα ηελ θίλεζε ηνπ νρήκαηνο, πεξηνξίδεηαη ε ιεηηνπξγία ηεο ζεηξηαθήο δηάηαμεο θαη ηελ θίλεζε ηψξα αλαιακβάλεη ε παξάιιειε δηάηαμε. Ζ επηινγή ηεο παξάιιειεο ή ηεο ζεηξηαθήο ιεηηνπξγίαο επηιέγεηαη κέζσ ηεο ππνινγηζηηθήο κνλάδαο ειέγρνπ θαη πινπνηείηαη κέζσ ελφο ζπκπιέθηε φπσο θαίλεηαη ζην παξαπάλσ ζρήκα.

26 Μία πην εμειηγκέλε ηνπνινγία ζεηξηαθνχ παξάιιεινπ ζπζηήκαηνο είλαη ε απηή πνπ παξνπζηάδεηαη ζην αθφινπζν ζρήκα, ζηελ νπνία είλαη κεραληθά ζπδεπγκέλνη ε Μ.Δ.Κ θαη ν ειεθηξνθηλεηήξαο κε ην ζχζηεκα κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο. Δικόνα 2.12 Σνπνινγία θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο ζεηξηαθήο-παξάιιειεο δηάηαμεο κε ζύδεπμε ειεθηξηθήο κεραλήο θαη κεραλήο εζσηεξηθήο θαύζεο [16] Απηή ε δηάηαμε θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο απνηειεί ίζσο ηελ πην επέιηθηε θαη νινθιεξσκέλε ηνπνινγία σο πξνο ηελ δηαρείξηζε ηεο ελέξγεηαο. Οκνηάδεη πνιχ κε ηελ ζπλδπαζηηθή δηάηαμε θαη απνηειείηαη απφ ηα ίδηα θηλεηήξηα ζπζηήκαηα. Ζ δηαθνξά ηεο έγθεηηαη ζην ζχζηεκα κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο ην νπνίν επηηξέπεη ηελ κφληκε ζχλδεζε ηνπ θηλεηήξα εζσηεξηθήο θαχζεο κε ηνπο ηξνρνχο ηνπ απηνθηλήηνπ, ηελ παξάιιειε ζπκκεηνρή ζηελ θίλεζε απφ ηνλ ειεθηξηθφ θηλεηήξα, θαη επίζεο ηε δπλαηφηεηα γηα ηαπηφρξνλε θφξηηζε ησλ κπαηαξηψλ ηνπ νρήκαηνο. Απηφ ην ζχζηεκα κεηάδνζεο βαζίδεηαη ζην πιαλεηηθό ζύζηεκα (planetary or epicyclic gearing) θαη απνηειεί κία απφ ηηο βέιηηζηεο ιχζεηο ζην δηακνηξαζκφ ηεο κεραληθήο ηζρχνο. Σν πιαλεηηθφ ή επηθπθιηθφ θηβψηην, φπσο ιέγεηαη, είλαη έλα ζχζηεκα γξαλαδηψλ ην νπνίν ζπληίζεηαη απφ έλαλ θεληξηθφ άμνλα-γξαλάδη (ήιηνο), έλα ή πεξηζζφηεξα γξαλάδηα (πιαλήηεο) ηα νπνία ζπλδένληαη πεξηκεηξηθά κε ηνλ ήιην θαη έλαλ εμσηεξηθφ θπθιηθφ δαθηχιην ν νπνίνο πεξηβάιεη ηνπο πιαλήηεο. Οη πιαλήηεο είλαη επίζεο ζπλδεδεκέλνη κεηαμχ ηνπο κε έλα θνξέα πιαλεηψλ.

27 Δικόνα 2.13 Δπηθπθιηθό ή πιαλεηηθό ζύζηεκα γξαλαδηώλ (θάηνςε θαη πιάγηα όςε) [29] Δικόνα 2.14 Πιαλεηηθό ζύζηεκα γξαλαδηώλ [29]

28 ην αθφινπζν ζρήκα παξαηεξείηαη, κε θφθθηλν ρξψκα, ε κεηαβνιή ηεο γσλίαο κεηαμχ ηνπ θεληξηθνχ άμνλα (ήιηνπ) ζπλαξηήζεη ηνπ θνξέα ησλ πιαλεηψλ (γηα δεμηφζηξνθε θίλεζε). σήμα 2.15 ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε πιαλεηηθνύ ζπζηήκαηνο γξαλαδηώλ Γηαθξίλνληαη αλάινγα κε ην ρξώκα ν ήιηνο (γθξη), νη πιαλήηεο (κπιε), ν θπθιηθόο δαθηύιηνο (ξνδ), ν θνξέαο πιαλεηώλ (πξάζηλν) θαη ν θεληξηθόο άμνλαο (θίηξηλν) [9] ε απηφ ην ζχζηεκα ζπλδένληαη φιεο νη θηλεηήξηεο κνλάδεο ελφο πβξηδηθνχ ειεθηξηθνχ θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο. Ζ κεραλή εζσηεξηθήο θαχζεο ζπλδέεηαη κε ηνλ θνξέα ησλ πιαλεηψλ, ε ειεθηξηθή γελλήηξηα κε ηνλ θεληξηθφ άμνλα-ήιην θαη ν ειεθηξηθφο θηλεηήξαο κε ηνλ εμσηεξηθφ θπθιηθφ δαθηχιην. Σν δηαθνξηθφ ζχζηεκα ηνπ απηνθηλήηνπ ιακβάλεη ηελ θίλεζε απφ ηνλ εμσηεξηθφ θπθιηθφ δαθηχιην. Ζ ζπλδπαζηηθή δηάηαμε πξνζπαζεί λα ζπλδπάζεη ηα πιενλεθηήκαηα ηεο ζεηξηαθήο θαη ηεο παξάιιειεο δηάηαμεο, σζηφζν ν έιεγρνο γηα ηε δηαρείξηζε ηεο ηζρχνο θαη ε θαηαλνκή απηήο γίλνληαη πην πνιχπινθα Αλεμάξηεηε δηάηαμε (Independent Hybrid) Ζ αλεμάξηεηε δηάηαμε κπνξεί λα ζεσξεζεί σο κία παξαιιαγή ηεο παξάιιειεο, αιιά είλαη απινχζηεξε σο πξνο ηελ ηνπνινγία ηνπ θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο θαζψο απαηηεί ιηγφηεξεο θαη απινχζηεξεο κεραληθέο ζπλδέζεηο. ε κία ηέηνηα δηάηαμε ππάξρεη κεραληθή απνκφλσζε κεηαμχ κεραλήο εζσηεξηθήο θαχζεο θαη ειεθηξηθήο κεραλήο. πλήζσο ε Μ.Δ.Κ. δίλεη θίλεζε ζηνπο κπξνζηηλνχο ηξνρνχο ηνπ νρήκαηνο ελψ ν ειεθηξνθηλεηήξαο αλαιακβάλεη ηελ θίλεζε ησλ πίζσ ηξνρψλ. Σν απηνθίλεην ζε απηή ηελ πεξίπησζε κπνξεί λα θηλείηαη κε κία απφ ηηο δχν κεραλέο ή θαη ηηο δχν ηαπηφρξνλα.

29 Δικόνα 2.16 Σνπνινγία θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο αλεμάξηεηεο παξάιιειεο δηάηαμεο [16] Ζ ζπγθεθξηκέλε ηνπνινγία παξνπζηάδεη ηα ίδηα πιενλεθηήκαηα ζηελ θίλεζε κε απηά ηεο παξάιιειεο, παξέρνληαο επηπιένλ ηε δπλαηφηεηα θίλεζεο θαη ζηνπο ηέζζεξεηο ηξνρνχο. Ζ ζπκβνιή ηνπ θάζε θηλεηήξα ζηελ πξφσζε ηνπ νρήκαηνο ειέγρεηαη απφ κηθξνυπνινγηζηή. Σέινο, ε αλεμάξηεηε δηάηαμε πιενλεθηεί σο πξνο ηελ ρσξνηαμηθή πξνζαξκνγή ηεο επί ηνπ νρήκαηνο θαη παξέρεη επίζεο ηε δπλαηφηεηα αλάθηεζεο ελέξγεηαο θαηά ηελ πέδεζε ησλ ηξνρψλ. 2.6 Σερλνινγίεο πνπ εθαξκόδνληαη ζε πβξηδηθά νρήκαηα ε απηή ηελ ελφηεηα παξνπζηάδνληαη θάπνηεο ηερλνινγίεο νη νπνίεο εθαξκφδνληαη ζε πβξηδηθά νρήκαηα θαη εκθαλίδνπλ θάπνηα ραξαθηεξηζηηθά εμνηθνλφκεζεο ελέξγεηαο, ρσξίο φκσο λα απμάλνπλ ην βαζκφ πβξηδνπνίεζεο ύζηεκα «Start-Stop» Όια ηα πβξηδηθά απηνθίλεηα ελζσκαηψλνπλ ην ζχζηεκα απηφκαηνπ ζβεζίκαηνο θαη επαλεθθίλεζεο ηεο κεραλήο εζσηεξηθήο θαχζεο ή αιιηψο ζχζηεκα «start stop». Απηφ ην ζχζηεκα απνηειείηαη απφ έλαλ ειεθηξνθηλεηήξα, ην ζχζηεκα ειέγρνπ κε ελζσκαησκέλν ζπληνληζηή «start stop» θαη έλαλ αηζζεηήξα γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηεο ηξέρνπζαο θαη κειινληηθήο θαηάζηαζεο θφξηηζεο ηεο κπαηαξίαο. Όηαλ αθηλεηνπνηείηαη ην απηνθίλεην, ν ζπκβαηηθφο θηλεηήξαο απελεξγνπνηείηαη κεηά απφ ζχληνκν ρξνληθφ δηάζηεκα. Παξφια απηά, ζε απηή ηε θάζε νη ειεθηξηθνί θαηαλαισηέο ζην εζσηεξηθφ ηνπ απηνθηλήηνπ ζπλερίδνπλ λα ηξνθνδνηνχληαη θαη ειέγρεηαη ε ηξέρνπζα θαηαλάισζε ελέξγεηαο. Όηαλ πξφθεηηαη λα ζπλερηζηεί ε πνξεία,

30 αξθεί ην πάηεκα ηνπ ζπκπιέθηε (εμαξηάηαη απφ ηελ ζηξαηεγηθή ρεηξηζκνχ), γηα λα εθθηλεζεί εθ λένπ ε κεραλή εζσηεξηθήο θαχζεο ύζηεκα αλάθηεζεο ελέξγεηαο (Regenerative Braking) Μέζσ απηήο ηεο ηερλνινγίαο, παξέρεηαη ε δπλαηφηεηα αλάθηεζεο ελέξγεηαο θαηά ηε θάζε επηβξάδπλζεο ηνπ πβξηδηθνχ νρήκαηνο (αλαγελλεηηθή πέδεζε «regenerative braking»). Ζ αλάθηεζε απηή γίλεηαη κέζσ ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα πνπ ζε απηή ηε θάζε ζα ιεηηνπξγεί σο γελλήηξηα ή κέζσ μερσξηζηήο γελλήηξηαο, αλάινγα κε ηε ηνπνινγία ηνπ θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο, πνπ ζα επηζηξέθεη ελέξγεηα ζηηο κπαηαξίεο. Δπίζεο, ζε ηέηνηεο πεξηπηψζεηο ζπρλά ρξεζηκνπνηνχληαη θαη ππεξππθλσηέο νη νπνίνη έρνπλ ηε δπλαηφηεηα λα απνζεθεχνπλ πξνζσξηλά κεγάια πνζά ελέξγεηαο, κε πνιχ γξήγνξνπο ρξφλνπο θφξηηζεο θαη εθθφξηηζεο. Οη ππεξππθλσηέο είλαη θαηαιιειφηεξνη γηα απφηνκεο επηβξαδχλζεηο θαη θαηαπνλνχληαη ιηγφηεξν νη ειεθηξηθνί ζπζζσξεπηέο απφ ηηο απφηνκεο θνξηίζεηο. Έηζη ινηπφλ, εθκεηαιιεπφκαζηε ηελ θηλεηηθή ελέξγεηα ησλ ηξνρψλ, ηελ νπνία ζε έλα ζπκβαηηθφ φρεκα ζα ράλακε σο ζεξκηθή ελέξγεηα ηξηβψλ ζηα δηζθφθξελα, γηα λα ηε ρξεζηκνπνηήζνπκε ζηελ επφκελε επηηάρπλζε ηνπ νρήκαηνο. Σέινο, κε απηφ ηνλ ηξφπν κεηψλεηαη θαη ε θαηαπφλεζε ηνπ ζπζηήκαηνο πέδεζεο. ηηο εηθφλεο 2.17 θαη 2.18 πνπ αθνινπζνχλ, βιέπνπκε έλα παξάδεηγκα πέδεζεο ελφο νρήκαηνο θαη ηνλ ηξφπν κε ηνλ νπνίν ζπλεξγάδνληαη ηα δχν ζπζηήκαηα πέδεζεο. Σν ζχζηεκα αλαγελλεηηθήο πέδεζεο εκπιέθεηαη κφλν ζηνπο κπξνζηηλνχο ηξνρνχο, ελψ ππάξρεη θαη ζπκκεηνρή απφ ην ζχζηεκα πδξαπιηθήο πέδεζεο γηα ην θξελάξηζκα θαη ζηνπο ηέζζεξεηο ηξνρνχο. Ζ αλαινγία ζπκκεηνρήο ηνπ θάζε ζπζηήκαηνο εμαξηάηαη απφ πνιινχο παξάγνληεο φπσο ε ηαρχηεηα ηνπ απηνθηλήηνπ, ε αζθνχκελε δχλακε ζην πεληάι ηνπ θξέλνπ απφ ηνλ νδεγφ θ.α. Κπξίσο ζε ζπλζήθεο φπνπ ην απηνθίλεην βξίζθεηαη ζε θαηάζηαζε νδήγεζεο ζηελ πφιε, φπνπ ππάξρνπλ επαλαιακβαλφκελεο νκαιέο απμνκεηψζεηο κηθξψλ ηαρπηήησλ θαη ζπλερφκελσλ θξελαξηζκάησλ, ην ειεθηξηθφ ζχζηεκα αλαιακβάλεη ζπλήζσο θαηά κεγάιν πνζνζηφ ηελ πέδεζε ηνπ απηνθηλήηνπ.

31 Δικόνα 2.17 πκκεηνρή ησλ δύν ζπζηεκάησλ πέδεζεο (αλαγελλεηηθήο, κε κπιε ρξώκα, θαη πδξαπιηθήο, κε γθξη ρξώκα) θαηά ηελ επηβξάδπλζε ελόο πβξηδηθνύ ειεθηξηθνύ νρήκαηνο [18] Δικόνα 2.18 πκκεηνρή ηεο αλαγελλεηηθήο θαη ηεο πδξαπιηθήο πέδεζεο ζπλαξηήζεη ηνπ ξπζκνύ αύμεζεο ηεο αζθνύκελεο πίεζεο ζηνλ πνδνκνριό ηνπ θξέλνπ [18]

32 Πιενλεθηήκαηα πβξηδηθώλ νρεκάησλ [8],[17] Ζ ππεξνρή ησλ πβξηδηθψλ έλαληη ησλ ζπκβαηηθψλ νρεκάησλ ραξαθηεξίδεηαη απφ ηα πιενλεθηήκαηα πνπ εκθαλίδεη ην θηλεηήξην ζχζηεκα ησλ πξψησλ, εθκεηαιιεπφκελν ην ζπλδπαζκφ ηεο ειεθηξηθήο κεραλήο θαη ηεο κεραλήο εζσηεξηθήο θαχζεο. Υάξε ζηε ζπλεξγαζία κεηαμχ ησλ δχν δηαθνξεηηθψλ ηερλνινγηψλ ησλ θηλεηήξσλ, νη ελεξγεηαθέο απαηηήζεηο ηνπ νρήκαηνο κνηξάδνληαη θαηά βέιηηζην ηξφπν έηζη ψζηε λα επηηπγράλεηαη θαιχηεξε δηαρείξηζε ηεο ελέξγεηαο θαηά ηελ πξφσζε ηνπ νρήκαηνο. Γηα παξάδεηγκα, ζε έλα πβξηδηθφ ειεθηξηθφ απηνθίλεην, ν ειεθηξηθφο θηλεηήξαο αλαιακβάλεη ην μεθίλεκα θαη ηελ θίλεζε ηνπ νρήκαηνο ζε κηθξέο ηαρχηεηεο (θαζψο παξνπζηάδεη κέγηζηε ξνπή ζε ρακειέο ζηξνθέο) θαη ππνβνεζά ζηελ επηηάρπλζε φηαλ απαηηείηαη κεγαιχηεξε ηζρχο (αλάβαζε ζε αλεθφξα, πξνζπέξαζκα άιινπ νρήκαηνο). Απφ ηελ άιιε κεξηά, ε κεραλή εζσηεξηθήο θαχζεο αλαιακβάλεη ηελ θίλεζε ηνπ απηνθηλήηνπ ζηηο κεζαίεο θαη πςειέο ηαρχηεηεο, φπνπ εδψ παξνπζηάδεη κεγαιχηεξν ζπληειεζηή απφδνζεο. πλεπψο, κεηψλεηαη θαη ην κέγεζνο ηεο ηειεπηαίαο ζε ζρέζε κε απηήλ ελφο αληίζηνηρνπ ζπκβαηηθνχ νρήκαηνο, φπνπ εθεί απαηηείηαη λα ιεηηνπξγεί ζε έλα κεγαιχηεξν θάζκα ηζρχνο. Γεληθφηεξα, ε ιεηηνπξγία ηεο ειεθηξηθήο κεραλήο βειηηψλεη ηελ επηηάρπλζε ηνπ απηνθηλήηνπ, ελψ παξάιιεια κεηψλνληαη νη δνλήζεηο θαη ν ζφξπβνο ράξε ζηελ ππφ ζπλζήθε ιεηηνπξγία, πιένλ, ηνπ θηλεηήξα εζσηεξηθήο θαχζεο. Έλα πβξηδηθφ ειεθηξηθφ απηνθίλεην είλαη ηθαλφ λα παξέρεη ηελ απαηηνχκελε ηζρχ ησλ πεξηθεξεηαθψλ ππνζπζηεκάησλ ηνπ, φπσο ην ζχζηεκα θιηκαηηζκνχ (air-condition), νη αληιίεο λεξνχ, ιαδηνχ θαη βελδίλεο, ην ειεθηξηθφ πδξαπιηθφ ζχζηεκα δηεχζπλζεο (electric power steering EPS) θαη νη δηάθνξνη αλεκηζηήξεο ηνπ, άκεζα απφ ηηο κπαηαξίεο ηνπ. Δπνκέλσο, δε ρξεηάδεηαη λα αληιείηαη κεραληθή ηζρχο απφ ηνλ άμνλα ηνπ βελδηλνθηλεηήξα θαη λα κεηαδίδεηαη κέζσ ηκάλησλ θαη γξαλαδηψλ ζηα πεξηθεξεηαθά ππνζπζηήκαηα. Με απηφ ηνλ ηξφπν, επηηπγράλεηαη πςειφηεξε απφδνζε θαη εμνηθνλφκεζε ελέξγεηαο. Μέζσ ησλ δηαθφξσλ ηερλνινγηψλ πνπ εθαξκφδνληαη ζηα πβξηδηθά απηνθίλεηα, φπσο ην ζχζηεκα απηφκαηνπ ζβεζίκαηνο θαη επαλεθθίλεζεο ηεο κεραλήο εζσηεξηθήο θαχζεο (ζχζηεκα «start stop») θαη ην ζχζηεκα αλάθηεζεο ελέξγεηαο θαηά ηελ επηβξάδπλζε ηνπ νρήκαηνο («regenerative braking»), κεηψλεηαη αθφκα πεξηζζφηεξν ε ζπαηάιε ελέξγεηαο θαη ε εθπνκπή ξππνγφλσλ νπζηψλ πξνο ην πεξηβάιινλ. Σν ζπλνιηθφ θφζηνο ζπληήξεζεο ηνπ απηνθηλήηνπ κεηψλεηαη, θαζψο κεηψλεηαη ν θπβηζκφο αιιά θαη ε ιεηηνπξγία ηεο κεραλήο εζσηεξηθήο θαχζεο. Δπίζεο, ν ειεθηξνθηλεηήξαο απαηηεί ζρεδφλ κεδεληθή ζπληήξεζε εμαηηίαο ηεο κε χπαξμεο ηξηβψλ θαηά ηε ιεηηνπξγία ηνπ θαη ηεο ζηηβαξφηεηαο ηεο θαηαζθεπήο ηνπ.

33 Μέζσ ηεο πβξηδηθήο ηερλνινγίαο ζηελ απηνθίλεζε παξέρεηαη ε δπλαηφηεηα ελαιιαθηηθήο αξρήο ιεηηνπξγίαο ηεο κεραλήο εζσηεξηθήο θαχζεο. ηα ζπκβαηηθά απηνθίλεηα επηιέγεηαη ζπλήζσο ε αξρή ιεηηνπξγίαο ηνπ Otto («Otto cycle») επεηδή εκθαλίδεη ηθαλνπνηεηηθή απφδνζε γηα έλα κεγάιν εχξνο ζηξνθψλ. ηα πβξηδηθά ειεθηξηθά απηνθίλεηα φκσο, ιφγσ ηεο ζπλεξγαζίαο ειεθηξνθηλεηήξα βελδηλνθηλεηήξα, κπνξεί λα εθαξκνζηεί ε αξρή ιεηηνπξγίαο ηνπ Atkinson («Atkinson cycle»), ε νπνία είλαη γηα ζπγθεθξηκέλν εχξνο ζηξνθψλ απνδνηηθφηεξε απφ απηή ηνπ Otto. ε έλαλ ηεηξάρξνλν θηλεηήξα θχθινπ Atkinson νη θάζεηο ζπκπίεζεο θαη εθηφλσζεο δελ είλαη ζπκκεηξηθέο, θαζψο ππάξρεη βξαδππνξία σο πξνο ην θιείζηκν ησλ βαιβίδσλ, γεγνλφο πνπ θαζπζηεξεί ηελ ζπκπίεζε. Άξα έρνπκε κεγαιχηεξε εθηφλσζε, κε κηθξφηεξε ζπκπίεζε, θαη ε ζεξκνθξαζία ησλ θαπζαεξίσλ είλαη κηθξφηεξε ζε ζρέζε κε ηνπο θηλεηήξεο θχθινπ Otto. Δικόνα 2.19 Ο ζεξκνδπλακηθόο θύθινο ηνπ Atkinson ζε κία ηεηξάρξνλε Μ.Δ.Κ. [18] Σέινο, ε κεησκέλε θαηαλάισζε θαπζίκνπ νδεγεί ζηνλ πεξηνξηζκφ ησλ εμφδσλ κεηαθίλεζεο, ην νπνίν απνηειεί ζεκαληηθφ πιενλέθηεκα κεηά ηελ ξαγδαία αχμεζε ηεο ηηκήο ηνπ πεηξειαίνπ θαη ηεο βελδίλεο. Δπηπξφζζεηα, πνιιέο απφ ηηο θπβεξλήζεηο ησλ αλαπηπγκέλσλ θαη αλαπηπζζφκελσλ ρσξψλ, αληηιακβαλφκελεο ηα πιενλεθηήκαηα ηεο πβξηδηθήο ηερλνινγίαο, παξέρνπλ νηθνλνκηθά νθέιε γηα ηελ αγνξά πβξηδηθψλ νρεκάησλ θαη θνξνινγηθέο ειαθξχλζεηο (π.ρ. κεδεληθά ηέιε θπθινθνξίαο).

34 - 34 -

35 ΚΔΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΑΡΑΓΔΙΓΜΑΣΑ ΤΓΥΡΟΝΧΝ ΤΒΡΙΓΙΚΧΝ ΚΑΙ ΗΛΔΚΣΡΙΚΧΝ ΟΥΗΜΑΣΧΝ [9]-[12], [18]-[27], [29] 3.1 Δηζαγσγή ε απηφ ην θεθάιαην παξνπζηάδνληαη θάπνηα ζχγρξνλα πβξηδηθά ειεθηξηθά θαη πιήξσο ειεθηξηθά νρήκαηα πνπ έρνπλ θαηαζθεπάζεη νη απηνθηλεηνβηνκεραλίεο θαη σο ζθνπφ έρνπλ ηελ κείσζε ηεο θαηαλάισζεο ησλ ζπκβαηηθψλ θαπζίκσλ θαη ζπλεπψο ησλ εθπεκπφκελσλ ξππνγφλσλ νπζηψλ. Πξνο απηή ηελ θαηεχζπλζε έρνπλ θαηαζθεπαζηεί δηαθφξσλ εηδψλ κνληέια ηθαλά λα θαιχςνπλ θάζε αλάγθε ηνπ θαηαλαισηηθνχ θνηλνχ, φπσο επηβαηεγά, ζπνξ θαη πνιπκνξθηθά απηνθίλεηα, θαζψο θαη κέζα καδηθήο κεηαθνξάο. 3.2 Τβξηδηθό απηνθίλεην TOYOTA PRIUS [9]-[12], [18]-[20], [22], [29] Σν φλνκα «Prius» είλαη ζπλπθαζκέλν κε ηε ιέμε «πβξηδηθφ» θαζψο ήηαλ ην πξψην πβξηδηθφ απηνθίλεην καδηθήο παξαγσγήο θαη πξφζθαηα εθδφζεθε ε ηξίηε γεληά ηνπ. Ζ εηαηξεία TOYOTA, κάιηζηα, έρεη δειψζεη φηη κέρξη ην 2020 φινο ν ζηφινο ηεο ζα απνηειείηαη απφ πβξηδηθά νρήκαηα. Δικόνα 3.1 TOYOTA PRIUS 3d Generation [29]

36 Δικόνα 3.2 Παξνπζίαζε ηνπ TOYOTA PRIUS ζηε δηεζλή ηερλνινγηθή έθζεζε πβξηδηθώλ θαη ειεθηξηθώλ νρεκάησλ «EVS 24», Ννξβεγία, Μαΐνπ 2009 Ζ ηειεπηαία έθδνζε ηνπ TOYOTA PRIUS πεξηιακβάλεη έλαλ βελδηλνθηλεηήξα κεηαβιεηνχ ρξνληζκνχ βαιβίδσλ VVT-i 1.8 ιίηξσλ (Variable Valve Timing with intelligence) ν νπνίνο απνδίδεη 98 ίππνπο (73 kw) ζηηο 5200 ζηξνθέο/ιεπηφ θαη κέγηζηε ξνπή 142 Nm ζηηο 4000 ζηξνθέο/ιεπηφ, θαη έλαλ AC ζχγρξνλν θηλεηήξα κφληκνπ καγλήηε ηζρχνο 60 kw (80 hp) θαη κέγηζηεο ξνπήο 207 Nm. Ζ κέγηζηε ηάζε ιεηηνπξγίαο ηνπ θηλεηήξα είλαη ηα 650 V θαη ην εχξνο ησλ ζηξνθψλ ηνπ είλαη απφ 0 έσο αλά ιεπηφ. Δικόνα 3.3 Βελδηλνθηλεηήξαο (αξηζηεξά) Ζιεθηξνθηλεηήξαο (δεμηά) [29]

37 Ο βελδηλνθηλεηήξαο ηνπ Prius ιεηηνπξγεί ζχκθσλα κε ηνλ θχθιν θαχζεο ηνπ Atkinson ζε ζρέζε κε ηα πεξηζζφηεξα ζπκβαηηθά νρήκαηα πνπ ρξεζηκνπνηνχλ απηφλ ηνπ Otto. Ζ δηαθνξά ελφο ηεηξάρξνλνπ θηλεηήξα ν νπνίνο ιεηηνπξγεί ζε θχθιν Atkinson βξίζθεηαη ζην θαζπζηεξεκέλν άλνηγκα ησλ βαιβίδσλ εηζαγσγήο. πγθεθξηκέλα, ππάξρεη κηθξφηεξε ζπκπίεζε αιιά κεγαιχηεξε εθηφλσζε πξνο φθεινο ηεο θαηαλάισζεο θαη εηο βάξνο ηεο ηζρχνο. Σελ θαηαλάισζε επίζεο βειηηψλεη ην λέν ζχζηεκα επαλαθπθινθνξίαο θαπζαεξίσλ (EGR ή Exhaust Gas Recirculation). Σν ζχζηεκα EGR αλαιακβάλεη λα επηζηξέςεη ζην ζάιακν θαχζεο κέξνο ησλ θαπζαεξίσλ, απφ έλα ειεγρφκελν «by pass» απιφ πνπ δηαθιαδψλεηαη κε ηνλ κεγαιχηεξν απιφ ηεο εμαγσγήο, κεηψλνληαο ηελ ζεξκνθξαζία ηνπο απφ ηνπο 880 ν C ζηνπο 150 ν C. Ο αεξνδπλακηθφο ζπληειεζηήο ηνπ ακαμψκαηνο Cd είλαη 0,25 ελψ ηα θσηηζηηθά ζψκαηα ηερλνινγίαο LED εμνηθνλνκνχλ έσο θαη 30 % ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ζε ζρέζε κε ηα απιά θσηηζηηθά. Οη επηδφζεηο πνπ παξνπζηάδεη ζε επηηάρπλζε ρικ./ψξα είλαη 10.4 sec θαη ε ηειηθή ηνπ ηαρχηεηα αγγίδεη ηα 180 ρικ./ψξα. Ζ κέζε ηππνπνηεκέλε θαηαλάισζε είλαη 3.9 ιίηξα / 100 ρικ. απμάλνληαο ηελ ζεσξεηηθή απηνλνκία ζηα ρικ., ελψ νη εθπνκπέο CO 2 αληηζηνηρνχλ ζε 89 γξακκ./ρικ. Ζ ηηκή πψιεζεο ηνπ Prius ζηελ ειιεληθή αγνξά μεθηλά απφ Σν TOYOTA PRIUS είλαη πιήξσο πβξηδηθφ φρεκα θαη ε δηάηαμε ηνπ θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηφο ηνπ είλαη ζεηξηαθή/παξάιιειε (combined hybrid). Δικόνα 3.4 Κηλεηήξην ζύζηεκα ηνπ TOYOTA PRIUS [29] Ζ κεηάδνζε ηεο θίλεζεο ζηνπο ηξνρνχο γίλεηαη κέζσ ελφο πιαλεηηθνχ ζπζηήκαηνο γξαλαδηψλ θαη ελφο απηφκαηνπ θηβσηίνπ ζπλερψο κεηαβαιιφκελεο ζρέζεο (Electronically controlled Continuously Variable Transmission - ΔCVT). Έηζη, κπνξεί λα αιιάδεη ε ζρέζε κεηάδνζεο ησλ ζηξνθψλ (πνπ θαζνξίδεη ηελ

38 ηαρχηεηα ηνπ νρήκαηνο) κε ζπλερή ηξφπν θαζψο κεηαβάιινληαη νη ζηξνθέο πνπ νδεγνχληαη απφ ην πιαλεηηθφ ζχζηεκα. Δικόνα 3.4 Πιαλεηηθό ζύζηεκα ηνπ TOYOTA PRIUS [29] Δικόνα 3.5 Αξρή ιεηηνπξγίαο CVT [29]

39 Δικόνα 3.6 ύζηεκα θαηαλνκήο ηεο ξνπήο θαη κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο ηνπ PRIUS [29] Σν ζχζηεκα ειέγρνπ ηεο θίλεζεο «Hybrid Synergy Drive» (HSD) είλαη ππεχζπλν γηα ηελ ελεξγνπνίεζε θαη ζπκκεηνρή ηεο θάζε ππνκνλάδαο ζηε δηαρείξηζε ηεο ελέξγεηαο, αλάινγα κε ηελ εθάζηνηε θαηάζηαζε θίλεζεο ηνπ απηνθηλήηνπ. Ζ ζπλεξγαζία ησλ δχν θηλεηήξσλ απνδίδεη κέγηζηε ηζρχ 134 ίππσλ (100 kw). Δικόνα 3.7 ύζηεκα «HSD» (Hybrid Synergy Drive) [10]

40 Έλα απφ ηα ζεκαληηθφηεξα θαη πην πνιχπινθα ζηνηρεία ηνπ ζπζηήκαηνο «HSD» είλαη ε κνλάδα ειέγρνπ «PCU» (Power Control Unit) πνπ ην κέγεζνο ηεο είλαη φζν κίαο 12βνιηεο κπαηαξίαο απηνθηλήηνπ. Επγίδεη 13,5 θηιά θαη κεηαηξέπεη ην ζπλερέο ξεχκα (DC) ηεο κπαηαξίαο ζε ελαιιαζζφκελν (AC) αλεβάδνληαο ηελ ηάζε ζηα 650 V γηα λα ηξνθνδνηεζεί ν ειεθηξνθηλεηήξαο. Δπίζεο, ιεηηνπξγεί θαη σο κεηαζρεκαηηζηήο DC/DC κεηψλνληαο ηελ ηάζε ησλ 202 V ηεο κπαηαξίαο ζηα 14 V γηα ηελ ιεηηνπξγία δεπηεξεπφλησλ ζπζηεκάησλ. Σν Prius πξνζθέξεη ζηνλ νδεγφ ηξεηο επηινγέο πξνγξακκάησλ νδήγεζεο. Σν «EV Drive Mode» ην νπνίν επηηξέπεη ζην φρεκα λα θηλείηαη ακηγψο ειεθηξηθψο θαη ν ειεθηξνθηλεηήξαο λα ιεηηνπξγεί απνξξνθψληαο ελέξγεηα απφ ηηο κπαηαξίεο γηα ηαρχηεηεο έσο 45 ρικ./ψξα θαη απφζηαζε έσο πεξίπνπ 1.5 ρηιηνκέηξα. Σν «Eco mode» βνεζά ηνλ νδεγφ λα επηηχρεη κηα νηθνλνκηθή νδήγεζε κε κηθξφηεξε θαηαλάισζε ζε θαχζηκν γηα ηαρχηεηεο κεγαιχηεξεο ησλ 45 ρικ./ψξα. Σέινο, ην «Power Mode» θάλεη πην άκεζε ηελ απφθξηζε ηνπ γθαδηνχ γηα πην ζπνξ νδήγεζε. Δικόνα 3.8 Μεραληθή ζύκπιεμε βελδηλνθηλεηήξα (αξηζηεξά) ειεθηξνθηλεηήξα (θάησ δεμηά), πάλσ δεμηά βξίζθεηαη ε θεληξηθή κνλάδα ειέγρνπ PCU [29] Καηά ηελ επηβξάδπλζε ηνπ απηνθηλήηνπ ε ειεθηξηθή κεραλή ιεηηνπξγεί σο γελλήηξηα κεηαηξέπνληαο ηελ θηλεηηθή ελέξγεηα ησλ ηξνρψλ ζε ειεθηξηθή ε νπνία απνζεθεχεηαη ζηηο κπαηαξίεο. Ζ γελλήηξηα ζε απηή ηε θάζε παξάγεη ηζρχ 42 kw θαη εθηφο απφ ηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ιεηηνπξγεί επίζεο σο «start-stop» ζχζηεκα γηα ηνλ βελδηλνθηλεηήξα.

41 Δικόνα 3.9 Δπηζηξνθή ελέξγεηαο ζηηο κπαηαξίεο θαηά ηελ πέδεζε (Regenerative Braking) [29] Οη κπαηαξίεο πνπ ρξεζηκνπνηεί ην Prius είλαη ηχπνπ ληθειίνπ-πδξηδίνπ κεηάιινπ Ni-MH παξέρνληαο ηάζε V θαη ηζρχ εμφδνπ 27 kw. Δικόνα 3.10 πζηνηρία ειεθηξηθώλ ζπζζσξεπηώλ θαη ζύζηεκα ςύμεο απηώλ [29] Ζ ξνή ηεο ηζρχνο θαη ε ιεηηνπξγία ησλ δηαθφξσλ ππνζπζηεκάησλ θαηά ηηο δηάθνξεο θάζεο θίλεζεο ηνπ απηνθηλήηνπ απεηθνλίδεηαη ζε κία νζφλε έηζη ψζηε ν νδεγφο λα έρεη πιήξε θαη άκεζε ελεκέξσζε γηα ηελ θηλεηηθή θαη ελεξγεηαθή θαηάζηαζε ηνπ νρήκαηνο.

42 Δικόνα 3.11 ύζηεκα ελεκέξσζεο θαη απεηθόληζεο ηεο ξνήο ηεο ηζρύνο θαηά ηηο δηάθνξεο θάζεηο νδήγεζεο [20] Σν Prius πξφθεηηαη λα θπθινθνξήζεη θαη ζε έθδνζε «PHV» (Plug-in Hybrid Vehicle) ε νπνία βξίζθεηαη ζην ζηάδην ηεο εμέιημεο. Θα δηαζέηεη κπαηαξία κεγαιχηεξεο ρσξεηηθφηεηαο πνπ ζα επαλαθνξηίδεηαη κέζσ ηνπ δεκφζηνπ ειεθηξηθνχ δηθηχνπ ψζηε ην λα κπνξεί λα θηλεζεί σο ειεθηξνθίλεην γηα κεγαιχηεξεο ρηιηνκεηξηθέο απνζηάζεηο. Δικόνα 3.12 TOYOTA PRIUS plug-in hybrid [10]

43 Τβξηδηθό όρεκα PORSCHE CAYENNE S HYBRID [9], [21]- [25] Σν λέν φρεκα παληφο δξφκνπ (Sports Utility Vehicle - SUV) Cayenne S Hybrid ηεο εηαηξείαο PORSCHE βξίζθεηαη ζην ζηάδην ησλ ηειηθψλ δνθηκψλ θαη αλακέλεηαη λα δηαηεζεί ζηελ αγνξά ην πξνζερέο δηάζηεκα. Αξρηθά θαηαζθεπάζηεθε σο πεηξακαηηθφ απηνθίλεην «concept car» θη έπεηηα απφ θάπνηεο ηξνπνπνηήζεηο πνπ θξίζεθαλ απαξαίηεηεο γηα πεξαηηέξσ βειηίσζε, απνθαζίζηεθε ε θαηαζθεπή ηνπ γηα έθδνζε ζε καδηθή παξαγσγή. πλδπάδεη ηα ζπνξ ραξαθηεξηζηηθά ηνπ πξνθαηφρνπ ηνπ Cayenne ζε κία φκσο πην θηιηθή έθδνζε πξνο ην πεξηβάιινλ. Δικόνα 3.13 PORSCHE CAYENNE S HYBRID [29] Σν Cayenne S Hybrid δηαζέηεη έλαλ ππεξηξνθνδνηνχκελν βελδηλνθηλεηήξα 3.0 ιίηξσλ κε ζχζηεκα άκεζνπ ςεθαζκνχ (Direct Fuel Injection - DFI), ζε δηάηαμε V6, ν νπνίνο παξάγεη 328 ίππνπο (ηζρχο 245 kw) θαη ξνπή 439 Nm ζε εχξνο ζηξνθψλ/ιεπηφ απφ 2900 έσο 5300 rpm. Ο δεχηεξνο θηλεηήξαο ηνπ απηνθηλήηνπ είλαη έλαο ηξηθαζηθφο ζχγρξνλνο ειεθηξνθηλεηήξαο ν νπνίνο απνδίδεη 51 ίππνπο (ηζρχο 38 kw) θαη ξνπή 300 Nm.

44 Δικόνα 3.14 Βελδηλνθηλεηήξαο 3.0 lt V6 (DFI) [25] Δικόνα 3.15 Σξηθαζηθόο ζύγρξνλνο ειεθηξηθόο θηλεηήξαο [25] Σν ζπγθεθξηκέλν φρεκα είλαη πιήξσο πβξηδηθφ θαη ε ηνπνινγία ηνπ θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηφο ηνπ είλαη παξάιιειεο δηάηαμεο. Ζ θίλεζή ηνπ επηηπγράλεηαη είηε κε έλαλ απφ ηνπο δχν θηλεηήξεο είηε κε ην ζπλδπαζκφ θαη ησλ δχν. Αθνινπζνχλ θσηνγξαθίεο κε ηελ δηάηαμε ηνπ θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο, φπνπ κε θφθθηλν ρξψκα μερσξίδνπλ ε κπαηαξία ζην πίζσ κέξνο θαη νη ειεθηξνληθνί κεηαηξνπείο ηζρχνο θαη ε θεληξηθή κνλάδα ειέγρνπ ζην κπξνζηά κέξνο ηνπ απηνθηλήηνπ.

45 Δικόνα 3.16 Γηάηαμε θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο [25] Δικόνα 3.17 Κάηνςε θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο - 1) Βελδηλνθηλεηήξαο, 2) Κεληξηθή κνλάδα ειέγρνπ, 3)ύζηεκα κεηάδνζεο, 4) Μπαηαξία, 5) ύζηεκα ζύκπιεμεο ειεθηξνθηλεηήξα, 6) Ζιεθηξηθή κεραλή [25] Ζ ζχδεπμε κεηαμχ ειεθηξνθηλεηήξα θαη βελδηλνθηλεηήξα επηηπγράλεηαη κέζσ ελφο κεραληθνχ ζπκπιέθηε ν νπνίνο φκσο είλαη ηθαλφο λα αιιάδεη ηαρχηαηα θαη αζφξπβα ηελ ζέζε ηνπ γηα λα κεηαδίδεη ηελ θίλεζε ζην θεληξηθφ άμνλα κε έλαλ απφ ηνπο ηξεηο ηξφπνπο ιεηηνπξγίαο ησλ θηλεηήξησλ κνλάδσλ.

46 Δικόνα 3.18 ύδεπμε βελδηλνθηλεηήξα - ειεθηξνθηλεηήξα [25] Ζ ζεκαληηθή δηαθνξά ηνπ ζε ζρέζε κε ηα ππφινηπα πβξηδηθά ειεθηξηθά απηνθίλεηα παξάιιειεο δηάηαμεο είλαη φηη έρεη ζρεδηαζηεί γηα λα εμνηθνλνκεί θαχζηκε χιε αθφκα θαη ζε πςειέο ηαρχηεηεο. Οη δνθηκέο έδεημαλ φηη ην Cayenne S Hybrid κπνξεί λα θηλείηαη κε ηαρχηεηα 138 km/h απνθιεηζηηθά κε ηε ρξήζε ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα. Γηα ηε κεηάδνζε ηεο θίλεζεο έρεη θαηαζθεπαζηεί έλα απηφκαην θηβψηην νρηψ ηαρπηήησλ ην νπνίν πξνζθέξεη θίλεζε κέζσ ησλ δηαθνξηθψλ θαη ζηνπο ηέζζεξεηο ηξνρνχο ηνπ νρήκαηνο. Οη έβδνκε θαη φγδνε ζρέζε ρξεζηκνπνηνχληαη θαζαξά γηα εμνηθνλφκεζε θαπζίκνπ θαη κείσζε ξχπσλ ζε κεγάιεο ηαρχηεηεο εθηφο πφιεο. Ζ ηειηθή ηαρχηεηα ηνπ νρήκαηνο επηηπγράλεηαη κε ηελ έθηε ζρέζε κεηάδνζεο. Δικόνα 3.19 ύζηεκα κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο (γθξη ρξώκα) [25]

47 Ζ ειεθηξηθή κεραλή ηνπ απηνθηλήηνπ έρεη ηε δπλαηφηεηα λα ιεηηνπξγεί σο ειεθηξηθή γελλήηξηα θαηά ηε θάζε επηβξάδπλζεο ηνπ νρήκαηνο θαη λα επηζηξέθεη ελέξγεηα ζηε κπαηαξία ηνπ απηνθηλήηνπ κέζσ ηνπ ζπζηήκαηνο αλαγελλεζηαθήο πέδεζεο (regenerative braking). Δικόνα 3.20 Έλδεημε δηαζέζηκεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ηεο κπαηαξίαο [25] Ζ κπαηαξία πνπ ρξεζηκνπνηείηαη είλαη ηχπνπ ληθειίνπ πδξηδίνπ κεηάιινπ (Ni- Mh) θαη είλαη ηνπνζεηεκέλε ζηελ θνηιφηεηα θάησ απφ ην ρψξν απνζθεπψλ φπνπ θαλνληθά ππάξρεη ε ξεδέξβα ηνπ Cayenne. Απνηειείηαη απφ 240 θπςέιεο πνπ παξάγνπλ ζπλνιηθά ηάζε 288 V θαη ε κέγηζηε ηζρχο ιεηηνπξγίαο ηεο είλαη ηα 38 kw. Έηζη βειηηζηνπνηείηαη ε νηθνλνκία θαπζίκνπ θαη ε ελέξγεηα πνπ αλαθηάηαη κπνξεί ζηε ζπλέρεηα λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα λα θηλεζεί ην απηνθίλεην ρσξίο ηνλ βελδηλνθηλεηήξα, απνθιεηζηηθά θαη κφλν κε ειεθηξηθή ηζρχ, ή γηα ππνβνήζεζε ηνπ βελδηλνθηλεηήξα. Δικόνα 3.21 Ζιεθηξηθόο ζπζζσξεπηήο [25]

48 Ζ δηαρείξηζε ηεο ελέξγεηαο κεηαμχ βελδηλνθηλεηήξα, ειεθηξνθηλεηήξα θαη κπαηαξίαο ζπληνλίδεηαη θαη ειέγρεηαη απφ ην θεληξηθφ ζχζηεκα δηαρείξηζεο «Hybrid Manager». Σν ζχζηεκα «Hybrid Manager» ιακβάλεη φιεο ηηο πιεξνθνξίεο γηα ηελ θαηάζηαζε θίλεζεο ηνπ νρήκαηνο θαη αλάινγα κε ηηο εληνιέο πνπ δίλεη έκκεζα ν νδεγφο απηφ θαζνξίδεη ηελ θαηάζηαζε ιεηηνπξγίαο ησλ ππνζπζηεκάησλ ηνπ, πξνθεηκέλνπ λα εμαζθαιίδεηαη πάληνηε ε βέιηηζηε νηθνλνκία θαπζίκνπ ζε φιεο ηηο ζπλζήθεο νδήγεζεο. Σν θεληξηθφ ζχζηεκα δηαρείξηζεο απαηηεί ηνλ θαζνξηζκφ πεξίπνπ δηαθνξεηηθψλ παξακέηξσλ δεδνκέλσλ, ελψ νη απνθάζεηο πνπ απφ ηελ επεμεξγαζία απηψλ ησλ δεδνκέλσλ εμάγνληαη ζε ιηγφηεξν απφ 300 msec. πγθξηηηθά, έλα ζπκβαηηθφ ζχζηεκα δηαρείξηζεο θηλεηήξα απαηηεί κφιηο παξακέηξνπο. Ζ ιεηηνπξγία ησλ θηλεηήξησλ κνλάδσλ θαη ε ξνή ηεο ηζρχνο, αλάινγα κε ηελ θαηάζηαζε θίλεζεο ηνπ νρήκαηνο, απεηθνλίδνληαη ζε νζφλε ζην ηακπιφ ηνπ νδεγνχ γηα λα έρεη πιήξε επίγλσζε θαη ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν. Δικόνα 3.22 Οζόλε απεηθόληζεο ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ πβξηδηθνύ ζπζηήκαηνο ζην ηακπιό [25]

49 Δικόνα 3.23 ύζηεκα ελεκέξσζεο γηα ηε δηαρείξηζε ηεο ηζρύνο [25] Σν Cayenne S Hybrid θαιχπηεη ηα 100 πξψηα ρικ. ζε ρξφλν 6.9 sec, ελψ ε κέζε θαηαλάισζε θαπζίκνπ είλαη 8.9 lt / 100 km. Οη εθπνκπέο CO 2 είλαη θαηά 20 % κηθξφηεξεο ζε ζρέζε κε έλα αληίζηνηρν ζπκβαηηθφ θηλεηήξα εζσηεξηθήο θαχζεο ίδηαο ηζρχνο.

50 Ηιεθηξηθό απηνθίλεην Tesla Roadster [26], [27], [29] Σν Tesla Roadster είλαη έλα πιήξσο ειεθηξηθφ απηνθίλεην πςειψλ επηδφζεσλ ην νπνίν θαηαζθεπάδεηαη απφ ηελ εηαηξία Tesla Motors, ζε ζπλεξγαζία κε ηελ εηαηξία Lotus γηα ηε ζπλαξκνιφγεζή ηνπ. Δικόνα 3.24 Tesla Roadster [29] Σελ θίλεζε ηνπ νρήκαηνο αλαιακβάλεη έλαο αεξφςπθηνο ηξηθαζηθφο αζχγρξνλνο θηλεηήξαο ελαιιαζζφκελνπ ξεχκαηνο κε ηέζζεξεηο πφινπο θαη νλνκαζηηθή ηάζε 375 V. Δικόνα 3.25 Σξηθαζηθόο αζύγρξνλνο θηλεηήξαο ηνπ Tesla Roadster [26]

51 Ζ κέγηζηε ηζρχο πνπ απνδίδεη είλαη 185 kw (248 ίππνη) ζε εχξνο ζηξνθψλ απφ 5000 έσο 8000 rpm θαη ε κέγηζηε ξνπή ηνπ είλαη 375 Nm, ηελ νπνία κπνξεί λα πξνζθέξεη ζηαζεξά απφ ηηο 0 έσο ηηο 4500 ζηξνθέο/ιεπηφ, ελψ ην εχξνο ζηξνθψλ ηνπ θηλεηήξα εθηείλεηαη έσο ηηο rpm. Ζ απφδνζε ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα είλαη 92 % θαηά κέζν φξν θαη 85 % ζηε κέγηζηε ηζρχ ηνπ. ην αθφινπζν δηάγξακκα θαίλεηαη ε θακπχιε ηεο ξνπήο ζπλαξηήζεη ησλ ζηξνθψλ ζε έλα ζπκβαηηθφ ηεηξαθχιηλδξν θηλεηήξα πςειήο απφδνζεο θαη ζηνλ αζχγρξνλν ειεθηξνθηλεηήξα ηνπ Tesla Roadster, θαζψο θαη ε θακπχιε ηζρχνο ηνπ ηειεπηαίνπ. Ο ειεθηξνθηλεηήξαο παξνπζηάδεη κέγηζηε ξνπή απφ κεδεληθέο ζηξνθέο ηελ νπνία δηαηεξεί γηα κεγάιν εχξνο ζηξνθψλ, ελψ ην ζπλνιηθφ εχξνο ζηξνθψλ πνπ κπνξεί λα παξέρεη θίλεζε είλαη θαηά πνιχ κεγαιχηεξν απφ απηφ ηνπ ζπκβαηηθνχ ζεξκηθνχ θηλεηήξα. Ζ κέγηζηε ηζρχο ηνπ ησλ 185 kw παξνπζηάδεηαη πεξίπνπ ζηηο 8000 rpm. Δικόνα 3.26 Κακπύιε ξνπήο-ζηξνθώλ γηα κία ζπκβαηηθή ηεηξαθύιηλδξε Μ.Δ.Κ.(καύξν ρξώκα) θαη γηα ηνλ ειεθηξνθηλεηήξα ηνπtesla Roadster (θόθθηλν ρξώκα) Κακπύιε ηζρύνο ζπλαξηήζεη ζηξνθώλ ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα (κπιε ρξώκα) [27] Σν θηλεηήξην ζχζηεκα ηνπ απηνθηλήηνπ απνηειείηαη απφ ηνλ ειεθηξνθηλεηήξα, ην ζχζηεκα απνζήθεπζεο ηεο ελέξγεηαο «ESS» (Energy Storage System), ην ζχζηεκα κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο θαη ην ζχζηεκα ειέγρνπ θαη ηνπο ειεθηξνληθνχο κεηαηξνπείο ηζρχνο «PEM» (Power Electronic Modules motor controller, inverter). Ζ θίλεζε κεηαδίδεηαη ζηνπο πίζσ ηξνρνχο ηνπ νρήκαηνο.

52 Δικόνα ,2)«ESS»,3)«PEM»,4)Ζιεθηξνθηλεηήξαο,5)Δμαγσγή αέξα ζπζηήκαηνο ςύμεο [26] Δικόνα 3.28 Κάηνςε Tesla Roadster:1,2,3)«PEM»(motor controller, inverter),4)μπαηαξία [26]

53 Δικόνα 3.29 «PEM» Power Electronic Module (motor controller / inverter) [26] Αθνινπζνχλ θσηνγξαθίεο ηνπ θηβσηίνπ γξαλαδηψλ πνπ πξνζαξκφδεηαη ζηνλ ειεθηξνθηλεηήξα γηα ηε κεηάδνζε ηεο θίλεζεο ζηνπο ηξνρνχο. Σν γξαλαδνθηβψηην ηνπ Roadster είλαη ζρεηηθά απιφ θαζψο ρξεζηκνπνηείηαη απνθιεηζηηθά γηα λα πξνζαξκφζεη ηε ξνπή ζηνλ άμνλα πνπ κεηαθέξεη ηελ θίλεζε ζηνπο ηξνρνχο, ελψ δελ απαηηείηαη μερσξηζηφο κεραληθφο ζπκπιέθηεο. Έηζη, είλαη αξθεηά κηθξφ θαη ην βάξνο ηνπ φινπ ζπζηήκαηνο κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο, γεγνλφο πνπ θάλεη ην φρεκα αθφκα ειαθξχηεξν θαη ηθαλφ γηα πςειέο επηδφζεηο. Δικόνα 3.30 Κηβώηην κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο [26]

54 Δικόνα 3.31 Ζιεθηξνθηλεηήξαο (δεμηά) θαη θηβώηην κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο (αξηζηεξά) [26] Ζ κπαηαξία ηνπ Tesla Roadster είλαη ηχπνπ ηφλησλ ιηζίνπ (Lithium-ion), απνηειείηαη απφ 6831 θειηά θαη δπγίδεη 450 kg. Ζ νλνκαζηηθή ηάζε εμφδνπ ηεο κπαηαξίαο είλαη 375 V, ε ελέξγεηα πνπ κπνξεί λα απνζεθεχζεη είλαη 53 kwh, ελψ ε κέγηζηε ηζρχο πνπ κπνξεί λα πξνζθέξεη αγγίδεη ηα 200 kw. Ζ απηνλνκία πνπ πξνζθέξεη ζην φρεκα είλαη 355 km (220 miles), ελψ ε πιήξεο θφξηηζή ηεο επηηπγράλεηαη κέζα ζε 3.5 ψξεο. Ζ εγγχεζε πνπ παξέρεη ε εηαηξία γηα ηελ κπαηαξία είλαη 5 ρξφληα ή κίιηα. Δπίζεο, ην Roadster δηαζέηεη ζχζηεκα αλάθηεζεο ηεο ελέξγεηαο θαηά ηελ πέδεζε θη έηζη απμάλεηαη αθφκα πεξηζζφηεξν ε απηνλνκία ηνπ. Δικόνα 3.32 «ESS» Energy Storage System [26]

55 σήμα 3.33 Σνπνινγία ηνπ ζπζηήκαηνο απνζήθεπζεο ηεο ελέξγεηαο «ESS» θαη παξνρή ησλ ηξνθνδνζηώλ ησλ πεξηθεξεηαθώλ ππνζπζηεκάησλ [26] Δικόνα 3.34 Από θάησ όςε ηνπ θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο 1)Ζιεθηξνθηλεηήξαο, 2)Κηβώηην ηαρπηήησλ, 3)«PEM», 4)Υώξνο ηνπνζέηεζεο ζπζηήκαηνο «ESS» [26] Ζ κέγηζηε ηαρχηεηα ηνπ νρήκαηνο πεξηνξίδεηαη ειεθηξνληθψο ζηα 200 km/h, ελψ ν ρξφλνο επηηάρπλζεο km/h είλαη κηθξφηεξνο απφ 4 sec. Σέινο, ε βαζηθή έθδνζε ηνπ Roadster μεθηλάεη λα πσιείηαη απφ ηελ ηηκή ησλ $.

56 - 56 -

57 ΚΔΦΑΛΑΙΟ 4 ΤΠΟΤΣΗΜΑΣΑ ΤΒΡΙΓΙΚΟΤ ΟΥΗΜΑΣΟ [29]-[39] 4.1 Δηζαγσγή ε απηφ ην θεθάιαην παξνπζηάδνληαη ηα βαζηθά ππνζπζηήκαηα ηα νπνία ζπλζέηνπλ ην ειεθηξνθηλεηήξην ζχζηεκα ελφο πβξηδηθνχ απηνθηλήηνπ. Απηά ηα ππνζπζηήκαηα είλαη ν ειεθηξηθφο θηλεηήξαο γηα ηελ παξνρή ηεο θηλεηηθήο ελέξγεηαο θαη ηα κέζα απνζήθεπζεο ηεο ελέξγεηαο (ειεθηξηθνί ζπζζσξεπηέο θαη άιια). 4.2 Ηιεθηξηθνί θηλεηήξεο [29]-[34] Ο ειεθηξηθφο θηλεηήξαο είλαη κία δηάηαμε (ειεθηξηθή κεραλή) πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηε κεηαηξνπή ηεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ζε κεραληθή ελέξγεηα. Ζ αξρή ιεηηνπξγίαο ηνπ βαζίδεηαη ζηε δχλακε Lorentz, ζχκθσλα κε ηελ νπνία φηαλ έλαο αγσγφο πνπ δηαξξέεηαη απφ ειεθηξηθφ ξεχκα βξεζεί κέζα ζε έλα καγλεηηθφ πεδίν, ηφηε αζθείηαη ζε απηφλ κία δχλακε πνπ είλαη ίζε κε (φπνπ Β είλαη ε έληαζε ηνπ καγλεηηθνχ πεδίνπ, Η είλαη ε έληαζε ηνπ ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο θαη l είλαη ην κήθνο ηνπ αγσγνχ). Έλαο ειεθηξνθηλεηήξαο κπνξεί επίζεο λα ιεηηνπξγήζεη σο ειεθηξηθή γελλήηξηα, φπνπ ζε απηή ηελ πεξίπησζε έρνπκε ηελ αληίζηξνθε δηαδηθαζία, δειαδή κεηαηξνπή ηεο κεραληθήο ελέξγεηαο ζε ειεθηξηθή ελέξγεηα θαη ε ξνή ηεο ηζρχνο αληηζηξέθεηαη θη απηή επίζεο. Οη ειεθηξηθέο κεραλέο ρσξίδνληαη ζε πνιιέο θαηεγνξίεο αλάινγα κε ην είδνο ηνπ ξεχκαηνο ηξνθνδνζίαο, ζπλερέο (DC) ή ελαιιαζζφκελν (AC), ηνλ αξηζκφ ησλ θάζεσλ πνπ ρξεζηκνπνηνχλ, κνλνθαζηθέο ή πνιπθαζηθέο, ηνλ ηξφπν ιεηηνπξγίαο ηνπο θαη ηα θαηαζθεπαζηηθά ραξαθηεξηζηηθά ηνπο. Γηα ηελ επίηεπμε θηλεηήξσλ κεγαιχηεξεο ηζρχνο ρξεζηκνπνηείηαη πνιπθαζηθφ ζχζηεκα ηξνθνδνζίαο. Σα θξηηήξηα επηινγήο ηνπ θαηάιιεινπ θηλεηήξα γηα πξνζαξκνγή ζε έλα φρεκα είλαη ε αμηνπηζηία ηνπ θηλεηήξα ε νπνία πξέπεη λα είλαη απφιπηε, ε ζπληήξεζε πνπ απαηηεί, ην βάξνο θαη ν φγθνο ηνπ ηα νπνία πξέπεη λα είλαη φζν ην δπλαηφλ κηθξφηεξα. εκαληηθφ θξηηήξην απνηειεί επίζεο θαη ε κέζνδνο ειέγρνπ ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα πνπ ζα ρξεζηκνπνηεζεί, ε νπνία πξέπεη λα παξνπζηάδεη αμηνπηζηία θαη αθξίβεηα. Θα αθνινπζήζεη κηα ζχληνκε πεξηγξαθή θαη ζχγθξηζε κεηαμχ ησλ βαζηθψλ ειεθηξηθψλ κεραλψλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζηα ζχγρξνλα πβξηδηθά ειεθηξηθά νρήκαηα.

58 Κηλεηήξαο ζπλερνύο ξεύκαηνο (DC motor) Οη θηλεηήξεο απηήο ηεο θαηεγνξίαο, φπσο θαίλεηαη θαη απφ ηελ νλνκαζία ηνπο, ρξεζηκνπνηνχλ γηα ηελ ηξνθνδνζία ηνπο ζπλερέο ξεχκα. Παξφια απηά, νη πεξηζζφηεξεο κεραλέο ζπλερνχο ξεχκαηνο κνηάδνπλ κε ηηο κεραλέο ελαιιαζζφκελνπ ξεχκαηνο θαζψο ηα ξεχκαηα θαη νη ηάζεηο ζην εζσηεξηθφ ησλ κεραλψλ είλαη ελαιιαζζφκελα κεγέζε. Σα θαηαζθεπαζηηθά ζηνηρεία κηαο κεραλήο ζπλερνχο ξεχκαηνο είλαη ν ζηάηεο (stator), ν νπνίνο απνηειεί ην αθίλεην κέξνο ηεο κεραλήο, θαη ν δξνκέαο ή ξφηνξαο (rotor), ν νπνίνο απνηειεί ην θηλνχκελν κέξνο ηεο κεραλήο. Δικόνα 4.1 Ζιεθηξηθή κεραλή ζπλερνύο ξεύκαηνο (DC motor) [29] Ο ζηάηεο έρεη ζθνπφ λα δεκηνπξγήζεη κία θαζνξηζκέλε καγλεηηθή ξνή θαη απνηειείηαη απφ ην δχγσκα, ηνπο καγλεηηθνχο πφινπο, ηνπο βνεζεηηθνχο καγλεηηθνχο πφινπο, ηνλ ςεθηξνθνξέα κε ηηο ςήθηξεο θαη ηα θαιχκκαηα. Σν δχγσκα ελψλεη κεραληθά θαη καγλεηηθά ηνπο καγλεηηθνχο πφινπο ηεο κεραλήο, δνκψληαο ην βαζηθφ θνξκφ απηήο, θαη έρεη θπιηλδξηθφ ζρήκα. Ο αξηζκφο ησλ καγλεηηθψλ πφισλ θάζε ειεθηξηθήο κεραλήο είλαη πάληα άξηηνο θαη αλάινγα κε ηνλ αξηζκφ ησλ πφισλ ε κεραλή νλνκάδεηαη δηπνιηθή, ηεηξαπνιηθή, θηι. Οη καγλεηηθνί πφινη θαηαζθεπάδνληαη απφ ζηδεξνκαγλεηηθφ πιηθφ θαη δεκηνπξγνχλ ηελ απαξαίηεηε καγλεηηθή ξνή ζην δηάθελν ε νπνία ζα απνηειέζεη ηελ θηλεηήξηα δχλακε γηα ηε ζηξέςε ηνπ επαγσγηθνχ ηπκπάλνπ. Κάζε πφινο απνηειείηαη απφ ηνλ ππξήλα θαη ην

59 ηχιηγκά ηνπ, ην νπνίν ζπληίζεηαη απφ πνιιέο ζπείξεο ράιθηλνπ κνλσκέλνπ ζχξκαηνο. Σν ζχλνιν ησλ ηπιηγκάησλ ησλ καγλεηηθψλ πφισλ ζπγθξνηεί ην ηχιηγκα δηέγεξζεο ηεο κεραλήο. Οη βνεζεηηθνί πφινη (εάλ ππάξρνπλ) ηνπνζεηνχληαη κεηαμχ ησλ θχξησλ πφισλ θαη ρξεζηκεχνπλ γηα ηελ απνθπγή ζπηλζεξηζκψλ ζην ζπιιέθηε πνπ κπνξνχλ λα νδεγήζνπλ ζε βξαρπθχθισκα ηνπ επαγσγηθνχ ηπκπάλνπ. Ζ θαηαζθεπή ηνπο είλαη ίδηα κε απηή ησλ θχξησλ πφισλ αιιά είλαη κηθξφηεξνη ζε κέγεζνο. Ο ςεθηξνθνξέαο απνηειείηαη απφ έλα ζηδεξέλην δαθηχιην, ηνπο βξαρίνλεο ησλ ςεθηξνζεθψλ θαη ηηο ςεθηξνζήθεο θαη ζηεξεψλεηαη ζην θάιπκκα ηεο κεραλήο ζηελ πιεπξά ηνπ ζπιιέθηε. Οη ςήθηξεο θαηαζθεπάδνληαη απφ άλζξαθα ή κίγκα άλζξαθα ραιθνχ θαη βξίζθνληαη ζε ζπλερή επαθή κε ην ζπιιέθηε ηνπ δξνκέα γηα λα κεηαηξαπεί ε εζσηεξηθή ελαιιαζζφκελε ηάζε ηεο κεραλήο ζε ζπλερή ηάζε ζηα άθξα ηεο. Σα θαιχκκαηα ρξεζηκεχνπλ γηα ηελ ππνζηήξημε ηνπ άμνλα ηνπ δξνκέα θαη ηελ πξνθχιαμε ηνπ εζσηεξηθνχ ηεο κεραλήο. Ο δξνκέαο έρεη ζθνπφ λα κεηαδψζεη ηελ θίλεζε πνπ δεκηνπξγεί ε ειεθηξηθή κεραλή θαη απνηειείηαη απφ ην επαγσγηθφ ηχκπαλν, ηνλ άμνλα θαη ην ζπιιέθηε. Σν επαγσγηθφ ηχκπαλν πεξηζηξέθεηαη κέζα ζην καγλεηηθφ πεδίν πνπ δεκηνπξγνχλ νη καγλεηηθνί πφινη θαη απνηειείηαη απφ δπλακνειάζκαηα κεκνλσκέλα κεηαμχ ηνπο θαη είλαη θαηαζθεπαζκέλα έηζη ψζηε λα αθήλνπλ απιάθηα κέζα ζηα νπνία ηνπνζεηνχληαη νη αγσγνί. Ο ζπιιέθηεο ζθνπφ έρεη λα παίξλεη ή λα κεηαβηβάδεη ξεχκα αλάινγα αλ ε κεραλή ιεηηνπξγεί σο γελλήηξηα ε θηλεηήξαο αληίζηνηρα θαη απνηειείηαη απφ πνιιά ράιθηλα ειάζκαηα θαηάιιεια δηακνξθσκέλα ηα νπνία ζπγθξνηνχλ ηνπο ηνκείο ηνπ ζπιιέθηε. Ζ αξρή ιεηηνπξγίαο ηνπ θηλεηήξα ζπλερνχο ξεχκαηνο βαζίδεηαη ζηηο δπλάκεηο αιιειεπίδξαζεο πνπ εθαξκφδνληαη κεηαμχ ζηάηε θαη δξνκέα. ηνλ ζηάηε δεκηνπξγείηαη καγλεηηθφ πεδίν κέζσ ηνπ ζπλερνχο ξεχκαηνο πνπ δηαξξέεη ην ηχιηγκα δηέγεξζεο. Σν ηχιηγκα ηνπ δξνκέα ινηπφλ βξίζθεηαη κέζα ζε καγλεηηθφ πεδίν, ελψ παξάιιεια ηξνθνδνηείηαη απφ ζπλερέο ξεχκα. Έηζη, αζθνχληαη δπλάκεηο εθαπηνκεληθά ζην ηχιηγκα ηνπ δξνκέα, νη νπνίεο πξνθαινχλ ξνπή θαη ηείλνπλ λα ηνλ ζηξέςνπλ πξνο κία θαηεχζπλζε. Καζψο ν δξνκέαο πεξηζηξέθεηαη, ε ξνή ηνπ ξεχκαηνο ζην ηχιηγκα ηνπ ηπκπάλνπ ελαιιάζζεηαη κε ηε βνήζεηα ηνπ ζπιιέθηε θαη ησλ ςεθηξψλ. Ο ζπιιέθηεο αθνινπζεί ηελ πεξηζηξνθηθή θίλεζε ηνπ δξνκέα ελψ νη ςήθηξεο παξακέλνπλ ζε ζηαζεξή ζέζε. Αλάινγα κε ηε ζέζε ηνπ ζπιιέθηε σο πξνο ηηο ςήθηξεο έρνπκε ελαιιαγή απηήο ηεο ξνήο ηνπ ξεχκαηνο. Γειαδή, παξφιν πνπ ε κεραλή ηξνθνδνηείηαη απφ ζπλερέο ξεχκα, ην ηχιηγκα ηνπ ηπκπάλνπ δηαξξέεηαη απφ ελαιιαζζφκελν ξεχκα. Έηζη θάζε ζηηγκή, νη δπλάκεηο πνπ αζθνχληαη ζην δξνκέα δεκηνπξγνχλ ξνπή ίδηαο θαηεχζπλζεο θαη ν άμνλαο ηεο κεραλήο ζηξέθεηαη πξνο ηελ επηζπκεηή θνξά. Οη θηλεηήξεο ζπλερνχο ξεχκαηνο πνηθίινπλ αλάινγα κε ηε ζπλδεζκνινγία ηνπ ηπιίγκαηνο δηέγεξζήο ηνπο κε ην ηχιηγκα ηνπ ηπκπάλνπ θαη θαηαηάζζνληαη ζε θηλεηήξεο ζπλερνχο ξεχκαηνο κε δηέγεξζε ζε ζεηξά, θηλεηήξεο ζπλερνχο ξεχκαηνο μέλεο δηέγεξζεο θαη θηλεηήξεο ζπλερνχο ξεχκαηνο κε παξάιιειε δηέγεξζε. Σέινο, νη θηλεηήξεο πνπ δεκηνπξγνχλ ην κφληκν καγλεηηθφ πεδίν ηνπ ζηάηε κέζσ κφληκνπ

60 καγλήηε θη φρη κέζσ ηπιίγκαηνο, νλνκάδνληαη θηλεηήξεο ζπλερνχο ξεχκαηνο κε κφληκν καγλήηε. Δικόνα 4.2 Αξρή ιεηηνπξγίαο θηλεηήξα ζπλερνύο ξεύκαηνο (δύν πόισλ) [29] Δικόνα 4.3 Υαξαθηεξηζηηθή θακπύιε ξνπήο ηαρύηεηαο θηλεηήξα ζπλερνύο ξεύκαηνο [29]

61 ύγρξνλνο θηλεηήξαο (Synchronous motor) Ο ζχγρξνλνο θηλεηήξαο απνηειείηαη απφ ηνλ ζηάηε ν νπνίνο θέξεη έλα ηξηθαζηθφ ηχιηγκα θαη απφ ηνλ δξνκέα ν νπνίνο θέξεη ην ηχιηγκα δηέγεξζεο θαη ηξνθνδνηείηαη κε ζπλερέο ξεχκα. Δπίζεο ππάξρνπλ θαη ζχγρξνλνη θηλεηήξεο νη νπνίνη ζηνλ δξνκέα έρνπλ κφληκν καγλήηε θαη κε απηφ ηνλ ηξφπν απνθεχγεηαη ε χπαξμε επηπιένλ εμσηεξηθήο ηξνθνδνζίαο γηα ην ηχιηγκα δηέγεξζεο. Ο ραξαθηεξηζκφο «ζχγρξνλνο» πξνέξρεηαη απφ ην γεγνλφο φηη ν δξνκέαο ζηξέθεηαη κε ηελ ίδηα ηαρχηεηα κε ην ζηξεθφκελν καγλεηηθφ πεδίν πνπ δεκηνπξγείηαη ζην εζσηεξηθφ ηεο κεραλήο, αλεμάξηεηα ηνπ θνξηίνπ, κέρξη θάπνην φξην ηζρχνο. Δικόνα 4.4 ύγρξνλνο θηλεηήξα (Synchronous motor)[29] Ζ αξρή ιεηηνπξγίαο ελφο ζχγρξνλνπ θηλεηήξα έρεη σο εμήο. Ο δξνκέαο δηαξξέεηαη απφ έλα ζπλερέο ξεχκα δηέγεξζεο ην νπνίν έρεη σο απνηέιεζκα ηε δεκηνπξγία ηνπ καγλεηηθνχ πεδίνπ ηνπ δξνκέα. ην ζηάηε ηεο κεραλήο εθαξκφδεηαη έλα ηξηθαζηθφ ζχζηεκα ξεπκάησλ ην νπνίν παξάγεη ζην εζσηεξηθφ ηεο κεραλήο έλα ζηξεθφκελν νκνηνγελέο καγλεηηθφ πεδίν. Έηζη ζην εζσηεξηθφ ηνπ θηλεηήξα ππάξρνπλ πιένλ δχν πεδία ηα νπνία ηείλνπλ λα επζπγξακκηζηνχλ, φπσο δχν καγλεηηθνί ξάβδνη. Δπεηδή φκσο ην πεδίν ηνπ ζηάηε πεξηζηξέθεηαη ζπλερψο (ιφγσ ηνπ ηξηθαζηθνχ ζπζηήκαηνο ξεπκάησλ πνπ έρνπλ ην ίδην πιάηνο θαη δηαθνξά θάζεο 120 ν κεηαμχ ηνπο), ην πεδίν ηνπ δξνκέα (θαη ν δξνκέαο ν ίδηνο) πξνζπαζεί ζπλερψο λα ην αθνινπζήζεη. Όζν κεγαιχηεξε είλαη ε γσλία κεηαμχ ησλ δχν πεδίσλ ηφζν κεγαιχηεξε είλαη θαη ε ξνπή πνπ αζθεί ζην δξνκέα ην καγλεηηθφ ηνπ πεδίν. Έηζη, ην καγλεηηθφ πεδίν ηνπ δξνκέα «θπλεγάεη» ζπλερψο ην καγλεηηθφ πεδίν ηνπ ζηάηε.

62 Δικόνα 4.5 Αξρή ιεηηνπξγίαο ζύγρξνλνπ θηλεηήξα [29] Ζ κέγηζηε ξνπή εκθαλίδεηαη απφ κεδεληθέο ζηξνθέο θαη δηαηεξείηαη ζηαζεξή γηα έλα κεγάιν εχξνο ζηξνθψλ. Ο έιεγρνο ηεο ηαρχηεηαο ηνπ θηλεηήξα n f p επηηπγράλεηαη κεηαβάιινληαο ηελ ζπρλφηεηα ηξνθνδνζίαο. Δικόνα 4.6 Υαξαθηεξηζηηθή θακπύιε ξνπήο ηαρύηεηαο ζύγρξνλνπ θηλεηήξα [29]

63 Αζύγρξνλνο θηλεηήξαο (Asynchronous motor) Ο αζχγρξνλνο ή επαγσγηθφο θηλεηήξαο είλαη έλα απφ ην πην δηαδεδνκέλα είδε θηλεηήξα, θαζψο δηαθξίλεηαη γηα ηε ζηηβαξή θαηαζθεπή ηνπ θαη ηελ πςειή αμηνπηζηία ηνπ. Απνηειείηαη απφ έλα κνλνθαζηθφ ή πνιπθαζηθφ ηχιηγκα ην νπνίν ηνπνζεηείηαη ζηνλ ζηάηε (ίδηαο δνκήο φπσο θαη ζε κία ζχγρξνλε κεραλή), ελψ ν δξνκέαο δηαθξίλεηαη ζε ηξεηο θαηαζθεπαζηηθνχο ηχπνπο, ηνλ δξνκέα βξαρπθπθισκέλνπ θισβνχ, ηνλ δαθηπιηνθφξν δξνκέα θαη ηνλ δξνκέα ρσξίο θισβφ. ηελ πξψηε πεξίπησζε, ν δξνκέαο απνηειείηαη απφ έλα ζχλνιν αγψγηκσλ ξάβδσλ νη νπνίεο ηνπνζεηνχληαη ζε απιάθηα ζηελ επηθάλεηά ηνπ, παξάιιεια πξνο ηνλ άμνλα πεξηζηξνθήο, θαη βξαρπθπθιψλνληαη ζηα δχν άθξα ηνπο κέζσ κεγάισλ δαθηπιίσλ βξαρπθχθισζεο. ηελ δεχηεξε πεξίπησζε, ηνπ δαθηπιηνθφξνπ δξνκέα, ν δξνκέαο πεξηβάιιεηαη απφ ηπιίγκαηα, ζηα νπνία βξαρπθπθιψλεηαη ε κία άθξε ηνπο ελψ ε άιιε ελψλεηαη, θαηά νκάδεο, κε ηφζνπο δαθηπιίνπο φζεο είλαη θαη νη θάζεηο ηνπ θηλεηήξα. Οη δαθηχιηνη απηνί ζπλδένληαη κε ηε βνήζεηα ςεθηξψλ κε εμσηεξηθφ θχθισκα. Σέινο, ζηελ ηξίηε πεξίπησζε, δξνκέα ρσξίο θισβφ, ν δξνκέαο θαηαζθεπάδεηαη απφ ζίδεξν, ζηνλ νπνίν δεκηνπξγνχληαη δηλνξεχκαηα, θαη απηά καδί κε ην καγλεηηθφ πεδίν δεκηνπξγνχλ ξνπή. Δικόνα 4.7 Ζιεθηξηθή αζύγρξνλε κεραλή (Induction motor) [29] Ζ αξρή ιεηηνπξγίαο ελφο ηξηθαζηθνχ αζχγρξνλνπ θηλεηήξα απφ ην θαηλφκελν ηεο αλάπηπμεο ειεθηξεγεξηηθψλ δπλάκεσλ κε επαγσγή ζηνπο αγσγνχο ηνπ δξνκέα (απφ απηφ ην θαηλφκελν πξνθχπηεη θαη ην φλνκα επαγσγηθφο θηλεηήξαο). Ο ζηάηεο

64 ηεο κεραλήο ηξνθνδνηείηαη απφ έλα ηξηθαζηθφ ζχζηεκα ξεπκάησλ ην νπνίν δεκηνπξγεί έλα ζηξεθφκελν καγλεηηθφ πεδίν ζην δηάθελν ηεο κεραλήο. Σν πεδίν απηφ πεξηζηξέθεηαη γχξσ απφ ηνλ άμνλα ηεο κεραλήο κε ηε ζχγρξνλε ηαρχηεηα, ε νπνία θαζνξίδεηαη απφ ηε ζπρλφηεηα ηνπ ξεχκαηνο ηξνθνδνζίαο θαη ηνπ αξηζκνχ πφισλ ηνπ ζηάηε. ηνπο αγσγνχο ηνπ δξνκέα επάγνληαη ινηπφλ ξεχκαηα, ηα νπνία κε ηε ζεηξά ηνπο δεκηνπξγνχλ έλα δηαθνξεηηθφ καγλεηηθφ πεδίν. Ζ αιιειεπίδξαζε απηψλ ησλ δχν καγλεηηθψλ πεδίσλ παξάγεη κία ξνπή ε νπνία πεξηζηξέθεη ηνλ δξνκέα θαη ζπλεπψο ηνλ άμνλα ηεο κεραλήο. Ζ δηαθνξά ηεο ζχγρξνλεο ηαρχηεηαο απφ ηελ πξαγκαηηθή ηαρχηεηα ηνπ δξνκέα νθείιεηαη ζην θνξηίν πνπ είλαη ζπλδεδεκέλν ζηνλ άμνλα. Δικόνα 4.8 Υαξαθηεξηζηηθή θακπύιε ξνπήο ηαρύηεηαο αζύγρξνλνπ θηλεηήξα [29] Κηλεηήξαο ζπλερνύο ξεύκαηνο ρσξίο ςήθηξεο (DC brushless motor) Απηφ ην είδνο θηλεηήξα νκνηάδεη κε ηνλ ηξηθαζηθφ ζχγρξνλν θηλεηήξα κε ηε δηαθνξά φηη ηξνθνδνηείηαη απφ ζπλερέο ξεχκα, γηα απηφ θαη έρεη ηε ζπγθεθξηκέλε νλνκαζία. ηνλ ζηάηε ηνπ είλαη ηνπνζεηεκέλν έλα ηξηθαζηθφ ηχιηγκα, ελψ ζην δξνκέα έρεη κφληκν καγλήηε, αληί ηνπ ηπιίγκαηνο δηέγεξζεο. Ζ ηξνθνδνζία ηνπ θηλεηήξα παξέρεηαη κε ζπλερέο ξεχκα, ην νπνίν κέζσ ηξηθαζηθνχ αληηζηξνθέα κεηαηξέπεηαη ζε ηξηθαζηθφ ελαιιαζζφκελν. Ο άμνλαο ηεο κεραλήο ζηξέθεηαη κε ην ζχγρξνλν αξηζκφ ζηξνθψλ φπσο έλαο ζχγρξνλνο θηλεηήξαο. ηε ζπγθεθξηκέλε δηάηαμε δελ απαηηείηαη ζπιιέθηεο, φπσο ζηνπο θηλεηήξεο ζπλερνχο ξεχκαηνο.

65 Δικόνα 4.9 Κηλεηήξαο ζπλερνύο ξεύκαηνο ρσξίο ςήθηξεο (DC brushless motor) [29] Δικόνα 4.10 Πιάγηα όςε θηλεηήξα ζπλερνύο ξεύκαηνο ρσξίο ςήθηξεο θαη αληηζηξνθέαο ηζρύνο [29]

66 Δικόνα 4.11 Υαξαθηεξηζηηθή καμπύλη ξνπήο ηαρύηεηαο θηλεηήξα ζπλερνύο ξεύκαηνο ρσξίο ςήθηξεο [29] ύγθξηζε ειεθηξηθώλ θηλεηήξσλ Αξρηθά, ηα πεξηζζφηεξα θηλεηήξηα ζπζηήκαηα κεηαβιεηψλ ζηξνθψλ ρξεζηκνπνηνχζαλ θηλεηήξεο ζπλερνχο ξεχκαηνο. Απηφο ν ηχπνο θηλεηήξσλ παξνπζηάδεη γεληθά απιή θαη ζηηβαξή θαηαζθεπή θαη είλαη ηδαληθφο γηα εθαξκνγή ζε νρήκαηα πνπ εθθηλνχλ ζπρλά θαζψο απνδίδεη κέγηζηε ξνπή απφ κεδεληθέο ζηξνθέο. Σέηνηνη θηλεηήξεο δειαδή κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηνχληαη ζε αζηηθά πεξηβάιινληα γηα θίλεζε ζε κηθξέο ηαρχηεηεο, ελψ γηα κεγαιχηεξεο ηαρχηεηεο απαηηείηαη ε ρξήζε θηβσηίνπ ηαρπηήησλ γηα ηελ πξνζαξκνγή ηεο ξνπήο. Ο έιεγρνο ησλ θηλεηήξσλ ζπλερνχο ξεχκαηνο θαζίζηαηαη εχθνινο θαη ην θφζηνο ησλ ειεθηξνληθψλ κεηαηξνπέσλ ηζρχνο πνπ απαηηνχληαη είλαη ρακειφ. Σέινο, ην θφζηνο ζπληήξεζεο είλαη ζρεηηθά πςειφ θαζψο απαηηείηαη πεξηνδηθή αληηθαηάζηαζε ησλ ςεθηξψλ ιφγσ ηεο ηξηβήο ηνπο κε ην ζπιιέθηε. Με ηελ ηερλνινγηθή εμέιημε ησλ εκηαγσγηθψλ ζηνηρείσλ ηζρχνο θαη ησλ κεζφδσλ ειέγρνπ, αλαπηχρζεθαλ κεηαηξνπείο θαηάιιεινη γηα ηελ νδήγεζε ησλ θηλεηήξσλ ελαιιαζζνκέλνπ ξεχκαηνο, κε απνηέιεζκα ε ιχζε απηή λα επηθξαηεί ζηα ζπζηήκαηα κεηαβιεηψλ ζηξνθψλ, ζε εθαξκνγέο ζπλερψο απμαλφκελεο ηζρχνο. Σα θπξηφηεξα πιενλεθηήκαηα ησλ ηξηθαζηθψλ επαγσγηθψλ θηλεηήξσλ, ζηα νπνία νθείιεηαη ε επηθξάηεζή ηνπο είλαη ε πςειή αμηνπηζηία ηνπο, ην ρακειφ θφζηνο ιφγσ ηεο απιφηεηαο θαηαζθεπήο ηνπο, ε κεησκέλε ζπληήξεζε πνπ απαηηνχλ, ε απνπζία πξνβιεκάησλ κεηαγσγήο θαη ζπηλζεξηζκψλ, ε δπλαηφηεηα εχθνιεο αθαίξεζεο ηνπ δξνκέα θαηά ηελ δηαδηθαζία ζπληήξεζεο, ε δπλαηφηεηα πξνζσξηλήο ππεξθφξηηζεο ηνπ θηλεηήξα κε θνξηίν πνιχ κεγαιχηεξν ηνπ νλνκαζηηθνχ, θαη ε αλζεθηηθφηεηα ηνπ ζηάηε ζε ζθφλε θαη πγξαζία. Απφ ηελ άιιε κεξηά, απαηηείηαη ε ρξήζε κεησηήξα γηα ηελ πξνζαξκνγή ηνπ αξηζκνχ ησλ ζηξνθψλ, θαζψο δχλαληαη είηε λα δίλνπλ πςειή

67 ξνπή ζηηο ρακειέο ηαρχηεηεο πεξηζηξνθήο είηε ρακειή ξνπή ζηηο πςειέο ηαρχηεηεο, φρη φκσο θαη ηα δχν. Σν πξφβιεκα απηφ έξρνληαη λα μεπεξάζνπλ νη πνιπθαζηθνί επαγσγηθνί θηλεηήξεο (chorus motor), νη νπνίνη έρνπλ ηε δπλαηφηεηα νκαιήο κεηαβάζεσο απφ ζπλζήθεο ιεηηνπξγίαο πςειήο ξνπήο ζε ρακειέο ηαρχηεηεο πεξηζηξνθήο, ζε ζπλζήθεο ρακειήο ξνπήο ζε πςειέο ηαρχηεηεο πεξηζηξνθήο, ρσξίο ηελ απαίηεζε ρξήζεο πνιχπινθνπ κεησηήξα. Ο ζχγρξνλνο θηλεηήξαο παξνπζηάδεη κεγάιν ζπληειεζηή απφδνζεο θαη έρεη κηθξφ βάξνο. Ο έιεγρνο ησλ ζηξνθψλ ηνπ κέζσ ηεο ζπρλφηεηαο ηξνθνδνζίαο ηνλ θαζηζηά ηδαληθφ γηα ρξήζε ζε πβξηδηθά νρήκαηα θαζψο παξνπζηάδεη κέγηζηε ξνπή απφ κεδεληθέο ζηξνθέο θαη γηα κεγάιν εχξνο. Χο κεηνλεθηήκαηα θαηαγξάθνληαη ην πςειφ θφζηνο θαηαζθεπήο ηνπ, ιφγσ ηεο χπαξμεο ηνπ κφληκνπ καγλήηε (θαηαζθεπάδεηαη απφ ζπάληεο γαηέο), θαζψο θαη ην ελδερφκελν απνκαγλήηηζεο απηνχ, θάηη ην νπνίν ηζρχεη θαη γηα ηνπο θηλεηήξεο ζπλερνχο ρσξίο ςήθηξεο. Ζιεθηξνθηλεηήξεο κε κφληκν καγλήηε έρνπλ αλάγθε απφ δξαζηηθή ςχμε (ζπλήζσο ρξεζηκνπνηείηαη πδξφςπμε), δηαθνξεηηθά κεηψλεηαη ε απφδνζε ηνπο, πιενλεθηνχλ φκσο ζε ζρέζε κε ηα άιια είδε θηλεηήξσλ ζηε δηαδηθαζία αλάθηεζεο ηεο ελέξγεηαο θαηά ηελ πέδεζε. Παξφηη φκσο ππάξρνπλ θηλεηήξηα ζπζηήκαηα κε κεγαιχηεξε απφδνζε (φπσο νη κεραλέο κνλίκσλ καγλεηψλ πνπ παξνπζηάδνπλ κεγαιχηεξε ζπγθέληξσζε ηζρχνο), ηα ζπζηήκαηα ειεθηξηθήο θίλεζεο θηλεηήξσλ επαγσγήο παξακέλνπλ απφ ηηο επηθξαηέζηεξεο επηινγέο ζηελ ειεθηξνθίλεζε, ιφγσ ηεο απιφηεηαο, ηεο αμηνπηζηίαο θαη ηνπ ρακεινχ θφζηνπο θαηαζθεπήο ηνπ θηλεηήξα αιιά θαη ηεο βειηησκέλεο δπλακηθήο ζπκπεξηθνξάο πνπ επηηπγράλεηαη κε ηνπο ζχγρξνλνπο αληηζηξνθείο. Ζ απφδνζε θαηά ηελ δπλακηθή ιεηηνπξγία ησλ ζπζηεκάησλ απηψλ ζε ηξνθνδνζία αληηζηξνθέα απνηειεί αληηθείκελν εθηεηακέλεο έξεπλαο θαη ε βειηίσζή ηεο αλακέλεηαη λα ηα θαζηεξψζεη ζαλ κία απφ ηηο επηθξαηέζηεξεο επηινγέο ζε εθαξκνγέο ειεθηξηθψλ θαη πβξηδηθψλ νρεκάησλ. 4.3 Μέζα απνζήθεπζεο ελέξγεηαο [9], [29], [35]-[39] ηελ εμέιημε ησλ πβξηδηθψλ ειεθηξηθψλ νρεκάησλ ζεκαληηθφ ξφιν παίδεη ε απνζήθεπζε ηεο ελέξγεηαο. Δπηδηψθεηαη ε απνζήθεπζε φζν ην δπλαηφλ κεγαιχηεξσλ πνζψλ ελέξγεηαο, θαζψο θαη ε άκεζε δηαζεζηκφηεηά απηήο, ρσξίο απψιεηεο. ηηο επφκελεο ππνελφηεηεο αθνινπζεί κηα πεξηγξαθή ησλ επηκέξνπο κέζσλ απνζήθεπζεο ηεο ελέξγεηαο, θαζψο απηή δηαθξίλεηαη ζε ειεθηξηθή θαη κεραληθή. Γηα ηελ ειεθηξηθή ελέξγεηα ρξεζηκνπνηνχληαη ειεθηξνρεκηθνί ζπζζσξεπηέο, θπςέιεο θαπζίκνπ θαη ππεξππθλσηέο, ελψ γηα ηελ κεραληθή ρξεζηκνπνηνχληαη ζθφλδπινη Ηιεθηξνρεκηθνί ζπζζσξεπηέο Ο ειεθηξνρεκηθφο ζπζζσξεπηήο ή κπαηαξία απνηειεί ην πην δηαδνκέλν ζχζηεκα απνζήθεπζεο ελέξγεηαο θαη είλαη κία δηάηαμε ε νπνία κεηαηξέπεη ηελ ρεκηθή ελέξγεηα ζε ειεθηξηθή. Κάζε κπαηαξία απνηειείηαη απφ έλα ή πεξηζζφηεξα θειηά (cell) κέζα ζηα νπνία ιακβάλεη ρψξα κηα ειεθηξνρεκηθή αληίδξαζε. Σν θάζε

68 θειί απνηειείηαη απφ δχν ζηνηρεία, ηελ άλνδν θαη ηελ θάζνδν, ηα νπνία αληηδξνχλ κέζα ζε έλαλ ειεθηξνιχηε. Σα ζηνηρεία απηά είλαη νπζηαζηηθά νη πφινη ηνπ θειηνχ θαη φηαλ ζηα άθξα ηνπ ζπλδεζεί θάπνην θνξηίν, ηφηε θιείλεη θχθισκα κέζσ ηνπ ειεθηξνιχηε θαη αληαιιάζζνληαη ειεθηξφληα κεηαμχ αλφδνπ θαη θαζφδνπ. Απηή ε ξνή ειεθηξνλίσλ εθθξάδεηαη σο ειεθηξηθφ ξεχκα, φπσο θαίλεηαη θαη ζηελ αθφινπζε εηθφλα. Δικόνα 4.12 Ζιεθηξνρεκηθόο ζπζζσξεπηήο ελέξγεηαο [9] Οη παξάκεηξνη πνπ πξνζδηνξίδνπλ ηα ραξαθηεξηζηηθά ζηνηρεία ελφο ειεθηξνρεκηθνχ ζπζζσξεπηή είλαη ε εηδηθή ελέξγεηα (Wh/kg) (specific energy), ε εηδηθή ηζρχο (W/kg) (specific power), ν αξηζκφο ησλ θχθισλ θφξηηζεο θαη εθθφξηηζεο κέρξη ηελ αρξήζηεπζε ηνπ ζπζζσξεπηή (life cycles), ν ξπζκφο θφξηηζεο θαη εθθφξηηζεο θηι. Αθνινπζεί κηα ζπλνπηηθή αλάιπζε ησλ δηαθφξσλ ηχπσλ ειεθηξηθψλ ζπζζσξεπηψλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζε πβξηδηθά θαη ειεθηξηθά νρήκαηα. πζζσξεπηέο νμένο κνιύβδνπ (lead acid / Pb) Απηνχ ηνπ ηχπνπ ζπζζσξεπηέο απνηεινχλ ηελ πην δηαδεδνκέλε εκπνξηθά ιχζε γηα ηελ ηξνθνδνζία ησλ ειεθηξηθψλ ζπζηεκάησλ ζηα ζπκβαηηθά απηνθίλεηα. Δπίζεο ρξεζηκνπνηνχληαη θαη ζηα πβξηδηθά θαη ειεθηξηθά νρήκαηα έρνληαο φκσο κηα πην ζηηβαξή θαηαζθεπή έηζη ψζηε λα αληέρνπλ ηνπο βαζείο θχθινπο εθθφξηηζεο, λα κπνξνχλ λα αληαπεμέιζνπλ κε απφηνκα θαη κεγάια ξεχκαηα ζηηο άκεζεο απαηηήζεηο ηζρχνο θαη ρξεζηκνπνηνχλ θπξίσο ηδει αληί γηα πγξφ ειεθηξνιχηε. Σα ελεξγεηαθά ραξαθηεξηζηηθά ηνπο δελ παξνπζηάδνπλ απμεκέλεο επηδφζεηο, θαζψο ε ηηκή ηεο εηδηθήο ελέξγεηάο ηνπο είλαη ρακειή θαη δελ ελδείθλπληαη γηα εθαξκνγή ζε νρήκαηα δηάλπζεο κεγάισλ απνζηάζεσλ. Παξφια απηά απνηεινχλ ηε θζελφηεξε ιχζε ζε ζρέζε κε ηα άιια είδε επαλαθνξηηδφκελσλ ειεθηξνρεκηθψλ ζπζζσξεπηψλ. Ζ δηαδηθαζία ηεο θφξηηζεο πξέπεη λα δηεμάγεηαη ζσζηά, κε ζσζηή ζπληήξεζε (ρσξίο απψιεηεο πγξψλ) θαη φρη ζε πςειέο ηηκέο ηάζεο θφξηηζεο, δηαθνξεηηθά κεηψλεηαη ε δηάξθεηα δσήο ησλ

69 κπαηαξηψλ. Σα ραξαθηεξηζηηθά ηνπο ζηνηρεία παξνπζηάδνληαη ζηνλ αθφινπζν πίλαθα. Πίνακαρ 4.1 Ολνκαζηηθά κεγέζε κπαηαξηώλ νμένο κνιύβδνπ [35] πζζσξεπηέο ληθειίνπ θαδκίνπ (Ni-Cad) Απηφο ν ηχπνο κπαηαξηψλ απνηέιεζε ηνλ θχξην αληαγσληζηή ησλ κπαηαξηψλ νμένο κνιχβδνπ, θαζψο παξνπζηάδεη ζρεδφλ δηπιάζηα ηηκή εηδηθήο ηζρχνο θαη κηάκηζε θνξά κεγαιχηεξε δηάξθεηα δσήο. Απφ ηελ άιιε κεξηά φκσο ην θφζηνο ηνπο είλαη ηξεηο θνξέο κεγαιχηεξν. Σα θειηά πνπ απαξηίδνπλ ηελ θάζε κπαηαξία παξέρνπλ κηθξφηεξε ηάζε εμφδνπ ζε ζρέζε κε ηηο κπαηαξίεο νμένο κνιχβδνπ θαη ζπλεπψο απαηηνχληαη πεξηζζφηεξα ζε πιήζνο γηα ηελ παξνρή ίδηαο ηάζεο. Έρνπλ αλζεθηηθή θαηαζθεπή θαη γξήγνξν ρξφλν θφξηηζεο. Ζ θφξηηζή ηνπο πξέπεη λα γίλεηαη επίζεο ππφ ζσζηέο ζπλζήθεο. Μεηνλέθηεκα ηνπο είλαη ε ρξήζε ηνπ θαδκίνπ, ην νπνίν είλαη ηνμηθφ. Πίνακαρ 4.2 Ολνκαζηηθά κεγέζε κπαηαξηώλ ληθειίνπ θαδκίνπ [35] πζζσξεπηέο ληθειίνπ κεηάιινπ πδξηδίνπ (Ni-Mh) Ζ δηαθνξά απηνχ ηνπ ηχπνπ κπαηαξίαο ζε ζρέζε κε ηνλ πξνεγνχκελν (NiCad) είλαη φηη έρεη αληηθαηαζηαζεί ην αξλεηηθφ ειεθηξφδην θαη αληί γηα θάδκην ρξεζηκνπνηείηαη πδξίδην κεηάιινπ, ην νπνίν δελ είλαη ηνμηθφ. Σα ραξαθηεξηζηηθά ηνπο ζηνηρεία είλαη γεληθά θαιχηεξα ζε ζχγθξηζε κε ηηο κπαηαξίεο ληθειίνπ θαδκίνπ. Έρνπλ δηπιάζηα ελεξγεηαθή ππθλφηεηα θαη κηθξφηεξν ρξφλν θφξηηζεο. Χζηφζν, ζε κεξηθέο πεξηπηψζεηο θξίλεηαη απαξαίηεην ζχζηεκα ςχμεο θαη παξνπζηάδνπλ κεγάιν ξπζκφ απηνεθθφξηηζεο (έσο 5

70 % αλά εκέξα). πζζσξεπηέο Ni-Mh ρξεζηκνπνηνχληαη ζε αξθεηά ζχγρξνλα πβξηδηθά ειεθηξηθά απηνθίλεηα, φπσο π.ρ. ην TOYOTA PRIUS. Πίνακαρ 4.3 Ολνκαζηηθά κεγέζε κπαηαξηώλ ληθειίνπ κεηάιινπ πδξηδίνπ [35] πζζσξεπηέο λαηξίνπ ζνπιθηδίνπ (Na-S) Οη επαλαθνξηηδφκελεο κπαηαξίεο απηήο ηεο ηερλνινγίαο παξνπζηάδνπλ ην πιενλέθηεκα ιεηηνπξγίαο ζε πνιχ πςειέο ζεξκνθξαζίεο ν C. Έρνπλ πνιχ πςειή ηηκή εηδηθήο ελέξγεηαο, έμη θνξέο κεγαιχηεξε ζπγθξηηηθά κε ηηο κπαηαξίεο κνιχβδνπ, γηα ηε ζσζηή ιεηηνπξγία απαηηείηαη πξνζέξκαλζε ησλ ζπζζσξεπηψλ, ελψ θαηά ηε δηάξθεηα κε ιεηηνπξγίαο ηνπο (γηα πεξηζζφηεξν απφ κία εκέξα) πξέπεη λα δηαηεξνχληαη ζεξκέο ζε νξηζκέλε ζεξκνθξαζία. Σέινο, ε εκπνξηθή ηνπο πξνψζεζε γηα πβξηδηθά νρήκαηα έρεη αλαζηαιεί ιφγσ κε πιήξνπο θάιπςεο ησλ ζπλζεθψλ αζθαιείαο, θαζψο ππάξρεη θίλδπλνο αλάθιεμεο. Πίνακαρ 4.4 Ολνκαζηηθά κεγέζε κπαηαξηώλ λαηξίνπ ζνπιθηδίνπ [35] πζζσξεπηέο ληθειίνπ ρισξηνύρνπ λαηξίνπ (Ni-NaCl) Απηνί νη ζπζζσξεπηέο, γλσζηνί θαη σο ζπζζσξεπηέο «ZEBRA» (Zero Emissions Battery Research Association), ιεηηνπξγνχλ επίζεο ζε πςειέο ζεξκνθξαζίεο ν C, θαιχπηνληαο φκσο ηηο ζπλζήθεο αζθαιείαο πνπ απαηηνχληαη ζηελ Δπξψπε. Ζ

71 ζεξκηθή απνκφλσζε επηηπγράλεηαη κε ρξήζε δηπινχ ζηξψκαηνο κεηαιιηθνχ θνπηηνχ, ην νπνίν έρεη δηάθελν 2 3 cm θαη είλαη εθθελσκέλν απφ αέξα. Οη κπαηαξίεο ρξεηάδεηαη λα παξακέλνπλ ζεξκέο φηαλ δε ρξεζηκνπνηνχληαη, εθηφο αλ είλαη γηα αλελεξγέο γηα ρξνληθφ δηάζηεκα ιίγσλ σξψλ, γεγνλφο πνπ απνηειεί κεηνλέθηεκά ηνπο θαζψο είλαη ηθαλέο λα ράζνπλ πεξίπνπ 10 % ηεο ελέξγεηάο ηνπο κέζα ζε κία εκέξα. Πίνακαρ 4.5 Ολνκαζηηθά κεγέζε κπαηαξηώλ ληθειίνπ ρισξηνύρνπ λαηξίνπ [35] πζζσξεπηέο ηόλησλ ιηζίνπ (Li-ion) Οη ζπζζσξεπηέο ηφλησλ ιηζίνπ παξνπζηάζηεθαλ ηελ δεθαεηία ηνπ Σν ζεκαληηθφηεξν πιενλέθηεκά ηνπο έλαληη ησλ άιισλ ηχπσλ κπαηαξηψλ είλαη ε κεγάιε ηηκή ηεο εηδηθήο ελέξγεηαο (ηξεηο θνξέο κεγαιχηεξε απφ ηηο κπαηαξίεο κνιχβδνπ), γεγνλφο πνπ ηηο θαζηζηά ειαθξχηεξεο γηα δεδνκέλε ηζρχ. Ζ ηάζε εμφδνπ θάζε θειηνχ (3,5 V) είλαη ζρεδφλ δηπιάζηα ζπγθξηηηθά κε ηνπο ζπζζσξεπηέο κνιχβδνπ θαη ηξηπιάζηα ζε ζρέζε κε ηνπο ζπζζσξεπηέο ληθειίνπ. Ο ξπζκφο απηνεθθφξηηζεο είλαη ζρεηηθά κηθξφο (10 % αλά κήλα), ελψ απαηηείηαη αθξηβήο έιεγρνο ηεο ηάζεο θαηά ηε δηαδηθαζία θφξηηζεο ησλ ζπζζσξεπηψλ, θαζψο εάλ ε ηάζε ππεξβεί θάπνην φξην κπνξεί λα πξνθαιέζεη θαηαζηξνθή απηψλ. Ζ έθζεζε ησλ ζπζζσξεπηψλ ζε πςειέο ζεξκνθξαζίεο κπνξεί λα πξνθαιέζεη παξαγσγή αλαζπκηάζεσλ θαη αλάθιεμε απηψλ θαη γηα απηφ ην ιφγν ρξεζηκνπνηνχληαη θπθιψκαηα αζθαιείαο γηα ηνλ έιεγρν ηεο νξζήο ιεηηνπξγίαο ηνπο. Σν θφζηνο απηψλ ησλ κπαηαξηψλ είλαη αξθεηά πςειφ. πζζσξεπηέο ηφλησλ ιηζίνπ ρξεζηκνπνηεί ην ειεθηξηθφ απηνθίλεην πςειψλ επηδφζεσλ TESLA ROADSTER. Πίνακαρ 4.6 Ολνκαζηηθά κεγέζε κπαηαξηώλ ηόλησλ ιηζίνπ [35]

72 πζζσξεπηέο πνιπκεξώλ ιηζίνπ (Li-poly) Απηφ ην είδνο ζπζζσξεπηψλ παξνπζηάζηεθε ην 1996, απνηειεί εμέιημε ησλ ζπζζσξεπηψλ ηφλησλ ιηζίνπ θαη πιενλεθηεί σο πξνο ην ζρεδηαζκφ. Παξνπζηάδνπλ γεληθά θαιχηεξα ραξαθηεξηζηηθά ζε ζρέζε κε ηνπο ζπζζσξεπηέο Li-ion, έρνπλ ρακειφηεξν θφζηνο θαηαζθεπήο θαη κεγαιχηεξε δηάξθεηα δσήο. Χζηφζν εμεηάδνληαη αθφκα θάπνηα ζέκαηα αζθαιείαο. Μειινληηθψο, εθηηκάηαη φηη ζα εθαξκνζηνχλ απφ ηηο λεφηεξεο γεληέο πβξηδηθψλ θαη ειεθηξηθψλ νρεκάησλ. Πίνακαρ 4.7 Ολνκαζηηθά κεγέζε κπαηαξηώλ πνιπκεξώλ ιηζίνπ [35] πζζσξεπηέο αέξνο αινπκηλίνπ (AL(OH)) Οη ζπζζσξεπηέο αέξνο κεηάιινπ απνηεινχλ κία δηαθνξεηηθή θαηεγνξία ζπζζσξεπηψλ, κε ηελ έλλνηα φηη ε θφξηηζή ηνπο δελ επηηπγράλεηαη απιά κε ηελ αληηζηξνθή ηνπ ξεχκαηνο. Αληί απηνχ, απαηηείηαη αληηθαηάζηαζε ηνπ κεηαιιηθνχ ειεθηξνδίνπ απφ θαηλνχξην. Σν παιηφ ειεθηξφδην έπεηηα απνζηέιιεηαη πξνο επεμεξγαζία γηα επαλαρξεζηκνπνίεζε. Δπίζεο, ν ειεθηξνιχηεο ηνπ ζπζζσξεπηή ρξεηάδεηαη θαη απηφο αληηθαηάζηαζε. Σν κεηνλέθηεκα ησλ κπαηαξηψλ αέξνο αινπκηλίνπ είλαη ε κηθξή εηδηθή ηζρχο, γεγνλφο πνπ ηηο θάλεη αξθεηά βαξείο θαη γη απηφ δελ ελδείθλπληαη άκεζα γηα νρήκαηα θίλεζεο. Σα ραξαθηεξηζηηθά ηνπο ζηνηρεία θαίλνληαη ζηνλ αθφινπζν πίλαθα. Πίνακαρ 4.8 Ολνκαζηηθά κεγέζε κπαηαξηώλ ηόλησλ ιηζίνπ [35] πζζσξεπηέο αέξνο ςεπδαξγύξνπ (Zn(OH)) Απηφο ν ηχπνο ζπζζσξεπηψλ είλαη ίδηαο δνκήο κε ηνλ πξνεγνχκελν, αιιά έρεη αληηθαηαζηαζεί ην αξλεηηθφ ειεθηξφδην απφ ςεπδάξγπξν. Ζ ζπλνιηθή απφδνζε είλαη πνιχ θαιχηεξε θαη απηφ νθείιεηαη θπξίσο ζηελ εηδηθή ηζρχο ε νπνία είλαη δέθα θνξέο κεγαιχηεξε ζπγθξηηηθά κε ηηο κπαηαξίεο αέξνο κεηάιινπ. Γηα απηφ ην ιφγν ζεσξείηαη θαιή ιχζε γηα ηα νρήκαηα δξφκνπ. Απφ ηελ άιιε κεξηά, νη πεξηζζφηεξνη θαηαζθεπαζηέο απηνχ ηνπ ηχπνπ κπαηαξηψλ δίλνπλ κηθξφ θχθιν επαλαθνξηίζεσλ. Ο ηξφπνο επαλαθφξηηζεο

73 παξακέλεη ν ίδηνο φπσο πξηλ, κε αληηθαηάζηαζε ησλ αξλεηηθψλ ειεθηξνδίσλ θαη ηνπ ειεθηξνιχηε. Υαξαθηεξίδνληαη απφ πςειή ηηκή ελεξγεηαθήο ππθλφηεηαο, αιιά ζεσξείηαη δχζθνιε αθφκα ε θαηαζθεπή κεγάισλ κπαηαξηψλ ηέηνηνπ ηχπνπ. Πίνακαρ 4.9 Ολνκαζηηθά κεγέζε κπαηαξηώλ ηόλησλ ιηζίνπ [35] πκπεξαζκαηηθά, ηα ηειεπηαία ρξφληα παξαηεξείηαη ζπλερήο εμέιημε ζηνλ ηνκέα ησλ ειεθηξνρεκηθψλ ζπζζσξεπηψλ, ελψ θαηλνηφκεο πξνηάζεηο θαίλνληαη πνιιά ππνζρφκελεο γηα ην κέιινλ. Παξφια απηά, ν ηνκέαο ηεο πβξηδηθήο απηνθίλεζεο απαηηεί αθφκα κεγαιχηεξεο ηηκέο εηδηθέο ελέξγεηαο ζηηο κπαηαξίεο. Δλδεηθηηθά έλα κέζν ηεηξάπνξην νηθνγελεηαθφ απηνθίλεην φηαλ θηλείηαη κε 100 km/h απαηηεί ηζρχ 30 kw. ην αθφινπζν ζρήκα θαίλεηαη κία ζχγθξηζε ησλ ηερληθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ ησλ δηαθφξσλ ηχπσλ ειεθηξνρεκηθψλ ζπζζσξεπηψλ πνπ είλαη εκπνξηθά δηαζέζηκνη. Πίνακαρ 4.10 ύγθξηζε ραξαθηεξηζηηθώλ ζηνηρείσλ ησλ εκπνξηθά δηαζέζηκσλ ειεθηξνρεκηθώλ ζπζζσξεπηώλ [35] Οη κπαηαξίεο νμένο κνιχβδνπ ελδείθλπληαη γηα εθαξκνγέο νρεκάησλ κηθξψλ απνζηάζεσλ. Παξακέλνπλ ε θηελφηεξε επηινγή φζνλ αθνξά ηελ αλά κνλάδα απνζεθεπκέλε ελέξγεηα θαη γηα απηφ ην ιφγν είλαη ηφζν εκπνξηθά δηαδεδνκέλεο. Κάπνηα απφ ηα λεφηεξα ήδε κπαηαξηψλ, φπσο νη ληθειίνπ - κεηάιινπ πδξηδίνπ, ηφλησλ ιηζίνπ θαη ληθειίνπ - ρισξηνχρνπ λαηξίνπ, παξνπζηάδνπλ επαξθή ελεξγεηαθή ππθλφηεηα γηα εθαξκνγή ζε νρήκαηα κέζσλ απνζηάζεσλ. Οη κπαηαξίεο Ni-Mh κπνξνχλ λα θνξηηζηνχλ πνιχ γξήγνξα, γεγνλφο πνπ ηηο θάλεη ηδαληθέο γηα ρξήζε ζε πβξηδηθά νρήκαηα αθφκα θαη γηα κεγαιχηεξεο απνζηάζεηο ή ζε νρήκαηα φπσο

74 ιεσθνξεία θαη ηξακ, ηα νπνία κπνξνχλ λα επαλαθνξηηζηνχλ θαηά ηε δηάξθεηα ησλ ζπρλψλ επηβξαδχλζεσλ. ε απηή ηε θάζε ηεο εμέιημεο, απηά ηα ήδε κπαηαξηψλ θαη θπξίσο νη κπαηαξίεο ηφλησλ ιηζίνπ είλαη ζρεηηθά αθξηβέο. Σέινο, ε πεξεηαίξσ εμέιημε ησλ κπαηαξηψλ ζα νδεγήζεη ζηελ αχμεζε ηεο απηνλνκίαο ησλ νρεκάησλ, πεξλψληαο ζε πβξηδηθά νρήκαηα δηάλπζεο κεγάισλ απνζηάζεσλ, θαη αθφκα πεξηζζφηεξν μεθεχγνληαο απφ ην ελδηάκεζν ζηάδην ησλ πβξηδηθψλ, ζηελ θαζηέξσζε ησλ πιήξσο ειεθηξηθψλ νρεκάησλ. Πίνακαρ 4.11 Παξαδείγκαηα ρηιηνκεηξηθήο απόζηαζεο πνπ κπνξεί λα δηαλύζεη έλα όρεκα ζπλαξηήζεη ηνπ βάξνπο ησλ εθάζηνηε κπαηαξηώλ πνπ απαηηνύληαη γηα ηελ παξνρή ηεο ελέξγεηαο [35] Δλεξγεηαθέο θπςέιεο Οη ελεξγεηαθέο θπςέιεο (fuel cells) απνηεινχλ δεμακελέο ζηηο νπνίεο απνζεθεχεηαη, ζε πγξή κνξθή, πδξνγφλν ζε ζπλζήθεο πςειήο πίεζεο. Ζ θαηεγνξηνπνίεζε ησλ θπςειψλ παξαγσγήο πδξνγφλνπ γίλεηαη βάζεη ηνπ ειεθηξνιχηε ηνπο. Μεξηθνί απφ απηνχο ηνπο ηχπνπο είλαη νη ελεξγεηαθέο θπςέιεο θσζθνξηθνχ νμέσο (PAFC), ζηεξενχ νμεηδίνπ (SOFC), ηεγκέλνπ άλζξαθα (MCFC), κεζαλφιεο (DMFC), νη θπςέιεο επηηφπνπ παξαγσγήο πδξνγφλνπ απφ κεζαλφιε (IR- SPFC) θαη νη θπςέιεο αληαιιαγήο πξσηνλίσλ (PEMFC). Ο ηχπνο ελεξγεηαθψλ θπςειψλ, πνπ ρξεζηκνπνηείηαη ζπρλφηεξα, είλαη νη PEMFC. Ζ δηάηαμε απηή απεηθνλίδεηαη ζηελ εηθφλα H θπςέιε απνηειείηαη απφ ηελ άλνδν, φπνπ βξίζθεηαη ην απνζεθεπκέλν πδξνγφλν, ηελ θάζνδν ζηελ νπνία εηζέξρεηαη ην νμπγφλν ηνπ αέξα ηνπ εμσηεξηθνχ πεξηβάιινληνο θαη ηνλ ειεθηξνιχηε. Ο ειεθηξνιχηεο είλαη κία κεκβξάλε, ε νπνία έρεη ηελ ηδηφηεηα λα επηηξέπεη κφλν ζηα πξσηφληα λα ηε δηαπεξλνχλ. ηελ άλνδν γίλεηαη ν ηνληζκφο ηνπ πδξνγφλνπ ζε πξσηφληα θαη ειεθηξφληα. Σα πξσηφληα δηέξρνληαη κέζα απφ ηε κεκβξάλε κε πξννξηζκφ ηελ θάζνδν, ελψ ηα ειεθηξφληα νδεγνχληαη ζην ηξνθνδνηνχκελν ειεθηξηθφ θχθισκα πξνθαιψληαο ειεθηξηθφ ξεχκα θαη έπεηηα, ηα ηειεπηαία εηζέξρνληαη ζηελ θάζνδν. ηελ θάζνδν ζρεκαηίδεηαη πδξνγφλν, ην νπνίν αληηδξά κε ην νμπγφλν παξάγνληαο λεξφ. Οη ελεξγεηαθέο θπςέιεο παξνπζηάδνπλ ζρεηηθά πςειφ ζπληειεζηή απφδνζεο. Σν επίπεδν ηεο ηάζεο εμφδνπ ηεο δηάηαμεο φκσο είλαη ρακειφ θαη απαηηείηαη αλχςσζε κέζσ ειεθηξνληθνχ κεηαηξνπέα ζπλερνχο ηάζεο ζε ζπλερή. Δπίζεο, παξνπζηάδεηαη αδπλακία επηζηξνθήο ελέξγεηαο ζηηο ελεξγεηαθέο θπςέιεο θαηά ηε δηαδηθαζία ηεο αλαγελλεηηθήο πέδεζεο. Απαηηείηαη, ινηπφλ, ε παξάιιειε ρξήζε ζπζηνηρίαο ζπζζσξεπηψλ ή ππεξππθλσηψλ γηα ηε απνζήθεπζε ηεο αλαθηψκελεο

75 ηζρχνο. Σέινο, ην γεγνλφο φηη ην πδξνγφλν απνζεθεχεηαη ζε πςειή πίεζε ειινρεχεη ηνλ θίλδπλν έθξεμεο ζε πεξίπησζε αηπρήκαηνο ζέηνληαο ζε θίλδπλν ηε ζσκαηηθή αθεξαηφηεηα ησλ επηβαηψλ Τπεξππθλσηέο Δικόνα 4.13 Παξαγσγή πδξνγόλνπ από θπςέιε θαπζίκνπ [29] Οη ππεξππθλσηέο (supercapacitor) ραξαθηεξίδνληαη απφ ηελ ίδηα αξρή ιεηηνπξγίαο κε ηνπο ζπλήζεηο ππθλσηέο, αιιά έρνπλ ηε δπλαηφηεηα θφξηηζεο θαη εθθφξηηζεο ζε πνιχ κηθξνχο ρξφλνπο θαη παξέρνπλ κεγάιε ρσξεηηθφηεηα ζε κηθξφ ζρεηηθά φγθν. Δκθαληζηαθά, νκνηάδνπλ κε ηηο θνηλέο κπαηαξίεο, ελψ θαηαζθεπαζηηθά, απνηεινχληαη απφ δχν ζηξψζεηο, έρνληαο δχν ειεθηξφδηα άλζξαθα εκβαπηηζκέλα ζε νξγαληθφ ειεθηξνιχηε.

76 Δικόνα 4.14 Γηάθνξα είδε ππεξππθλσηώλ [29] Δικόνα 4.15 Γνκή ππεξππθλσηή [29] Ζ ελεξγεηαθή ππθλφηεηα ελφο ππεξππθλσηή θπκαίλεηαη απφ 1 έσο 10 Wh/kg. Απηή ε ηηκή είλαη πνιχ κεγαιχηεξε απφ έλα θνηλφ ππθλσηή, αιιά είλαη δέθα θνξέο κηθξφηεξε απφ κηα κπαηαξία ληθειίνπ - κεηάιινπ πδξηδίνπ. Ζ ρσξεηηθφηεηά ηνπο κπνξεί λα θηάζεη κέρξη κεξηθά Farad, ελψ ν ρξφλνο θφξηηζήο ηνπο είλαη κεξηθά δεπηεξφιεπηα. Καηά ηε δηάξθεηα θφξηηζεο ελφο άδεηνπ ππεξππθλσηή απαηηείηαη ζχζηεκα πεξηνξηζκνχ ηνπ ξεχκαηνο θφξηηζεο, δηαθνξεηηθά ππάξρεη θίλδπλνο θαηαζηξνθήο. ε αληίζεζε κε ηνπο ειεθηξνρεκηθνχο ζπζζσξεπηέο, νη ππεξππθλσηέο

77 δελ δηαηξέρνπλ θίλδπλν ιφγσ ππεξθφξηηζεο. Δπίζεο, έρνπλ κεγάιν ρξφλν δσήο (10 12 ρξφληα), αληέρνπλ πνιινχο θχθινπο θφξηηζεο θαη εθθφξηηζεο ( θχθινπο) θαη δελ εκπεξηέρνπλ ηνμηθά ζηνηρεία. Χο κεηνλεθηήκαηα θαηαγξάθνληαη ην πςειφ πνζνζηφ απηνεθθφξηηζεο, ην νπνίν θπκαίλεηαη ζην 50 % αλά κήλα, θαη ηέινο, ην πςειφ θφζηνο. Απηά ηα ραξαθηεξηζηηθά θαζηζηνχλ ηνπο ππεξππθλσηέο ηδαληθνχο γηα ρξήζε ζε πβξηδηθά νρήκαηα. Καηά ηελ εθθίλεζε, φπνπ απαηηείηαη άκεζε παξνρή ηζρχνο, νη ππεξππθλσηέο κπνξνχλ λα πξνζθέξνπλ ην πςειφ ξεχκα ηξνθνδνζίαο ηεο ειεθηξηθήο κεραλήο - θηλεηήξα. Οη ππεξππθλσηέο δε κπνξνχλ λα ηξνθνδνηνχλ ζε κφληκε βάζε ηνλ ειεθηξνθηλεηήξα θαη γηα απηφ ην ιφγν ηνπνζεηνχληαη παξάιιεια κε ηηο κπαηαξίεο ηνπ νρήκαηνο. Απφ ηελ άιιε κεξηά, θαηά ηηο επηβξαδχλζεηο θαη εηδηθφηεξα ζε πεξηπηψζεηο απφηνκνπ θξελαξίζκαηνο, επηηπγράλεηαη απνζήθεπζε κεγαιχηεξνπ πνζνχ ελέξγεηαο. Σν ξεχκα πνπ επηζηξέθεη απφ ηελ ειεθηξηθή κεραλή - γελλήηξηα εκπεξηέρεη αηρκέο (bursts), νη νπνίεο δε κπνξνχλ λα αμηνπνηεζνχλ απφ ηνπο ειεθηξνρεκηθνχο ζπζζσξεπηέο θαη ζε απηή ηελ πεξίπησζε αλαιακβάλνπλ νη ππεξππθλσηέο ηελ απνζήθεπζε απηήο ηεο ελέξγεηαο. Μειινληηθψο, αλακέλεηαη ε θαζηέξσζή ηνπο ζε θάζε πβξηδηθφ φρεκα θαζψο έηζη βειηηζηνπνηείηαη ε δηαρείξηζε ηεο ελέξγεηαο θόλδπινη Ο ζθφλδπινο είλαη κηα κεραληθή ζπζθεπή ε νπνία εθκεηαιιεχεηαη ηελ αδξάλεηα ηεο κάδαο ηεο γηα ηελ απνζήθεπζε ελέξγεηαο κε ηε κνξθή ηεο θηλεηηθήο. Ζ θηλεηηθή ελέξγεηα πνπ απνζεθεχεηαη ζην ζθφλδπιν δίλεηαη απφ ηνλ ηχπν 1 2 EK I, φπνπ Η είλαη ε ξνπή αδξαλείαο θαη σ ε γσληαθή ηαρχηεηα 2 πεξηζηξνθήο. Όπσο παξαηεξείηαη, ε απνζεθεπκέλε ελέξγεηα απμάλεηαη γξακκηθά κε ηελ ξνπή αδξάλεηαο ηεο κάδαο θαη είλαη αλάινγε ηνπ ηεηξαγψλνπ ηεο ηαρχηεηαο. Οη ζθφλδπινη αληηζηέθνληαη ζηελ κεηαβνιή ηεο θηλεηηθήο ηνπο θαηάζηαζεο γηα κηθξέο κεηαβνιέο ηεο ξνπήο, γεγνλφο πνπ βνεζά λα παξακέλεη ζηαζεξή ε ηαρχηεηα πεξηζηξνθήο ηνπ άμνλα ηνπο. Ζ θηλεηηθή ελέξγεηα ηνπ ζθνλδχινπ απειεπζεξψλεηαη φηαλ κεηψλεηαη ε ηαρχηεηα ηνπ. Γηα ηελ εθκεηάιιεπζε απηήο ηεο ελέξγεηαο πξνζαξκφδεηαη ζηνλ άμνλα ηνπ ζθνλδχινπ, κε θαηάιιειν ζχζηεκα κεηάδνζεο, κία ειεθηξηθή κεραλή ε νπνία ιεηηνπξγεί σο γελλήηξηα. Με απηφ ηνλ ηξφπν ε γελλήηξηα κπνξεί λα θνξηίζεη θάπνηεο κπαηαξίεο κεηαηξέπνληαο ηελ θηλεηηθή ελέξγεηα ζε ειεθηξηθή (regenerative brake). Απφ ηελ άιιε κεξηά γηα λα απνζεθεπηεί ελέξγεηα ζην ζθφλδπιν ζα πξέπεη λα έρνπκε παξνρή ειεθηξηθήο ηζρχνο θαη ιεηηνπξγία ηεο ειεθηξηθήο κεραλήο σο θηλεηήξα ή ζχλδεζε ηνπ ζθνλδχινπ κε θάπνηνλ άιινλ άμνλα θίλεζεο γηα απεπζείαο απνζήθεπζε θηλεηηθήο ελέξγεηαο. ε κία αθφκα πην εμειηγκέλε κνξθή, ν ζθφλδπινο κπνξεί λα θέξεη καγλήηεο ελζσκαησκέλνπο ζηε κάδα ηνπ θαη πεξηζηξεθφκελνο γχξσ απφ έλα ηχιηγκα λα παξάγεη ειεθηξηθή ελέξγεηα. Σν αθφινπζν ζρήκα παξνπζηάδεη ηε ζπλδεζκνινγία ελφο ζθνλδχινπ κε κία ειεθηξηθή κεραλή κέζσ ελφο πξνζαξκνγέα ζηξνθψλ.

78 Δικόνα 4.16 Παξνρή / απνζήθεπζε θηλεηηθήο ελέξγεηαο ζθνλδύινπ [29] ην αθφινπζν δηάγξακκα (εηδηθήο ηζρχνο ζπλαξηήζεη ηεο εηδηθήο ελέξγεηαο) παξνπζηάδνληαη νη ελεξγεηαθέο πεξηνρέο πνπ θαιχπηνπλ ηα δηάθνξα κέζα απνζήθεπζεο ελέξγεηαο. Δικόνα 4.17 Γηάγξακκα ελεξγεηαθήο πεξηνρήο κπαηαξηώλ, ππεξππθλσηώλ θαη ζθνλδύισλ [35]

79 ΚΔΦΑΛΑΙΟ 5 ΜΔΣΑΣΡΟΠΗ ΤΜΒΑΣΙΚΟΤ ΟΥΗΜΑΣΟ Δ ΤΒΡΙΓΙΚΟ ΗΛΔΚΣΡΙΚΟ ΟΥΗΜΑ ΜΔΛΔΣΗ ΚΑΙ ΚΑΣΑΚΔΤΗ ΗΛΔΚΣΡΙΚΟΤ ΚΙΝΗΣΗΡΙΟΤ ΤΣΗΜΑΣΟ [6], [28], [40]-[45] 5.1 Δηζαγσγή ε απηφ ην θεθάιαην παξνπζηάδεηαη ε βήκα πξνο βήκα κεηαηξνπή ελφο ζπκβαηηθνχ απηνθηλήηνπ ζε πβξηδηθφ ειεθηξηθφ απηνθίλεην, ε θαηαζθεπή ηνπ ειεθηξνθηλεηήξηνπ ζπζηήκαηφο ηνπ, θαζψο θαη ε αληηκεηψπηζε ησλ επηκέξνπο πξνβιεκάησλ πνπ πξνέθπςαλ ζε απηή ηελ εξγαζία. Ζ φιε θαηαζθεπή δηεμήρζε ζην Δξγαζηήξην Ζιεθηξνκεραληθήο Μεηαηξνπήο Δλέξγεηαο ηνπ ηκήκαηνο Ζιεθηξνιφγσλ Μεραληθψλ θαη Σερλνινγίαο Ζιεθηξνληθψλ Τπνινγηζηψλ ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξψλ, ζε ζπλεξγαζία κε ην κεραλνπξγείν ηνπ Παλεπηζηεκίνπ. 5.2 Πεηξακαηηθό όρεκα Ο ζηφρνο απηήο ηεο εξγαζίαο ήηαλ ε θαηαζθεπή ελφο ήπηνπ πβξηδηθνχ ειεθηξηθνχ απηνθηλήηνπ, κε πνζνζηφ πβξηδνπνίεζεο πεξίπνπ 20%. Πξνο απηή ηελ θαηεχζπλζε, επηιέρζεθε έλα ζπκβαηηθφ απηνθίλεην πξνο κεηαηξνπή ζε πβξηδηθφ ειεθηξηθφ απηνθίλεην, θαζψο θξίζεθε δχζθνιε ε εμνινθιήξνπ θαηαζθεπή απφ ηελ αξρή ελφο ηέηνηνπ νρήκαηνο, κε ηα κέζα πνπ δηαζέηεη ην εξγαζηήξην. Σν απηνθίλεην πνπ επηιέρζεθε γηα απηφ ην ζθνπφ είλαη έλα Chevrolet Blazer S-10, κνληέιν 1985, ην νπνίν δηαηέζεθε απφ ηνλ ΟΓΓΤ Α.Δ. ππνθαηάζηεκα Παηξψλ ζηελ Κάησ Αραΐα (Α.Μ. νρήκαηνο: ). Σν Chevrolet Blazer S-10 είλαη εθνδηαζκέλν κε βελδηλνθηλεηήξα 2.8 lt δηάηαμεο V6, ν νπνίνο απνδίδεη ηππνδχλακε 110 hp (82 kw), έρεη βάξνο 1450 θηιψλ θαη ε θίλεζε κεηαδίδεηαη ζηνπο πίζσ ηξνρνχο. Ζ επηινγή ηνπ ζπγθεθξηκέλνπ νρήκαηνο έγηλε ζχκθσλα κε ηα αθφινπζα θξηηήξηα: ε επξπρσξία ηεο εζσηεξηθήο θακπίλαο επηηξέπεη ηελ άλεηε θαη εχθνιε ηνπνζέηεζε ησλ επηκέξνπο ειεθηξνινγηθψλ ππνζπζηεκάησλ (θεληξηθή κνλάδα ειέγρνπ, ειεθηξνληθνί κεηαηξνπείο ηζρχνο, ειεθηξηθφο θηλεηήξαο, κπαηαξίεο) ε απιή θαηαζθεπή θαη ε ζπκβαηηθή ηερλνινγία πνπ ρξεζηκνπνηεί ην φρεκα γηα ηελ θίλεζή ηνπ παξέρνπλ ηε δπλαηφηεηα γηα πνιιέο θαη πνηθίιεο κεηαηξνπέο

80 ην ζχζηεκα κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο ζηνπο πίζσ ηξνρνχο ηνπ απηνθηλήηνπ επηηξέπεη επθνιφηεξεο κεραλνινγηθέο επεκβάζεηο ζε ζρέζε κε έλα εκπξνζζηνθίλεην φρεκα ε ζθιεξή αλάξηεζε θαη ην ζηηβαξφ ακάμσκα ηνπ νρήκαηνο παξέρνπλ ηε δπλαηφηεηα ππνζηήξημεο ηνπ επηπιένλ βάξνπο ησλ ειεθηξνινγηθψλ ππνζπζηεκάησλ θαη ηνπ ηξνπνπνηεκέλνπ θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο ην δεδνκέλν ρακειφ νηθνλνκηθφ πνζφ πνπ είρε ηεζεί σο φξην γηα ηελ δηεθπεξαίσζε ηεο εξγαζίαο ε πξσηνηππία, θαζψο αξθεηέο κεγάιεο απηνθηλεηνβηνκεραλίεο έρνπλ θηλεζεί πξνο ηελ πβξηδνπνίεζε νρεκάησλ ηχπνπ SUV (Sport Utility Vehicle) πιένλ, φπσο γηα παξάδεηγκα ηα FORD ESCAPE, LEXUS RX450, PORSCHE CAYENNE S HYBRID. Δικόνα 5.1 Πεηξακαηηθό όρεκα Chevrolet Blazer S-10 (πξνθίι)

81 Δικόνα 5.2 Πεηξακαηηθό όρεκα Chevrolet Blazer S-10 (πίζσ όςε) 5.3 Ηιεθηξηθόο θηλεηήξαο Σν επφκελν βήκα πξνο ηελ θαηαζθεπή απνηειεί ε επηινγή ηνπ ειεθηξηθνχ θηλεηήξα. Δπηιέρζεθε ινηπφλ έλαο ηξηθαζηθφο αζχγρξνλνο ειεθηξηθφο θηλεηήξαο ηνπ θαηαζθεπαζηηθνχ νίθνπ SIEMENS. Σα θξηηήξηα απηήο ηεο επηινγήο ζπγθξηηηθά κε άιια είδε θηλεηήξσλ είλαη: ε αμηνπηζηία ηνπ ε ζηηβαξφηεηα ηεο θαηαζθεπήο ηνπ ην βάξνο ηνπ ε ζπληήξεζε πνπ απαηηεί ην ζχζηεκα ςχμεο ηνπ ε ρακειφηεξε ηηκή ηνπ ε εκπνξηθή δηαζεζηκφηεηα θαη ν ρξφλνο παξάδνζεο Άιινη ηχπνη θηλεηήξσλ, εμεηδηθεπκέλνη γηα εθαξκνγέο απηνθίλεζεο (automotive applications), απνδείρζεθαλ πνιχ αθξηβνί ιφγσ ηεο πεξηνξηζκέλεο παξαγσγήο ηνπο. Ζ ηζρχο ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα επηιέρζεθε ζχκθσλα κε ην πνζνζηφ πβξηδνπνίεζεο ηνπ νρήκαηνο, πνπ ηέζεθε αξρηθά σο ζηφρνο.

82 Σχπνο θηλεηήξα Ολνκαζηηθή ηζρχο P N Ολνκαζηηθφο αξηζκφο ζηξνθψλ n N Μέγηζηνο αξηζκφο ζηξνθψλ n max Ολνκαζηηθή ξνπή M N Siemens 1PH104-4NF26 ηξηθαζηθφο αζχγρξνλνο 14 kw 1500 rpm 9000 rpm 90 Nm Ρνπή αδξάλεηαο J kgm 2 Ολνκαζηηθφ ξεχκα I N Ρεχκα εθθίλεζεο Η 0 46 A 19 Α Ολνκαζηηθή ηάζε V N 265 V (ζχλδεζε Y) cosθ 0.82 Ολνκαζηηθή ζπρλφηεηα f N Βάξνο χζηεκα ςχμεο 53.1 Hz 80 kg Τδξφςπθηνο Πίνακαρ 5.1 Σερληθά ραξαθηεξηζηηθά ηξηθαζηθνύ αζύγρξνλνπ θηλεηήξα Siemens Δικόνα 5.3 Υαξαθηεξηζηηθά ειεθηξηθνύ θηλεηήξα Siemens

83 Ζ ηάμε πξνζηαζίαο ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα IP 54/65 δειψλεη πσο είλαη απξνζπέιαζηνο απφ νπνηνδήπνηε αληηθείκελν φγθνπ κέρξη θφθθνπ ζθφλεο θαη κπνξεί λα εθηνμεπηεί ζε απηφλ λεξφ ζε νπνηνδήπνηε ζεκείν ρσξίο λα επεξεάδεηαη ε ιεηηνπξγία ηνπ. Σέινο, ν ζπγθεθξηκέλνο θηλεηήξαο έρεη ελζσκαησκέλν ζηξνθφκεηξν, ε κέηξεζε ηνπ νπνίνπ νδεγείηαη ζηελ θεληξηθή κνλάδα ειέγρνπ γηα ηε ξχζκηζε ησλ ζηξνθψλ. Δικόνα 5.4 Σξηθαζηθόο αζύγρξνλνο ειεθηξηθόο θηλεηήξαο Siemens 1PH ηηο εηθφλεο 5.5 θαη 5.6 παξνπζηάδνληαη νη θακπχιεο ηεο ηζρχνο θαη ηεο ξνπήο ζπλαξηήζεη ησλ ζηξνθψλ, γηα ηηο δηάθνξεο θαηαζηάζεηο ιεηηνπξγίαο ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα (S1, S6-60 %, S6-40 %, S6-25 %). Δλδεηθηηθά παξαηεξνχκε φηη, γηα ηελ θαηάζηαζε ιεηηνπξγίαο S6-25 %, ε κέγηζηε ηζρχο πνπ κπνξεί λα πξνζθέξεη ν θηλεηήξαο είλαη P max =22.5 kw γηα εχξνο ζηξνθψλ απφ 1500 rpm έσο 5250 rpm θαη απαηηεί ξεχκα 68 Α, ελψ ε κέγηζηε ξνπή είλαη M max =143 Nm απφ 0 κέρξη ηηο 1500 ζηξνθέο αλά ιεπηφ.

84 Δικόνα 5.5 Κακπύιε ηεο ηζρύνο ζπλαξηήζεη ησλ ζηξνθώλ [44] Δικόνα 5.6 Κακπύιε ηεο ξνπήο ζπλαξηήζεη ησλ ζηξνθώλ [44] 5.4 ύζηεκα ςύμεο ειεθηξηθνύ θηλεηήξα Ο ειεθηξηθφο θηλεηήξαο, φπσο αλαθέξζεθε πξνεγνπκέλσο, είλαη πδξφςπθηνο θαη γηα απηφ ην ιφγν θαηαζθεπάζηεθε έλα αληίζηνηρν θχθισκα ςχμεο. Σν ζχζηεκα ςχμεο είλαη θιεηζηφ θαη απνηειείηαη απφ κία αληιία, έλα ςπγείν λεξνχ κε δχν

85 ελζσκαησκέλνπο αλεκηζηήξεο γηα άκεζε παξνρή αέξα, έλα δνρείν πιήξσζεο πγξνχ θαη ηηο απαξαίηεηεο ζσιελψζεηο. Σν ςπγείν λεξνχ ηνπνζεηείηαη ππφ θιίζε αθξηβψο θάησ απφ ην κπξνζηηλφ πξνθπιαθηήξα ηνπ απηνθηλήηνπ (ζηε «κάζθα»), έηζη ψζηε λα απμάλεηαη ε παξνρή ηνπ αέξα θαηά ηελ θίλεζε ηνπ απηνθηλήηνπ θαη λα επηηπγράλεηαη θαιχηεξε ςχμε ηνπ ςπθηηθνχ κέζνπ. Χο ςπθηηθφ κέζν ρξεζηκνπνηείηαη αλακηγκέλν απηνληζκέλν λεξφ θαη πγξφ «παξαθινχ», έηζη ψζηε λα πξνζδίδεηαη θαιχηεξε ηθαλφηεηα απαγσγήο ζεξκφηεηαο. Ζ ιεηηνπξγίεο ηεο ειεθηξηθήο αληιίαο θαη ησλ αλεκηζηήξσλ ηνπ ςπγείνπ ελεξγνπνηνχληαη απφ μερσξηζηνχο δηαθφπηεο πνπ έρνπλ ηνπνζεηεζεί ζηελ θνλζφια ησλ νξγάλσλ δηαρείξηζεο ηνπ νδεγνχ. Σέινο, έλαο αηζζεηήξαο ζεξκνθξαζίαο έρεη ηνπνζεηεζεί ζηελ πδξαπιηθή έμνδν ηεο ειεθηξηθήο κεραλήο έηζη ψζηε λα κεηξάηαη ε ζεξκνθξαζία ηνπ λεξνχ φζν πην θνληά ζην εζσηεξηθφ απηήο. Ο αηζζεηήξαο ζεξκνθξαζίαο ηνπνζεηείηαη κέζα ζε κία ράιθηλε «θσιηά» θαη παξεκβάιιεηαη κε πδξαπιηθή ζχλδεζε ζην θχθισκα ξνήο ηνπ ςπθηηθνχ κέζνπ. Σν θελφ κεηαμχ πνπ ππάξρεη κεηαμχ ηεο «θσιηάο» θαη ηνπ αηζζεηήξα πιεξψλεηαη κε βηνκεραληθφ ιάδη, έηζη ψζηε λα ππάξρεη θαιχηεξε κεηαθνξά ηεο ζεξκφηεηαο πξνο ηνλ αηζζεηήξα θαη λα επηηπγράλεηαη αθξηβήο κέηξεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο. Δικόνα 5.7 Ζιεθηξηθή αληιία Whale [45]

86 Δικόνα 5.8 Γηάγξακκα καλνκεηξηθνύ (αλύςσζε λεξνύ) παξνρήο ξεύκαηνο αληιίαο [45] Δικόνα 5.9 Σνπνζέηεζε αληιίαο ειεθηξνθηλεηήξα ζην απηνθίλεην

87 Δικόνα 5.10 Φπγείν κε ελζσκαησκέλνπο αλεκηζηήξεο Δικόνα 5.11 Πξνζαξκνγή ςπγείνπ ππό θιίζε πίζσ από ην κπξνζηηλό πξνθπιαρηήξα ηνπ απηνθηλήηνπ

88 Δικόνα 5.12 Σνπνζέηεζε αηζζεηήξα ζεξκνθξαζία κέζα ζε ράιθηλε θσιηά (αξηζηεξά) θαη παξεκβνιή απηνύ ζην θύθισκα ξνήο ηνπ ςπθηηθνύ κέζνπ (δεμηά) Δικόνα 5.13 σιελώζεηο θπθιώκαηνο ςύμεο ειεθηξνθηλεηήξα, δνρείν πιήξσζεο ςπθηηθνύ κέζνπ (πάλσ δεμηά ζηε θσηνγξαθία) 5.5 Μπαηαξίεο Γηα ηελ απνζήθεπζε ηεο ελέξγεηαο ρξεζηκνπνηήζεθαλ επαλαθνξηηδφκελνη ειεθηξνρεκηθνί ζπζζσξεπηέο νμένο κνιχβδνπ ηχπνπ VRLA (Valve Regulated Lead Acid) ηεο εηαηξίαο Fullriver. Σα θξηηήξηα πνπ ιήθζεθαλ ππφςε γηα ηελ επηινγή ησλ ζπγθεθξηκέλσλ κπαηαξηψλ είλαη:

89 νη ελεξγεηαθέο απαηηήζεηο ηεο εθαξκνγήο ηνπ πεηξακαηηθνχ νρήκαηνο ε κηθξή ζπληήξεζε, θαζψο είλαη θιεηζηνχ ηχπνπ θαη δελ απαηηείηαη πεξηνδηθή ζπκπιήξσζε πγξνχ ε δπλαηφηεηα παξνρήο κεγάινπ ξεχκαηνο εθθφξηηζεο ε αληνρή ηνπο ζε βαζηέο εθθνξηίζεηο ε δπλαηφηεηα απνξξφθεζεο κεγάινπ ξεχκαηνο θαηά ηε θάζε αλάθηεζεο ηεο ελέξγεηαο ε ρακειή ηηκή ζπλαξηήζεη ηεο ελέξγεηαο πνπ κπνξνχλ λα απνζεθεχζνπλ ε εκπνξηθή δηαζεζηκφηεηα θαη ν ρξφλνο παξάδνζεο Δικόνα 5.14 Ζιεθηξνρεκηθνί ζπζζσξεπηέο [46] Σχπνο κπαηαξηψλ Ολνκαζηηθή ηάζε V N Ολνκαζηηθή ρσξεηηθφηεηα Μέγηζην ξεχκα θφξηηζεο Μέγηζην ξεχκα εθθφξηηζεο Δζσηεξηθή αληίζηαζε Απηνεθθφξηηζε Βάξνο Fullriver HGL V 45 Ah (γηα δηάξθεηα εθθφξηηζεο 20 h κε ξεχκα 2.25 Α) 9 Α 660 Α γηα 5sec, ζηνπο 25 o C 9 mχ 3 % αλά κήλα 13.5 kg Πίνακαρ 5.2 Σερληθά ραξαθηεξηζηηθά ειεθηξνρεκηθώλ ζπζζσξεπηώλ Fullriver

90 Δικόνα 5.15 Υξόλνο εθθόξηηζεο ζπλαξηήζεη ξεύκαηνο εθθόξηηζεο [46] Δικόνα 5.16 Σάζε κπαηαξίαο ζπλαξηήζεη ρξόλνπ εθθόξηηζεο [46]

91 ηελ εθαξκνγή ηνπ πβξηδηθνχ απηνθηλήηνπ, ρξεζηκνπνηνχληαη 16 ηέηνηεο κπαηαξίεο, 12 V έθαζηε, ζπλδεδεκέλεο ζε ζεηξά, νη νπνίεο παξέρνπλ ζπλνιηθή ηάζε 192 V. Ζ ζπλνιηθή ελέξγεηα πνπ απνζεθεχεηαη ζηε ζπζηνηρία είλαη: 192V 45Ah 8.64kWh. 5.6 Σνπνινγία πβξηδηθνύ ειεθηξηθνύ θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο Σν ζπκβαηηθφ ζχζηεκα θίλεζεο ηνπ Blazer κεηαδίδεη ηελ θίλεζε απφ ηνλ βελδηλνθηλεηήξα ζην γξαλαδνθηβψηην ηαρπηήησλ (gearbox) θαη απφ εθεί, κέζσ ελφο θεληξηθνχ άμνλα, ζην δηαθνξηθφ ησλ πίζσ ηξνρψλ. Γηα ηελ κεηαηξνπή ηνπ ζε πβξηδηθφ ειεθηξηθφ θηλεηήξην ζχζηεκα απνθαζίζηεθε λα εθαξκνζηεί ηνπνινγία παξάιιειεο δηάηαμεο, κέζσ ηεο νπνίαο ην φρεκα έρεη ηε δπλαηφηεηα λα θηλείηαη ακηγψο ειεθηξηθά γηα κηθξέο ηαρχηεηεο θαη απνζηάζεηο, θαη ζε παξάιιειε ιεηηνπξγία ειεθηξνθηλεηήξα βελδηλνθηλεηήξα γηα κεζαίεο ηαρχηεηεο θαη γηα κεγαιχηεξε ηζρχο. ε πεξίπησζε εμάληιεζεο ηεο ελέξγεηαο ησλ ειεθηξνρεκηθψλ ζπζζσξεπηψλ ην φρεκα κπνξεί λα θηλείηαη ζπκβαηηθά κε ηε ρξήζε ηνπ βελδηλνθηλεηήξα. Καηά ηελ θάζε ηεο επηβξάδπλζεο ηνπ νρήκαηνο έρεη πξνβιεθζεί επίζεο ε δπλαηφηεηα αλάθηεζεο ελέξγεηαο κέζσ ειεθηξνκαγλεηηθήο πέδεζεο, ιεηηνπξγψληαο ηελ ειεθηξηθή κεραλή σο ειεθηξηθή γελλήηξηα. Ζ ηνπνινγία πνπ εθαξκφζηεθε παξνπζηάδεηαη ζην αθφινπζν ζρήκα. Δικόνα 5.17 Σνπνινγία παξάιιειεο δηάηαμεο θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο πεηξακαηηθνύ νρήκαηνο

92 Μεραλνινγηθέο κεηαηξνπέο Γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπ πβξηδηθνχ ειεθηξηθνχ θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο έιαβαλ ρψξα νξηζκέλεο κεηαηξνπέο ζην ακάμσκα ηνπ απηνθηλήηνπ θαη θαηαζθεπάζηεθαλ θάπνηα επηκέξνπο ππνζπζηήκαηα. Καηαξράο αθαηξέζεθαλ ηα πίζσ θαζίζκαηα ηνπ απηνθηλήηνπ έηζη ψζηε λα ππάξρεη επηπιένλ ρψξνο ζηελ εζσηεξηθή θακπίλα γηα ηελ ηνπνζέηεζε ησλ κπαηαξηψλ, αιιά θαη γηα λα κπνξεί λα ηζνθαηαλεκεζεί ην βάξνο ησλ ππνζπζηεκάησλ ζην ζχζηεκα ηεο αλάξηεζεο ηνπ απηνθηλήηνπ. Ο ειεθηξηθφο θηλεηήξαο κεηαδίδεη ηελ θίλεζε ζηνλ θεληξηθφ άμνλα ηνπ νρήκαηνο, ν νπνίνο κε ηε ζεηξά ηνπ κεηαθέξεη ηελ θίλεζε ζην πίζσ δηαθνξηθφ ησλ ηξνρψλ. Ζ ηνπνζέηεζε ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα ιακβάλεη ρψξα αθξηβψο πάλσ απφ ηνλ θεληξηθφ άμνλα θαη παξάιιεια πξνο απηφλ, ζε εηδηθά θαηαζθεπαζκέλε κεηαιιηθή βάζε, φπσο θαίλεηαη ζην ρήκα Με απηφ ηνλ ηξφπν, ν άμνλαο ηνπ δξνκέα θαη ν θεληξηθφο άμνλαο κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο είλαη αθξηβψο παξάιιεινη κεηαμχ ηνπο. Ζ βάζε ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα ζηεξίδεηαη κε δχν βξαρίνλεο ζηα εκηαμφληα ηνπ πίζσ δηαθνξηθνχ (ν θάζε βξαρίνλαο ζπγθξαηείηαη ζε έλα εκηαμφλην) θαη κε απηφ ηνλ ηξφπν επηηπγράλεηαη κεδεληθή ηαιάλησζε κεηαμχ ειεθηξνθηλεηήξα θαη θεληξηθνχ άμνλα. Έρνπκε δειαδή έλα εληαίν ζχζηεκα ην νπνίν ηαιαληψλεηαη σο ζπζζσκάησκα ζηηο αλσκαιίεο ηνπ δξφκνπ. Μία αληεξίδα ζπλδέεηαη κεηαμχ ηνπ δηαθνξηθνχ θαη ηεο βάζεο ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα γηα λα απνηξέπεη ηελ ζηξέςε ηεο βάζεο σο πξνο ηα εκηαμφληα ηνπ δηαθνξηθνχ θαη λα θξαηάεη ζηαζεξή ηελ παξαιιειία κεηαμχ ηεο βάζεο θαη ηνπ θεληξηθνχ άμνλα. Σν βάξνο ηεο βάζεο είλαη ιίγν κηθξφηεξν απφ 30 kg, ελψ καδί κε ηνλ θηλεηήξα, ν νπνίνο δπγίδεη 80 kg, ην ζπλνιηθφ βάξνο πνπ ζπγθξαηεί ην δηαθνξηθφ είλαη πεξίπνπ 110 kg, ην νπνίν είλαη έλα επηηξεπηφ βάξνο αλνρήο γηα ην ζπγθεθξηκέλν δηαθνξηθφ. Δπηπιένλ, έρεη θνπεί έλα ηκήκα απφ ην ζαζί ηνπ απηνθηλήηνπ γηα λα παξεκβάιιεηαη ε βάζε ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα θαη ην ζχζηεκα κεραληθήο ζχκπιεμεο απηνχ κε ηνλ θεληξηθφ άμνλα (ρήκα 5.20).

93 Δικόνα 5.18 Βάζε ειεθηξνθηλεηήξα Δικόνα 5.19 Βξαρίνλαο ζηήξημεο ηεο βάζεο ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα πάλσ ζηνλ άμνλα ηνπ δηαθνξηθνύ

94 Τπνινγηζκόο ιόγνπ ζηξνθώλ ειεθηξνθηλεηήξα / θεληξηθνύ άμνλα θίλεζεο Γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηνπ ιφγνπ κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο απφ ηνλ ειεθηξνθηλεηήξα ζηνλ θεληξηθφ άμνλα ρξεζηκνπνηήζεθε νπζηαζηηθά έλα ζχζηεκα κείσζεο ηνπ αξηζκνχ ησλ ζηξνθψλ θαη αχμεζεο ηεο ξνπήο. Ο κέγηζηνο αξηζκφο ζηξνθψλ ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα είλαη 9000 rpm = 150 rpsec, ελψ ν κέγηζηνο αξηζκφο ζηξνθψλ ηνπ θεληξηθνχ άμνλα, γηα ηαρχηεηα θίλεζεο ηνπ νρήκαηνο ίζε κε 100 km/h, ηελ νπνία ζέζακε σο κέγηζηε, είλαη rpsec. Έηζη, ν ιφγνο κεηάδνζεο ζηξνθψλ πξνθχπηεη 3.47/1, φπσο πεξηγξάθεηαη ζηελ αθφινπζε κέζνδν ππνινγηζκνχ. Με απηφλ ηνλ ηξφπν εθκεηαιιεπφκαζηε φιν ην εχξνο ησλ ζηξνθψλ ηνπ θηλεηήξα, ζέηνληαο κία κέγηζηε ηαρχηεηα πνπ επηηξέπεηαη λα θηλείηαη ην φρεκα. Σν πεηξακαηηθφ φρεκα ρξεζηκνπνηεί ειαζηηθά κε δηαζηάζεηο 215/75R15. Οπφηε ε δηάκεηξνο ηνπ ηξνρνχ θαη ε πεξίκεηξνο ηνπ ειαζηηθνχ ππνινγίδνληαη αθνινχζσο: d d l d ύ ά ί _ ύ 2 ύ mm 75% 2 d 381mm mm 2 d ύ ύ 703.5mm ί _ ύ d ύ mm 2.208m Γηα ηαρχηεηα νρήκαηνο 100 km/h : v 100 km h m 3600sec m sec, ν ηξνρφο ηνπ απηνθηλήηνπ ζα πξέπεη λα εθηειεί αξηζκφ ζηξνθψλ ζε έλα δεπηεξφιεπην: n (27.77 m sec) 2.208m 12.62rp sec Ο ιφγνο κεηάδνζεο θίλεζεο ηνπ δηαθνξηθνχ κεηξήζεθε ζηελ πξάμε: differential _ ratio Δπεμήγεζε: 1 πεξηζηξνθή ηξνρνχ 3.42 πεξηζηξνθέο θεληξηθνχ άμνλα πεξηζηξνθέο ηξνρνχ πεξηζηξνθέο θεληξηθνχ άμνλα Umotormax 9000rpm 9000 rpm (60sec m) 150rpsec Γηα ηνλ ειεθηξνθηλεηήξα ηζρχεη: Δπνκέλσο ζα ρξεζηκνπνηήζνπκε κεησηήξα ζηξνθψλ κε ιφγν: K Γειαδή, ην γξαλάδη πνπ ζα πξνζαξκνζηεί ζηνλ θεληξηθφ άμνλα θίλεζεο πξέπεη λα έρεη 3.47 θνξέο κεγαιχηεξε δηάκεηξν απφ απηφ πνπ ζα πξνζαξκνζηεί ζηνλ ειεθηξνθηλεηήξα. ηελ πξάμε, ν ιφγνο κεηάδνζεο πνπ εθαξκφζηεθε είλαη

95 K ' 3.5/1 θαη ε ηειηθή ζρέζε κεηάδνζεο πνπ πξνθχπηεη απφ ηνλ ειεθηξνθηλεηήξα ζηνπο ηξνρνχο είλαη K ό differential _ ratio K ' (3.42 1) (3.5 1) Γειαδή πεξηζηξνθέο ηνπ άμνλα ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα αληηζηνηρνχλ ζε κία πεξηζηξνθή ηνπ ηξνρνχ ηεο ξφδαο. Απφ ηελ άιιε κεξηά, ε ξνπή πνπ ζα αζθείηαη ζηνλ ηξνρφ ζα είλαη κεγαιχηεξε απφ απηή πνπ αζθείηαη ζηνλ άμνλα ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα. Ζ κεηάδνζε ηεο θίλεζεο επηηπγράλεηαη κέζσ ελφο εηδηθά εληζρπκέλνπ πνιπεζηεξηθνχ ηκάληα, ν νπνίνο ζπλδέεηαη ζε έλα γξαλάδη πνπ έρεη πξνζαξκνζηεί ζηνλ άμνλα ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα θαη ζε έλα γξαλάδη πνπ έρεη πξνζαξκνζηεί κεηαμχ ηνπ δηαθνξηθνχ θαη ηνπ ζηαπξνχ ηνπ θεληξηθνχ άμνλα θίλεζεο (εηθφλα 5.21). Μεηαμχ απηψλ ησλ δχν γξαλαδηψλ ππάξρεη θαη έλα ηξίην γξαλάδη ην νπνίν ιεηηνπξγεί σο ηαλπζηήο γηα λα θξαηείηαη ηελησκέλνο ν ηκάληαο. Απηά ηα γξαλάδηα είλαη θαηαζθεπαζκέλα απφ θξάκα αινπκηλίνπ γηα λα έρνπλ ζηηβαξή θαηαζθεπή θαη κεησκέλν βάξνο. Σα ηερληθά ραξαθηεξηζηηθά ζηνηρεία ησλ πξναλαθεξζέλησλ θαίλνληαη ζηνλ Πίλαθα 5.3, ελψ ην ζχζηεκα κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο παξνπζηάδεηαη ζηελ Δηθφλα Πολςεστεπικόρ Ιμάνταρ Πιάηνο Πάρνο δνληηνχ Πάρνο ηκάληα καδί κε δφληη 40 mm 5 mm 10 mm Γπανάζι ηλεκτποκινητήπα Δμσηεξηθή δηάκεηξνο Δζσηεξηθή δηάκεηξνο Δζσηεξηθή δηάκεηξνο καδί κε δφληηα Πάρνο 130 mm 105 mm 115 mm 75 mm Γπανάζι κεντπικού άξονα Δμσηεξηθή δηάκεηξνο Δζσηεξηθή δηάκεηξνο Δζσηεξηθή δηάκεηξνο καδί κε δφληηα Πάρνο 400 mm 375 mm 385 mm 45 mm Γηάκεηξνο Πάρνο Σανςστήρ 80 mm 50 mm Πίνακαρ 5.3 Σερληθά ραξαθηεξηζηηθά ζπζηήκαηνο κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο

96 Δικόνα 5.20 ύζηεκα κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο ζηνλ θεληξηθό άμνλα (γξαλάδη δξνκέα, ηαλπζηήο, ηκάληαο, γξαλάδη θεληξηθνύ άμνλα)

97 Δικόνα 5.21 Γξαλάδη ην νπνίν έρεη πξνζαξκνζηεί κεηαμύ θεληξηθνύ άμνλα θαη δηαθνξηθνύ Γηα ηελ ηνπνζέηεζε ησλ ειεθηξνρεκηθψλ ζπζζσξεπηψλ ζηελ εζσηεξηθή θακπίλα ηνπ απηνθηλήηνπ ζρεδηάζηεθαλ θαη θαηαζθεπάζηεθαλ δχν κεηαιιηθέο βάζεηο, φπσο θαίλνληαη ζηα αθφινπζα ζρήκαηα. Οη βάζεηο έρνπλ βηδσζεί ζηαζεξά ζην ακάμσκα θαη θηινμελνχλ 16 κπαηαξίεο ζπλνιηθά. Ζ ζπζηνηρία ησλ κπαηαξηψλ θαιχπηεηαη απφ εηδηθά δηακνξθσκέλν πιέγκα πξνζηαζίαο γηα ηελ απνθπγή νπνηνπδήπνηε θηλδχλνπ επαθήο ησλ επηβαηψλ ηνπ απηνθηλήηνπ κε απηήλ. Δικόνα 5.22 Βάζεηο κπαηαξηώλ

98 Δικόνα 5.23 Σνπνζέηεζε κπαηαξηώλ Δικόνα 5.24 Μπάξεο ζπγθξάηεζεο θαη ειεθηξηθή ζύλδεζε ζπζηνηρίαο κπαηαξηώλ

99 Δικόνα 5.25 Κάιπκκα ζπζηνηρίαο κπαηαξηώλ 5.8 Όξγαλα έλδεημεο ιεηηνπξγίαο ειεθηξνθηλεηήξα Γηα ηελ πιήξε επνπηεία ηνπ ειεθηξηθνχ θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο, εγθαηαζηάζεθαλ θάπνηα κεηξεηηθά φξγαλα ηα νπνία πιεξνθνξνχλ ηνλ νδεγφ ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν γηα ηελ θαηάζηαζε ησλ επηκέξνπο ππνζπζηεκάησλ. έλα ςεθηαθφ ζεξκφκεηξν (έλδεημεο: o C) απεηθνλίδεη ηε ζεξκνθξαζία ηνπ ςπθηηθνχ κέζνπ ζην εζσηεξηθφ ηνπ θηλεηήξα Δικόνα 7.26 Φεθηαθό ζεξκόκεηξν LTR-5TSRD ηεο εηαηξείαο LAE

100 έλα αλαινγηθφ βνιηφκεηξν (έλδεημεο: V) παξνπζηάδεη ηελ πνιηθή ηάζε ηεο ειεθηξηθήο κεραλήο Δικόνα 7.27 Αλαινγηθό βνιηόκεηξν V έλα ςεθηαθφ βνιηφκεηξν (έλδεημεο: 0 50 V) απεηθνλίδεη ην θαζηθφ ξεχκα ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα Δικόνα 7.28 Φεθηαθό βνιηόκεηξν 0-50 V

101 έλα αλαινγηθφ βνιηφκεηξν (έλδεημεο: 0 5 V) έρεη κεηαηξαπεί ζε φξγαλν έλδεημεο ηεο ξνπήο πνπ αζθεί ν νδεγφο ζηνπο ηξνρνχο ηνπ απηνθηλήηνπ (ξνπφκεηξν) Δικόνα 7.29 Αλαινγηθό ξνπόκεηξν έλα ςεθηαθφ ζηξνθφκεηξν παξνπζηάδεη ηνλ αξηζκφ ζηξνθψλ ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα Δικόνα 7.30 Φεθηαθό ζηξνθόκεηξν MP5W-4N ηεο εηαηξείαο Autonics

102 Δικόνα 7.31 Όξγαλα έλδεημεο πξνζαξκνζκέλα ζην ηακπιό ηνπ απηνθηλήηνπ Δικόνα 7.32 Πεξηζηξνθηθόο επηινγέαο ξνπήο θαη ξνπόκεηξν

103 Δικόνα 7.33 Δζσηεξηθή θνλζόια κε ηα όξγαλα έλδεημεο 5.9 Αξρή ιεηηνπξγίαο πεηξακαηηθνύ νρήκαηνο ύζηεκα δηαρείξηζεο ελέξγεηαο [28] Κάλνληαο κία ζχλνςε, ηα ππνζπζηήκαηα πνπ απνηεινχλ ην ζχζηεκα πξφσζεο ηνπ πβξηδηθνχ πεηξακαηηθνχ νρήκαηνο - Hybrid Blazer είλαη: ν βελδηλνθηλεηήξαο, ν ειεθηξνθηλεηήξαο, ην ζχζηεκα κεηάδνζεο ηεο θίλεζεο, νη κπαηαξίεο θαη νη θαηάιιεινη κεηαηξνπείο ηζρχνο. θνπφο ηεο φιεο εξγαζίαο ήηαλ ε δεκηνπξγία ελφο ήπηνπ πβξηδηθνχ νρήκαηνο, κε πνζνζηφ πβξηδνπνίεζεο πεξίπνπ 20%, ε ειεθηξηθή κεραλή ηνπ νπνίνπ: ζα κπνξεί λα εθθηλεί ην φρεκα απφ ζηάζε, ιεηηνπξγψληαο σο ειεθηξνθηλεηήξαο ζα ζπκβάιεη ζηελ θίλεζε ηνπ απηνθηλήηνπ, ππνβνεζψληαο ηελ κεραλή εζσηεξηθήο θαχζεο θαη ζα επηζηξέθεη ελέξγεηα θαηά ηελ επηβξάδπλζε ηνπ απηνθηλήηνπ, ιεηηνπξγψληαο σο ειεθηξηθή γελλήηξηα Ζ δηαρείξηζε ηεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ηνπ θηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο πεξηγξάθεηαη σο εμήο:

104 ε ζπλερήο ηάζε ηεο ζπζηνηρίαο ησλ ειεθηξνρεκηθψλ ζπζζσξεπηψλ αλπςψλεηαη ζε κεγαιχηεξε ζπλερή ηάζε θαη έπεηηα ε ζπλερήο αλπςσκέλε ηάζε κεηαηξέπεηαη ζε ηξηθαζηθή ελαιιαζζφκελε γηα λα ηξνθνδνηήζεη ηνλ ειεθηξηθφ θηλεηήξα Ξεθηλψληαο απφ ηελ ειεθηξηθή κεραλή, γλσξίδνπκε φηη γηα ηελ νλνκαζηηθή ιεηηνπξγία, ε πνιηθή ηάζε είλαη V N = 265 V θαη ε ηζρχο είλαη P N = 14 kw. Γηα λα δεκηνπξγεζεί ινηπφλ κία ηξηθαζηθή ελαιιαζζφκελε ηάζε ε νπνία ζα ηξνθνδνηεί ηνλ ειεθηξνθηλεηήξα απφ ηε ζπλερή ηάζε ησλ κπαηαξηψλ ρξεηάδεηαη έλαο ηξηθαζηθφο αληηζηξνθέαο. Γηα ηελ επίηεπμε ηνπ ζπγθεθξηκέλνπ επηπέδνπ ηάζεο ζηελ έμνδν ηνπ κεηαηξνπέα, ζα πξέπεη λα παξέρεηαη ζηελ είζνδφ ηνπ ζπλερήο ηάζε πεξίπνπ ίζε κε 380 V, ζχκθσλα κε ηνπο ππνινγηζκνχο γηα ην ιφγν κεηαζρεκαηηζκνχ ηεο ηάζεο ζε έλαλ αληηζηξνθέα. Λφγσ ηεο κέζεο απφδνζεο ελφο ηέηνηνπ κεηαηξνπέα, ε νπνία αλακέλεηαη λα είλαη κεγαιχηεξε απφ n inv = 90 % ζα απαηηεζεί σο ζπλερή ηάζε εηζφδνπ ην επίπεδν ησλ 380 V. Ζ δεκηνπξγία απηνχ ηνπ επηπέδνπ ηάζεο ζεσξείηαη αζχκθνξε απφ νηθνλνκηθή θαη εξγνλνκηθή πιεπξά κε ηε ρξήζε απνθιεηζηηθά ειεθηξνρεκηθψλ ζπζζσξεπηψλ, θαζψο απμάλεηαη ην θφζηνο, ην ζπλνιηθφ βάξνο θαη ν φγθνο ηνπ ειεθηξνθηλεηήξηνπ ζπζηήκαηνο. Δπηπξφζζεηα, γηα ιφγνπο αζθαιείαο, πξνηξέπεηαη ε ρξήζε ζπζηνηρίαο κπαηαξηψλ κε φζν ην δπλαηφλ ρακειφηεξε ηάζε. ηα ζχγρξνλα εκπνξηθά πβξηδηθά θαη ειεθηξηθά νρήκαηα πνπ παξάγνπλ νη απηνθηλεηνβηνκεραλίεο, ε ηάζε ησλ κπαηαξηψλ δελ μεπεξλά πεξίπνπ ηα 200 V. Γηα απηνχο ηνπο ιφγνπο, επηιέρζεθε ε ηηκή ησλ 192 V σο ηάζεο εμφδνπ ησλ κπαηαξηψλ. Έηζη, γηα ηελ επίηεπμε ησλ 380 V ζπλερνχο ηάζεο πνπ απαηηνχληαη ζηελ είζνδν ηνπ αληηζηξνθέα, ψζηε λα ιεηηνπξγεί ν θηλεηήξαο ζε νλνκαζηηθή θαηάζηαζε, ρξεηάδεηαη έλαο κεηαηξνπέαο ν νπνίνο ζα αλπςψλεη ηελ ηάζε απφ ηα 192 V ζηα 380 V (Boost Converter). Δπίζεο, θαηά ηε θάζε επηζηξνθήο ελέξγεηαο ζηηο κπαηαξίεο, απηφο ν κεηαηξνπέαο ζα πξέπεη λα ππνβηβάδεη ηελ ηάζε ζε επίπεδα θφξηηζεο ησλ κπαηαξηψλ (Buck Converter). πλδπάδνληαο ηηο δχν παξαπάλσ ινγηθέο, απαηηείηαη έλαο ακθηθαηεπζπληήξηνο κεηαηξνπέαο ζπλερνχο ηάζεο ζε ζπλερή (Bidirectional Boost/Buck Converter). εκεηψλεηαη φηη ζηελ πξάμε, ζχκθσλα κε ηε βηβιηνγξαθία, ν ιφγνο αλχςσζεο ηεο ηάζεο θαηά ηνλ ζπληειεζηή δχν είλαη εθηθηφο θαη γηα απηφ ην ιφγν επηιέρζεθε ζπζηνηρία κπαηαξηψλ ηεο ζπγθεθξηκέλεο ηάζεο ησλ 192 V. Ζ πεξηγξαθή ηεο παξαπάλσ ινγηθήο παξνπζηάδεηαη ζηελ εηθφλα 5.34, φπνπ ηα δχν βέιε απεηθνλίδνπλ ηε ξνή ηεο ηζρχνο απφ ηηο κπαηαξίεο πξνο ηνλ θηλεηήξα θαη αληηζηξφθσο. Απηέο νη δχν ξνέο ραξαθηεξίδνπλ επίζεο ηηο δχν θάζεηο ιεηηνπξγίαο ηνπ απηνθηλήηνπ, θαηά ηελ επηηάρπλζε θαη θαηά ηελ επηβξάδπλζε αληίζηνηρα.

105 Δικόνα 5.34 Ρνή ηεο ηζρύνο θαηά ηελ επηηάρπλζε θαη ηελ επηβξάδπλζε ηνπ νρήκαηνο Καηά ηε θάζε ηεο επηηάρπλζεο, εθφζνλ ππάξρνπλ ελεξγεηαθά απνζέκαηα ζηηο κπαηαξίεο, απηέο ζα πξνζθέξνπλ ηζρχ ζηελ ειεθηξηθή κεραλή ε νπνία ζα ιεηηνπξγεί σο ειεθηξηθφο θηλεηήξαο θαη ζα παξέρεη θίλεζε ζην φρεκα. Σν πεηξακαηηθφ φρεκα έρεη ηε δπλαηφηεηα: ακηγνχο ειεθηξηθήο θίλεζεο, φηαλ ν νδεγφο επηιέγεη «λεθξά ζρέζε» κεηάδνζεο ζην θηβψηην ηαρπηήησλ θαη αζθεί ξνπή απφ ηνλ επηινγέα ξνπήο ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα πβξηδηθήο θίλεζεο, φηαλ ν νδεγφο ρξεζηκνπνηεί παξάιιεια ηνπο δχν θηλεηήξεο, φπνπ εδψ ν ειεθηξνθηλεηήξαο ππνβνεζά ζηελ κεηάδνζε ηεο θίλεζεο ζηνπο ηξνρνχο ηνπ νρήκαηνο θαη ζπκβαηηθήο ζεξκηθήο θίλεζεο, φηαλ εμαληιεζνχλ ηα απνζέκαηα ελέξγεηαο ησλ κπαηαξηψλ, κέρξη λα επαλαθνξηηζηνχλ απφ ηε ιεηηνπξγία ηεο ειεθηξηθήο κεραλήο σο γελλήηξηα (ζεκεηψλεηαη φηη ζηε ζπκβαηηθή θίλεζε ν επηινγέαο ξνπήο πξέπεη λα βξίζθεηαη ζηε ζέζε κεδέλ) Καηά ηε θάζε ηεο επηηάρπλζεο απφ ζηάζε, (επηιέγνληαο «λεθξά ζρέζε» κεηάδνζεο ζην θηβψηην ηαρπηήησλ) ν θεληξηθφο άμνλαο ηελ θίλεζεο ζηξέθεηαη απνθιεηζηηθά απφ ηνλ ειεθηξνθηλεηήξα. Ο νδεγφο επηιέγεη, κέζσ ηνπ πεξηζηξνθηθνχ δηαθφπηε ηεο ξνπήο, ηελ επηζπκεηή ξνπή (ξνπή αλαθνξάο) θαη ην θχθισκα ειέγρνπ παξέρεη ηζρχ ζηνλ ειεθηξνθηλεηήξα επηηαρχλνληαο ην φρεκα. Όηαλ ε ξνπή ηνπ άμνλα ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα γίλεη ίζε κε ηε ξνπή αλαθνξάο, ηφηε ζα έρνπκε ηζνξξνπία θνξηίνπ (ζηηγκηαία, γηα ζπγθεθξηκέλν πεξηζψξην κεηαβνιήο ηεο ξνπήο πνπ έρεη νξηζηεί θαηά ηνλ πξνγξακκαηηζηηθφ έιεγρν) θαη ε παξνρή ηεο ηζρχνο ηξνθνδνζίαο ζηαζεξνπνηείηαη. Παξφια απηά, ν βελδηλνθηλεηήξαο πξέπεη λα παξακέλεη ππνρξεσηηθά ζε ιεηηνπξγία γηα λα παξέρεη ηζρχ ζηα πεξηθεξεηαθά ππνζπζηήκαηα ηνπ απηνθηλήηνπ φπσο ην πδξαπιηθφ ηηκφλη, ην ζχζηεκα ππνβνήζεζεο ηνπ θξέλνπ, ην ζχζηεκα θιηκαηηζκνχ, νη αλεκηζηήξεο ησλ ςπγείσλ, θηι. Αμίδεη λα ζεκεησζεί φηη ιεηηνπξγψληαο ηνλ ειεθηξνθηλεηήξα ζηελ νλνκαζηηθή ηνπ θαηάζηαζε, ηφηε γηα ηαρχηεηα νρήκαηνο έσο

106 km/h ε ξνπή πνπ αζθείηαη ζηνλ ηξνρφ είλαη kg θαη ππνινγίδεηαη ζχκθσλα κε ηα ζηνηρεία ηνπ αθφινπζνπ πίλαθα. Σειηθφο ιφγνο κεηάδνζεο: K ηειηθφ 11.97/1 Αξηζκφο ζηξνθψλ θηλεηήξα: Umotor Αξηζκφο ζηξνθψλ ηξνρνχ: n = Umotor/ K ηειηθφ Πεξίκεηξνο ειαζηηθνχ: l Σαρχηεηα ηξνρνχ: v = n l Ρνπή άμνλα ειεθηξνθηλεηήξα (0-1500rpm): T 1500 rpm = 25 rpsec rpm = 2.09 rpsec m 4.62 m/sec = 16.6 km/h 89 Nm Ρνπή ηξνρνχ ( km/h): T = K ηειηθφ Σ Nm = kg Πίνακαρ 5.4 Τπνινγηζκόο κέγηζηεο ξνπήο ζηνπο ηξνρνύο ηνπ απηνθηλήηνπ Καηά ηε θάζε επηηάρπλζεο έρνληαο παξάιιειε ιεηηνπξγία ειεθηξνθηλεηήξα βελδηλνθηλεηήξα, ε ξνπή πνπ αζθεί ν νδεγφο απφ ηνλ επηινγέα ξνπήο ζα πξέπεη λα είλαη κεγαιχηεξε απφ ηη ζηηγκηαία ξνπή πνπ εθαξκφδεηαη ζηνλ άμνλα ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα ιφγσ ηεο θίλεζεο ηνπ νρήκαηνο. ηελ πεξίπησζε πνπ ν νδεγφο ζέιεη λα επηβξαδχλεη ην φρεκα, αξθεί λα αζθήζεη κία ξνπή αλαθνξάο, κέζσ ηνπ πεξηζηξνθηθνχ επηινγέα ξνπήο ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα, ε νπνία ζα είλαη κηθξφηεξε απφ ηελ ζηηγκηαία ξνπή πνπ έρεη ν άμνλαο ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα. Σφηε, ν κηθξνειεγθηήο ηνπ ειεθηξνληθνχ κεηαηξνπέα ηζρχνο ζα κεηψζεη ην πιάηνο θαη ηε ζπρλφηεηα ηεο ηάζεο ηξνθνδνζίαο, κε ζπλέπεηα λα κεηαθηλεζεί ε θακπχιε ηεο ξνπήο ζπλαξηήζεη ησλ ζηξνθψλ ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα πξνο ηα αξηζηεξά φπσο θαίλεηαη ζηελ εηθφλα Λφγσ αδξάλεηαο, ν αξηζκφο ζηξνθψλ ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα δελ κπνξεί λα κεηαβιεζεί αθαξηαία θαη ζπλεπψο (θαζψο έρεη κεησζεί ε ζπρλφηεηα), ην λέν ζεκείν ηνκήο ηνπ αξηζκνχ ζηξνθψλ θαη ηεο θακπχιεο ξνπήο ζα βξίζθεηαη ζην αξλεηηθφ ηκήκα ηνπ άμνλα ηεο ξνπήο. Με απηφλ ηνλ ηξφπν, ε ειεθηξηθή κεραλή ζα πεξάζεη ζηε θάζε ιεηηνπξγίαο σο γελλήηξηα. Ζ παικνδφηεζε ησλ δηαθνπηηθψλ ζηνηρείσλ ηνπ αληηζηξνθέα ζα ζπλερίδεηαη θαη ζε απηή ηε θάζε (αλάιπζε ιεηηνπξγίαο αληηζηξνθέα ζην θεθάιαην 7) θαη ε ελέξγεηα ζα επηζηξέθεη κέζσ ησλ αληηπαξάιιεισλ δηφδσλ ηνπ πξνο ηηο κπαηαξίεο.

107 Δικόνα 5.35 Μεηαβνιή ηεο ραξαθηεξηζηηθήο θακπύιεο ξνπήο ζηξνθώλ ζπλαξηήζεη ηεο ζπρλόηεηαο ηξνθνδνζίαο, ζε έλα αζύγρξνλν θηλεηήξα [55] πκπεξαζκαηηθά, φζν ε ξνπή ηνπ άμνλα ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα, ν νπνίνο ππελζπκίδεηαη φηη ζπλδέεηαη κε ηνλ θεληξηθφ άμνλα θίλεζεο ηνπ απηνθηλήηνπ, είλαη κηθξφηεξε απφ ηε ξνπή πνπ ηίζεηαη σο αλαθνξά απφ ηνλ νδεγφ, ηφηε ε ειεθηξηθή κεραλή ζα ιεηηνπξγεί σο γελλήηξηα θαη ε ξνή ηεο ηζρχνο ζα θαηεπζχλεηαη πξνο ηηο κπαηαξίεο. Όηαλ ε ξνπή ηνπ άμνλα γίλεη ίζε κε ηε ξνπή αλαθνξάο ηφηε ζα έρνπκε πάιη ηζνξξνπία θνξηίνπ θαη ε ηζρχο κε ηελ νπνία ηξνθνδνηείηαη ζα ζηαζεξνπνηεζεί. Ηλεκτπολογική μελέτη Ζ νλνκαζηηθή ηζρχο ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα ζηνλ άμνλα είλαη ίζε κε: P 14kW Ζ αληίζηνηρε ειεθηξηθή ηζρχο ηξνθνδνζίαο ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα είλαη: P 3V cos P 3 265V 46A 0.82 P kW el πλεπψο ν ζπληειεζηήο απφδνζεο ππνινγίδεηαη: el el mech n m P P mech el n m 14kW kW n 0.81 ή 81 % m

108 Πξνυπνζέηνληαο φηη ν ζπληειεζηήο απφδνζεο ηνπ ηξηθαζηθνχ αληηζηξνθέα είλαη: n 0.90 ή 90 % inv Ζ ηζρχο ζηελ είζνδν ηνπ αληηζηξνθέα ζα είλαη: P in, inv P n el inv kW P in, inv Pin, inv 19.2kW 0.90 Σν ξεχκα ζηελ είζνδν ηνπ αληηζηξνθέα ππνινγίδεηαη: I in, inv V P in, inv out, boost I in, inv 19.2kW 380V Iin, inv 50.5A Πξνυπνζέηνληαο επίζεο φηη ν ζπληειεζηήο απφδνζεο ηνπ ακθηθαηεπζπληήξηνπ κεηαηξνπέα ζπλερνχο ηάζεο ζε ζπλερή είλαη: n 0.90 ή 90 % boost Ζ ηζρχο ζηελ είζνδν ηνπ κεηαηξνπέα ζα είλαη: P in, boost P n in, inv boost P bat 19.2kW P in, boost Pin, boost 21.33kW 0.90 πλεπψο, ην ξεχκα ζηελ είζνδν ηνπ κεηαηξνπέα ππνινγίδεηαη: I P bat in, boost in, bat Vbat I I in, inv 21.33kW 192V Iin, boost 111A Απηφ ην ξεχκα εηζφδνπ έρεη πνιχ πςειή ηηκή θαη θξίλεηαη δχζθνιε ε δηαρείξηζή ηνπ κέζσ ελφο κφλν κεηαηξνπέα, θαζψο είλαη αλέθηθηε ε θαηαζθεπή ελφο ηφζν κεγάινπ πελίνπ. Ζ ιχζε πνπ πξνηάζεθε είλαη ε θαηαζθεπή δέθα κεηαηξνπέσλ αλχςσζεο/ππνβηβαζκνχ ζπλερνχο ηάζεο θαη ε παξάιιειε ζχλδεζε απηψλ, έηζη ψζηε λα ππνδεθαπιαζηαζηεί ε ηηκή ηνπ ξεχκαηνο πνπ ζα δηαξξέεη ην θάζε πελίν. πλεπψο ε ηζρχο πνπ ζα παξέρεη θάζε ηέηνηνο κεηαηξνπέαο ζηελ έμνδν ηνπ ζα είλαη P kw, ελψ ην ξεχκα πνπ ζα δηέξρεηαη απφ θάζε πελίν I A. Σν out, boost ξεχκα ζηελ έμνδν θάζε ηέηνηνπ κεηαηξνπέα ζα είλαη: Iout, boost Pout, boost Vout, boost Iout, boost 1.92kW 380V 5A. Πξνο απηή ηελ θαηεχζπλζε, έγηλε κειέηε, ζρεδηαζκφο θαη θαηαζθεπή ησλ αθφινπζσλ ειεθηξνληθψλ κεηαηξνπέσλ ηζρχνο. Έλαο ηξηθαζηθφο αληηζηξνθέαο γηα ηε κεηαηξνπή ηεο ζπλερνχο ηάζεο ζε ηξηθαζηθή ελαιιαζζφκελε (3-Phase DC-AC Inverter) θαη έλαο ακθηθαηεπζπληήξηνο κεηαηξνπέαο αλχςσζεο ππνβηβαζκνχ ζπλερνχο ηάζεο ζε ζπλερή (Bidirectional DC-DC Boost-Buck Converter). Αλαιπηηθή πεξηγξαθή απηψλ ησλ κεηαηξνπέσλ γίλεηαη ζηα θεθάιαηα 7 θαη 8 αληίζηνηρα. L

109 ΚΔΦΑΛΑΙΟ 6 ΔΛΔΓΥΟ ΗΛΔΚΣΡΙΚΟΤ ΚΙΝΗΣΗΡΑ[32],[47]-[57],[60] 6.1 Αλάιπζε ιεηηνπξγίαο αζύγρξνλνπ θηλεηήξα Γηα λα πξνζδηνξηζηεί ν ηξφπνο ειέγρνπ ελφο ηξηθαζηθνχ αζχγρξνλνπ ειεθηξνθηλεηήξα, ζα πξέπεη αξρηθά λα κειεηήζνπκε ηηο εμηζψζεηο πνπ δηέπνπλ ηε ιεηηνπξγία ηνπ. ε απηφ ην ζεκείν ιακβάλνληαη ππφςε θάπνηεο παξαδνρέο νη νπνίεο επηηξέπνπλ ηελ επθνιφηεξε δηεμαγσγή ηεο αλάιπζεο, ρσξίο λα απνθιίλνπκε πνιχ απφ ηελ πξαγκαηηθφηεηα. ν ζηάηεο θαη ν δξνκέαο θέξνπλ ζπκκεηξηθφ ηξηθαζηθφ ηχιηγκα έθαζηνο, κε δηαθνξά 120 ν κεηαμχ ησλ θάζεσλ νη σκηθέο αληηζηάζεηο, νη επαγσγέο θαη νη ακνηβαίεο επαγσγέο ζεσξνχληαη ζηαζεξέο, δειαδή αλεμάξηεηεο ηεο ηηκήο ησλ ξεπκάησλ πνπ ηηο δηαξξένπλ θαη ηεο ζεξκνθξαζίαο ην καγλεηηθφ πεδίν ζην δηάθελν, κεηαμχ ζηάηε θαη δξνκέα, ζεσξείηαη εκηηνλνεηδψο θαηαλεκεκέλν θαη ακεινχληαη νη αλψηεξεο αξκνληθέο πνπ νθείινληαη ζηηο απιαθψζεηο νη απψιεηεο ηξηβψλ θαη ζηδήξνπ ζεσξνχληαη ακειεηέεο ζεσξνχκε φηη ε πξνο αλάιπζε κεραλή θέξεη δχν πφινπο, δίρσο φκσο λα παχεη λα ηζρχεη γηα κεραλή κεγαιχηεξνπ αξηζκνχ πφισλ Γηα ηελ πεξεηαίξσ αλάιπζε νξίδνπκε επίζεο έλαλ άμνλα αλαθνξάο θαη ηηο γσλίεο ζέζεο πνπ ζρεκαηίδνληαη κεηαμχ ησλ κεγεζψλ ηνπ ζηάηε, ηνπ δξνκέα θαη ηνπ άμνλα αλαθνξάο. ϑ S είλαη ε γσλία πνπ ζρεκαηίδεηαη κεηαμχ ηνπ καγλεηηθνχ πεδίνπ ηνπ ζηάηε θαη ηνπ άμνλα αλαθνξάο ϑ R είλαη ε γσλία πνπ ζρεκαηίδεηαη κεηαμχ ηνπ καγλεηηθνχ πεδίνπ ηνπ δξνκέα θαη ηνπ άμνλα αλαθνξάο ϑ = ϑ S - ϑ R είλαη ε γσλία πνπ ζρεκαηίδεηαη κεηαμχ ησλ καγλεηηθψλ πεδίσλ ηνπ ζηάηε θαη ηνπ δξνκέα εκεηψλεηαη φηη ν άμνλαο αλαθνξάο είλαη αθίλεηνο θαη νη γσλίεο απηέο κεηαβάιινληαη ζπλαξηήζεη ηνπ ρξφλνπ, ιφγσ ηεο πεξηζηξνθήο ηνπ δξνκέα. ηε ζπλέρεηα ηεο αλάιπζεο γίλεηαη κεηαηξνπή απηψλ ησλ γεσκεηξηθψλ γσληψλ ζε ειεθηξηθέο. Μία πιήξε πεξηζηξνθή ηνπ δξνκέα εθθξάδεηαη ζε κία πεξίνδν ηνπ καγλεηηθνχ πεδίνπ ηνπ δηαθέλνπ, ε νπνία κε ηε ζεηξά ηεο αληηζηνηρεί ζε πιήξε ειεθηξηθή γσλία ίζε κε 2π. Μεηαμχ ειεθηξηθήο θαη γεσκεηξηθήο γσλίαο ηζρχεη ε

110 ζρέζε: ϑ el = p ϑ g, φπνπ p είλαη ν αξηζκφο ησλ δεπγψλ πφισλ θαη γηα ηελ αλάιπζή καο πξνθχπηεη γηα p=1 φηη ϑ el = ϑ g. Δικόνα 6.1 Μνληέιν ηξηθαζηθήο αζύγρξνλεο κεραλήο ζε ζύζηεκα abc [32] Ο αξηζκφο ζηξνθψλ ηνπ θηλεηήξα ππνινγίδεηαη απφ ηνλ ηχπν: n p d dt (6.1) Οη θαζηθέο ηάζεηο ηνπ ζηάηε δίλνληαη απφ ηε ζρέζε: u R 0 0 i a S a a u 0 R 0 i u b S b b c 0 0 R i d dt S c c (6.2) d ε νπνία κπνξεί λα γξαθεί θαη σο εμήο: Uabc RS Iabc abc dt (6.3) Αληίζηνηρα νη θαζηθέο ηάζεηο ηνπ δξνκέα δίλνληαη απφ ηε ζρέζε:

111 u ' R' 0 0 i' u ' 0 R ' 0 i ' u ' A R A A B R B B C 0 0 R' i' d dt R C C d ε νπνία κπνξεί λα γξαθεί θαη σο εμήο: U ' R' I ' ' dt ABC R ABC ABC (6.4) (6.5) Οη καγλεηηθέο ξνέο ππνινγίδνληαη ζχκθσλα κε ηηο ζρέζεηο: L L L i L L L i ' a aa ab ac a aa ab ac A L L L i L L L i ' b ba bb bc b ba bb bc B c L L L i L L L i ' ca cb cc c ca cb cc C L L L i L L L i ' A Aa Ab Ac a AA AB AC A L L L i L L L i ' B Ba Bb Bc b BA BB BC B C L L L i L L L i ' Ca Cb Cc c CA CB CC C (6.6) (6.7) νη νπνίεο κπνξνχλ λα γξαθνχλ αληίζηνηρα θαη σο εμήο: abc L S Iabc L SR I ABC (6.8) ABC L RS Iabc L R I ABC (6.9) Όιεο νη παξαπάλσ εμηζψζεηο κπνξνχλ λα γξαθνχλ ζπλνπηηθά ζηηο κνξθέο: us RS 0 is d u ' 0 R' i' dt R R R S ' R (6.10) θαη ' L L i S SS SR S L L i ' R RS RR R (6.11) Παξαηεξήζεηο: R S ε σκηθή αληίζηαζε ηνπ ζηάηε R R ε αλεγκέλε ζηνλ ζηάηε σκηθή αληίζηαζε ηνπ δξνκέα γηα δξνκέα βξαρπθπθισκέλνπ θισβνχ ηζρχεη: u a = u b =u c γηα ηνπο ζπληειεζηέο ακνηβαίαο επαγσγήο ηζρχεη: L ik = L ki νη ζπληειεζηέο απηεπαγσγψλ L aa, L bb, L cc, L AA, L BB, L CC, θαζψο θαη νη ζπληειεζηέο ακνηβαίσλ επαγσγψλ ηνπ ζηάηε L ab, L ac, L bc θαη ηνπ δξνκέα L AB, L AC, L BC είλαη ρξνληθά ζηαζεξέο, επεηδή ε γεσκεηξηθή ηνπο ζέζε είλαη ζηαζεξή φιεο νη (ππφινηπεο) ακνηβαίεο επαγσγέο κεηαμχ ζηάηε θαη δξνκέα είλαη ζπλαξηήζεηο ηεο γσλίαο ϑ θαη ζπλεπψο ζπλαξηήζεηο ηνπ ρξφλνπ

112 Ζ ηειεπηαία παξαηήξεζε έρεη ζαλ απνηέιεζκα λα γίλεηαη πην πεξίπινθνο ν ππνινγηζκφο ησλ ξνψλ θαη ησλ ηάζεσλ θαη έηζη ν έιεγρνο θαζίζηαηαη δπζθνιφηεξνο. Γηα λα απνθεπρζεί απηφ ην πξφβιεκα, πηνζεηνχκε έλα λέν ζχζηεκα αλαθνξάο κέζσ ηνπ νπνίνπ κεηαηξέπνληαη νη επαγσγηκφηεηεο πνπ είλαη ζπλαξηήζεηο ηνπ ρξφλνπ ζε ζηαζεξέο πνζφηεηεο. ε απηφ ην ζχζηεκα αλαθνξάο νη άμνλεο έρνπλ ζηαζεξή γσλία κεηαμχ ηνπο θαη νη ζπλεπψο νη επαγσγηκφηεηεο πνπ αλαιχνληαη πάλσ ζε απηνχο ζα εθθξάδνληαη αλεμαξηήησο ηνπ ρξφλνπ. Γηα λα κεηαηξέςνπκε ην αξρηθφ καο ζχζηεκα ησλ ηξηψλ θάζεσλ ζε έλα ζχζηεκα κε δχν νξζνγψληνπο άμνλεο ρξεζηκνπνηνχκε ηε κήηξα κεηαζρεκαηηζκνχ ηνπ Park, ε νπνία έρεη ηελ αθφινπζε κνξθή: 2 2 cos x cos x cos x M X sin x sin x sin x (6.12) φπνπ ν δείθηεο x αλαθέξεηαη είηε ζην ζηάηε (S) είηε ζην δξνκέα (R). Έηζη, κε ηελ πηνζέηεζε ησλ αμφλσλ d θαη q, νη γσλίεο ϑ S θαη ϑ R ζα νξίδνληαη κε αλαθνξά ηνλ άμνλα d.

113 Δικόνα 6.2 Μνληέιν ηξηθαζηθήο αζύγρξνλεο κεραλήο ζε ζύζηεκα d-q [32] Με ηε ρξήζε ηνπ κεηαζρεκαηηζκνχ Park, ε εμίζσζε ηεο ηάζεο ζην ζηάηε ηεο κεραλήο γίλεηαη: M U M R I M d dt S abc S S abc S abc M U R M I M d dt S abc S S abc S abc (6.13α) (6.13β) Θέηνπκε: USdq0 M S U abc (6.14) ISdq0 M S I abc (6.15) Sdq0 M S abc (6.16) Παξαγσγίδνληαο ηε ζρέζε 6.15 πξνθχπηεη:

114 d d M M d dt dt dt M Sdq0 S abc S abc d d d dt dt dt S abc Sdq0 S abc d d d M M M dt dt dt S abc Sdq0 S S Sdq0 M 1 M d d dt dt S abc Sdq0 S Sd Sq M d d dt dt S abc Sdq0 S Sd 0 Sq (6.17) πλδπάδνληαο ηηο παξαπάλσ ζρέζεηο πξνθχπηεη ινηπφλ γηα ην ζηάηε: U R I d dt Sdq0 S Sdq0 Sdq0 S Sd 0 Sq (6.18) d θαη γηα ην δξνκέα: U 0 R ' I 0 0 dt Rdq R Rdq Rdq R Rd 0 Rq (6.19) Οη παξαπάλσ δχν ζρέζεηο κπνξνχλ λα γξαθνχλ θαη ζπλνπηηθά: U R I d dt dq0 dq0 dq0 dq0 (6.20) Λφγσ ηνπ κεηαζρεκαηηζκνχ πνπ εθαξκφζηεθε ζηηο αξρηθέο εμηζψζεηο, ηα πεξηζζφηεξα ζηνηρεία ηεο κήηξαο ησλ επαγσγηκνηήησλ είλαη κεδεληθά, αθνχ νη επαγσγηκφηεηεο δε κεηαβάιινληαη πιένλ ζπλαξηήζεη ηνπ ρξφλνπ. Ζ ειεθηξνκαγλεηηθή ξνπή πνπ αλαπηχζζεηαη πεξηγξάθεηαη απφ ηε ζρέζε: p M i i i ' i ' (6.21) el S Sd Sq Sq Sd R Rd Rq Rq Rd θαη ν αξηζκφο ζηξνθψλ ηνπ θηλεηήξα είλαη: p (6.22)

115 Μέζνδνη ειέγρνπ Οη κέζνδνη ειέγρνπ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηνπο αζχγρξνλνπο θηλεηήξεο είλαη νη εμήο: Βαζκσηφο έιεγρνο ή έιεγρνο ηνπ ιφγνπ ηεο ηάζεο πξνο ηε ζπρλφηεηα (Scalar Control ή U/f Control) Γηαλπζκαηηθφο έιεγρνο ή έκκεζνο έιεγρνο ξνπήο ή έιεγρνο πξνζαλαηνιηζκέλνπ πεδίνπ (Vector Control ή Indirect Torque Control ή Field Oriented Control - FOC) Άκεζνο έιεγρνο ξνπήο (Direct Torque Control - DTC) Μέζσ απηψλ ησλ κεζφδσλ ειέγρνπ κεηαθηλνχκε ηελ θακπχιε ξνπήο-ζηξνθψλ ηνπ επαγσγηθνχ θηλεηήξα πξνο ηα δεμηά ή πξνο ηα αξηζηεξά, απμάλνληαο ή κεηψλνληαο αληίζηνηρα ηε ζπρλφηεηα ηξνθνδνζίαο, φπσο παξνπζηάδεηαη ζηελ αθφινπζε εηθφλα. Με έληνλε καχξε γξακκή θαίλεηαη ε θαηάζηαζε νλνκαζηηθή ιεηηνπξγίαο ηεο κεραλήο. Δικόνα 6.3 Έιεγρνο ζηξνθώλ αζύγρξνλνπ θηλεηήξα [55] Έιεγρνο ηνπ ιόγνπ ηεο ηάζεο πξνο ηε ζπρλόηεηα ε απηφ ην είδνο ειέγρνπ, ε ειεθηξηθή κεραλή ηξνθνδνηείηαη κε εκηηνλνεηδή ηάζε κεηαβιεηήο ζπρλφηεηαο. Ζ ηάζε απηή παξάγεηαη απφ έλαλ αληηζηξνθέα, ν νπνίνο παικνδνηείηαη απφ κηθξνειεγθηή, ζχκθσλα κε ηε ηερληθή δηακφξθσζεο ηνπ

116 πιάηνπο ησλ παικψλ (Pulse Width Modulation - PWM). ε απηή ηε κέζνδν ειέγρνπ ν ιφγνο ηεο ηάζεο σο πξνο ηε ζπρλφηεηα (V/f) πξέπεη λα παξακέλεη ζηαζεξφο έηζη ψζηε ηα καγλεηηθά ραξαθηεξηζηηθά ηεο κεραλήο λα δηαηεξνχληαη ζηαζεξά θαη λα κελ νδεγείηαη ζηνλ θφξν. Απηφ επηβάιιεηαη απφ ην γεγνλφο φηη ηα επαγσγηθά θνξηία παξνπζηάδνπλ εκπέδεζε αλάινγε ηεο ζπρλφηεηαο θαη ζπλεπψο γηα λα κελ ππεξβνχκε ην νλνκαζηηθφ ξεχκα, πξέπεη λα κεηαβάιιεηαη ε ελεξγφο ηηκήο ηεο ηάζεο αλάινγα πξνο ηε ζπρλφηεηα. Με απηφλ ηνλ ηξφπν ε ξνπή αλαηξνπήο, ε νπνία είλαη αλάινγε ηνπ ιφγνπ V/f, δηαηεξείηαη ζηαζεξή ζε φιν ην θάζκα ιεηηνπξγίαο ηνπ θηλεηήξα. Σα ζήκαηα πνπ ειέγρνληαη είλαη ε ηάζε θαη ε ζπρλφηεηα, ελψ δελ απαηηείηαη θάπνην ζήκα αλαηξνθνδφηεζεο (έιεγρνο αλνηρηνχ βξφρνπ). Μηα ηέηνηα ειέγρνπ έρεη ζρεηηθά ρακειφ θφζηνο θαη απνηειεί κία εχθνιε ιχζε πινπνίεζεο. Απφ ηελ άιιε κεξηά, παξνπζηάδεη ην κεηνλέθηεκα φηη ε ξνπή πνπ εθαξκφδεηαη δελ ειέγρεηαη άκεζα θαη ζπλεπψο εμαξηάηαη απφ ην εθάζηνηε θνξηίν πνπ αλαιακβάλεη ν θηλεηήξαο. Δπίζεο, ε απφθξηζε ζε κεηαβαηηθέο θαηαζηάζεηο δελ είλαη γξήγνξε εμαηηίαο ηεο πξνθαζνξηζκέλεο δηαθνπηηθήο ιεηηνπξγίαο ηνπ αληηζηξνθέα. Οη πην γλσζηέο ηερληθέο πνπ βαζίδνληαη ζην βαζκσηό έιεγρν είλαη νη αθφινπζεο: Ηκηηνλνεηδήο δηακόξθσζε πιάηνπο παικώλ (Sinusoidal PWM) Πιενλέθηεκα απηήο ηεο ηερληθήο ειέγρνπ είλαη ην κηθξφ ππνινγηζηηθφ θφζηνο πνπ απαηηείηαη, ελψ κεηνλέθηεκά ηεο απνηειεί ην ρακειφ πιάηνο ηνπ ζήκαηνο ηεο ηάζεο γηα ηε ζεκειηψδε ζπρλφηεηα ην νπνίν είλαη κηθξφηεξν απφ ην 90 % ηνπ ζπλνιηθνχ πιάηνπο ηνπ ζήκαηνο εηζφδνπ, θαζψο ην ππφινηπν βξίζθεηαη ζηηο αλψηεξεο αξκνληθέο. Γηακόξθσζε πιάηνπο παικώλ έμη ζηαδίσλ (Six-Step PWM) Ο αληηζηξνθέαο ζε απηή ηελ ηερληθή ειέγρνπ έρεη έμη μερσξηζηέο δηαθνπηηθέο θαηαζηάζεηο. Όηαλ απηφο παικνδνηείηαη απφ ζπγθεθξηκέλε αιιεινπρία δηαθνπηηθψλ θαηαζηάζεσλ ηφηε ν άμνλαο ηνπ ηξηθαζηθνχ αζχγρξνλνπ θηλεηήξα κπνξεί λα ζηξέθεηαη. Πιενλέθηεκα απηήο ηεο κεζφδνπ είλαη φηη δελ απαηηνχληαη ελδηάκεζνη ππνινγηζκνί, γεγνλφο πνπ θάλεη απινχζηεξε ηελ πινπνίεζή ηεο. Δπηπξφζζεηα, ε ηηκή ηεο βαζηθήο αξκνληθήο ηεο ηάζεο είλαη κεγαιχηεξε απφ ηελ ηηκή ηεο ζηελ είζνδν ηνπ αληηζηξνθέα. Απφ ηελ άιιε κεξηά, ην κεηνλέθηεκα ηεο έγθεηηαη ζηηο ρακειέο ζπρλφηεηεο ησλ αλψηεξσλ αξκνληθψλ, νη νπνίεο βξίζθνληαη θνληά ζηε βαζηθή αξκνληθή θαη δε κπνξνχλ λα θηιηξαξηζηνχλ απφ ηελ επαγσγή ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα. Χο απνηέιεζκα, απμάλνληαη νη απψιεηεο, απμάλεηαη ε θπκάησζε ηεο ξνπήο θαη παξνπζηάδεηαη αθαλφληζηε ζπκπεξηθνξά ηνπ θηλεηήξα ζε ρακειφ αξηζκφ ζηξνθψλ. Γηακόξθσζε πιάηνπο παικώλ κέζσ δηαλύζκαηνο ρώξνπ (Space Vector Modulation PWM - SVMPWM) Απηή ε ηερληθή ειέγρνπ βαζίδεηαη ζηελ ηδέα φηη ηα δηαλχζκαηα ησλ ηξηψλ θάζεσλ ηεο ηάζεο ηνπ επαγσγηθνχ θηλεηήξα κπνξνχλ λα κεηαζρεκαηηζηνχλ ζε έλα κφλν ζηξεθφκελν δηάλπζκα. Ζ πεξηζηξνθή απηνχ ηνπ δηαλχζκαηνο κπνξεί λα παξάγεη κέζσ ηεο ζπγθεθξηκέλεο κεζφδνπ ειέγρνπ ηξηθαζηθά εκηηνλνεηδή ζήκαηα.

117 Πιενλέθηεκά ηεο είλαη ε νη ρακειφηεξεο ηηκέο ησλ αλψηεξσλ αξκνληθψλ θαη ε ιηγφηεξε κλήκε πνπ απαηηεί ν κηθξνειεγθηήο ζε ζχγθξηζε κε ηελ ηερληθή εκηηνλνεηδνχο δηακφξθσζεο παικψλ. Χο κεηνλέθηεκά ηεο ζεσξνχληαη ε ρακειή ηηκή ηεο ηάζεο εηζφδνπ ζε ζρέζε κε ηελ ηάζε ζην DC bus θαη νη πεξηζζφηεξνη ππνινγηζκνί πνπ απαηηνχληαη. Γηακόξθσζε πιάηνπο παικώλ κέζσ δηαλύζκαηνο ρώξνπ κε ππεξδηακόξθσζε (SVMPWM with overmodulation) ε απηή ηε ηερληθή ειέγρνπ παξάγεηαη έλα εκηηνλνεηδέο ζήκα ε βαζηθή αξκνληθή ηνπ νπνίνπ έρεη κεγαιχηεξε ηηκή απφ ην πιάηνο ηεο ζπλερνχο ηάζεο ζηελ είζνδν. Χο ειαηηψκαηα ραξαθηεξίδνληαη νη πνιχπινθνη ππνινγηζκνί, ε θπκάησζε θαη ν ζφξπβνο απφ ηηο αλψηεξεο αξκνληθέο πνπ εκθαλίδνληαη ζηελ πνιηθή ηάζε. Παξφια απηά, ν ιφγνο ηνπ αζξνίζκαηνο ηεο ηζρχνο ησλ αλψηεξσλ αξκνληθψλ πξνο ηελ ηζρχ ηεο βαζηθήο αξκνληθήο παξακέλεη κηθξφηεξνο ζπγθξηηηθά κε ηελ ηερληθή δηακφξθσζεο παικψλ έμη ζηαδίσλ Γηαλπζκαηηθόο έιεγρνο Χο γλσζηφλ, ε ειεθηξνκαγλεηηθή ξνπή πνπ παξάγεηαη απφ έλαλ αζχγρξνλν ειεθηξνθηλεηήξα νθείιεηαη ζηελ αιιειεπίδξαζε ελφο ζηξεθφκελνπ πεδίνπ, πνπ δεκηνπξγεί ην ηξηθαζηθφ ηχιηγκα ηνπ ζηάηε, θαη ησλ επαγφκελσλ ζην δξνκέα ξεπκάησλ. Σν καγλεηηθφ πεδίν πνπ δεκηνπξγείηαη ζην δηάθελν είλαη ζπλάξηεζε ηνπ ρψξνπ θαη ηνπ ρξφλνπ θαη ηα επαγφκελα ξεχκαηα ζην δξνκέα δε κπνξνχλ λα δηαρσξηζηνχλ ζε ζπληζηψζεο πνπ δεκηνπξγνχλ ξνπή ή ξνή. ηε κέζνδν ηνπ δηαλπζκαηηθνχ ειέγρνπ ηα δηαλχζκαηα ησλ ηξηψλ θάζεσλ ηνπ ξεχκαηνο κεηαηξέπνληαη απφ έλα ζηαηηθφ ζχζηεκα αλαθνξάο ηξηψλ αμφλσλ abc ζε έλα νξζνθαλνληθφ ζχζηεκα δχν αμφλσλ d-q ην νπνίν έρεη θαηάιιειν πξνζαλαηνιηζκφ θαη ζηξέθεηαη κε ην ζχγρξνλν αξηζκφ ζηξνθψλ. Γηα ηε κεηαηξνπή απηή ρξεζηκνπνηείηαη ν κεηαζρεκαηηζκφο Clarke-Park, ν νπνίνο επηηξέπεη ην κεηαζρεκαηηζκφ ησλ ελαιιαζζφκελσλ κεγεζψλ ζε ζπλερή κεγέζε. Με απηφ ηνλ ηξφπν ην ξεχκα δηαρσξίδεηαη ζε δχν ζπληζηψζεο νη νπνίεο είλαη θάζεηεο κεηαμχ ηνπο: απηήλ πνπ πξνθαιεί ηε καγλεηηθή ξνή θαη απηήλ πνπ δεκηνπξγεί ηελ ειεθηξνκαγλεηηθή ξνπή. Ο άμνλαο d εθθξάδεη ηελ ξνή πνπ παξάγεη ην ξεχκα ηνπ ζηάηε θαη ν άμνλαο q εθθξάδεη ηε παξαγφκελε ξνπή. Απηφο ν δηαρσξηζκφο επηηξέπεη ηνλ μερσξηζηφ έιεγρν απηψλ ησλ δχν παξακέηξσλ, κε παξφκνην ηξφπν κε απηφλ πνπ εθαξκφδεηαη γηα ηνλ έιεγρν κεραλψλ ζπλερνχο ξεχκαηνο. Καζψο ε παξαγφκελε ξνπή ειέγρεηαη κφλν κεηά απφ κεηαζρεκαηηζκνχ θαη φρη άκεζα ζαλ θχξην ζήκα εηζφδνπ, ε κέζνδνο απηή νλνκάδεηαη θαη έκκεζνο έιεγρνο ξνπήο. Αλ εθκεηαιιεπηνχκε ηελ δπλαηφηεηα πνπ καο παξέρεηαη γηα ειεχζεξε επηινγή ζπζηήκαηνο αλαθνξάο, ηφηε κπνξνχκε λα εθθξάζνπκε ηηο εμηζψζεηο πνπ δηέπνπλ ηε ιεηηνπξγία ηεο κεραλήο ζε έλα νξζνθαλνληθφ ζχζηεκα πνπ ζηξέθεηαη κε ην ζχγρξνλν αξηζκφ ζηξνθψλ. Απηή ε επηινγή δηθαηνινγείηαη απφ ηηο απινπνηήζεηο πνπ κπνξνχλ λα γίλνπλ θαζψο ην καγλεηηθφ πεδίν ζηξέθεηαη κε ην ζχγρξνλν αξηζκφ

118 ζηξνθψλ. Έηζη κπνξνχκε λα ζεσξήζνπκε φηη S S θαη R R θαη νη ζρέζεηο 6.18 θαη 6.19 πνπ ραξαθηεξίδνπλ ηε ιεηηνπξγία ηεο κεραλήο κπνξνχλ λα γξαθνχλ σο εμήο: u R i d dt Sd Sd S Sd S Sq u R i d Sq Sq S Sq S Sd dt d Rd u ' R i ' dt Rd R Rd R Rq u ' R i ' d Rq Rq R Rq R Rd dt (6.23α) (6.23β) (6.24α) (6.24β) Οη καγλεηηθέο ξνέο πνπ πξνθχπηνπλ απφ ην λέν ζχζηεκα αλαθνξάο είλαη νη αθφινπζεο: L i L i ' L i L i ' i L i (6.25α) Sd S Sd h Rd S Sd h Rd Sd S Sd ad L i L i ' L i L i ' i L i (6.25β) Sq S Sq h Rq S Sq h Rq Sq S Sq aq Rd Lh isd L' R i ' Rd LR i ' Rd Lh i ' Rd isd LR i ' Rd ad (6.26α) Rq Lh isq L' R i ' Rq LR i ' Rq Lh i ' Rq isq LR i ' Rq aq (6.26β) φπνπ a ad aq ε ξνή ζην δηάθελν. Οη ηερληθέο πνπ βαζίδνληαη ζηε κέζνδν ηνπ δηαλπζκαηηθνχ ειέγρνπ θαηεγνξηνπνηνχληαη βάζεη δχν δηαθνξεηηθψλ θξηηεξίσλ, ηνλ πξνζαλαηνιηζκφ ηνπ ζπζηήκαηνο αλαθνξάο θαη ηνλ ηξφπν κε ηνλ νπνίν επηηπγράλεηαη απηφο ν πξνζαλαηνιηζκφο. χκθσλα κε ην πξψην θξηηήξην έρνπκε ηελ αθφινπζε δηάθξηζε: Γηαλπζκαηηθόο έιεγρνο κε πξνζαλαηνιηζκό ζηε καγλεηηθή ξνή ηνπ ζηάηε (Stator flux oriented control) Γηαλπζκαηηθόο έιεγρνο κε πξνζαλαηνιηζκό ζηε καγλεηηθή ξνή ηνπ δξνκέα (Rotor flux oriented control) Γηαλπζκαηηθόο έιεγρνο κε πξνζαλαηνιηζκό ζηε καγλεηηθή ξνή ηνπ δηαθέλνπ (Magnetizing flux oriented control) χκθσλα κε ην δεχηεξν θξηηήξην έρνπκε ηελ εμήο δηάθξηζε:

119 Έκκεζνο δηαλπζκαηηθόο έιεγρνο (Indirect Torque Control) Άκεζνο δηαλπζκαηηθόο έιεγρνο (Direct Torque Control) πγθξίλνληαο ηηο παξαπάλσ ηερληθέο ειέγρνπ παξαηεξείηαη φηη ν δηαλπζκαηηθφο έιεγρνο κε πξνζαλαηνιηζκφ ζην πεδίν ηνπ ζηάηε ή ηνπ δξνκέα νδεγεί ζε απινχζηεξεο καζεκαηηθέο εμηζψζεηο ζε ζρέζε κε απηφλ ηνπ δηαθέλνπ, πξάγκα πνπ δηεπθνιχλεη ηελ εθαξκνγή ηνπο ζε ςεθηαθφ έιεγρν κε κηθξνεπεμεξγαζηή. ηνλ έκκεζν δηαλπζκαηηθφ έιεγρν ε γσληαθή ζέζε ηεο καγλεηηθήο ξνήο ηνπ δξνκέα σο πξνο απηή ηνπ ζηάηε δε κεηξάηαη άκεζα, αιιά ππνινγίδεηαη απφ έλα ηζνδχλακν θπθισκαηηθφ κνληέιν θαη απφ κεηξήζεηο πνπ γίλνληαη γηα ηε ηαρχηεηα ηνπ δξνκέα, ην ξεχκα ηνπ ζηάηε θαη ηε ηάζε ηνπ ζηάηε. Ζ ζπλήζεο ηερληθή πνπ εθαξκφδεηαη γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηεο καγλεηηθήο ξνήο ηνπ δξνκέα βαζίδεηαη ζηε ζρέζε νιίζζεζεο, ζηνλ ππνινγηζκφ ηεο νπνίαο ρξεζηκνπνηείηαη ε ζπρλφηεηα πεξηζηξνθήο ηνπ δξνκέα. Με απηφλ ηνλ ηξφπν πξνζδηνξίδνπκε έκκεζα ηε ξνή ζην ζηάηε θαη ηελ πξνζαλαηνιίδνπκε. Γηα απηφ ην είδνο ειέγρνπ απαηηείηαη αηζζεηήξαο ηαρχηεηαο (ζηξνθφκεηξν) θαη εθαξκφδεηαη ζχζηεκα θιεηζηνχ βξφρνπ. Χο πιενλεθηήκαηα ραξαθηεξίδνληαη ε θαιχηεξε απφθξηζε ηεο ξνπήο (ζπγθξηηηθά κε ηνλ βαζκσηφ έιεγρν), ε κέγηζηε ξνπή θνξηίνπ απφ κεδεληθφ αξηζκφ ζηξνθψλ θαη ε αθξίβεηα ζηνλ έιεγρν ηεο ηαρχηεηαο. Απφ ηελ άιιε κεξηά φκσο, απμάλεηαη ε πνιππινθφηεηα ηνπ αιγνξίζκνπ γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηεο ηαρχηεηαο ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν θαη ην θφζηνο πινπνίεζεο εμαηηίαο ηνπ ζπζηήκαηνο αλαηξνθνδφηεζεο. ηνλ άκεζν δηαλπζκαηηθφ έιεγρν νη θάζεηεο ζπληζηψζεο ηνπ πεδίνπ ππνινγίδνληαη κε βάζε ηα κεηξνχκελα κεγέζε ηεο κεραλήο θαη ηηο ηειηθέο εμηζψζεηο ηεο κεραλήο πνπ ππνινγίζηεθαλ παξαπάλσ. Οη ζπληζηψζεο ζε πξψηε θάζε ππνινγίδνληαη γηα έλα αθίλεην ζχζηεκα αλαθνξάο, ην νπνίν ζηε ζπλέρεηα πξνζαλαηνιίδεηαη ζηε ξνή ηνπ ζηάηε ή ηνπ δξνκέα αλάινγα κε ηελ εθαξκνγή. Ο αθξηβήο ππνινγηζκφο ηνπ δηαλχζκαηνο ηεο ξνήο θξίλεη ελ ηέιεη ηελ αμηνπηζηία θαη ηελ αθξίβεηα ηνπ ειέγρνπ Άκεζνο έιεγρνο ξνπήο Ο άκεζνο έιεγρνο ξνπήο ζε ζρέζε κε ηηο κεζφδνπο εκκέζνπ ειέγρνπ ξνπήο θαη βαζκσηνχ ειέγρνπ, δελ έρεη πξνθαζνξηζκέλε δηαθνπηηθή ζπκπεξηθνξά. Ζ θαηάζηαζε ησλ δηαθνπηηθψλ ζηνηρείσλ ηνπ αληηζηξνθέα θαζνξίδεηαη αλάινγα κε ην εθάζηνηε θνξηίν πνπ αλαιακβάλεη ν θηλεηήξαο. Με απηφλ ηνλ ηξφπν ε ηερληθή DTC απνθξίλεηαη ηαρχηαηα ζε νπνηαδήπνηε άκεζε κεηαβνιή ηνπ θνξηίνπ θαη ε αθξίβεηα ηεο ηαρχηεηαο κπνξεί λα εγγπεζεί κε ζθάικα κφιηο 0.5 %, ρσξίο ηε ρξήζε ζπζηήκαηνο αλαηξνθνδφηεζεο. Χζηφζν, απμάλεηαη ε πνιππινθφηεηα ηνπ αιγνξίζκνπ ειέγρνπ. Δπίζεο, ν έιεγρνο ηεο ξνπήο παξακέλεη αθξηβήο αθφκα θαη ζηηο ρακειέο ζπρλφηεηεο, ελψ παξνπζηάδεηαη γξακκηθφηεηα ζε φιν ην θάζκα ειέγρνπ. Σν ζχζηεκα θιεηζηνχ βξφρνπ δελ είλαη ππνρξεσηηθφ φπσο αλαθέξζεθε, αιιά αλ ρξεζηκνπνηεζεί επηηπγράλεηαη αθφκα θαιχηεξνο έιεγρνο ηαρχηεηαο. Σέινο, ε κέζνδνο απηή είλαη ιηγφηεξν επαίζζεηε ζε κεηαβνιέο ησλ θπζηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα. Σν γεληθφ δνκηθφ δηάγξακκα ηεο ηερληθήο DTC παξνπζηάδεηαη ζην αθφινπζν ζρήκα.

120 Δικόνα 6.4 Γεληθό δνκηθό δηάγξακκα άκεζνπ ειέγρνπ ξνπήο [50] Σν ζεκαληηθφηεξν πιενλέθηεκα ηεο ηερληθήο DTC είλαη φηη ε δηαθνπηηθή ιεηηνπξγία ηνπ αληηζηξνθέα ειέγρεη άκεζα ηε ξνπή θαη ηε καγλεηηθή ξνή ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα. Οη κεηαβιεηέο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη σο ζήκαηα εηζφδνπ είλαη ε ζπλερήο ηάζε ζηελ είζνδν ηνπ αληηζηξνθέα, ηα θαζηθά ξεχκαηα ηνπ θηλεηήξα θαη ε ηξέρνπζα θαηάζηαζε ησλ δηαθνπηηθψλ ζηνηρείσλ. Γηα ηνλ ππνινγηζκφ ησλ θαζηθψλ ηάζεσλ ηνπ θηλεηήξα ρξεζηκνπνηείηαη ε ζπλερήο ηάζε ζην DC bus θαη ε δηαθνπηηθή θαηάζηαζε ηνπ αληηζηξνθέα. Έπεηηα, ηα ζήκαηα ησλ ηάζεσλ θαη ησλ ξεπκάησλ ηνπ θηλεηήξα εηζάγνληαη ζε έλα καζεκαηηθφ κνληέιν ην νπνίν εθθξάδεη ηε ιεηηνπξγία ηνπ θηλεηήξα, βαζηζκέλν ζε εμηζψζεηο πνπ πξνθχπηνπλ απφ ηε ζεσξία ειεθηξηθψλ κεραλψλ. Απφ απηφ ην κνληέιν ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα, κεηά απφ κία δηαδηθαζία κεηαζρεκαηηζκψλ θαη πξάμεσλ, εμάγνληαη νη ηξέρνπζεο ππνινγηζζείζεο ηηκέο ηεο ξνήο θαη ηεο ξνπήο. ηε ζπλέρεηα, απηέο νη έμνδνη ζπγθξίλνληαη κε ηα αληίζηνηρα κεγέζε αλαθνξάο θαη κε απηφλ ηνλ ηξφπν θαζνξίδεηαη ε λέα δηαθνπηηθή θαηάζηαζε ηνπ αληηζηξνθέα. Απηή ε δηαδηθαζία επαλαιακβάλεηαη κε πεξίνδν ηεο ηάμεσο ησλ κsec θαη έηζη αλαλεψλεηαη ζπλερψο θαη άκεζα ε δηαθνπηηθή ινγηθή. 6.3 Έιεγρνο αληηζηξνθέα κε ρξήζε ηεο ηερληθήο DTC Δθαξκνγή ηεο κεζόδνπ DTC πγθξίλνληαο φιεο ηηο παξαπάλσ κεζφδνπο ειέγρνπ πνπ αλαιχζεθαλ, επηιέρζεθε ν άκεζνο έιεγρνο ξνπήο (DTC) γηα ηελ νδήγεζε ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα ηνπ πβξηδηθνχ νρήκαηνο, θαζψο απνηειεί ηε βέιηηζηε ιχζε παξέρνληαο αμηφπηζην έιεγρν, γξήγνξε απφθξηζε, δπλαηφηεηεο γηα πεξεηαίξσ βειηίσζε θαη έρεη ήδε πινπνηεζεί ζε παξφκνηεο εθαξκνγέο φπσο αλαθέξνληαη ζηε βηβιηνγξαθία. Γηα ηελ εθαξκνγή ηνπ απαηηνχληαη ε κέηξεζε ηεο ζπλερνχο ηάζεο ηξνθνδνζίαο ηνπ αληηζηξνθέα θαζψο θαη δχν εθ ησλ ηξηψλ θαζηθψλ ξεπκάησλ ηνπ θηλεηήξα. Μεηά

121 απφ επεμεξγαζία ησλ κεηξήζεσλ, ν πξνγξακκαηηζηηθφο αιγφξηζκνο ππνινγίδεη ηε καγλεηηθή ξνή ηεο ειεθηξηθήο κεραλήο θαη ηνλ πξνζαλαηνιηζκφ απηήο, θαζψο θαη ηελ ειεθηξνκαγλεηηθή ξνπή ηνπ άμνλα. Έπεηηα ηα κεγέζε απηά ζπγθξίλνληαη κε ηα κεγέζε αλαθνξάο πνπ ζέηνπκε θαη αλαιφγσο παικνδνηνχληαη ηα εθάζηνηε δηαθνπηηθά ζηνηρεία ηνπ αληηζηξνθέα. Σν δνκηθφ δηάγξακκα ηνπ ακέζνπ έιεγρνπ ξνπήο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε παξνπζηάδεηαη ζην αθφινπζν ζρήκα. Δικόνα 6.5 Γνκηθό δηάγξακκα άκεζνπ ειέγρνπ ξνπήο πνπ εθαξκόζηεθε ηηο επφκελεο ππνελφηεηεο αθνινπζνχλ ηα βήκαηα πνπ εθαξκφζηεθαλ γηα ηελ πινπνίεζε ηεο κεζφδνπ DTC Τπνινγηζκόο ηάζεσλ ζηάηε ζην ζύζηεκα d-q Γηα ηνλ ππνινγηζκφ ησλ ζπληζησζψλ ησλ θαζηθψλ ηάζεσλ ηνπ ζηάηε ζην ζχζηεκα d-q απαηηείηαη ε κέηξεζε ηεο ζπλερνχο ηάζεο ζηελ είζνδν ηνπ ειεθηξνληθνχ κεηαηξνπέα ηζρχνο θαη ε θαηάζηαζε ζηελ νπνία βξίζθνληαη ηα δηαθνπηηθά ζηνηρεία ηζρχνο. Υξεζηκνπνηψληαο ην κεηαζρεκαηηζκφ ηνπ Park απφ ηε ζρέζε 6.12 ε ηάζε ηνπ ζηάηε ππνινγίδεηαη: u u Sd Sq 2 2 cos( ) cos( ) 2 cos S S S sin S 2 2 sin( ) sin( ) 3 3 V V V S S c a b (6.27)

122 Οη ζηηγκηαίεο θαζηθέο ηάζεηο ησλ ηπιηγκάησλ ηνπ ζηάηε είλαη V a (t), V b (t) θαη V c (t). Θέηνληαο ζ S =0 έρνπκε: us ( t) usd ( t) usq( t) Va ( t) Vb ( t) Vc ( t) j Vb ( t) j Vc ( t ) us ( t) Va ( t) j Vb ( t) j Vc ( t ) us ( t) Va ( t) avb ( t) a Vc ( t ) (6.28) 3 φπνπ j 3 a j e θαη j 3 a j e (6.29) 2 2 Ζ ηξνθνδνζία ηεο αζχγρξνλεο κεραλήο παξέρεηαη ζην ηξηθαζηθφ ηχιηγκα ηνπ ζηάηε ην νπνίν είλαη ζπλδεδεκέλν ζε αζηέξα, φπσο θαίλεηαη ζην αθφινπζν ζρήκα. Δικόνα 6.6 Σξηθαζηθόο αληηζηξνθέαο ζπλδεδεκέλνο κε ηξηθαζηθό ηύιηγκα θηλεηήξα

123 Ζ δηαθνξά δπλακηθνχ κεηαμχ ηνπ κέζνπ θάζε θιάδνπ θαη ηεο γεο είλαη V DC φηαλ άγεη ν πάλσ δηαθφπηεο ή 0 φηαλ άγεη ν θάησ δηαθφπηεο. Σε ζρέζε αγσγήο ή φρη ηνπ θάζε δηαθφπηε ηελ εθθξάδνπκε κε ηελ αθφινπζε εμίζσζε: 1 Sx() t (6.30) 0 φπνπ ην 1 ζπκβνιίδεη φηη άγεη ην πάλσ δηαθνπηηθφ ζηνηρείν ελψ ην θάησ δελ άγεη θαη ην 0, αληηζηξφθσο, ζπκβνιίδεη φηη άγεη ην θάησ δηαθνπηηθφ ζηνηρείν ελψ ην πάλσ δελ άγεη γηα ηνλ «x» θιάδν. εκεηψλεηαη φηη ε ιεηηνπξγία ησλ δηαθνπηψλ θάζε θιάδνπ είλαη ζπκπιεξσκαηηθή. Οη θαζηθέο ηάζεηο ηνπ θηλεηήξα κπνξνχλ λα γξαθνχλ σο εμήο: 1 V ( t) 2S S S V 3 (6.31α) a a b c DC 1 Vb ( t) 2Sb Sa Sc V DC (6.31β) 3 1 Vc ( t) 2Sc Sa Sb V DC (6.31γ) 3 πλδπάδνληαο ηελ εμίζσζε ηεο ηάζεο ηνπ ζηάηε ζην ζχζηεκα d-q (6.28) κε ηηο εμηζψζεηο ησλ θαζηθψλ ηάζεσλ ζην ηξηθαζηθφ ζχζηεκα (6.31) πξνθχπηεη: j j 3 3 us VDC Sa Sb e Sc e (6.32) 3 ε νπνία αλαιχεηαη ζηηο δχν ζπληζηψζεο: usd VDC Sa Sb S c (6.33) θαη usq VDC Sb S c (6.34) Οη ηηκέο ησλ ηάζεσλ u Sd θαη u Sq κεηαβάιινληαη ζχκθσλα κε ηελ εθάζηνηε θαηάζηαζε ησλ έμη δηαθνπηψλ ηνπ αληηζηξνθέα. πλνιηθά έρνπκε 8 δηαθνξεηηθνχο ζπλδπαζκνχο θαηαζηάζεσλ ησλ δηαθνπηηθψλ ζηνηρείσλ νη νπνίνη αληηζηνηρίδνληαη ζε δηαθνξεηηθέο γσλίεο ζην δηάλπζκα ηεο ηάζεο θαη ηνπο νπνίνπο ζπκβνιίδνπκε κε V 0, V 1, V 2, V 3, V 4, V 5, V 6 θαη V 7. Οη παξαπάλσ εμηζψζεηο κπνξνχλ λα γξαθνχλ σο εμήο: 2 usd V dc cos (6.35) 3

124 usq V dc sin (6.36) 3 φπνπ 3 γηα θ=0,1,2,3,4,5,6,7 (6.37) Κάζε ηηκή ηεο γσλίαο ζ αληηζηνηρεί ζε κία ηηκή ηνπ θ. Ζ απεηθφληζε ησλ δηαθνξεηηθψλ ηηκψλ ηεο ηάζεο ζπλαξηήζεη ηεο γσλίαο ζ θαίλεηαη ζηελ αθφινπζε εηθφλα. εκεηψλεηαη φηη ηα δηαλχζκαηα V 0 θαη V 7 είλαη κεδεληθά θαη γηα απηφ ην ιφγν δε θαίλνληαη. Δικόνα 6.7 Απεηθόληζε δηαλπζκάησλ ζπλαξηήζεη ηεο δηαθνπηηθήο θαηάζηαζεο ηνπ αληηζηξνθέα Τπνινγηζκόο ξεπκάησλ ζηάηε ζην ζύζηεκα d-q Γηα ηνλ ππνινγηζκφ ησλ ζπληζησζψλ ησλ θαζηθψλ ξεπκάησλ ηνπ ζηάηε ζην ζχζηεκα d-q απαηηείηαη ε κέηξεζε δχν εθ ησλ ηξηψλ ελαιιαζζφκελσλ ξεπκάησλ ηξνθνδνζίαο ηεο κεραλήο. Δπεηδή ηα ηξία ηπιίγκαηα ηνπ ζηάηε είλαη ζπλδεδεκέλα θαηά αζηέξα ηζρχεη ε ζρέζε: i i i 0 (6.38) a b c απφ ηελ νπνία ππνινγίδεηαη θαη ην ηξίην ξεχκα: ic ( ia i b)

125 Υξεζηκνπνηψληαο ην κεηαζρεκαηηζκφ ηνπ Park απφ ηε ζρέζε 6.12 νη ζπληζηψζεο ησλ ξεπκάησλ ηνπ ζηάηε ππνινγίδνληαη: i i Sd Sq i i i a b c (6.39) δειαδή θαη isd ia ib i c (6.40) isq ib i c (6.41) Απφ ηελ ζρέζε 6.38, νη ζρέζεηο 6.40 θαη 6.41 απινπνηνχληαη: 2 isd i a (6.42) 3 2 isd ia 2i b (6.43) Τπνινγηζκόο καγλεηηθήο ξνήο ζηάηε Γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηεο καγλεηηθήο ξνήο ζην ζηάηε ππάξρνπλ δχν ηξφπνη: ην κνληέιν ηνπ ξεχκαηνο θαη ην κνληέιν ηεο ηάζεο. χκθσλα κε ην κνληέιν ηνπ ξεχκαηνο ε καγλεηηθή ξνή ππνινγίδεηαη: 1 L L L i S h R h S R (6.44) φπνπ 1 L i 1 j dt (6.45) R h S R R R R Γεληθά ε κέζνδνο απηή δε ζπλίζηαηαη επεηδή ε ηηκή ηεο κεηαβιεηήο η R κεηαβάιιεηαη πνιχ, αληίζηνηρα κε ηε κεηαβνιή ηνπ αξηζκνχ ζηξνθψλ ηνπ θηλεηήξα. χκθσλα κε ην κνληέιν ηεο ηάζεο ε καγλεηηθή ξνή ππνινγίδεηαη: S VS IS RS dt (6.46) Απφ ηελ παξαπάλσ ζρέζε, γλσξίδνληαο ηελ ηάζε, ην ξεχκα θαη ηελ αληίζηαζε ηνπ ζηάηε, κπνξνχκε λα ππνινγίζνπκε ηε καγλεηηθή ξνή. Σν κεηνλέθηεκα απηήο ηεο κεζφδνπ είλαη ε κεηαβνιή ηεο αληίζηαζεο ηνπ ζηάηε ζπλαξηήζεη ηνπ αξηζκνχ

126 ζηξνθψλ ηεο κεραλήο. ε ρακειφ αξηζκφ ζηξνθψλ ε πηψζε ηάζεο πάλσ ζηα ηπιίγκαηα ηνπ ζηάηε είλαη ζπγθξίζηκε κε ην κέγεζνο ηεο ηάζεο πνπ δεκηνπξγεί ην καγλεηηθφ πεδίν ζην ζηάηε. Αληηζέησο, ζε πςειφ αξηζκφ ζηξνθψλ ε πηψζε ηάζεο πάλσ ζηα ηπιίγκαηα ζεσξείηαη ακειεηέα ζε ζχγθξηζε κε ηε ζπλνιηθή ηάζε ηξνθνδνζίαο. ην πξφγξακκα ειέγρνπ πνπ πινπνηήζεθε, ε πηψζε ηάζεο πάλσ ζηα ηπιίγκαηα ηνπ ζηάηε ζεσξήζεθε κεδεληθή γηα ιφγνπο απινπνίεζεο ησλ πξάμεσλ. Παξφια απηά δελ επεξεάδεηαη ζεκαληηθά ην απνηέιεζκα, θαζψο ν κεγάινο ιφγνο κεηάδνζεο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη απφ ηνλ θηλεηήξα ζηνπο ηξνρνχο ηνπ νρήκαηνο (11.97/1), επηηξέπεη ηελ απνθπγή ιεηηνπξγία ηνπ πξψηνπ ζε κηθξν αξηζκφ ζηξνθψλ. Δπνκέλσο πξνθχπηεη ε ζρέζε: S VSdt (6.47) Δπεηδή ν άκεζνο έιεγρνο ξνπήο πινπνηείηαη κε ηε ρξήζε κηθξνεπεμεξγαζηή, δηαθξηηνπνηείηαη ην νινθιήξσκα ππνινγηζκνχ ηεο ξνήο θαη πξνθχπηνπλ νη δχν ζπληζηψζεο ηνπ ζπζηήκαηνο d-q σο εμήο: Sd ( k 1) Sd ( k) Sd V T (6.48α) Sq ( k 1) Sq ( k) Sq V T (6.48β) φπνπ Σ είλαη ε πεξίνδνο εθηέιεζεο ελφο βξφρνπ ειέγρνπ ηνπ κηθξνεπεμεξγαζηή. εκεηψλεηαη φηη φζν κεγαιχηεξε είλαη ε ζπρλφηεηα ιεηηνπξγίαο ηνπ επεμεξγαζηή ηφζν αθξηβέζηεξε δηαθξηηνπνίεζε έρνπκε. 2 2 Ζ ζπλνιηθή καγλεηηθή ξνή Φ S ππνινγίδεηαη: S( k ) Sd( k ) Sq (6.49) ( k ) Τπνινγηζκόο ηνκέα Όπσο αλαθέξακε ζε πξνεγνχκελε ελφηεηα, γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηεο ξνήο πνπ αλαπηχζζεηαη ζηε κεραλή, ζηνλ άκεζν δηαλπζκαηηθφ έιεγρν, πξψηα ππνινγίδνπκε ηελ ηηκή ηεο θαη έπεηηα θαζνξίδνπκε ηνλ πξνζαλαηνιηζκφ ηεο. ηε ζπγθεθξηκέλε εθαξκνγή, ε πξνζέγγηζε ηεο γσλίαο ηεο ξνήο γίλεηαη κε πεξηζψξην 60 ν ιφγσ ησλ δηαζέζηκσλ δηαθνπηηθψλ θαηαζηάζεσλ, κέζσ ησλ νπνίσλ ππνινγίδεηαη ην δηάλπζκα ηεο ηάζεο (V 0 -V 7 ). Δπεηδή ηα δχν απφ απηά ηα δηαλχζκαηα είλαη κεδεληθά απνκέλνπλ έμη, ηα νπνία νξίδνπλ έμη αληίζηνηρνπο ηνκείο. Σν κέγεζνο ηεο ξνήο ινηπφλ ζα εθθξάδεηαη θαη απηφ απφ έλα δηάλπζκα ην νπνίν ζα πεξηζηξέθεηαη θαη ζα πεξλάεη κέζα απφ απηνχο ηνπο ηνκείο. Γηα λα γλσξίδνπκε θάζε ζηηγκή ζε πνηνλ ηνκέα βξίζθεηαη ην δηάλπζκα ηεο ξνήο, αξθεί λα βξνχκε ηε γσλία πνπ ζρεκαηίδεη απηφ κε ηελ αξρή ησλ αμφλσλ ηνπ ζπζηήκαηνο d-q.

127 Δικόνα 6.8 Μαγλεηηθή ξνή Φ S Ζ γσλία ηεο καγλεηηθήο ξνήο ινηπφλ ππνινγίδεηαη: S sin 1 Sd S (6.50α) θαη S cos 1 Sq S (6.50β) Σα φξηα ησλ ηνκέσλ πνπ πξνθχπηνπλ, εθθξαζκέλα ζε εκίηνλα θαη ζπλεκίηνλα γσληψλ, θαίλνληαη ζηελ αθφινπζε εηθφλα.

128 Δικόνα 6.9 Όξηα ηνκέσλ εθθξαζκέλα ζε εκίηνλα θαη ζπλεκίηνλα γσληώλ Τπνινγηζκόο ειεθηξνκαγλεηηθήο ξνπήο Ζ ειεθηξνκαγλεηηθή ξνπή ππνινγίδεηαη πνπ αλαπηχζζεηαη ζηνλ θηλεηήξα ππνινγίδεηαη απφ ηνλ ηχπν: 3 M p ISq Sd I Sd Sq (6.51) 2 φπνπ p ν αξηζκφο ησλ δεπγψλ πφισλ ηεο κεραλήο ύγθξηζε ξνήο θαη ξνπήο κε ηα κεγέζε αλαθνξάο Αθνχ έρνπλ ππνινγηζηεί φια ηα απαξαίηεηα κεγέζε πνπ ρξεζηκνπνηεί ε ηερληθή DTC (καγλεηηθή ξνή θαη ειεθηξνκαγλεηηθή ξνπή) ζχκθσλα κε ην παξαπάλσ καζεκαηηθφ κνληέιν πνπ πινπνηήζεθε γηα ηε κεραλή, έπεηηα απηά ζπγθξίλνληαη κε θάπνηα κεγέζε αλαθνξάο έηζη ψζηε λα δηαπηζησζεί ε παξέκβαζε πνπ πξέπεη λα γίλεη (ζηνλ επφκελν βξφρν ειέγρνπ ηνπ κηθξνεπεμεξγαζηή) γηα λα πξνζεγγηζηεί ε επηζπκεηή θαηάζηαζε ιεηηνπξγίαο ηεο κεραλήο.

129 Ζ ζχγθξηζε ηεο καγλεηηθήο ξνήο γίλεηαη απφ έλαλ ειεγθηή, ν νπνίνο δέρεηαη σο είζνδν ην δηαθνξηθφ ζήκα ηεο ππνινγηζζείζαο ξνήο θαη ηεο ξνήο αλαθνξάο θαη βγάδεη σο έμνδν δχν δπλαηέο θαηαζηάζεηο: είηε ηελ αχμεζε είηε ηε κείσζε ηεο ξνήο. Δικόνα 6.10 Έιεγρνο καγλεηηθήο ξνήο δύν θαηαζηάζεσλ Ζ ζχγθξηζε ηεο ειεθηξνκαγλεηηθήο ξνπήο γίλεηαη αληίζηνηρα απφ έλαλ ειεγθηή, ν νπνίνο δέρεηαη σο είζνδν ην δηαθνξηθφ ζήκα ηεο ππνινγηζζείζαο ξνπήο θαη ηεο ξνπήο αλαθνξάο, αιιά εδψ ε έμνδφο ηνπ απνηειείηαη απφ ηξεηο δπλαηέο θαηαζηάζεηο: αχμεζε, δηαηήξεζε ή κείσζε ηεο ξνπήο. Ζ κεζαία θαηάζηαζε επηηπγράλεηαη κε ηελ εηζαγσγή ελφο εχξνπο πζηέξεζεο («παξάζπξν»), φπνπ φζν ε δηαθνξά ηεο παξαπάλσ ζχγθξηζεο βξίζθεηαη εληφο θάπνησλ ζπγθεθξηκέλσλ νξίσλ ηφηε ν έιεγρνο δελ παξεκβαίλεη ζηε κεραλή. Σν παξάζπξν απηφ ζπλεηζθέξεη ζηελ εμνκάιπλζε ηεο θπκάησζεο ηεο ξνπήο πνπ αλαπηχζζεηαη ζηε κεραλή. Όζν γξεγνξφηεξνο είλαη ν κηθξνεπεμεξγαζηήο θαη ζπλεπψο ε πεξίνδνο παξέκβαζεο ζηελ θαηάζηαζε ιεηηνπξγίαο ηνπ αληηζηξνθέα ηφζν κηθξφηεξν επηηξέπεηαη λα είλαη ην εχξνο πζηέξεζεο. Δικόνα 6.11 Έιεγρνο ξνπήο ηξηώλ θαηαζηάζεσλ

130 Δπηινγή δηαλύζκαηνο ηάζεο Μεηά απφ ηελ νινθιήξσζε ηεο ζχγθξηζεο, είκαζηε ζε ζέζε λα επηιέμνπκε ηελ θαηάζηαζε ησλ δηαθνπηηθψλ ζηνηρείσλ ηνπ αληηζηξνθέα ε νπνία ζα απνδψζεη ην βέιηηζην δηάλπζκα γηα ηελ ηξνθνδνζία ηεο κεραλήο κε ηελ θαηάιιειε ηάζε. πγθεθξηκέλα, θαζψο ην δηάλπζκα ηεο καγλεηηθήο ξνήο ηνπ ζηάηε πεξηζηξέθεηαη, αλά πάζα ζηηγκή κπνξνχκε λα ην επηηαρχλνπκε ή λα ην επηβξαδχλνπκε, θαζψο επίζεο θαη λα κεηαβάιινπκε ην κέηξν ηνπ. Ζ γσληαθή ηαρχηεηα ηνπ δηαλχζκαηνο ηεο ξνήο έρεη άκεζε ζρέζε κε ηε ξνπή πνπ παξάγεη ν θηλεηήξαο: M M J el load d dt (6.52) ην αθφινπζν ζρήκα παξνπζηάδεηαη ν ηξφπνο κε ηνλ νπνίν κπνξνχκε λα επέκβνπκε γηα λα δηνξζψζνπκε ην δηάλπζκα ηεο ξνήο ηνπ ζηάηε. Αλάινγα κε ηε ζρεηηθή δηφξζσζε πνπ πξνθχπηεη απφ ηνπο δχν ειεγθηέο πνπ αλαθέξακε, επηιέγεηαη έλα απφ ηα νρηψ δηαλχζκαηα ηάζεο ηα νπνία αληηζηνηρνχλ ζε κία απφ ηηο νρηψ δηαθνπηηθέο θαηαζηάζεηο ηνπ αληηζηξνθέα. Δικόνα 6.12 Γηόξζσζε δηαλύζκαηνο καγλεηηθήο ξνήο [51] ην ζπγθεθξηκέλν παξάδεηγκα, ζην νπνίν ην δηάλπζκα ηεο ξνήο βξίζθεηαη ζηνλ πξψην ηνκέα, εάλ ζέινπκε λα απμήζνπκε ηε ξνή επηιέγνπκε έλα απφ ηα δηαλχζκαηα V 1, V 2 ή V 6 ηα νπνία κε ηελ εθαξκνγή ηνπο απμάλνπλ ην κέηξν ηεο Φ S (ζην ζρήκα έρνπκε ι S ). Δάλ επίζεο ζέινπκε λα απμήζνπκε ηαπηφρξνλα θαη ηε ξνπή ζα πξέπεη λα επηιέμνπκε ην δηάλπζκα V 2 ην νπνίν ηείλεη λα πεξηζηξέςεη ην δηάλπζκα ηεο ξνήο πξνο ηελ ίδηα θνξά κε κεγαιχηεξε ηαρχηεηα. Παξφκνηεο επηινγέο δηαλπζκάησλ γίλνληαη γηα νπνηαδήπνηε κεηαβνιή ηεο ξνήο θαη ηεο ξνπήο, ζε νπνηνλδήπνηε ηνκέα.

131 Ο αθφινπζνο πίλαθαο παξνπζηάδεη ηνλ ηξφπν κε ηνλ νπνίν επηιέγνληαη ηα εθάζηνηε δηαλχζκαηα ζε θάζε πεξίπησζε. Πίνακαρ 6.1 Πίλαθαο επηινγήο δηαλύζκαηνο Ζ ηξηάδα ησλ αξηζκψλ πνπ αληηζηνηρεί ζε θάζε δηάλπζκα εθθξάδεη πνην δηαθνπηηθφ ζηνηρείν άγεη απφ θάζε θιάδν (S a, S b, S c ). Έηζη πξνζδηνξίδεηαη ε ζπλνιηθή θαηάζηαζε ησλ δηαθνπηψλ ηνπ αληηζηξνθέα. εκεηψλεηαη φηη ηα δηαλχζκαηα V 0 θαη V 7 νδεγνχλ ζε απνθνπή ηεο ηξηθαζηθήο κεραλήο απφ ηελ ηξνθνδνζία ηεο ζπλερνχο ηάζεο. ηηο επφκελεο εηθφλεο παξνπζηάδνληαη νη δηαθνπηηθέο θαηαζηάζεηο ηνπ αληηζηξνθέα θαη νη πνιηθέο ηάζεηο πνπ εθαξκφδνληαη ζηνλ ειεθηξνθηλεηήξα αληίζηνηρα. Δικόνα 6.13 Απεηθόληζε ησλ νρηώ δηαθνπηηθώλ θαηαζηάζεσλ ηνπ αληηζηξνθέα [47]

132 Δικόνα 6.14 Πνιηθέο ηάζεηο ηεο κεραλήο ζπλαξηήζεη ησλ νρηώ δηαζέζηκσλ δηαλπζκάησλ Με ηε κέζνδν ακέζνπ ειέγρνπ ξνπήο ινηπφλ, πξνζηίζεληαη κε ζηαζεξφ ξπζκφ ηα δηνξζσηηθά δηαλχζκαηα ηεο καγλεηηθήο ξνήο θαη επηηπγράλεηαη ν έιεγρνο ηνπ θηλεηήξα. ηα δχν αθφινπζν ζρήκαηα παξνπζηάδνληαη νη γξαθηθέο παξαζηάζεηο ηεο ξνήο θαηά ηε δηάξθεηα ηεο εθθίλεζεο ηεο κεραλήο θαη θαηά ηε δηάξθεηα αιιαγήο ηεο ξνήο αλαθνξάο. Δικόνα 6.15 Γηαδνρηθέο ηηκέο ηνπ δηαλύζκαηνο ηεο ξνήο θαηά ηελ επηηάρπλζε ησλ ζηξνθώλ ηεο κεραλήο, γηα αύμεζε ηεο ξνπήο θαη δηαθνπηηθή ζπρλόηεηα ιεηηνπξγίαο ηνπ αληηζηξνθέα 15 khz [60]

133 Δικόνα 6.16 Μεηαβνιή ηεο καγλεηηθήο ξνήο αλαθνξάο θαηά ηε δηάξθεηα ιεηηνπξγίαο ηεο κεραλήο [56]

134

135 ΚΔΦΑΛΑΙΟ 7 ΗΛΔΚΣΡΟΝΙΚΟ ΜΔΣΑΣΡΟΠΔΑ ΙΥΤΟ ΤΝΔΥΟΤ ΣΑΗ Δ ΣΡΙΦΑΙΚΗ ΔΝΑΛΛΑΟΜΔΝΗ ΣΑΗ [29], [54]-[57] 7.1 ρεδηαζκόο αληηζηξνθέα Γηα ηελ νδήγεζε ηεο ηξηθαζηθήο αζχγρξνλεο κεραλήο ζρεδηάζηεθε θαη θαηαζθεπάζηεθε έλαο ειεθηξνληθφο κεηαηξνπέαο ηζρχνο ζπλερνχο ηάζεο ζε ηξηθαζηθή ελαιιαζζφκελε (3-phase DC-AC Inverter) ή ηξηθαζηθφο αληηζηξνθέαο ηάζεο (Voltage Source Inverter - VSI), φπσο αιιηψο ιέγεηαη. Ο ηξηθαζηθφο αληηζηξνθέαο ηάζεο είλαη έλαο ειεθηξνληθφο κεηαηξνπέαο ηζρχνο ν νπνίνο δέρεηαη σο είζνδν ζπλερή ηάζε θαη βγάδεη ζηελ έμνδφ ηνπ ηξηθαζηθή ελαιιαζζφκελε εκηηνλνεηδή ηάζε κεηαβιεηνχ πιάηνπο θαη ζπρλφηεηαο. Απνηειείηαη απφ έμη δηαθνπηηθά ζηνηρεία ηα νπνία δηαηάζζνληαη αλά δχν ζε ηξεηο θιάδνπο. Ο θάζε θιάδνο ηξνθνδνηείηαη κε ηε ζπλερή ηάζε ελψ νη έμνδνη ιακβάλνληαη απφ ην κέζν θάζε θιάδνπ φπσο παξνπζηάδεηαη ζηελ αθφινπζε εηθφλα. Δικόνα 7.1 Σξηθαζηθόο αληηζηξνθέαο ηάζεο Έλαο ηξηθαζηθφο αληηζηξνθέαο ηάζεο απαξηίδεηαη απφ ηα εμήο επηκέξνπο ζηνηρεία:

136 έμη εκηαγσγηθά ζηνηρεία ην ζχζηεκα ςχμεο ηνπο ππθλσηέο ζηαζεξνπνίεζεο ζπλερνχο ηάζεο ην ειεθηξνληθφ θχθισκα ειέγρνπ κηθξνειεγθηήο ηηο απαξαίηεηεο θαισδηψζεηο ην ζχζηεκα πξνζηαζίαο ηεο δηάηαμεο ην θνπηί θχιαμεο ηηο επφκελεο ελφηεηεο αθνινπζεί αλαιπηηθή πεξηγξαθή ησλ παξαπάλσ ηκεκάησλ. 7.2 Ηκηαγσγηθά ζηνηρεία Ζ επηινγή ησλ εκηαγσγηθψλ ζηνηρείσλ απνηειεί ζεκαληηθφ θξηηήξην γηα ηε ιεηηνπξγία ηνπ αληηζηξνθέα. Σα ηδηαίηεξα ειεθηξηθά ραξαθηεξηζηηθά πνπ απαηηείηαη λα δηαζέηνπλ ηα εκηαγσγηθά ζηνηρεία ηζρχνο είλαη: νη πςειέο ηάζεηο δηάζπαζεο ε ηθαλφηεηα δηέιεπζεο πςειψλ ηηκψλ ξεχκαηνο νη κηθξέο πηψζεηο ηάζεο ζε θαηάζηαζε αγσγήο νη ρακειέο αληηζηάζεηο αγσγήο νη κηθξέο ηηκέο ηνπ ξεχκαηνο δηαξξνήο νη κηθξνί δηαθνπηηθνί ρξφλνη θαηά ηελ έλαπζε θαη ζβέζε ε ηθαλφηεηα αληνρήο ζε πςειέο ζεξκνθξαζίεο θαη αθηηλνβνιίεο νη ρακειέο απαηηήζεηο ηζρχνο ζην θχθισκα ειέγρνπ (γηα ηα ειεγρφκελα ζηνηρεία ηζρχνο) ν πςειφο κέζνο ρξφλνο κεηαμχ δχν δηαδνρηθψλ θαηαζηξνθψλ ηνπ ζηνηρείνπ (Mean Time Between Failures - MTBF), πνπ επηδξά ζηελ αμηνπηζηία ηεο ζπζθεπήο ην ρακειφηεξν δπλαηφ θφζηνο Βάζε ηνπ είδνπο ησλ δηαθνπηηθψλ ζηνηρείσλ επηιέγεηαη ν ηξφπνο παικνδφηεζεο (παικνί ηάζεο ή παικνί ξεχκαηνο) θαηά ηελ έλαπζε θαη ζβέζε απηψλ. Γχν επίζεο ζεκαληηθνί παξάγνληεο πνπ θξίλνπλ απηή ηελ επηινγή είλαη ε ηζρχο πνπ ζέινπκε λα ειέγρεη ν αληηζηξνθέαο θαη ε δηαθνπηηθή ζπρλφηεηα ιεηηνπξγίαο ηνπ πνπ θαζνξίδεη πφζν γξήγνξε ζα είλαη ε απφθξηζή ηνπ ζηε δηακφξθσζε ηεο ηάζεο εμφδνπ. Σα γλσζηφηεξα δηαθνπηηθά ζηνηρεία πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζηηο πεξηζζφηεξεο εθαξκνγέο είλαη ηα ζπξίζηνξ ή ειεγρφκελνη αλνξζσηέο ππξηηίνπ (Silicon Controlled Rectifier - SCR), ηα GTO ζπξίζηνξ (Gate Turn-Off thyristor), ηα BJT ηζρχνο ή ηξαλδίζηνξ ηζρχνο δηπνιηθήο επαθήο (Bipolar Junction Transistor power BJT), ηα IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) θαη ηα MOSFET ηζρχνο (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Ζ πεξηνρή ιεηηνπξγίαο ησλ παξαπάλσ ζηνηρείσλ θαίλεηαη ζηελ αθφινπζε εηθφλα.

137 Δικόνα 7.2 Πεξηνρή ιεηηνπξγίαο εκηαγσγηθώλ ζηνηρείσλ (ζπλαξηήζεη ξεύκαηνο, ηάζεο θαη ζπρλόηεηαο) [55] πγθξίλνληαο ηα παξαπάλσ είδε δηαθνπηηθψλ ζηνηρείσλ ζα επηθεληξσζνχκε ζηηο βαζηθέο δηαθνξέο πνπ παξνπζηάδνπλ: Θπξίζηνξ Έρνπλ ρακειή ζπρλφηεηα ιεηηνπξγίαο (κφιηο κεξηθά khz γηα ηα πην γξήγνξα ζηνηρεία). Παικνδνηνχληαη κε έλα κηθξφ ζεηηθφ παικφ ξεχκαηνο γηα λα μεθηλήζνπλ λα άγνπλ, ελψ γηα ηε ζβέζε ηνπο απαηηείηαη ην ξεχκα πνπ ηα δηαξξέεη λα πέζεη θάησ απφ κία νξηζκέλε ηηκή (ξεχκα ζπγθξάηεζεο). Άξα, δε κπνξνχλ λα εθαξκνζηνχλ ζηνλ αληηζηξνθέα θαζψο ε ιεηηνπξγία ηνπ βαζίδεηαη ζηελ εμαλαγθαζκέλε ζβέζε ησλ ζηνηρείσλ θαη ζηελ πςειή δηαθνπηηθή ζπρλφηεηα. GTO ζπξίζηνξ H δηαθνπηηθή ζπρλφηεηα ιεηηνπξγίαο ηνπο είλαη κεγαιχηεξε ζε ζρέζε κε ηα ζπξίζηνξ. Παικνδνηνχληαη κε έλα κηθξφ ζεηηθφ παικφ ξεχκαηνο γηα λα εηζέιζνπλ ζηελ θαηάζηαζε αγσγήο θαη ε ζβέζε ηνπο επηηπγράλεηαη κε έλα αξλεηηθφ παικφ ξεχκαηνο ζην ειεθηξφδην ηεο πχιεο. πλεπψο, επηηξέπνπλ εμαλαγθαζκέλε ζβέζε, φκσο ε ελίζρπζε ξεχκαηνο ζηα GTO ζπξίζηνξ θαηά ηε ζβέζε ηνπο είλαη κηθξή κε απνηέιεζκα λα απαηηείηαη κεγάιν αξλεηηθφ ξεχκα. Γηα απηφ ην ιφγν απαηηείηαη βνεζεηηθφ θχθισκα ππνβνήζεζεο ηεο ζβέζεο γεγνλφο πνπ θάλεη πνιχπινθε ηε δηαδηθαζία ζβέζεο ηνπο.

138 BJT ηζρύνο Απηφ ην ζηνηρείν ζηελ νπζία απνηειεί έλαλ εληζρπηή ξεχκαηνο. Ο έιεγρνο ηνπ γίλεηαη απφ ξεχκα θαη πξνζθέξεη ηα πιενλεθηήκαηα ηεο εμαλαγθαζκέλεο ζβέζεο θαη ηεο πςειφηεξεο δηαθνπηηθήο ζπρλφηεηαο ζε ζχγθξηζε κε ην ζπξίζηνξ. Χο κεηνλέθηεκά θαηαγξάθεηαη ην κεγάιν ξεχκα πνπ απαηηεί ην θχθισκα νδήγεζήο θαηά ηε δηάξθεηα ηεο αγσγήο ηνπ ζηνηρείνπ. MOSFET ηζρύνο Απηά ηα δηαθνπηηθά ζηνηρεία ειέγρνληαη απφ ηάζε (φζν εθαξκφδεηαη ηάζε ζηελ πχιε ηνπο ηφηε άγνπλ, ελψ φηαλ δελ εθαξκφδεηαη απνθφπηνπλ ην ξεχκα) θαη παξνπζηάδνπλ κεγάιε δηαθνπηηθή ζπρλφηεηα ιεηηνπξγίαο. Απφ ηελ άιιε κεξηά φκσο, δελ ελδείθλπληαη γηα κεγάια ξεχκαηα θαη ηάζεο απνθνπήο θαη ζπλεπψο δε κπνξεί λα εγγπεζεί ε ζσζηή ιεηηνπξγία ηνπο γηα ηελ εθαξκνγή καο, ιακβάλνληαο ππφςε θαη ηα πεξηζψξηα αζθαιείαο πνπ πξέπεη λα ηεξνχληαη. IGBT Απηά ηα εκηαγσγηθά ζηνηρεία ζπλδπάδνπλ ηα πιενλεθηήκαηα ησλ BJT ηζρχνο θαη ησλ MOSFET ηζρχνο, εμαιείθνληαο ηα κεηνλεθηήκαηα ηνπο, κε απνηέιεζκα λα ιεηηνπξγνχλ ζε κεγάιεο ζπρλφηεηεο θαη λα ραξαθηεξίδνληαη απφ ρακειή αληίζηαζε αγσγήο θαη κεγάιε ηάζε απνθνπήο. Σα IGBTs είλαη ειεγρφκελα απφ ηάζε, παξνπζηάδνπλ επθνιία ζηελ νδήγεζε θαη ρξεζηκνπνηνχληαη ζε πνιιέο βηνκεραληθέο εθαξκνγέο πνπ απαηηνχλ δηαρείξηζε πςειήο ηζρχνο. Σα δηαθνπηηθά ζηνηρεία πνπ επηιέρζεθαλ γηα ηνλ αληηζηξνθέα είλαη ηχπνπ IGBT θαη ρξεζηκνπνηνχληαη ηξία modules ζπλνιηθά γηα ηελ πινπνίεζε ηεο εμαπαικηθήο γέθπξαο. Λακβάλνληαο ππφςε ην νλνκαζηηθφ θαη κέγηζην ξεχκα ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα (46 Α θαη 68 Α αληίζηνηρα) θαη ην απαηηνχκελν πεξηζψξην αζθαιείαο, θαζψο επίζεο θαη ηελ ηάζε εηζφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα, επηιέρζεθαλ ηα αθφινπζα εκηαγσγηθά ζηνηρεία ηεο εηαηξείαο IXYS. Σχπνο Ολνκαζία Σάζε ζπιιέθηε εθπνκπνχ (V CE ) Ρεχκα ζπιιέθηε (I C25 ), (T=25 o C) Ρεχκα ζπιιέθηε (I C80 ), (T=80 o C) Μέγηζην ξεχκα ζπιιέθηε (I CΜ ) γηα 1msec, (80 o C) Μέγηζηνο ρξφλνο έλαπζεο-ζβέζεο Ρεχκα δηφδνπ (I F25 ), (T=25 o C) Ρεχκα δηφδνπ (I F80 ), (T=80 o C) IGBT module IXYS MII A V 160 A 110 A 220 Α 850 nsec 150 A 95 A Πίνακαρ 7.1 Υαξαθηεξηζηηθά ζηνηρεία ησλ IGBTs

139 Δικόνα 7.3 IGBT module 7.3 ύζηεκα ςύμεο Γηα ηελ νξζή ιεηηνπξγία αληηζηξνθέα απαηηείηαη θάπνην ζχζηεκα απαγσγήο ηεο ζεξκφηεηαο. Καηά ηε ιεηηνπξγία ησλ δηαθνπηηθψλ ζηνηρείσλ ππάξρνπλ ζεξκηθέο απψιεηεο, νη νπνίεο νθείινληαη ζε απψιεηεο Joule. Πξνο απνθπγή θαηαζηξνθήο ησλ δηαθνπηψλ ρξεζηκνπνηείηαη έλα ςπθηηθφ κεηαιιηθφ κέζν (ςχθηξα), ζπλήζσο απφ αινπκίλην, ην νπνίν απάγεη ηε ζεξκφηεηα δηαρένληάο ηελ πξνο ην πεξηβάιινλ. Σα ςπθηηθά ζψκαηα απνηεινχληαη απφ πνιιέο πηπρψζεηο έηζη ψζηε λα κεγηζηνπνηείηαη ε επηθάλεηά ηνπο, ρσξίο λα απμάλεηαη ν φγθνο ηνπο, θαη λα κπνξνχλ λα απειεπζεξψλνπλ κεγαιχηεξα πνζά ζεξκηθήο ελέξγεηαο πξνο ην πεξηβάιινλ. Γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηνπ θαηάιιεινπ ςπθηηθνχ ζψκαηνο ρξεηάδεηαη λα ππνινγίζνπκε ηε ζεξκηθή αληίζηαζε πνπ απαηηείηαη, ε νπνία εθθξάδεη πφζν απμάλεηαη ε ζεξκνθξαζία ηνπ ςπθηηθνχ ζψκαηνο γηα θάζε Watt απσιεηψλ. T j a sa jc cs Q T (7.1) φπνπ Θ sa : ε ζεξκηθή αληίζηαζε ηνπ ςπθηηθνχ ζψκαηνο Σ j : Σ a : ε κέγηζηε ζεξκνθξαζία ιεηηνπξγίαο ηεο επαθήο ε ζεξκνθξαζία ηνπ πεξηβάιινληνο ξεπζηνχ ςχμεο (αέξαο) Q: ην πνζφ ηεο ζεξκφηεηαο Θ jc : Θ cs : ε ζεξκηθή αληίζηαζε κεηαμχ επαθήο θαη ζήθεο ε ζεξκηθή αληίζηαζε κεηαμχ ζήθεο θαη ςπθηηθνχ ζψκαηνο

140 Άξα γηα ηελ εθαξκνγή καο ζα έρνπκε: Σ j =110 ν C Σ a =40 ν C Θ cs =1.74 ν C/W Θ jc =0.18 ν C/W Q PON PSW VCE I E f sat SW 3 Q 2.2V 46A 20mJ Hz 101.2W 400W Q W Οπφηε ππνινγίδνπκε: sa sa Παξαηεξνχκε φηη ε Θ sa ηνπ ςπθηηθνχ πνπ πξέπεη λα ρξεζηκνπνηεζεί είλαη αξλεηηθή. πκπεξαίλνπκε ινηπφλ φηη απαηηείηαη ςπθηηθφ κέζν κε φζν ην δπλαηφλ κηθξφηεξε ζεξκηθή αληίζηαζε θαη επηπιένλ ζχζηεκα αεξφςπμεο ή πδξφςπμεο γηα πην άκεζε απαγσγή ζεξκφηεηαο. Σν ςπθηηθφ ζψκα πνπ επηιέρζεθε θαίλεηαη ζην αθφινπζν ζρήκα θαη πάλσ ζε απηφ πξνζαξκφζηεθαλ δχν αλεκηζηήξεο γηα λα εληζρχζνπλ ηε ξνή ηνπ αέξα. Δικόνα 7.4 Φύθηξα δηαθνπηηθώλ ζηνηρείσλ Semikron P3/180 Σέινο. γηα ηε ζσζηή κεηάδνζε ηεο ζεξκφηεηαο κεηαμχ ςπθηηθνχ κέζνπ θαη δηαθνπηηθψλ ζηνηρείσλ ρξεζηκνπνηήζεθε ζεξκναγψγηκε πάζηα, ε νπνία κεηψλεη ηε κεηαμχ ηνπο ζεξκηθή αληίζηαζε.

141 Καισδηώζεηο αληηζηξνθέα Οη θαισδηψζεηο ηνπ κεηαηξνπέα ηζρχνο επσκίδνληαη ην ξφιν ηεο αζθαινχο κεηαθνξάο ηεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Σα θαιψδηα πνπ ηξνθνδνηνχλ ηνλ αληηζηξνθέα κε ζπλερή ηάζε είλαη δηαηνκήο 50 mm 2, ελψ απηά πνπ απηά πνπ ηξνθνδνηνχλ ηνλ θηλεηήξα κε ελαιιαζζφκελε ηάζε έρνπλ δηαηνκή 16 mm 2. Λφγσ ηεο θνληηλήο απφζηαζεο ησλ δηαθνπηηθψλ ζηνηρείσλ, νη αθξνδέθηεο ηνπο πνπ ζπλδένληαη κε ηελ ζπλερή ηάζε εηζφδνπ (DC bus) ελψλνληαη κε δχν ράιθηλεο κπάξεο. Με απηφλ ηνλ ηξφπν έρνπκε κία πην ζηηβαξή ζχλδεζε θαη δηεπθνιχλεηαη ε επηπιένλ ζχλδεζε αθξνδεθηψλ πάλσ ζηηο κπάξεο (δπγνχο). Οη θφζεο ησλ θαισδίσλ θαη νη αθξνδέθηεο ησλ IGBT ελψλνληαη κε ηνπο δπγνχο ηεο ζπλερνχο ηάζεο κε ρξήζε βηδψλ θαη παμηκαδηψλ, φπσο παξνπζηάδεηαη ζην αθφινπζν ζρήκα. Δικόνα 7.5 Σξηθαζηθόο αληηζηξνθέαο (IGBTs, ζύζηεκα ςύμεο, θαισδηώζεηο) 7.5 Ππθλσηέο Γηα ηελ ζηαζεξνπνίεζε ηεο ηάζεο ζηελ είζνδν ηνπ αληηζηξνθέα (DC bus) ρξεζηκνπνηείηαη κία ζπζηνηρία ειεθηξνιπηηθψλ ππθλσηψλ ζπλνιηθήο ρσξεηηθφηεηαο 3 mf, ε νπνία απαξηίδεηαη απφ νρηψ ππθλσηέο δηαηεηαγκέλνπο ζε ηέζζεξεηο θιάδνπο, κε δχν ππθλσηέο ζπλδεδεκέλνπο ζε ζεηξά ζε θάζε θιάδν. Οη ππθλσηέο πνπ επηιέρζεθαλ είλαη ηεο εηαηξείαο EPCOS θη έρνπλ ηα αθφινπζα ηερληθά ραξαθηεξηζηηθά ζηνηρεία:

142 Σχπνο ππθλσηή Μνληέιν Σάζε (V) Υσξεηηθφηεηα (C) Ζιεθηξνιπηηθφο EPCOS B43564-A4158M V (DC) 1.5 mf Πεξηζψξην ρσξεηηθφηεηαο 20 % Μέγηζην ξεχκα (I max ) (85 o C) 8.1 A Πίνακαρ 7.2 Υαξαθηεξηζηηθά ζηνηρεία ειεθηξνιπηηθώλ ππθλσηώλ Δικόνα 7.6 πζηνηρία ειεθηξνιπηηθώλ ππθλσηώλ Δπηπξφζζεηα, γηα ηελ απνθπγή ησλ απφηνκσλ αηρκψλ ηνπ ξεχκαηνο ζε πςειέο ζπρλφηεηεο, θαηά ηε δηαθνπηηθή ιεηηνπξγία ησλ ζηνηρείσλ, ηνπνζεηήζεθαλ απφ δχν ππθλσηέο ηχπνπ MKP (Metallized Polypropylene Film capacitors) ζε παξάιιειε ζχλδεζε ζηα άθξα θάζε IGBT module πνπ ηξνθνδνηνχληαη κε ηε ζπλερή ηάζε εηζφδνπ.

143 Σχπνο ππθλσηή Μνληέιν Σάζε (V) Υσξεηηθφηεηα (C) MKP EPCOS B32654-A6155-K 630 V (DC) 1.5 κf Πίνακαρ 7.3 Υαξαθηεξηζηηθά ζηνηρεία ππθλσηώλ MKP Γηα ηελ ηνπνζέηεζε ησλ MKP ππθλσηψλ φζν πην θνληά είλαη δπλαηφλ ζην DC bus ησλ δηαθνπηηθψλ ζηνηρείσλ, θαηαζθεπάζηεθαλ ζπγθεθξηκέλεο βάζεηο νη νπνίεο βηδψλνπλ πάλσ ζηα modules, φπσο θαίλεηαη ζην αθφινπζν ζρήκα. Δικόνα 7.7 MKP ππθλσηέο ηνπνζεηεκέλνη ζηελ είζνδν ζπλερνχο ηάζεο ησλ IGBTs 7.6 ύζηεκα πξνζηαζίαο ηεο δηάηαμεο Γηα ηελ πξνζηαζία ηεο ειεθηξνινγηθήο δηάηαμεο ρξεζηκνπνηήζεθαλ: έλαο ηξηθαζηθφο δηαθφπηεο γηα ελαιιαζζφκελα κεγέζε ηάζεο 600 V θαη ξεχκαηνο 160 Α ηεο εηαηξείαο ABB ν δηαθφπηεο απηφο ρξεζηκνπνηήζεθε σο δηπνιηθφο γηα λα ζπλδέεη ηε ζπζηνηρία ησλ ειεθηξνρεκηθψλ ζπζζσξεπηψλ κε ηνλ ειεθηξνληθφ κεηαηξνπέα ηζρχνο, επεηδή δε βξέζεθε ζην εκπφξην

144 δηαζέζηκνο δηαθφπηεο ζπλερνχο ηάζεο γηα ηα ζπλερή κεγέζε ησλ 192 V θαη 110 Α πνπ απαηηείηαη λα κεηαηξαπνχλ γηα λα ιεηηνπξγεί ν ειεθηξνθηλεηήξαο ζηελ νλνκαζηηθή θαηάζηαζε Δικόνα 7.6 Γηαθόπηεο παξνρήο ηζρύνο κία καραηξσηή αζθάιεηα ησλ 125 Α ηνπνζεηεκέλε ζε θαηάιιειε αζθαιεηνζήθε κεηαμχ ηεο ζπζηνηρίαο ησλ κπαηαξηψλ θαη ηνπ ειεθηξνληθνχ κεηαηξνπέα ηζρχνο γηα πξνζηαζία απφ πςειά ξεχκαηα Δικόνα 7.7 Μαραηξσηή αζθάιεηα θαη αζθαιεηνζήθε

145 κία αζθάιεηα ππεξηαρείαο ηήμεο ησλ 125 Α επίζεο κεηαμχ ηεο ζπζηνηρίαο ησλ κπαηαξηψλ θαη ηνπ ειεθηξνληθνχ κεηαηξνπέα ηζρχνο γηα πξφζζεηε θαη άκεζε πξνζηαζία απφ ζηηγκηαία ππεξξεχκαηα Δικόνα 7.8 Αζθάιεηα ππεξηαρείαο ηήμεο ηέινο, εθηφο ησλ παξαπάλσ θνηλψλ κέηξσλ πξνζηαζίαο, ν ειεθηξνθηλεηήξαο πξνζηαηεχεηαη θαη κέζσ ηνπ πξνγξακκαηηζηηθνχ ειέγρνπ ηνπ αληηζηξνθέα ζε πεξίπησζε πνπ αληρλεπηεί θάπνην ππέξξεπκα απφ ηηο κεηξεηηθέο δηαηάμεηο, ηφηε ελεξγνπνηνχληαη ηα δηαθνπηηθά ζηνηρεία πνπ βξίζθνληαη ζην θάησ κέξνο ησλ θιάδσλ ηνπ αληηζηξνθέα θαη απνκνλψλεηαη ν θηλεηήξαο απφ ηελ ηξνθνδνζία. 7.7 Κύθισκα ειέγρνπ ηνπ αληηζηξνθέα Σν θχθισκα ειέγρνπ ηνπ αληηζηξνθέα ρσξίδεηαη θαηά βάζε ζε ηξία ηκήκαηα: ην ηκήκα κεηξεηηθψλ δηαηάμεσλ ην ηκήκα επεμεξγαζίαο ζεκάησλ θαη ην ηκήκα νδήγεζεο ησλ παικψλ Μεηξεηηθέο δηαηάμεηο ε απηφ ην ηκήκα πεξηιακβάλνληαη ηα κεηξεηηθά φξγαλα πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ παξαθνινχζεζε νξηζκέλσλ κεγεζψλ πνπ είλαη απαξαίηεηα γηα ηε ιεηηνπξγία ηνπ ακέζνπ ειέγρνπ ξνπήο, θαζψο θαη ε πξνζαξκνγή (δηακφξθσζε θαη ελίζρπζε) ησλ ζεκάησλ απηψλ ησλ κεηξήζεσλ έηζη ψζηε λα είλαη θαηάιιεια γηα επεμεξγαζία απφ ηνλ κηθξνεπεμεξγαζηή. πγθεθξηκέλα ζηελ ηερληθή DTC απαηηνχληαη νη κεηξήζεηο ησλ δχν εθ ησλ ηξηψλ θαζηθψλ ελαιιαζζφκελσλ ξεπκάησλ ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα, ηεο ζπλερνχο ηάζεο ηξνθνδνζίαο θαη ηεο ξνπήο αλαθνξάο πνπ ζέηεη ν νδεγφο, φπσο αλαθέξζεθε θαη ζην πξνεγνχκελν θεθάιαην. Δθηφο απηψλ ησλ απαξαίηεησλ ζεκάησλ, επίζεο κεηξάηαη ην ζπλερέο ξεχκα θαη ν αξηζκφο ζηξνθψλ ηνπ θηλεηήξα.

146 Μεηξεηηθό ξεύκαηνο: Σα κεηξεηηθά ξεχκαηνο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ γηα ηε κέηξεζε ησλ ελαιιαζζφκελσλ θαζηθψλ ξεπκάησλ ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα I a, I b θαη ηνπ ζπλερνχο ξεχκαηνο ζην DC bus I dc είλαη ηα LA 100-P/SP13 ηεο εηαηξείαο LEM. Απηά ηα κεηξεηηθά ηξνθνδνηνχληαη κε δηπιή ηάζε ±15 V θαη κπνξνχλ λα κεηξήζνπλ είηε DC είηε AC ξεχκαηα. Υξεζηκνπνηνχλ ζχζηεκα θιεηζηνχ βξφρνπ θαη ε ιεηηνπξγία ηνπο βαζίδεηαη ζην θαηλφκελν Hall γηα λα κεηξεζεί ην ξεχκα πνπ πεξλάεη απφ ην εζσηεξηθφ ηνπο παξάζπξν, παξέρνληαο έηζη γαιβαληθή απνκφλσζε κεηαμχ ηνπ θπθιψκαηνο πςειήο ηζρχνο θαη ηνπ θπθιψκαηνο πνπ νδεγείηαη ε κέηξεζε (ρακειήο ηζρχνο). Δπίζεο, παξνπζηάδνπλ αθξίβεηα θαη γξακκηθφηεηα ζε φιν ην θάζκα ησλ κεηξήζεσλ. Δικόνα 7.9 Μεηξεηηθά ξεύκαηνο LEM LA 100-P/SP13 Σα ειεθηξηθά ραξαθηεξηζηηθά απηψλ ησλ κεηξεηηθψλ θαίλνληαη ζηνλ αθφινπζν πίλαθα: Πίνακαρ 7.4 Ζιεθηξηθά ραξαθηεξηζηηθά ζηνηρεία κεηξεηηθώλ ξεύκαηνο LEM LA 100-P/SP13

147 Σα ζπγθεθξηκέλα κεηξεηηθά ιεηηνπξγνχλ σο κεηαζρεκαηηζηέο ξεχκαηνο βγάδνληαο ζηελ έμνδφ ηνπο ηε κηθξνγξαθία ηνπ ζήκαηνο εηζφδνπ, δειαδή ηα ζήκαηα εμφδνπ ησλ κεηξεηηθψλ έρνπλ παλνκνηφηππε κνξθή κε ηα ξεχκαηα πνπ ηα δηαξξένπλ. Ο ιφγνο ππνβηβαζκνχ ηνπ ξεχκαηνο είλαη 1000:1 θαη νπζηαζηηθά απηά ηα κεηξεηηθά ιεηηνπξγνχλ σο πεγέο ξεχκαηνο. Γηα παξάδεηγκα, γηα I PN = 100 A πξαγκαηηθφ ξεχκα κέηξεζεο, ζηελ έμνδν ηνπ κεηξεηηθνχ ζα έρνπκε I SNmax = 100 ma. Γηα ηελ πξνζαξκνγή ησλ ζεκάησλ ησλ κεηξήζεσλ ζε ζήκαηα θαηάιιεια ηα νπνία κπνξεί λα δηαβάζεη ν κηθξνεπεμεξγαζηήο ρξεζηκνπνηήζεθαλ νη εληζρπηέο κεηξήζεσλ AD622 (Low Cost Instrumentation Amplifier) ηεο εηαηξείαο Analog Devices. Δικόνα 7.10 Δληζρπηήο κεηξήζεσλ Analog Devices AD622 ηελ πξάμε, απηά ηα νινθιεξσκέλα θπθιψκαηα δε ρξεζηκνπνηήζεθαλ γηα ελίζρπζε ζήκαηνο φπσο αλαθέξεη ην φλνκά ηνπο. Σα ζήκαηα πνπ ζέινπκε λα επεμεξγαζηνχκε είλαη ήδε εληζρπκέλα θαζψο πξνθχπηνπλ απφ ηα κεηξεηηθά ξεχκαηνο (ηα νπνία ζηελ πξάμε θάλνπλ θαη ππνβηβαζκφ). Γηα απηφ ην ιφγν, αθήλνπκε ην θέξδνο ελίζρπζεο ίζν κε ηε κνλάδα (αλνηρηνθπθισκέλνη νη αθξνδέθηεο 1 θαη 8) θαη νπζηαζηηθά ην κφλν πνπ ζέινπκε είλαη λα κεηαηξέςνπκε ηα ελαιιαζζφκελα ζήκαηα ησλ κεηξήζεσλ γηα ηα ξεχκαηα I a, I b ζε αλαινγηθά ζήκαηα πιάηνπο 0 V έσο 5 V, ηα νπνία έπεηηα ζα νδεγεζνχλ ζηηο αλαινγηθέο εηζφδνπο ηνπ κηθξνεπεμεξγαζηή. Σν ίδην ζα ηζρχεη θαη γηα ηελ νδήγεζε ηνπ ζπλερνχο ξεχκαηνο I dc. ην νινθιεξσκέλν θχθισκα AD622 πξνζαξκφδνπκε ην ζήκα εηζφδνπ πνπ εηζέξρεηαη ζηνλ αθξνδέθηε 3 ζε επίπεδν ηάζεο 2.5 V, ρξεζηκνπνηψληαο δηαηξέηε ηάζεο ζην ζήκα πνπ εμέξρεηαη απφ ην εθάζηνηε κεηξεηηθφ ξεχκαηνο, ελψ γεηψλνπκε ηνλ αθξνδέθηε 2. Μεηαμχ ησλ αθξνδεθηψλ 2 θαη 3 ρξεζηκνπνηείηαη επίζεο έλα θίιηξν εηζφδνπ. Δπηπιένλ, γηα λα έρνπκε κφλν ζεηηθέο ηηκέο ηάζεο ζηελ έμνδν 6 ρξεηάδεηαη λα επηβάιινπκε ζηνλ αθξνδέθηε 5 κία ηάζε αλαθνξάο (offset) ζηα 2.5 V, έηζη ψζηε ην ζήκα ηεο κέηξεζεο γηα ηα ξεχκαηα I a, I b πνπ εηζέξρεηαη ζην νινθιεξσκέλν θχθισκα AD622 θαη κπνξεί λα πάξεη ηηκέο απφ -2.5 V έσο +2.5 V, λα εμέξρεηαη απφ απηφ κε ηηκέο άθξσλ απφ 0 V έσο 5 V. Απηφ ηζρχεη θαη γηα ην ζπλερέο ξεχκα I dc, ην νπνίν γηα ηα ζεηηθά ξεχκαηα (θαηά ηε θάζε παξνρήο ηζρχνο ζηνλ θηλεηήξα) ζα δίλεη κία ηάζε απφ 0 V έσο 2.5 V θαη γηα ηα αξλεηηθά ξεχκαηα (θαηά ηε θάζε επηζηξνθήο ελέξγεηαο ζηηο κπαηαξίεο) ζα δίλεη κία

148 ηάζε απφ -2.5 V έσο 0 V ζηελ είζνδν ηνπ AD622. Πξαγκαηνπνηνχκε δειαδή κία κεηαηφπηζε ηνπ εχξνπο ηηκψλ ηνπ ζήκαηνο ζηελ έμνδν θαηά +2.5 V. Καηά αληηζηνηρία, γηα ην ζήκα ζπλερνχο ξεχκαηνο I dc πνπ ζα νδεγείηαη ζηελ αλαινγηθή ζχξα ηνπ επεμεξγαζηή, ηα 0 V ζα αληηζηνηρνχλ ζην κέγηζην αξλεηηθφ ξεχκα θαη ηα 5 V ζην κέγηζην ζεηηθφ ξεχκα. Δπίζεο, παξάιιεια ζηνλ αθξνδέθηε εμφδνπ (6) ρξεζηκνπνηείηαη κία δίνδνο Zener ε νπνία θαηαξξέεη γηα ηάζε κεγαιχηεξε απφ 5 V, έηζη ψζηε ζε πεξίπησζε πνπ ζπκβεί θάπνην ζθάικα λα απνηξαπεί ε θαηαζηξνθή ηεο πχιεο εηζφδνπ ηνπ κηθξνεπεμεξγαζηή. Γηα λα επηηχρνπκε θαιχηεξε αθξίβεηα ζηε βαζκνλφκεζε ζεκάησλ εμφδνπ επηιέγνπκε σο ηξνθνδνζίεο ηνπ AD622 ηηο ηάζεηο ±15 V πνπ απνδίδνπλ ην κέγηζην επηηξεπηφ εχξνο ηάζεο. Σέινο, ε ηάζε αλαθνξάο ησλ 2.5 V παξέρεηαη απφ ην νινθιεξσκέλν θχθισκα πςειήο αθξίβεηαο AD580 ηεο εηαηξείαο Analog Devices, ην νπνίν ρξεηάδεηαη ηξνθνδνζία 15 V. Δικόνα 7.11 Οινθιεξσκέλν θύθισκα ηάζεο αλαθνξάο 2.5 V Analog Devices AD580 Δικόνα 7.12 Σάζεηο ηξνθνδνζίαο ±15 V θαη ηάζε αλαθνξάο 2.5 V ησλ AD622 Έηζη, πξνθχπηνπλ ηα αθφινπζα θπθιψκαηα ηα νπνία πξνζαξκφδνπλ ηα ζήκαηα ησλ κεηξήζεσλ ζε ζήκαηα πνπ κπνξεί λα επεμεξγαζηεί ν κηθξνεπεμεξγαζηήο.

149 Δικόνα 7.13 Οδήγεζε ηνπ ζήκαηνο κέηξεζεο ηνπ ξεύκαηνο I a ζηνλ κηθξνεπεμεξγαζηή σήμα 7.14 Οδήγεζε ηνπ ζήκαηνο κέηξεζεο ηνπ ξεύκαηνο I b ζηνλ κηθξνεπεμεξγαζηή Δικόνα 7.15 Οδήγεζε ηνπ ζήκαηνο κέηξεζεο ηνπ ξεύκαηνο I dc ζηνλ κηθξνεπεμεξγαζηή Μεηξεηηθό ηάζεο: Σν κεηξεηηθφ ηάζεο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε γηα ηε κέηξεζε ηεο ζπλερνχο ηάζεο ζην DC bus V dc είλαη ην LV 25-P ηεο εηαηξείαο LEM. Απηφ ην κεηξεηηθφ ηξνθνδνηείηαη κε δηπιή ηάζε ±15 V θαη κπνξεί λα κεηξήζεη είηε DC είηε AC ηάζε. Υξεζηκνπνηεί ζχζηεκα θιεηζηνχ βξφρνπ θαη ε ιεηηνπξγία ηνπ βαζίδεηαη ζην θαηλφκελν Hall γηα λα απνδνζεί ε έλδεημε ηεο ηάζεο πνπ εθαξκφδεηαη ζηα άθξα ηνπ, παξέρνληαο έηζη γαιβαληθή απνκφλσζε κεηαμχ ηνπ θπθιψκαηνο πςειήο ηζρχνο θαη ηνπ θπθιψκαηνο πνπ νδεγείηαη ε κέηξεζε (ρακειήο ηζρχνο). Δπίζεο, παξνπζηάδεη αθξίβεηα θαη γξακκηθφηεηα ζε φιν ην θάζκα ησλ κεηξήζεσλ.

150 Δικόνα 7.16 Μεηξεηηθό ηάζεο LEM LV 25-P Σα ειεθηξηθά ραξαθηεξηζηηθά απηνχ ηνπ κεηξεηηθνχ θαίλνληαη ζηνλ αθφινπζν πίλαθα: Πίνακαρ 7.5 Ζιεθηξηθά ραξαθηεξηζηηθά ζηνηρεία κεηξεηηθνύ ηάζεο LEM LV 25-P Σν LEM LV 25-P ιεηηνπξγεί σο κεηαζρεκαηηζηήο ξεχκαηνο εληζρχνληαο ην ζήκα εηζφδνπ ζηελ έμνδν, κε ιφγν κεηαηξνπήο 2500:1000, φπσο θαίλεηαη θαη ζηνλ παξαπάλσ πίλαθα. Οπζηαζηηθά απηφ ην κεηξεηηθφ ιεηηνπξγεί σο πεγή ξεχκαηνο θαη ην ζήκα ζηελ έμνδν ηνπ έρεη παλνκνηφηππε κνξθή κε απηφ ηεο εηζφδνπ. Γηα παξάδεηγκα, έζησ γηα V max = 500 V πξαγκαηηθή ηάζε κέηξεζεο, ηελ νπνία νξίδνπκε σο κέγηζηε ηάζε εηζφδνπ, ζηελ έμνδν ηνπ κεηξεηηθνχ ζα έρνπκε I SNmax = 25 ma. Γηα ηελ πξνζαξκνγή ηνπ ζήκαηνο ηεο κέηξεζεο ζε ζήκα θαηάιιεια ην νπνίν κπνξεί λα δηαβάζεη ν κηθξνεπεμεξγαζηήο, ρξεζηκνπνηήζεθε επίζεο ν εληζρπηήο κεηξήζεσλ AD622 ηεο εηαηξείαο Analog Devices. Όπσο θαη ζηηο πξνεγνχκελεο πεξηπηψζεηο ην θέξδνο ηεο ελίζρπζεο παξακέλεη κνλάδα (αλνηρηνθπθισκέλνη νη

151 αθξνδέθηεο 1 θαη 8) θαη απηφ πνπ επηζπκνχκε είλαη λα δηακνξθψζνπκε ην ζήκα ηεο κέηξεζεο ζε αλαινγηθφ ζήκα πιάηνπο 0 V έσο 5 V ην νπνίν ζα νδεγεζεί ζε κία απφ ηηο αλαινγηθέο εηζφδνπο ηνπ κηθξνεπεμεξγαζηή. Θέηνληαο σο V max = 500 V ηε κέγηζηε ηάζε ηελ νπνία κπνξεί λα δερηεί πξνο κέηξεζε ην κεηξεηηθφ ηάζεο, δηακνξθψλνπκε ηελ αληίζηαζε εηζφδνπ ηνπ νινθιεξσκέλνπ θπθιψκαηνο LV 25-P ζηα 50 kχ, έηζη ψζηε ην κέγηζην ξεχκα εηζφδνπ λα είλαη I PNmax = 10 ma. εκεηψλεηαη φηη ε αληίζηαζε εηζφδνπ ζα πξέπεη λα αληέρεη ηελ απαηηνχκελε ηζρχ, ε 2 νπνία ζα αλέξρεηαη ζηελ ηηκή ησλ 5 W ( P I R P W ). Ζ αληίζηαζε απηή, επεηδή βξίζθεηαη πάλσ ζηελ πιαθέηα ηνπ θπθιψκαηνο ειέγρνπ, κνλψλεηαη ζηα άθξα ηεο κε ζηιηθφλε, φπσο θαη νη δξφκνη αγσγήο ηνπ DC bus, πξνο απνθπγή αηπρήκαηνο θαηά ηε δηαδηθαζία ησλ πεηξακαηηθψλ κεηξήζεσλ. Γηα λα δηακνξθψζνπκε ηψξα ην ζήκα εμφδνπ ηνπ κεηξεηηθνχ ηάζεο, ε κέγηζηε ηηκή ηνπ νπνίνπ ζα είλαη I SNmax = 25 ma, ρξεζηκνπνηνχκε έλα δηαηξέηε ηάζεο θαη έηζη ην αλαινγηθφ ζήκα πνπ ζα νδεγείηαη ζηνπο αθξνδέθηεο 2 θαη 3 ηνπ νινθιεξσκέλνπ θπθιψκαηνο AD622 ζα παίξλεη ηηκέο απφ 0 V έσο 5 V (ν αθξνδέθηεο 2 γεηψλεηαη). Ο αθξνδέθηεο 5 ηεο ηάζεο αλαθνξάο γεηψλεηαη θαη παξάιιεια ζηνλ αθξνδέθηε εμφδνπ (6) ρξεζηκνπνηείηαη, φπσο θαη ζηηο πξνεγνχκελεο πεξηπηψζεηο, κία δίνδνο Zener ε νπνία θαηαξξέεη γηα ηάζε κεγαιχηεξε απφ 5 V γηα παξνρή πξνζηαζίαο πξνο ηνλ κηθξνεπεμεξγαζηή. Γηα ηελ ηξνθνδνζία ηνπ ρξεζηκνπνηνχκε φπσο θαη πξνεγνπκέλσο δηπιή ηάζε ±15 V. Έηζη, πξνθχπηεη ην αθφινπζν θχθισκα νδήγεζεο ην νπνίν πξνζαξκφδεη ην ζήκα ηεο κέηξεζεο ζε ζήκα πνπ κπνξεί λα επεμεξγαζηεί ν κηθξνεπεμεξγαζηήο. Δικόνα 7.17 Οδήγεζε ηνπ ζήκαηνο κέηξεζεο ηεο ηάζεο V dc ζηνλ κηθξνεπεμεξγαζηή Μέηξεζε ξνπήο αλαθνξάο: Ζ κέηξεζε ηεο ξνπήο πνπ ζέηεη ν νδεγφο σο αλαθνξά πξνέξρεηαη απφ έλα πνηελζηφκεηξν κε πεξηζηξνθηθφ δηαθφπηε θαη είλαη έλα ζπλερέο αλαινγηθφ ζήκα εχξνπο ηηκψλ 0 V έσο 5 V. Ζ ηξνθνδνζία ηνπ πνηελζηφκεηξνπ είλαη ηάζε 5 V θαη ην ζήκα ηνπ (M ref ) νδεγείηαη απεπζείαο ζε κία απφ ηηο αλαινγηθέο ζχξεο ηνπ κηθξνεπεμεξγαζηή. Σν ζπγθεθξηκέλν πνηελζηφκεηξν κπνξεί λα εθηειέζεη κέρξη 10 ζηξνθέο ζηνλ άμνλά ηνπ, γεγνλφο πνπ βνεζά ζηελ αθξίβεηα ηνπ ζήκαηνο, θαη απνηειεί νπζηαζηηθά ην «πεληάι γθαδηνχ» ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα, θαζψο κέζσ απηνχ ηίζεηαη ε ξνπή αλαθνξάο πνπ ζα εθαξκνζηεί ζηνλ άμνλα ηνπ.

152 Δικόνα 7.18 Πνηελζηόκεηξν κέζσ ηνπ νπνίνπ ηίζεηαη ε ξνπή αλαθνξάο ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα Μέηξεζε αξηζκνύ ζηξνθώλ ειεθηξνθηλεηήξα: Ο ηξηθαζηθφο αζχγρξνλνο ειεθηξνθηλεηήξαο ηεο εηαηξείαο Siemens πνπ ρξεζηκνπνηεί ην πβξηδηθφ φρεκα δηαζέηεη ελζσκαησκέλν ζηξνθφκεηξν, ηα ραξαθηεξηζηηθά ηνπ νπνίνπ παξνπζηάδνληαη ζηελ εηθφλα Δικόνα 7.19 Υαξαθηεξηζηηθά ζηνηρεία ζηξνθόκεηξνπ ειεθηξνθηλεηήξα Σα ζήκαηα ηνπ πνπ καο πιεξνθνξνχλ γηα ηνλ αξηζκφ ζηξνθψλ ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα είλαη ηα Α, Β θαη Index (αλαθέξεηαη σο R). Tα δχν πξψηα είλαη εκηηνλνεηδή ζήκαηα πιάηνπο 1 Vp-p θαη νδεγνχληαη δηαθνξηθά (Α, Α*, Β, Β*). Ζ ζρεηηθή ζέζε ησλ δχν απηψλ ζεκάησλ καο πιεξνθνξεί γηα ηελ θνξά πεξηζηξνθήο ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα, αλάινγα κε ην πνην απφ ηα δχν πξνεγείηαη ρξνληθά. Mία πιήξεο πεξηζηξνθή ηνπ άμνλα ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα νξίδεη 2048 πεξηφδνπο απηψλ ησλ ζεκάησλ. Σν ζήκα Index νδεγείηαη επίζεο δηαθνξηθά (R, R*) θαη αληηζηνηρεί ζε έλαλ παικφ αλά πεξηζηξνθή.

153 Δικόνα 7.20 ήκαηα ζηξνθόκεηξνπ ειεθηξνθηλεηήξα Οη έμνδνη ησλ ζεκάησλ ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα ζπλδένληαη κέζσ ελφο εηδηθνχ πνιχθισλνπ θαισδίνπ ζε κία πιαθέηα πξνζαξκνγήο ησλ ζεκάησλ ζχκθσλα κε ηελ αληηζηνηρία ησλ αθξνδεθηψλ πνπ παξνπζηάδεηαη ζην αθφινπζν ζρήκα. ην αξηζηεξφ κέξνο βξίζθεηαη ε ζχξα επηθνηλσλίαο πνπ ζπλδέεηαη ζηελ πιαθέηα θαη ζην δεμηφ κέξνο βξίζθεηαη ε ζχξα πνπ ζπλδέεηαη ζην ζηξνθφκεηξν ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα. Δικόνα 7.21 Αληηζηνηρία αθξνδεθηώλ ζπξώλ επηθνηλσλίαο από ην ζηξνθόκεηξν ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα ζην θύθισκα πξνζαξκνγήο ησλ ζεκάησλ γηα ηνλ κηθξνεπεμεξγαζηή Ο επεμεξγαζηήο δηαζέηεη ελζσκαησκέλν απνθσδηθνπνηεηή ζηξνθνκέηξνπ (QEI) ν νπνίνο δέρεηαη κέρξη ηξία ζήκαηα. Γηα απηφ ην ιφγν ηα ζήκαηα πνπ

154 επηιέρηεθαλ λα νδεγεζνχλ γηα επεμεξγαζία είλαη ηα A, B θαη INDEX (R). Σν ζήκα γηα ηε ζεξκνθξαζία ηνπ θηλεηήξα TEMP κπνξεί λα νδεγεζεί ζε κία απφ ηηο αλαινγηθέο εηζφδνπο ηνπ κηθξνεπεμεξγαζηή σο πξφζζεην ζήκα αζθάιεηαο. Δπεηδή φια ηα παξαπάλσ ζήκαηα ιακβάλνληαη απφ ην ζηξνθφκεηξν δηαθνξηθά, απηέο νη ηέζζεξεηο δπάδεο ζεκάησλ Α, Α*, Β, Β*, R, R* θαη Temp, Temp* νδεγνχληαη αλά δχν δπάδεο ζε δχν δηαθνξηθνχο εληζρπηέο LM358 (θαζέλαο κπνξεί λα δερηεί δχν δηαθνξηθά ζήκαηα πξνο ελίζρπζε) γηα ηελ ελίζρπζε ηνπο. Σαπηφρξνλα, ρξεζηκνπνηψληαο θαηάιιειεο αληηζηάζεηο ξπζκίδνληαη νη εληζρπηέο ζε έλα ζρεηηθά κεγάιν θέξδνο έηζη ψζηε ηα εκηηνλνεηδή ζήκαηα Α θαη Β λα κεηαηξέπνληαη ζε παικνζεηξέο γηα λα κπνξεί λα ηα επεμεξγαζηεί ν απνθσδηθνπνηεηήο QEI. Ζ πιαθέηα νδήγεζεο ησλ ζεκάησλ ηνπ ζηξνθνκέηξνπ πνπ θαηαζθεπάζηεθε, θαίλεηαη ζηελ αθφινπζε εηθφλα. Δικόνα 7.22 Κύθισκα νδήγεζεο ζεκάησλ ζηξνθνκέηξνπ

155 Δπεμεξγαζία ζεκάησλ Ζ επεμεξγαζία φισλ ησλ παξαπάλσ ζεκάησλ πνπ κεηξήζεθαλ δηεθπεξαηψλεηαη κέζσ ηνπ κηθξνειεγθηή εηδηθνχ ζθνπνχ DSPIC30F4011 ηεο εηαηξείαο Microchip, ν νπνίνο απνηειεί ηνλ ππξήλα ηνπ ζπλνιηθνχ θπθιψκαηνο ειέγρνπ. Ο ζπγθεθξηκέλνο κηθξνειεγθηήο έρεη 40 αθίδεο, απαηηεί ηξνθνδνζία ηάζεο 5 V θαη ρξεζηκνπνηεί ζπρλφηεηα ιεηηνπξγίαο έσο 120 MHz, εχξνο κήθνπο εληνιψλ 24 bit θαη θαλάιη επηθνηλσλίαο 16 bit. Δικόνα 7.23 Μηθξνειεγθηήο Microchip DSPIC30F4011 Γηα ηελ ιεηηνπξγία ηνπ πξνγξάκκαηνο ειέγρνπ, απφ φινπο ηνπ αθξνδέθηεο ηνπ κηθξνειεγθηή ρξεζηκνπνηνχκε: ηέζζεξεηο αλαινγηθέο εηζφδνπο ηξεηο εηζφδνπο γηα ηελ απνθσδηθνπνίεζε ησλ ζεκάησλ ηνπ ζηξνθνκέηξνπ δχν ζήκαηα (PGC, PGD) γηα επηθνηλσλία κε ην αλαπηπμηαθφ νη έμη έμνδνη παικψλ ςεθηαθή έμνδνο FLTA ε νπνία δηαθφπηεη ηελ παικνδφηεζε ησλ ζηνηρείσλ ην ζήκα MCLEAR γηα ρεηξνθίλεηε επαλεθθίλεζε Όιεο νη ππφινηπεο ζχξεο πνπ δελ ρξεζηκνπνηνχληαη έρνπλ ζπλδεζεί ζε κία ζχξα επηθνηλσλίαο γηα ελδερφκελε κειινληηθή ρξήζε. Ζ ηάζε ηξνθνδνζίαο ησλ αλαινγηθψλ εηζφδσλ είλαη θνηλή κε ηελ θαλνληθή ηξνθνδνζία ηεο ηάζεο ησλ 5 V. Ζ ρεηξνθίλεηε επαλεθθίλεζε ηνπ κηθξνειεγθηή επηηπγράλεηαη κε ην πάηεκα ελφο θνπκπηνχ, ην νπνίν γεηψλεη ηελ αθίδα MCLEAR. Σν αλαπηπμηαθφ πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε γηα ηελ επηθνηλσλία ηνπ πξνγξακκαηηζηή κε ηνλ κηθξνειεγθηή είλαη ην MPLAC ICD 2 ηεο εηαηξείαο Microchip.

156 Δικόνα 7.24 Αλαπηπμηαθό Microchip MPLAB ICD 2 Σα ζήκαηα εηζφδνπ θαη εμφδνπ ηνπ κηθξνεπεμεξγαζηή, ε ζχξα επηθνηλσλίαο ησλ κε ρξεζηκνπνηνχκελσλ ππιψλ, ην θχθισκα επαλεθθίλεζεο θαη ε ζχξα επηθνηλσλίαο ηνπ αλαπηπμηαθνχ παξνπζηάδνληαη ζην αθφινπζν ζρήκα. Δικόνα 7.25 ρεκαηηθό δηάγξακκα κηθξνειεγθηή Microchip DSPIC30F4011

157 Οδήγεζε ησλ παικώλ Οη έμη έμνδνη ηνπ κηθξνειεγθηή πξννξίδνληαη λα παικνδνηήζνπλ ηηο πχιεο ησλ έμη δηαθνπηηθψλ ζηνηρείσλ. Γηα λα γίλεη απηφ φκσο, πξέπεη νη παικνί λα παξεκβιεζνχλ απφ ην ζηάδην ηεο ελίζρπζεο, ηεο απνκφλσζεο θαη ηεο ηειηθήο νδήγεζεο. Απηά ηα βήκαηα πεξηγξάθνληαη παξαθάησ μεθηλψληαο απφ ην ηέινο, κε αληίζεηε θνξά. Γηα ηελ νδήγεζε ησλ παικώλ ησλ IGBT modules, ρξεζηκνπνηνχληαη ηα νινθιεξσκέλα θπθιψκαηα νδήγεζεο IR2213 (IGBT drivers) ηεο εηαηξείαο International Rectifier. Απηνί νη νδεγνί έρνπλ δχν εμφδνπο θαη θαζέλαο ηνπο νδεγεί ηνπο παικνχο ζηηο πχιεο ησλ δχν δηαθνπηηθψλ ζηνηρείσλ ηνπ θάζε θιάδνπ ηνπ αληηζηξνθέα. Έηζη, ζπλνιηθά απαηηνχληαη ηξία νινθιεξσκέλα θπθιψκαηα IR2213 γηα ηνπο αληίζηνηρνπο ηξεηο θιάδνπο. Γηα ηε ιεηηνπξγία ηνπο ρξεηάδνληαη δχν ηξνθνδνζίεο ηάζεο, κία ησλ 5 V (ζηελ πιεπξά ηεο εηζφδνπ ησλ παικψλ) θαη κία ησλ 15 V (ζηελ πιεπξά ηεο εμφδνπ ησλ παικψλ). Δικόνα 7.26 Οδεγόο δηαθνπηηθώλ ζηνηρείσλ IR2213 ραξαθηεξηζηηθά Λεηηνπξγία δηάηαμεο «Bootstrap» Γηα ηελ αγσγή ηνπ θάησ IGBT ηνπ θιάδνπ, ν παικφο πνπ νδεγείηαη ζηελ πχιε ηνπ ζηνηρείνπ απφ ην νινθιεξσκέλν IR2213 δεκηνπξγείηαη απφ ηελ ηξνθνδνζία ησλ 15 V, ελψ ν εθπνκπφο ηνπ ζηνηρείνπ ζπλδέεηαη κε ηε γε ηεο ηξνθνδνζίαο. Γηα ηελ έλαπζε ηνπ πάλσ IGBT ρξεζηκνπνηείηαη κία δηάηαμε «bootstrap», ε νπνία κέζσ κηαο αληίζηαζεο θαη κηαο δηφδνπ θνξηίδεη έλα ππθλσηή (C bootstrap ). Όηαλ ινηπφλ ρξεηαζηεί λα έξζεη ζε αγσγή ην πάλσ ζηνηρείν, ν θνξηηζκέλνο ππθλσηήο ζα απνηειέζεη ηελ πεγή ηξνθνδνζίαο ηεο ηάζεο πνπ ζα εθαξκνζηεί κεηαμχ ηεο πχιεο θαη ηνπ εθπνκπνχ ηνπ ζηνηρείνπ. Ζ παξνρή απηήο ηεο ηάζεο ησλ 15 V έρεη αλεμάξηεηε αλαθνξά απφ ηε γείσζε ηεο ηξνθνδνζίαο ηνπ νδεγνχ πνπ ρξεζηκνπνηείηαη σο αλαθνξά γηα ην θάησ ζηνηρείν. Οπζηαζηηθά θαηά ηελ αγσγή ηνπ πάλσ IGBT, ζηνλ εθπνκπφ ηνπ ζα εθαξκνζηεί ην δπλακηθφ ηνπ DC bus θαη ζηελ πχιε ηνπ ην δπλακηθφ ηνπ DC bus απμεκέλν θαηά ηελ ηάζε ησλ 15 V ηνπ ππθλσηή bootstrap. Ζ θφξηηζε απηνχ ηνπ ππθλσηή ιακβάλεη ρψξα θαηά ηε δηάξθεηα ηεο θάζεο αγσγήο ηνπ θάησ IGBT. εκεηψλεηαη φηη ε δηάξθεηα αγσγήο ηνπ θάησ IGBT θαη ζπλεπψο ν ρξφλνο θφξηηζεο ηνπ ππθλσηή bootstrap, πξέπεη λα είλαη ηθαλνπνηεηηθφο ψζηε λα πξνιαβαίλεη λα θνξηηζηεί ν ππθλσηήο ζηελ ηάζε ησλ 15 V.

158 Τπνινγηζκόο ππθλσηή bootstrap Γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηνπ ππθλσηή booηstrap εθαξκφδνπκε ηνλ αθφινπζν ηχπν: C 2 2Q I t Q I t H H G Qbsmax on ls Cbsleak on V V V V CC f Ls min (7.1) Λακβάλνληαο ππφςε απφ ηα δεδνκέλα ησλ θαηαζθεπαζηψλ ηηο αθφινπζεο πιεξνθνξίεο: H t on QLs sec f kHz C I Qbsmax A 6 ICbs I leak LK A QG 1 C VCC 15V V V V 2.5V LS Rbootstrap CEsat( IGBT ) Vmin 11.3V Τπνινγίδνπκε: C F ηελ πξάμε ρξεζηκνπνηψληαο έλα πεξηζψξην αζθαιείαο έρνπκε: C ' 3 4 C F 30 F Τπνινγηζκόο αληίζηαζεο θόξηηζεο ππθλσηή bootstrap VLS 2.5V V R I R R R I 300mA LS DS o DS DS DS o 8.3 RDS Rbootstrap R CEsat V I R R CEsat o CE CE V 0.3A 7 Άξα πξνθχπηεη: R bootstrap 1.3

159 εκεηψλεηαη φηη γηα ηνλ πεξηνξηζκφ ησλ αξλεηηθψλ ξεπκάησλ πνπ ελδερνκέλσο λα επηζηξέθνπλ ζην νινθιεξσκέλν θχθισκα IR2213 απφ ηηο πχιεο ησλ IGBTs θαηά ηε δηαθνπηηθή ιεηηνπξγία, παξάιιεια κε ηελ αληίζηαζε ζηελ έμνδν παικνδφηεζεο ηνπ IR2213 θαη πξνο ηελ αληίζεηε θαηεχζπλζε αγσγήο έρεη ηνπνζεηεζεί κία δίνδνο θαη κηα αληίζηαζε. Δπηπιένλ, παξάιιεια ζην ζήκα παικνδφηεζεο ηνπ θάζε IGBT ηνπνζεηείηαη κία δίνδνο Zener (ζε ζεηξά κε κία αληίζηαζε), ε νπνία θαηαξξέεη θαη απνθφπηεη ηάζεηο παικνδφηεζεο κεγαιχηεξεο ησλ 16 V. Σέινο, νη νδεγνί ησλ παικψλ δηαζέηνπλ κία είζνδν SD (Shut Down) κέζσ ηεο νπνίαο απελεξγνπνηνχληαη. Πξηλ ην ζηάδην ηεο ηειηθήο νδήγεζεο ησλ παικψλ πξνεγείηαη ην ζηάδην απνκόλσζεο ησλ ζεκάησλ απφ ην ζχζηεκα πςειήο ηζρχνο, έηζη ψζηε λα πξνζηαηεχεηαη ην θχθισκα ρακειήο ηζρχνο ηνπ κηθξνεπεμεξγαζηή. Απηφ επηηπγράλεηαη κέζσ νπηηθήο απνκφλσζεο κεηαμχ ησλ ζεκάησλ ησλ εμφδσλ ηνπ επεμεξγαζηή θαη απηψλ πνπ εηζέξρνληαη ζηνπο νδεγνχο ησλ IGBTs. Απηή ε απνκφλσζε γίλεηαη ρξεζηκνπνηψληαο ηνπο νπηνδεχθηεο 6Ν137 (optocouplers) ηεο εηαηξείαο Philips. Δικόνα 7.27 Optocoupler 6N137 πλνιηθά απαηηνχληαη επηά νπηνδεχθηεο γηα ην θχθισκα ηεο παικνδφηεζεο: έμη γηα ηα ζήκαηα ησλ παικψλ ησλ IGBTs θαη έλαο γηα ην ζήκα FAULT ηνπ κηθξνεπεμεξγαζηή πνπ νδεγείηαη ζε φιεο ηηο εηζφδνπο SD ησλ νδεγψλ IR2213 θαη κπνξεί λα δηαθφςεη ηε ιεηηνπξγία ησλ ηειεπηαίσλ εάλ θξηζεί απαξαίηεην. Οη νπηνδεχθηεο ρξεζηκνπνηνχλ κία θσηνδίνδν ε νπνία φηαλ δηαξξέεηαη απφ ξεχκα εθπέκπεη έλα νπηηθφ ζήκα πξνο έλα θσηνεπαίζζεην ηξαλδίζηνξ θαη ην ηειεπηαίν κε ηε ζεηξά ηνπ έξρεηαη ζε αγσγή. Σν θχθισκα ιεηηνπξγίαο θαζψο θαη ν πίλαθαο αιεζείαο ηνπ νπηνδεχθηε θαίλνληαη ζην επφκελν ζρήκα.

160 Πίνακαρ 7.6 Κύθισκα θαη πίλαθαο αιεζείαο Optocoupler 6N137 Παξαηεξνχκε φηη ε ιεηηνπξγία ηνπ νπηνδεχθηε εηζάγεη ηε ινγηθή ηεο αληηζηξνθήο ηνπ ζήκαηνο ζηελ έμνδν, γεγνλφο πνπ ζα πξέπεη λα ιάβνπκε ππφςε καο θαηά ηελ ζπλνιηθή νδήγεζε ησλ παικψλ κέζα απφ ηα ζηάδηα δηακφξθσζεο απηψλ. ην επφκελν ζρεκαηηθφ δηάγξακκα παξνπζηάδεηαη ε ζπλδεζκνινγία κεηαμχ δχν νπηνδεπθηψλ 6N137 γηα ηελ νδήγεζε ησλ ζεκάησλ ζηνλ νδεγφ παικψλ IR2213, ν νπνίνο ζα παικνδνηήζεη ηηο πχιεο ησλ δηαθνπηηθψλ ζηνηρείσλ ελφο εθ ησλ θιάδσλ ηνπ αληηζηξνθέα. Έλαο επηπιένλ νπηνδεχθηεο ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ νδήγεζε ηνπ ζήκαηνο Shut Down ηνπ κηθξνεπεμεξγαζηή, ην νπνίν ζα απελεξγνπνηήζεη ηνπο νδεγνχο παικψλ. Δικόνα 7.28 πλδεζκνινγία νπηνδεύθηε κε νδεγό παικώλ Δπεηδή, φπσο αλαθέξακε, ε ινγηθή ιεηηνπξγίαο ηνπ νπηνδεχθηε αλαζηξέθεη ην ζήκα, ζα πξέπεη πξηλ απφ ην ζηάδην ηεο απνκφλσζεο λα ρξεζηκνπνηήζνπκε κία επηπιένλ αλαζηξνθή ησλ ζεκάησλ ησλ παικψλ πνπ εμέξρνληαη απφ ην κηθξνεπεμεξγαζηή. Απηή ε αλαζηξνθή ζπληειείηαη κέζσ ησλ νινθιεξσκέλσλ θπθισκάησλ δεθαεμαδηθψλ αληηζηξνθέσλ 74HC04 (HEX Inverter) ηεο εηαηξείαο Philips. Δθηφο φκσο απφ ηελ παξαπάλσ ιεηηνπξγία, ζπκβάινπλ θαη ζηελ ελίζρπζε ηνπ ξεχκαηνο, θαζψο έρνπλ δηθηά ηνπο ηξνθνδνζία. ε πεξίπησζε πνπ ν κηθξνεπεμεξγαζηήο ρξεηάδεηαη λα ζηέιλεη ζήκαηα ζε πνιιέο εμφδνπο ηνπ (ην κέγηζην ξεχκα πνπ κπνξεί λα ηξνθνδνηήζεη είλαη 200 ma), εμαζθαιίδεηαη φηη ην ζήκα ησλ εμφδσλ ηνπ ζα θηάζεη εληζρπκέλν ζηα ππφινηπα πεξηθεξεηαθά θπθιψκαηα. Σν νινθιεξσκέλν θχθισκα 74HC04 απνηειείηαη απφ 14 αθίδεο (δχν γηα ηξνθνδνζία, έμη εηζφδνπο θαη έμη εμφδνπο) θαη εθηειεί παξάιιεια ηε ιεηηνπξγία έμη ππιψλ «NOT».

161 Δικόνα 7.29 HEX Inverter 74HC04 Δπεηδή έρνπκε επηά ζήκαηα πνπ ρξεηάδεηαη λα αλαζηξαθνχλ ρξεζηκνπνηνχκε δχν ηέηνηνπο αληηζηξνθείο, φπσο θαίλεηαη ζην αθφινπζν ζρήκα. Δικόνα 7.30 πλδεζκνινγία δεθαεμαδηθώλ αληηζηξνθέσλ Ζ πιαθέηα ειέγρνπ ηνπ αληηζηξνθέα πνπ ζρεδηάζζεθε, θαηαζθεπάζηεθε θαη επαιεζεχηεθε ζηελ πξάμε ε νξζή ιεηηνπξγία ηεο παξνπζηάδεηαη ζηηο αθφινπζεο εηθφλεο.

162 Δικόνα 7.31 πλνιηθό ζρεκαηηθό δηάγξακκα πιαθέηαο ειέγρνπ αληηζηξνθέα

163 Δικόνα 7.32 Κύθισκα ειέγρνπ αληηζηξνθέα 7.8 Σξνθνδνζία θπθιώκαηνο ειέγρνπ Γηα ηελ ηξνθνδνζία ηνπ ειεθηξνληθνχ θπθιψκαηνο ειέγρνπ απαηηήζεθαλ νη εμήο ηξνθνδνζίεο:

164 ±15 V γηα ηελ ηξνθνδνζία νινθιεξσκέλσλ θπθισκάησλ AD622, AD580 θαη ησλ κεηξεηηθψλ ξεχκαηνο θαη ηάζεο +5 V γηα ηελ ηξνθνδνζία ηνπ κηθξνεπεμεξγαζηή DSPIC30F4011, ηνπ ξνπνκέηξνπ θαη ησλ νινθιεξσκέλσλ θπθισκάησλ 74HC04 ζηελ πιεπξάο ρακειήο ηζρχνο +5 V γηα ηελ ηξνθνδνζία ησλ νπηνδεπθηψλ 6Ν137 θαη ησλ νδεγψλ IR2213 ζηελ πιεπξάο πςειήο ηζρχνο +15 V γηα ηε δεχηεξε ηξνθνδνζία ησλ νδεγψλ IR2213 ζηελ πιεπξάο πςειήο ηζρχνο Ζ πιεπξά ρακειήο θαη ε πιεπξά πςειήο ηζρχνο ηεο πιαθέηαο ζα πξέπεη λα έρνπλ μερσξηζηέο γαηέο σο αλαθνξά. Γηα ηελ παξνρή φισλ ησλ παξαπάλσ ηξνθνδνζηψλ θαηαζθεπάζηεθαλ γξακκηθά ηξνθνδνηηθά, ε αξρή ιεηηνπξγίαο ησλ νπνίσλ δηέπεηαη απφ ην επφκελν ζρεκαηηθφ δηάγξακκα. Δικόνα 7.33 Γεληθό γξακκηθό δηάγξακκα ελόο γξακκηθνύ ηξνθνδνηηθνύ [55] ηηο εμφδνπο ησλ ηξνθνδνηηθψλ πξνζηέζεθαλ αζθάιεηεο γηα πξνζηαζία ηεο πιαθέηαο ειέγρνπ θαη θσηνδίνδνη γηα νπηηθή έλδεημε ηεο παξνρήο ηξνθνδνζίαο. Σα γξακκηθά ηξνθνδνηηθά πνπ θαηαζθεπάζηεθαλ παξνπζηάδνληαη ζηελ παξαθάησ εηθφλα.

165 Δικόνα 7.34 Σξνθνδνηηθό θπθιώκαηνο ειέγρνπ αληηζηξνθέα Απηά ηα ηξνθνδνηηθά ρξεζηκνπνηήζεθαλ αξρηθά ζηνλ εξγαζηεξηαθφ πάγθν, γηα ηελ ηξνθνδνζία ηεο πιαθέηαο ειέγρνπ ηνπ αληηζηξνθέα θαηά ηε δηεμαγσγή ησλ απαξαίηεησλ πεηξακάησλ, θαη έπεηηα, γηα ηελ εθαξκνγή ηνπο ζην πβξηδηθφ φρεκα, ρξεζηκνπνηήζεθε επίζεο έλαο αληηζηξνθέαο θαζαξνχ εκηηφλνπ ηεο εηαηξείαο Studer.

166 Δικόνα 7.35 Μεηαηξνπέαο ζπλερνύο ηάζεο ζε εκηηνλνεηδή ηάζε [29] Ο ζπγθεθξηκέλνο κεηαηξνπέαο (Sine wave Inverter AJ ) δέρεηαη ηξνθνδνζία ζπλερνχο ηάζεο 12 V θαη ηε κεηαηξέπεη ζε εκηηνλνεηδή ηάζε 230 V ζπρλφηεηαο 50 Hz. Ζ κέγηζηε απφδνζή ηνπ είλαη 93 % θαη κπνξεί λα παξέρεη ζπλερή ηζρχ 200 VA. Χο πεγή ηάζεο γηα ηνλ παξαπάλσ αληηζηξνθέα ρξεζηκνπνηείηαη κία κπαηαξία νμέσο κνιχβδνπ ηάζεο εμφδνπ 12 V θαη ρσξεηηθφηεηαο 7.2 Ah, ε νπνία θαίλεηαη ζην αθφινπζν ζρήκα.

167 Δικόνα 7.36 Μπαηαξία ηξνθνδνζίαο ηνπ θπθιώκαηνο ηνπ κηθξνειεγθηή 7.9 Κνπηί θύιαμεο Ο ειεθηξνληθφο κεηαηξνπέαο ηζρχνο ζπλερνχο ηάζεο ζε ηξηθαζηθή ελαιιαζζφκελε, ην ζχζηεκα πξνζηαζίαο ηεο δηάηαμεο θαζψο θαη ν κεηαηξνπέαο αλχςσζεο ππνβηβαζκνχ ζπλερνχο ηάζεο ζε ζπλερή πνπ πεξηγξάθεηαη ζην επφκελν θεθάιαην, ηνπνζεηνχληαη κέζα ζε έλα ειεθηξνινγηθφ κνλσκέλν θνπηί θχιαμεο δηαζηάζεσλ cm (κήθνο πιάηνο χςνο). Δπίζεο, ζην θνπηί απηφ ηνπνζεηνχληαη ηα ηξνθνδνηηθά θαη νη απαξαίηεηεο κπαηαξίεο ησλ παξαπάλσ κεηαηξνπέσλ. ην εμσηεξηθφ ηνπ δηαζέηεη δηαθφπηεο δηαρείξηζεο ηεο ελέξγεηαο, ηέζζεξεηο αλεκηζηήξεο ηάζεο 12 V θαη δηαζηάζεσλ cm, νη δχν γηα εηζαγσγή ηνπ αέξα (δηαζέηνπλ θαη θίιηξα) θαη νη άιινη δχν γηα εμαγσγή ηνπ ζεξκνχ αέξα απφ ην θνπηί, θαη ηξεηο ζηππηνζιίπηεο παξέρνπλ ζηαζεξή θαη αζθαιή ζπγθξάηεζε ησλ θαισδίσλ ηεο ζπλερνχο ηάζεο ησλ κπαηαξηψλ, ησλ ηξηψλ θαισδίσλ ηνπ ειεθηξνθηλεηήξα θαη ηνπ θαισδίνπ ηνπ ζηξνθφκεηξνπ. Γηα ηελ ηξνθνδνζία ησλ παξαπάλσ αλεκηζηήξσλ ρξεζηκνπνηείηαη επίζεο κία κπαηαξία φπσο απηή ηεο εηθφλαο Οη θαισδηψζεηο ηζρχνο εμέξρνληαη απφ ην θνπηί κέζσ ζηππηνζιηπηψλ, νη νπνίνη ζπγθξαηνχλ θαη πξνζηαηεχνπλ ηα θαιψδηα απφ πηζαλέο ηαιαληψζεηο. Σν θνπηί απηφ ηνπνζεηείηαη θαη ζπγθξαηείηαη πάλσ απφ ην θάιπκκα πξνζηαζίαο ησλ κπαηαξηψλ, έηζη ψζηε λα ππάξρεη εχθνιε πξφζβαζε δηαρείξηζεο ηεο ηζρχνο απφ ηνλ νδεγφ ρσξίο λα ππάξρεη θάπνηνο θίλδπλνο.

168 Δικόνα 7.37 Κνπηί θύιαμεο κεηαηξνπέσλ ηζρύνο (θάηνςε) Δικόνα 7.38 Κνπηί θύιαμεο κεηαηξνπέσλ ηζρύνο Γηαθόπηεο ρεηξηζκνύ

169 Δικόνα 7.39 Κνπηί θύιαμεο κεηαηξνπέσλ ηζρύνο ηππηνζιίπηεο γηα ηελ έμνδν ησλ θαισδίσλ

170

171 ΚΔΦΑΛΑΙΟ 8 ΗΛΔΚΣΡΟΝΙΚΟ ΑΜΦΙΚΑΣΔΤΘΤΝΣΗΡΙΟ ΜΔΣΑΣΡΟΠΔΑ ΙΥΤΟ ΑΝΤΦΧΗ ΤΠΟΒΙΒΑΜΟΤ ΤΝΔΥΟΤ ΣΑΗ Δ ΤΝΔΥΗ ΣΑΗ [29], [55]-[59] 8.1 ρεδηαζκόο Μειέηε ειεθηξνληθνύ κεηαηξνπέα ηζρύνο Γηα ηε ιεηηνπξγία ηεο ηξηθαζηθήο αζχγρξνλεο κεραλήο ζε νλνκαζηηθή ηζρχ απαηηήζεθε ε αλχςσζε ηεο ζπλερνχο ηάζεο, ε νπνία ζα νδεγείηαη έπεηηα ζηελ είζνδν ηνπ αληηζηξνθέα, θαζψο θαη ν ππνβηβαζκφο απηήο, θαηά ηε ιεηηνπξγία ηεο κεραλήο σο γελλήηξηα, ζηελ έμνδν ηνπ αληηζηξνθέα γηα ηελ επηζηξνθή ελέξγεηαο ζηηο κπαηαξίεο. Αξρηθά, κειεηάηαη ε ιεηηνπξγία ησλ κεηαηξνπέσλ αλχςσζεο θαη ππνβηβαζκνχ ηάζεο θαη έπεηηα ε ιεηηνπξγία ελφο ακθηθαηεπζπληήξηνπ κεηαηξνπέα αλχςσζεο / ππνβηβαζκνχ ζπλερνχο ηάζεο ζε ζπλερή ηάζε, ν νπνίνο ζπλδπάδεη ηε ιεηηνπξγία ησλ δχν πξνεγνχκελσλ κεηαηξνπέσλ Μεηαηξνπέαο αλύςσζεο ηάζεο Γηα ηελ αλχςσζε ηεο ηάζεο εηζάγεηαη ε ινγηθή ζρεδίαζεο ελφο κεηαηξνπέα αλχςσζεο ζπλερνχο ηάζεο ζε ζπλερή ηάζε (Step-up ή Boost Converter), ν νπνίνο παξνπζηάδεηαη ζην αθφινπζν ζρήκα. σήμα 8.1 Μεηαηξνπέαο αλύςσζεο ζπλερνύο ηάζεο ζε ζπλερή ηάζε Boost Converter [55] Ο ζπγθεθξηκέλνο κεηαηξνπέαο απνηειείηαη απφ κία πεγή ζπλερνχο ηάζεο V i, έλα πελίν L f ζηελ είζνδν, έλα δηαθνπηηθφ ζηνηρείν, κία δίνδν ηζρχνο D 0 θαη έλαλ ειεθηξνιπηηθφ ππθλσηή C o ζηελ έμνδν γηα λα πεξηνξίδεηαη ε θπκάησζε ηεο ηάζεο.

172 Ζ ιεηηνπξγία ηνπ ρσξίδεηαη ζε δχν θάζεηο: ηελ πξψηε θάζε, φπνπ ην δηαθνπηηθφ ζηνηρείν άγεη, ην πελίν θνξηίδεηαη κέζσ ηεο πεγήο ηάζεο. Ζ δίνδνο πνιψλεηαη αλάζηξνθα απνκνλψλνληαο ηε βαζκίδα εμφδνπ θαη ν ππθλσηήο εθθνξηίδεηαη ζην θνξηίν πνπ ζπλδέεηαη ζηελ έμνδν ηνπ κεηαηξνπέα. σήμα ε θάζε ιεηηνπξγίαο κεηαηξνπέα Boost - δηαθόπηεο θιεηζηόο [55] ηε δεχηεξε θάζε, φπνπ ην δηαθνπηηθφ ζηνηρείν δελ άγεη, ε δίνδνο πνιψλεηαη νξζά θαη ε πεγή ηάζεο ζπλδέεηαη κε ην θνξηίν, θνξηίδνληαο θαη ηνλ ππθλσηή. Παξάιιεια, ε ελέξγεηα ηνπ πελίνπ εθθνξηίδεηαη ζηε βαζκίδα εμφδνπ. Ζ ηάζε, δειαδή, ζηα άθξα ηνπ πελίνπ πξνζηίζεηαη ζηελ ηάζε ηεο πεγήο θαη εθαξκφδεηαη ζηα άθξα ηνπ θνξηίνπ. σήμα ε θάζε ιεηηνπξγίαο κεηαηξνπέα Boost - δηαθόπηεο αλνηρηόο [55] ην αθφινπζν ζρήκα παξνπζηάδνληαη νη γξαθηθέο παξαζηάζεηο ησλ ραξαθηεξηζηηθψλ κεγεζψλ ησλ ζηνηρείσλ πνπ απνηεινχλ ην κεηαηξνπέα, γηα ηελ πεξίπησζε φπνπ ην

173 πελίν δελ πξνιαβαίλεη λα εθθνξηηζηεί πιήξσο (θαηά ηε δεχηεξε θάζε ιεηηνπξγίαο), δειαδή επηθξαηεί ζπλερήο αγσγή. σήμα 8.4 Κπκαηνκνξθέο ηάζεσλ θαη ξεπκάησλ ησλ ζηνηρείσλ ηνπ Boost converter [55] Υξεζηκνπνηψληαο ηε ζπλερή αγσγή ζην πελίν επηηπγράλεηαη θαιχηεξε εμνκάιπλζε ζην ξεχκα εμφδνπ, αιιά απφ ηελ άιιε κεξηά απαηηείηαη κεγαιχηεξν πελίν θαη ζπλεπψο απμάλεηαη ην βάξνο θαη ν φγθνο ηεο θαηαζθεπήο. Ζ δηακφξθσζε ηνπ πιάηνπο εμφδνπ ηνπ κεηαηξνπέα θαζνξίδεηαη απφ ηελ ηάζε εηζφδνπ θαη ην ιφγν θαηάηκεζεο ton ton t off (duty cycle), ν νπνίνο εθθξάδεη ην ρξφλν αγσγήο ηνπ δηαθνπηηθνχ ζηνηρείνπ t on σο πξνο ηελ πεξίνδν ιεηηνπξγίαο ηνπ κεηαηξνπέα TS ton t off. Ζ αχμεζε ηνπ ιφγνπ θαηάηκεζεο, θαη ζπλεπψο ηνπ ρξφλνπ αγσγήο, ζπλεπάγεηαη ηελ αχμεζε ηεο κέζεο ηάζεο εμφδνπ ηνπ κεηαηξνπέα. Οη βαζηθνί ηχπνη πεξηγξαθήο ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ κεηαηξνπέα Boost θαίλνληαη ζηελ αθφινπζε εηθφλα.

174 Δικόνα 8.1 Σύπνη γηα ην κεηαηξνπέα Boost [55] Μεηαηξνπέαο ππνβηβαζκνύ ηάζεο Γηα ηνλ ππνβηβαζκφ ηεο ηάζεο εηζάγεηαη ε ινγηθή ζρεδίαζεο ελφο κεηαηξνπέα ππνβηβαζκνχ ζπλερνχο ηάζεο ζε ζπλερή ηάζε (Buck Converter), ν νπνίνο παξνπζηάδεηαη ζην αθφινπζν ζρήκα. σήμα 8.5 Μεηαηξνπέαο ππνβηβαζκνύ ζπλερνύο ηάζεο ζε ζπλερή ηάζε Buck Converter [55] Ο ζπγθεθξηκέλνο κεηαηξνπέαο απνηειείηαη κία πεγή ζπλερνχο ηάζεο V i, έλαλ ειεθηξνιπηηθφ ππθλσηή εηζφδνπ C i, έλα πελίν L f, έλα δηαθνπηηθφ ζηνηρείν, κία δίνδν ηζρχνο D 0 θαη έλαλ ειεθηξνιπηηθφ ππθλσηή C o ζηελ έμνδν γηα λα πεξηνξίδεηαη ε θπκάησζε ηεο ηάζεο. Ζ ιεηηνπξγία ηνπ ρσξίδεηαη ζε δχν θάζεηο: ηελ πξψηε θάζε, φπνπ ην δηαθνπηηθφ ζηνηρείν άγεη, ε ελέξγεηα κεηαθέξεηαη απ επζείαο απφ ηελ είζνδν ζηελ έμνδν κέζσ ηνπ πελίνπ, θνξηίδνληαο ηνλ ππθλσηή εμφδνπ. Ζ δίνδνο είλαη αλάζηξνθα πνισκέλε θαη δε δηαξξέεηαη απφ ξεχκα.

175 σήμα ε θάζε ιεηηνπξγίαο ηνπ κεηαηξνπέα Buck - δηαθόπηεο θιεηζηόο [55] ηε δεχηεξε θάζε, φπνπ ην δηαθνπηηθφ ζηνηρείν δελ άγεη, ην πελίν πξνζπαζεί λα δηαηεξήζεη ην ξεχκα πξνο ηελ ίδηα θαηεχζπλζε, ιεηηνπξγψληαο σο πεγή ξεχκαηνο. πλεπψο, ε δηαθνξά δπλακηθνχ ζηα άθξα ηεο επαγσγήο αλαζηξέθεηαη θαη ε δίνδνο πνιψλεηαη νξζά θαη άγεη. σήμα ε θάζε ιεηηνπξγίαο ηνπ κεηαηξνπέα Buck - δηαθόπηεο αλνηρηόο [55] ην αθφινπζν ζρήκα παξνπζηάδνληαη νη γξαθηθέο παξαζηάζεηο ησλ ραξαθηεξηζηηθψλ κεγεζψλ ησλ ζηνηρείσλ πνπ απνηεινχλ ην κεηαηξνπέα, γηα ηελ πεξίπησζε φπνπ ην πελίν δελ πξνιαβαίλεη λα εθθνξηηζηεί πιήξσο (θαηά ηε δεχηεξε θάζε ιεηηνπξγίαο), δειαδή επηθξαηεί ζπλερήο αγσγή.

176 σήμα 8.8 Κπκαηνκνξθέο ηάζεσλ θαη ξεπκάησλ ησλ ζηνηρείσλ ηνπ Buck converter [55] Υξεζηκνπνηψληαο ηε ζπλερή αγσγή ζην πελίν επηηπγράλεηαη θαη ζε απηφλ ην κεηαηξνπέα θαιχηεξε εμνκάιπλζε ζην ξεχκα εμφδνπ, φπσο ζηελ πξνεγνχκελε πεξίπησζε. Δπίζεο, ε αχμεζε ηνπ ιφγνπ θαηάηκεζεο απμάλεη ηε κέζε ηάζε ζηελ έμνδν ηνπ κεηαηξνπέα. Οη βαζηθνί ηχπνη πεξηγξαθήο ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ κεηαηξνπέα Boost θαίλνληαη ζηελ αθφινπζε εηθφλα. Δικόνα 8.2 Σύπνη γηα ην κεηαηξνπέα Buck [55]

177 Ακθηθαηεπζπληήξηνο κεηαηξνπέαο αλύςσζεο / ππνβηβαζκνύ ηάζεο πλδπάδνληαο ηνπο δχν παξαπάλσ κεηαηξνπείο ζε έλαλ, θαηαζθεπάδεηαη έλαο ακθηθαηεπζπληήξηνο κεηαηξνπέαο αλχςσζεο / ππνβηβαζκνχ ζπλερνχο ηάζεο ζε ζπλερή ηάζε, ν νπνίνο παξνπζηάδεηαη ζην αθφινπζν ζρήκα. σήμα 8.9 Μεηαηξνπέαο αλύςσζεο / ππνβηβαζκνύ ζπλερνύο ηάζεο ζε ζπλερή ηάζε Bidirectional Boost / Buck Converter Απνηειείηαη απφ δχν δηαθνπηηθά ζηνηρεία κε αληηπαξάιιειεο δηφδνπο, έλα πελίν, θαη δχν ππθλσηέο, έλα ζηελ είζνδν θαη έλαλ ζηελ έμνδν αληίζηνηρα. Σα ζηνηρεία ζε απηφλ ηνλ κεηαηξνπέα δελ άγνπλ ζπκπιεξσκαηηθά φπσο ζηνλ ηξηθαζηθφ αληηζηξνθέα. Ζ ιεηηνπξγία ηνπ πάλσ ή θάησ IGBT εμαξηάηαη απφ ηνλ ηξφπν ιεηηνπξγίαο ηνπ κεηαηξνπέα, σο αλπςσηήο ή σο ππνβηβαζηήο. Ζ πην γλσζηή κέζνδνο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηνλ έιεγρν φισλ ησλ παξαπάλσ εηδψλ κεηαηξνπέσλ είλαη ε Γηακφξθσζε ηνπ Πιάηνπο ησλ Παικψλ (Pulse Width Modulation PWM). Ο έιεγρνο ζηεξίδεηαη ζηε ξχζκηζε ηνπ ιφγνπ θαηάηκεζεο κέζσ ηνπ νπνίνπ δηακνξθψλεηαη ε ηάζε ζηελ εθάζηνηε έμνδν. 8.2 Πεξηγξαθή ιεηηνπξγίαο κεηαηξνπέα Ο έιεγρνο ηνπ κεηαηξνπέα θαζνξίδεηαη ρξεζηκνπνηψληαο σο παξακέηξνπο ηα ζήκαηα εηζφδνπ θαη εμφδνπ ησλ ηάζεσλ θαη ησλ ξεπκάησλ αληίζηνηρα. Γηα ηε ιεηηνπξγία ηνπ κεηαηξνπέα σο Boost converter, ε ηάζε εηζφδνπ ησλ 192 V ησλ κπαηαξηψλ πξέπεη λα αλπςψλεηαη ζηελ έμνδν ζηα 380 V. Ζ ηάζε ζηελ έμνδν κεηξάηαη απφ έλα κεηξεηηθφ ηάζεο θαη απνζηέιιεηαη ην θαηάιιειν ζήκα ζηνλ κηθξνειεγθηή ηνπ θπθιψκαηνο ειέγρνπ γηα επεμεξγαζία. Δάλ ε ηάζε εμφδνπ πέζεη

178 θάησ απφ έλα πνζνζηηαίν πεξηζψξην, ην νπνίν έρεη νξηζηεί σο απνδεθηή θχκαλζε, ν κηθξνειεγθηήο απμάλεη ην ρξφλν θαηάηκεζεο ψζηε λα απμεζεί ε ηάζε εμφδνπ. Σν βήκα αχμεζεο ηνπ δ κπνξεί λα είλαη είηε ζηαζεξφ είηε κεηαβαιιφκελν ζπλαξηήζεη ηεο δηαθνξάο ηεο εθάζηνηε ηάζεο απφ ηελ επηζπκεηή ηάζε εμφδνπ. Δάλ αξρηθά ν κεηαηξνπέαο ιεηηνπξγεί σο Boost (δειαδή παξέρεηαη ηζρχο ζηνλ ειεθηξνθηλεηήξα ππνβνήζεζε θίλεζεο νρήκαηνο) θαη έπεηηα απαηηεζεί επηζηξνθή ελέξγεηαο (φηαλ ν νδεγφο κεηψζεη ηε ξνπή αλαθνξάο ε ειεθηξηθή κεραλή πεξλάεη ζε ιεηηνπξγία γελλήηξηαο), ν ππθλσηήο εμφδνπ ηνπ κεηαηξνπέα ηείλεη λα θνξηηζηεί ζε επίπεδν ηάζεο κεγαιχηεξν απφ ηα 380 V. Ζ αχμεζε απηήο ηεο ηάζεο θαηαγξάθεηαη απφ ην κεηξεηηθφ ηάζεο θαη ν κηθξνειεγθηήο κεηψλεη ην ιφγν θαηάηκεζεο, θαη ζπλεπψο ην ρξφλν αγσγήο ησλ δηαθνπηηθψλ ζηνηρείσλ, ψζηε λα ζπγθξαηεί ηελ ηάζε θνληά ζην επίπεδν ησλ 380 V. Έηζη, κεηψλεηαη ζηαδηαθά ε ηζρχο πνπ παξέρνπλ νη κπαηαξίεο κέρξη ηε ζηηγκή φπνπ ν ιφγνο θαηάηκεζεο ζα πάξεη ηελ ειάρηζηε ηηκή ηνπ, δ min. Σν δ min δεζκεχεη ηε ιεηηνπξγία ηνπ πελίνπ ζε ζπλερή αγσγή, ε νπνία έρεη επηιερζεί γηα ηε ιεηηνπξγία ηνπ κεηαηξνπέα. Δπεηδή, δε κπνξεί λα κεησζεί πεξηζζφηεξν ν ρξφλνο αγσγήο ησλ δηαθνπηηθψλ ζηνηρείσλ, ε επηπξφζζεηε ηζρχο ηεο γελλήηξηαο πνπ παξέρεηαη ζηνλ ππθλσηή εμφδνπ νδεγεί ζε ππεξθφξηηζε. Θέηνληαο σο αλψηαην φξην αχμεζεο ηεο ηάζεο ηα 450 V, κεηά απφ απηφ ην επίπεδν ηάζεο δηαθφπηεηαη ε ιεηηνπξγία ηνπ κεηαηξνπέα σο Boost θαη ελεξγνπνηείηαη ε ιεηηνπξγία σο Buck. Ο ρξφλνο πνπ παξεκβάιιεηαη κεηαμχ απηήο ηεο αιιαγήο ιεηηνπξγίαο είλαη 2 msec θαη απαηηείηαη γηα ηελ απνκαγλήηηζε ηνπ πελίνπ, ψζηε λα κπνξεί λα αληηζηξαθεί ε θνξά ηνπ ξεχκαηνο. Ζ είζνδνο θαη ε έμνδνο ηνπ κεηαηξνπέα αληηζηξέθνληαη πιένλ. Ζ ηάζε εμφδνπ ηνπ κεηαηξνπέα Buck ε νπνία ζα θνξηίζεη ηηο κπαηαξίεο είλαη 192 V. Όηαλ ε ηάζε εηζφδνπ ηνπ κεηαηξνπέα Buck κεησζεί θάησ απφ ην επίπεδν ησλ 400 V, ν κηθξνειεγθηήο ζα απμήζεη ην ρξφλν αγσγήο ησλ δηαθνπηψλ ψζηε λα ζπγθξαηήζεη ηελ ηάζε εμφδνπ ζηα 192 V. Δπίζεο, κεηξάηαη ην ξεχκα εμφδνπ ηνπ κεηαηξνπέα Buck έηζη ψζηε λα κελ ππεξβεί ηα 9 Α, ην νπνίν αληηζηνηρεί ζηελ κέγηζηε ηηκή ηνπ ξεχκαηνο θφξηηζεο ησλ κπαηαξηψλ. Ζ κέγηζηε ηηκή ηνπ ιφγνπ θαηάηκεζεο δ max ηζνχηαη κε ηε κνλάδα. Όηαλ ε ηάζε ηνπ ππθλσηή πέζεη θάησ απφ ηα 380 V θαη ε γελλήηξηα δε κπνξεί λα επηζηξέςεη κεγαιχηεξε ηζρχ, ηφηε ν κεηαηξνπέαο πεξλάεη πάιη ζε ιεηηνπξγία Boost, κεηά απφ λεθξφ ρξφλν 2 ms. Ο κεηαηξνπέαο είλαη έηνηκνο λα ιεηηνπξγήζεη μαλά γηα ηελ αλχςσζε ηεο ηάζεο ησλ ζπζζσξεπηψλ. Όπσο αλαιχζεθε ζηελ ελφηεηα 5.8, επεηδή ε ηηκή ηνπ ξεχκαηνο πνπ πξέπεη λα παξέρνπλ νη ειεθηξνρεκηθνί ζπζζσξεπηέο είλαη αξθεηά πςειή (Η = 111 Α) θαη δε κπνξεί λα ηε δηαρεηξηζηεί έλαο κφλν κεηαηξνπέαο αλχςσζεο / ππνβηβαζκνχ ηάζεο (ιφγσ θαηαζθεπήο πελίνπ), εηζάγεηαη ε ινγηθή παξαιιειηζκνχ ηέηνησλ κεηαηξνπέσλ. χκθσλα κε ηνπο ππνινγηζκνχο, ψζηε λα είλαη εθηθηή ε πεηξακαηηθή πινπνίεζε, απαηηνχληαη δέθα ακθηθαηεπζπληήξηνη κεηαηξνπείο Boost / Buck. Οη κεηαηξνπείο απηνί δηαζέηνπλ μερσξηζηφ κηθξνειεγθηή έθαζηνο θαη θαζέλαο ειέγρεη ην ξεχκα εμφδνπ ηνπ κεηαηξνπέα ψζηε λα είλαη ίζν κε ην 1 / 10 ηνπ ζπλνιηθνχ ξεχκαηνο εηζφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα. Γηα ην ζπληνληζκφ ηεο ιεηηνπξγίαο απηψλ ησλ

179 κεηαηξνπέσλ απαξαίηεηε ε πινπνίεζε ελφο δηθηχνπ επηθνηλσλίαο κε ρξήζε ελφο επηπιένλ θεληξηθνχ κηθξνειεγθηή ή ρσξίο απηφλ (θαηαλεκεκέλν δίθηπν). 8.3 Πξνζνκνίσζε κεηαηξνπέα ε πξψηε θάζε, πξνζνκνηψλεηαη ε ιεηηνπξγία ηνπ κεηαηξνπέα αλχςσζεο / ππνβηβαζκνχ ζπλερνχο ηάζεο ζε ζπλερή γηα λα εμαζθαιηζηεί ε νξζή ιεηηνπξγία ηνπ θπθιψκαηνο θαη λα παξαηεξεζεί ε ζπκπεξηθνξά ηνπ. Με απηφλ ηνλ ηξφπν ζα δηαζθαιίζνπκε φηη ην πελίν δελ εηζέξρεηαη ζηελ πεξηνρή ηνπ θφξνπ θαη φηη πξνιαβαίλεη λα απνκαγλεηηζηεί θαηά ηελ ελαιιαγή ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ κεηαηξνπέα απφ αλπςσηή ζε ππνβηβαζηή ηάζεο θαη αληηζηξφθσο. Δπίζεο ππνινγίδνληαη ηα ξεχκαηα θαη νη ηάζεηο ζηα δηάθνξα ζηνηρεία ηνπ θπθιψκαηνο ψζηε λα γίλεη ζσζηή επηινγή απηψλ ζχκθσλα κε ηα ραξαθηεξηζηηθά ηνπο κεγέζε. Ζ πξνζνκνίσζε ηνπ κεηαηξνπέα δηεμήρζε κε ηε βνήζεηα ηνπ ινγηζκηθνχ Orcad PSpice (Version 9.2). ην αθφινπζν ζρήκα παξαηεξείηαη ε θπθισκαηηθή αλαπαξάζηαζή ηνπ φπσο θαίλεηαη ζην γξαθηθφ πεξηβάιινλ ηνπ πξνγξάκκαηνο. σήμα 8.10 Κπθισκαηηθή αλαπαξάζηαζε κεηαηξνπέα Boost/Buck ζην Orcad PSpise 9.2 Ζ ειεθηξηθή κεραλή έρεη εμνκνησζεί σο έλα σκηθφ-επαγσγηθφ θνξηίν (RLoad- LLoad), θαηά ηε ιεηηνπξγία ηνπ κεηαηξνπέα σο αλπςσηή ζπλερνχο ηάζεο, θαη σο κία

180 πεγή κεηαβιεηήο ηάζεο (VRegen) κε κία αληίζηαζε ζε ζεηξά (RRegen), θαηά ηε ιεηηνπξγία ηνπ κεηαηξνπέα σο ππνβηβαζηή ζπλερνχο ηάζεο. Δπίζεο, θαηά ηε ιεηηνπξγία ηεο κεραλήο σο γελλήηξηα, φπνπ επηζηξέθεηαη ελέξγεηα ζηηο κπαηαξίεο θαη απαηηείηαη ππνβηβαζκφο ηεο ζπλερνχο ηάζεο, απηή κπνξεί λα αληηθαηαζηαζεί κε κία πεγή ζπλερνχο ξεχκαηνο. Ζ ελαιιαγή ηεο εμνκνίσζεο ηεο ειεθηξηθήο κεραλήο απφ θνξηίν ζε πεγή θαη αληηζηξφθσο γίλεηαη κέζσ ηδαληθνχ δηαθφπηε (SRegen). Οη κπαηαξίεο εμνκνηψλνληαη κε κία πεγή ζπλερνχο ηάζεο (Vinput) θαη ηα δηαθνπηηθά ζηνηρεία (Tr1, Tr2) είλαη IGBTs. Ζ παικνδφηεζε ησλ δηαθνπηηθψλ ζηνηρείσλ επηηπγράλεηαη κέζσ δχν παικνγελλεηξηψλ (VCntBst, VCntBck). Ο ρξφλνο αγσγήο ηνπο είλαη t on = 25 κsec ζε πεξίνδν Σ s = 50 κsec, ε νπνία αληηζηνηρεί ζε ζπρλφηεηα παικνδφηεζεο 20 khz. Ζ ηηκή ηεο επαγσγήο ηνπ πελίνπ ππνινγίζηεθε L f = 3mH, ζχκθσλα κε ηνπο ππνινγηζκνχο ηεο ππνελφηεηαο Γηα ηελ εμνκνίσζε ηνπ πελίνπ ρξεζηκνπνηείηαη επίζεο κία παξαζηηηθή αληίζηαζε R Lf = 50 mχ. Σέινο, ηα παξαζηηηθά ζηνηρεία ηνπ ειεθηξνιπηηθνχ ππθλσηή εμνκνηψλνληαη κε έλα πελίν L Cout = 5 ph θαη κία αληίζηαζε R Cout = 5 mχ. εκεηψλεηαη φηη ε ζπγθεθξηκέλε εμνκνίσζε γίλεηαη γηα ζηαζεξή ηηκή ηεο κεηαβιεηήο πεγήο ηάζεο. ηελ αθφινπζε εηθφλα παξνπζηάδνληαη νη παικνδνηήζεηο ζηηο πχιεο ησλ δηαθνπηηθψλ ζηνηρείσλ. Γηα ηα ρξνληθά δηαζηήκαηα 300 έσο 350 msec θαη 402 έσο 550 msec ν κεηαηξνπέαο ιεηηνπξγεί σο αλπςσηήο ηάζεο (αλνηθιείλνληαο ην θάησ IGBT Tr2), ελψ γηα ηα ρξνληθά δηαζηήκαηα 352 έσο 400 msec θαη 402 έσο 550 msec ν κεηαηξνπέαο ιεηηνπξγεί σο ππνβηβαζηήο ηάζεο (αλνηθιείλνληαο ην πάλσ IGBT Tr1). Παξαηεξείηαη επίζεο ην λεθξφ δηάζηεκα ησλ 2 msec γηα ηελ αιιάγε ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ κεηαηξνπέα απφ Boost ζε Buck θαη αληηζηξφθσο. Δικόνα 8.3 Παικνδόηεζε δηαθνπηηθώλ ζηνηρείσλ (Tr2 - θόθθηλν ρξώκα, Tr1 - πξάζηλν ρξώκα)