ΓΗΠΛΩΜΑΣΗΚΖ ΔΡΓΑΗΑ. ηνπ Φνηηεηή ηνπ Σκήκαηνο Ζιεθηξνιφγσλ Μεραληθψλ θαη Σερλνινγίαο Τπνινγηζηψλ ηεο Πνιπηερληθήο ρνιήο ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξψλ

Transcript

1 ΠΑΝΔΠΗΣΖΜΗΟ ΠΑΣΡΩΝ ΣΜΖΜΑ ΖΛΔΚΣΡΟΛΟΓΩΝ ΜΖΥΑΝΗΚΩΝ ΚΑΗ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΤΠΟΛΟΓΗΣΩΝ ΣΟΜΔΑ ΤΣΖΜΑΣΩΝ ΖΛΔΚΣΡΗΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΔΡΓΑΣΖΡΗΟ ΖΛΔΚΣΡΟΜΖΥΑΝΗΚΖ ΜΔΣΑΣΡΟΠΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΓΗΠΛΩΜΑΣΗΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ηνπ Φνηηεηή ηνπ Σκήκαηνο Ζιεθηξνιφγσλ Μεραληθψλ θαη Σερλνινγίαο Τπνινγηζηψλ ηεο Πνιπηερληθήο ρνιήο ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξψλ ΒΑΗΛΔΗΟΤ ΠΤΡΗΓΩΝΟ ΜΠΗΕΩΝΖ Α.Μ.: 7067 ΜΔΛΔΣΖ ΚΑΗ ΚΑΣΑΚΔΤΖ ΓΗΑΣΑΞΖ ΓΗΑ ΓΗΑΤΝΓΔΖ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΟΤ ΠΛΑΗΗΟΤ ΜΔ ΣΟ ΓΗΚΣΤΟ ΥΑΜΖΛΖ ΣΑΖ Δπηβιέπσλ: Γξ.-Μερ. Δκκαλνπήι Σαηάθεο, Καζεγεηήο Ν ν 373 Πάηξα, Ηνχιηνο 2014 ΠΑΝΔΠΗΣΖΜΗΟΤΠΟΛΖ ΠΑΣΡΑ ΡΗΟ - ΠΑΣΡΑ Σει: Σει: Σει: Fax: e.c.tatakis@ece.upatras.gr

2

3 ΠΑΝΔΠΗΣΖΜΗΟ ΠΑΣΡΩΝ ΣΜΖΜΑ ΖΛΔΚΣΡΟΛΟΓΩΝ ΜΖΥΑΝΗΚΩΝ ΚΑΗ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΤΠΟΛΟΓΗΣΩΝ ΣΟΜΔΑ ΤΣΖΜΑΣΩΝ ΖΛΔΚΣΡΗΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΔΡΓΑΣΖΡΗΟ ΖΛΔΚΣΡΟΜΖΥΑΝΗΚΖ ΜΔΣΑΣΡΟΠΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΓΗΠΛΩΜΑΣΗΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ηνπ Φνηηεηή ηνπ Σκήκαηνο Ζιεθηξνιφγσλ Μεραληθψλ θαη Σερλνινγίαο Τπνινγηζηψλ ηεο Πνιπηερληθήο ρνιήο ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξψλ ΒΑΗΛΔΗΟΤ ΠΤΡΗΓΩΝΟ ΜΠΗΕΩΝΖ Α.Μ.: 7067 ΜΔΛΔΣΖ ΚΑΗ ΚΑΣΑΚΔΤΖ ΓΗΑΣΑΞΖ ΓΗΑ ΓΗΑΤΝΓΔΖ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΟΤ ΠΛΑΗΗΟΤ ΜΔ ΣΟ ΓΗΚΣΤΟ ΥΑΜΖΛΖ ΣΑΖ Δπηβιέπσλ: Γξ.-Μερ. Δκκαλνπήι Σαηάθεο, Καζεγεηήο Ν ν /2014 Πάηξα, Ηνχιηνο 2014

4

5 ΠΗΣΟΠΟΗΖΖ Πηζηνπνηείηαη όηη ε δηπισκαηηθή εξγαζία κε ζέκα: ΜΔΛΔΣΖ ΚΑΗ ΚΑΣΑΚΔΤΖ ΓΗΑΣΑΞΖ ΓΗΑ ΓΗΑΤΝΓΔΖ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΟΤ ΠΛΑΗΗΟΤ ΜΔ ΣΟ ΓΗΚΣΤΟ ΥΑΜΖΛΖ ΣΑΖ ηνπ θνηηεηή ηνπ Σκήκαηνο Ζιεθηξνιφγσλ Μεραληθψλ θαη Σερλνινγίαο Τπνινγηζηψλ ηεο Πνιπηερληθήο ρνιήο ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξψλ ΒΑΗΛΔΗΟΤ ΠΤΡΗΓΩΝΟ ΜΠΗΕΩΝΖ (Α.Μ. 7067) Παξνπζηάζηεθε δεκφζηα θαη εμεηάζηεθε ζην Σκήκα Ζιεθηξνιφγσλ Μεραληθψλ θαη Σερλνινγίαο Τπνινγηζηψλ ζηηο 18/07/2014 Ο Δπηβιέπσλ Ο Γηεπζπληήο ηνπ Σνκέα Δκκαλνπήι Σαηάθεο Καζεγεηήο Αληψληνο Αιεμαλδξίδεο Καζεγεηήο

6

7 Αξηζκόο Γηπισκαηηθήο Δξγαζίαο: /2014 ΣΗΣΛΟ: "ΜΔΛΔΣΖ ΚΑΗ ΚΑΣΑΚΔΤΖ ΓΗΑΣΑΞΖ ΓΗΑ ΓΗΑΤΝΓΔΖ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΟΤ ΠΛΑΗΗΟΤ ΜΔ ΣΟ ΓΗΚΣΤΟ ΥΑΜΖΛΖ ΣΑΖ" Φνηηεηήο: Δπηβιέπσλ: Βαζίιεηνο Μπηδψλεο ηνπ ππξίδσλνο Γξ.-Μερ. Δκκαλνπήι Σαηάθεο, Καζεγεηήο Πεξίιεςε Ζ παξνχζα δηπισκαηηθή εξγαζία πξαγκαηεχεηαη ηε κειέηε θαη θαηαζθεπή ελφο κεηαηξνπέα ζπλερνχο ηάζεο ζε ελαιιαζζφκελε (αληηζηξνθέαο) πνπ πξννξίδεηαη γηα ηε ζχλδεζε ελφο θσηνβνιηατθνχ πιαηζίνπ ζην δίθηπν ρακειήο ηάζεο. Ζ εξγαζία εθπνλήζεθε ζην Δξγαζηήξην Ζιεθηξνκεραληθήο Μεηαηξνπήο Δλέξγεηαο ηνπ Σκήκαηνο Ζιεθηξνιφγσλ Μεραληθψλ θαη Σερλνινγίαο Τπνινγηζηψλ ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξψλ. Αξρηθά, παξνπζηάδνληαη, ζπλνπηηθά, πιεξνθνξίεο γηα ηε θσηνβνιηατθή ηερλνινγία θαη γηα ηνπο ηξφπνπο δηαζχλδεζήο ηνπο κε ηελ θαηαλάισζε ή ην δίθηπν. ηε ζπλέρεηα, γίλεηαη αλαθνξά ζηνλ αληηζηξνθέα ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο. Πην ζπγθεθξηκέλα, κειεηάηαη έλαο δηαθνξηθφο αληηζηξνθέαο ηχπνπ boost, έλα ραξαθηεξηζκφ πνπ ηνλ νθείιεη ζηελ δπλαηφηεηα, λα επηηεπρζεί κέζσ απηνχ ελαιιαζζφκελε ηάζε εμφδνπ κε ελεξγφ ηηκή κεγαιχηεξε ηεο ζπλερνχο ηάζεο εηζφδνπ. Ο κεηαηξνπέαο απηφο απνηειείηαη ζηελ νπζία απφ δχν επηκέξνπο κεηαηξνπείο dc-dc ηχπνπ boost, κε ηε ζπλδπαζκέλε ιεηηνπξγία ησλ νπνίσλ επηηπγράλεηαη ε επηζπκεηή κεηαηξνπή. Ζ νλνκαζηηθή ηζρχο γηα ηελ νπνία πξαγκαηνπνηείηαη ν ζρεδηαζκφο ηνπ κεηαηξνπέα είλαη ίζε κε 250W. Με δεδνκέλα ηα κεγέζε ξεπκάησλ θαη ηάζεσλ, θαζψο θαη ησλ θπκαηψζεσλ ζηα ξεχκαηα ησλ πελίσλ θαη ζηηο ηάζεηο ησλ ππθλσηψλ, ππνινγίζηεθαλ νη ηηκέο ησλ ζηνηρείσλ, βάζεη ησλ νπνίσλ έγηλαλ νη πξνζνκνηψζεηο. Καηφπηλ, δνθηκάζηεθαλ ζε πξνζνκνίσζε δηάθνξεο κνξθέο ειέγρνπ ηνπ αληηζηξνθέα, κε κφλε ηθαλνπνηεηηθή απηή ηνπ έιεγρνπ κε νιίζζεζε ζην πεδίν θαηαζηάζεσλ. Απηφο ήηαλ θαη ν έιεγρνο πνπ ηειηθά επηιέρζεθε γηα ηε δηάηαμε πνπ κειεηήζεθε, γη απηφ θαη γίλεηαη αλαιπηηθή πεξηγξαθή ηνπ ειέγρνπ απηνχ. Λφγσ ησλ απαηηήζεψλ ηνπ απνθαζίζηεθε ν έιεγρνο λα πινπνηεζεί ρσξίο ρξήζε κηθξνειεγθηή, αιιά κε ρξήζε απνθιεηζηηθά νινθιεξσκέλσλ αλαινγηθψλ θπθισκάησλ. Αθνινπζεί ε πεξηγξαθή ηεο δηαδηθαζίαο ζρεδίαζεο θαη θαηαζθεπήο ηνπ κεηαηξνπέα πνπ έγηλε ζην Δξγαζηήξην Ζιεθηξνκεραληθήο Μεηαηξνπήο Δλέξγεηαο θαη παξνπζηάδνληαη ηα επηκέξνπο ζηνηρεία θαη νη ζπλδεζκνινγίεο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ. Σέινο, πεξηγξάθνληαη ηα πεηξάκαηα πνπ πξαγκαηνπνηήζεθαλ θαη παξαηίζεληαη ηα απνηειέζκαηα πνπ πξνέθπςαλ, απνδεηθλχνληαο ηελ νξζή ιεηηνπξγία ηεο δηάηαμεο. Δπίζεο, εμάγνληαη ηα αλάινγα ζπκπεξάζκαηα.

8

9 Πξόινγνο ΠΡΟΛΟΓΟ Ζ δηπισκαηηθή απηή εξγαζία εθπνλήζεθε ζην Δξγαζηήξην Ζιεθηξνκεραληθήο Μεηαηξνπήο Δλέξγεηαο ηνπ Σκήκαηνο Ζιεθηξνιφγσλ Μεραληθψλ θαη Σερλνινγίαο Τπνινγηζηψλ ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξψλ. πγθεθξηκέλα, κειεηήζεθε ε ιεηηνπξγία ελφο αληηζηξνθέα κηαο δηάηαμεο θσηνβνιηατθψλ πιαηζίσλ ελαιιαζζνκέλνπ ξεχκαηνο (AC-PV modules) θαη επηπιένλ έγηλε ε ζρεδίαζε θαη πινπνίεζε ηνπ αληηζηξνθέα απηνχ. Αλαιπηηθά, ζην θεθάιαην 1 γίλεηαη κηα ζχληνκε αλαθνξά ζηηο Αλαλεψζηκεο Πεγέο Δλέξγεηαο θαη θπξίσο ζηελ ειηαθή ελέξγεηα, θαζψο θαη ζηε ιεηηνπξγία θαη θαηεγνξηνπνίεζε ησλ θσηνβνιηατθψλ ζπζηεκάησλ. Παξαηίζεληαη νη θαηεγνξίεο αληηζηξνθέσλ γηα ηε ζχλδεζε Φ/Β ζπζηεκάησλ θαη δηθηχνπ, ελψ γίλεηαη θαη απιή αλαθνξά ζηελ ππφ κειέηε δηάηαμε. ην θεθάιαην 2 γίλεηαη εθηελήο ζεσξεηηθή αλάιπζε ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ αληηζηξνθέα ηεο εξγαζίαο. ηελ αξρή, παξνπζηάδεηαη ν κεηαηξνπέαο boost dc-dc πάλσ ζηνλ νπνίν βαζίδεηαη ε ιεηηνπξγία ηνπ αληηζηξνθέα θαη ζηε ζπλέρεηα αλαιχεηαη ν dc-ac κεηαηξνπέαο. ην θεθάιαην 3, παξνπζηάδνληαη κέζνδνη ειέγρνπ ηεο δηάηαμεο πνπ δνθηκάζηεθαλ ζηηο πξνζνκνηψζεηο, κε ηνπο νπνίνπο, φκσο, δελ θαηέζηε δπλαηφ λα επηηεπρζεί ε αλακελφκελε ιεηηνπξγία θαη απεηθνλίδνληαη θάπνηα απνηειέζκαηα ησλ αληίζηνηρσλ πξνζνκνηψζεσλ. Δπηπιένλ, εμεγείηαη γηαηί νη ζπγθεθξηκέλεο κέζνδνη δελ είλαη θαηάιιειεο γηα ην ζπγθεθξηκέλν κεηαηξνπέα. ην θεθάιαην 4, πεξηγξάθεηαη ν έιεγρνο κε νιίζζεζε ζην πεδίν θαηαζηάζεσλ, ν νπνίνο είλαη ν έιεγρνο πνπ επηιέρζεθε λα εθαξκνζηεί αθνχ έρεη δηθαηνινγεζεί ε θαηαιιειφηεηα ηνπ ειέγρνπ γηα ηνλ αληηζηξνθέα πνπ κειεηάκε. ην θεθάιαην 5, παξνπζηάδνληαη θαη ζρνιηάδνληαη ηα απνηειέζκαηα ησλ πξνζνκνηψζεσλ πνπ έγηλαλ εθαξκφδνληαο έιεγρν κε νιίζζεζε ζην πεδίν θαηαζηάζεσλ, ηφζν γηα σκηθφ θνξηίν, φζν θαη γηα ζχλδεζε ηεο δηάηαμεο κε ην δίθηπν, εμεηάδνληαο θαη ηε ζπκπεξηθνξά ηνπ ζηα φξηα ηεο ηάζεο δηθηχνπ. ην θεθάιαην 6, αλαιχεηαη ε ζρεδίαζε θαη θαηαζθεπή ηνπ αληηζηξνθέα. Γίλεηαη ηδηαίηεξε αλαθνξά ζηε δηαδηθαζία θαηαζθεπήο ησλ πελίσλ θαζψο θαη ζην θχθισκα ηνπ ειέγρνπ. Παξάιιεια, γίλεηαη κηα ζχληνκε πεξηγξαθή ησλ ζηνηρείσλ θαη ησλ νινθιεξσκέλσλ θπθισκάησλ πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ. ην θεθάιαην 7, έρνληαο πιένλ ζέζεη ζε ιεηηνπξγία ην κεηαηξνπέα, παξνπζηάδνληαη ηα απνηειέζκαηα πνπ ιήθζεθαλ απφ ηα πεηξάκαηα θαη παξαηίζεληαη νη αληίζηνηρεο κεηξήζεηο. I

10 Πξόινγνο Σέινο, θαηαγξάθεηαη ε βηβιηνγξαθία πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε γηα ηε δηεθπεξαίσζε θαη ζπγγξαθή ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο, δίλνληαη ηα ηειηθά ζρήκαηα ζην simulink θαη νη θψδηθεο ηνπ Matlab θαη παξνπζηάδνληαη ηα ζρεκαηηθά δηαγξάκκαηα θαη ηα δηαγξάκκαηα ησλ ηππσκέλσλ πιαθεηψλ (PCB) πνπ θαηαζθεπάζηεθαλ. Οη πξνζνκνηψζεηο έγηλαλ ζην ινγηζκηθφ πξνζνκνίσζεο ζπζηεκάησλ Simulink ηνπ πξνγξάκκαηνο Matlab, ελψ ε ζρεδίαζε ησλ πιαθεηψλ έγηλε κε ην πξφγξακκα Kicad. ε απηφ ην ζεκείν ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ ηνλ επηβιέπνληα Καζεγεηή ηεο δηπισκαηηθήο κνπ εξγαζίαο, Γξ.-Μερ. Δκκαλνπήι Σαηάθε, αξρηθά γηαηί κε ηηο παξαδφζεηο ηνπ ζηα καζήκαηα ησλ Ζιεθηξνληθψλ Ηζρχνο κνπ θίλεζε ην ελδηαθέξνλ ψζηε λα αζρνιεζψ κε ην ζπγθεθξηκέλν αληηθείκελν, θαη θπξίσο γηα ηε ζπλερή ελαζρφιεζε θαη θαζνδήγεζε πνπ κνπ πξνζέθεξε ζε φιε ηε δηάξθεηα ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο. Θεσξψ ηε ζπκβνιή ηνπ ζην λα γίλσ Ζιεθηξνιφγνο Μεραληθφο θαζνξηζηηθή. Θα ήζεια, επίζεο, λα επραξηζηήζσ ηνλ ππνςήθην δηδάθηνξα θ. Γεψξγην Υξεζηίδε. Με ηηο γλψζεηο ηνπ θαη ηηο ζπκβνπιέο ηνπ κνπ πξνζέθεξε αλεθηίκεηε βνήζεηα ζηελ ζε φιε ηε δηάξθεηα ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο θαη κε ελζάξξπλε ζην λα απνθηήζσ ηξφπν ζθέςεο ελφο κεραληθνχ. Σνπ εχρνκαη θαιή επηηπρία κε ηε δηδαθηνξηθή ηνπ δηαηξηβή. Δπηπιένλ, ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ φινπο ηνπο ππνςήθηνπο δηδάθηνξεο ηνπ εξγαζηεξίνπ Ζιεθηξνκεραληθήο Μεηαηξνπήο Δλέξγεηαο γηα ηηο ζπκβνπιέο ηνπο, ηε ζπλαδειθηθφηεηα θαη ηελ ππνκνλή πνπ έδεημαλ απέλαληί κνπ. Δπραξηζηψ ην θίιν θαη ζπλάδειθν θ. Ησάλλε Μπφξα, κε ηνλ νπνίν είρακε παξφκνην ζέκα θαη παξάιιειε πνξεία ζηε δηπισκαηηθή εξγαζία, γηα ηε ζπλεξγαζία θαη βνήζεηα ζε φιε ηε δηάξθεηα ηεο εξγαζίαο. Δπίζεο, ηνπο παξαθάησ θίινπο θαη ζπλάδειθνπο. Σνπο θ. ηπιηαλφ Καιαξίδε θαη θ. Αλδξέα Φέηζε, νη νπνίνη βξηζθφκελνη ζε πην πξνρσξεκέλν ζηάδην ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο ηνπο κνπ πξνζέθεξαλ ρξήζηκεο ζπκβνπιέο γηα ηε ζπλέρεηα θαη ηνπο θα. Ησάλλα Μαγεξάθε, θ. ίιβεζηξν Μπνπθνπβάια θαη θ. Νηθφιαν Μήια γηα ηε ζπλεξγαζία καο ζην εξγαζηήξην. Έλα κεγάιν επραξηζηψ ζηελ νηθνγέλεηά κνπ γηα ηε ζπλερή θαη αλεθηίκεηε ζηήξημε πνπ κνπ πξνζέθεξε φια ηα ρξφληα ησλ ζπνπδψλ κνπ. Δπραξηζηψ αθφκα φινπο ηνπο θίινπο κνπ γηα ηελ ελζάξξπλζε θαη ηελ θαηαλφεζε πνπ επέδεημαλ ζην δηάζηεκα απηφ. Σέινο, επραξηζηψ ηδηαίηεξα ηνπο θίινπο θαη ζπλαδέιθνπο, θ. Φψηην Παπαζαλαζφπνπιν, θ. Σξχθσλα Παλαγησηφπνπιν θαη θ. Γεκήηξην Κξεκπεληφ, θαη ηελ μαδέξθε κνπ, νη νπνίνη κε θηινμέλεζαλ θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ ηειηθνχ ζηαδίνπ ηεο εξγαζίαο, νπφηε θαη είρα μελνηθηάζεη. II

11 ΠΗΝΑΚΑ ΠΔΡΗΔΥΟΜΔΝΩΝ Πίλαθαο Πεξηερνκέλσλ ΚΔΦΑΛΑΗΟ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΑ ΤΣΖΜΑΣΑ ΚΑΗ ΑΝΣΗΣΡΟΦΔΗ ΑΝΑΝΔΩΗΜΔ ΠΖΓΔ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΟ ΤΣΖΜΑ ΑΝΣΗΣΡΟΦΔΗ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΩΝ ΤΣΖΜΑΣΩΝ ΚΔΦΑΛΑΗΟ ΑΝΑΛΤΖ ΣΟΤ ΤΠΟ ΜΔΛΔΣΖ ΜΔΣΑΣΡΟΠΔΑ ΓΔΝΗΚΖ ΠΔΡΗΓΡΑΦΖ ΣΟΤ ΑΝΣΗΣΡΟΦΔΑ ΑΝΑΛΤΖ ΣΖ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΣΟΤ ΜΔΣΑΣΡΟΠΔΑ ΤΝΘΖΚΔ ΛΔΗΣΟΤΓΗΑ ΣΟΤ ΤΠΟ ΜΔΛΔΣΖ ΑΝΣΗΣΡΟΦΔΑ ΚΔΦΑΛΑΗΟ ΑΡΥΗΚΔ ΜΔΘΟΓΟΗ ΔΛΔΓΥΟΤ ΣΟΤ ΜΔΣΑΣΡΟΠΔΑ ΚΑΗ ΑΠΟΣΔΛΔΜΑΣΑ ΣΩΝ ΠΡΟΟΜΟΗΩΔΩΝ Ζ ΣΔΥΝΗΚΖ PWM ΤΓΚΡΗΖ ΖΜΗΣΟΝΟΤ ΜΔ ΣΡΗΓΩΝΟ ΔΛΔΓΥΟ ΜΔ ΑΝΑΦΟΡΑ ΒΑΗΜΔΝΖ ΣΑ ΔΠΗΘΤΜΖΣΑ ΜΔΓΔΘΖ ΔΞΟΓΟΤ Γνθηκή κε σκηθφ θνξηίν Πξνζνκνίσζε γηα ζχλδεζε ζην δίθηπν ΚΔΦΑΛΑΗΟ ΔΛΔΓΥΟ ΜΔ ΟΛΗΘΖΖ ΣΟ ΠΔΓΗΟ ΚΑΣΑΣΑΔΩΝ ΠΔΡΗΓΡΑΦΖ ΣΟΤ ΔΛΔΓΥΟΤ ΜΔ ΟΛΗΘΖΖ ΣΟ ΠΔΓΗΟ ΚΑΣΑΣΑΔΩΝ ΔΦΑΡΜΟΓΖ ΣΟΤ ΔΛΔΓΥΟΤ ΣΟΝ ΑΝΣΗΣΡΟΦΔΑ ΚΔΦΑΛΑΗΟ ΠΡΟΟΜΟΗΩΔΗ ΔΦΑΡΜΟΕΟΝΣΑ ΣΟΝ ΔΛΔΓΥΟ ΜΔ ΟΛΗΘΖΖ ΣΟ ΠΔΓΗΟ ΚΑΣΑΣΑΔΩΝ ΠΡΟΟΜΟΗΩΖ ΜΔ ΩΜΗΚΟ ΦΟΡΣΗΟ ΠΡΟΟΜΟΗΩΖ ΓΗΑ ΤΝΓΔΖ ΜΔ ΣΟ ΓΗΚΣΤΟ Πξνζνκνίσζε γηα ηάζε εμφδνπ 230V rms Πξνζνκνίσζε γηα ηάζε εμφδνπ 253V rms Πξνζνκνίσζε γηα ηάζε εμφδνπ 207V rms ΚΔΦΑΛΑΗΟ ΤΛΟΠΟΗΖΖ ΣΟΤ ΜΔΣΑΣΡΟΠΔΑ ΓΔΝΗΚΑ ΚΤΚΛΩΜΑ ΗΥΤΟ Ππθλσηήο εηζφδνπ MOSFET Ηζρχνο Απαγσγείο ζεξκφηεηαο ζηα εκηαγσγηθά ζηνηρεία Ππθλσηέο εμφδνπ III

12 Πίλαθαο Πεξηερνκέλσλ ρεδηαζκφο θαη θαηαζθεπή ησλ πελίσλ ΚΤΚΛΩΜΑΣΑ ΓΖΜΗΟΤΡΓΗΑ ΚΑΗ ΑΠΟΜΟΝΩΖ ΖΜΑΣΩΝ ΜΔΣΡΖΖ Σν κεηξεηηθφ ξεχκαηνο LTS 6-NP O νπηνδεχθηεο IL ΚΤΚΛΩΜΑ ΔΛΔΓΥΟΤ Κπθιψκαηα επηηέιεζεο επηκέξνπο πξάμεσλ Οινθιεξσκέλα Κπθιψκαηα πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ γηα ηνλ έιεγρν ρεδηάγξακκα ηνπ θπθιψκαηνο ειέγρνπ ΚΤΚΛΩΜΑ ΠΑΛΜΟΓΟΣΖΖ ΣΩΝ MOSFET Ο νπηνδεχθηεο 6N Σν νινθιεξσκέλν 74HCT Σν νινθιεξσκέλν 74HC Σν νινθιεξσκέλν IR Ζ ζπλδεζκνινγία bootstrap ΚΤΚΛΩΜΑΣΑ ΣΡΟΦΟΓΟΗΑ ΟΗ ΠΛΑΚΔΣΔ ΣΟΤ ΜΔΣΑΣΡΟΠΔΑ ΚΔΦΑΛΑΗΟ ΠΔΗΡΑΜΑΣΑ, ΜΔΣΡΖΔΗ ΚΑΗ ΤΜΠΔΡΑΜΑΣΑ ΓΗΔΞΑΓΩΓΖ ΠΔΗΡΑΜΑΣΩΝ ΜΔΣΡΖΔΗ ΤΜΠΔΡΑΜΑΣΑ ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ ΠΑΡΑΡΣΖΜΑ Α ΚΤΚΛΩΜΑ ΚΑΗ ΚΩΓΗΚΔ ΣΟ MATLAB ΠΑΡΑΡΣΖΜΑ Β ΥΔΓΗΑΓΡΑΜΜΑΣΑ ΚΑΗ ΣΤΠΩΜΔΝΑ ΚΤΚΛΩΜΑΣΑ ΣΟ KICAD IV

13 V

14 VI

15 Κεθάιαην 1 ν ΚΔΦΑΛΑΗΟ 1 ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΑ ΤΣΖΜΑΣΑ ΚΑΗ ΑΝΣΗΣΡΟΦΔΗ 1.1 ΑΝΑΝΔΩΗΜΔ ΠΖΓΔ ΔΝΔΡΓΔΗΑ Ζ ελέξγεηα είλαη αγαζφ δσηηθήο ζεκαζίαο γηα ηνλ άλζξσπν, θαζψο είλαη απαξαίηεηε γηα ηελ επηβίσζή ηνπ θαη ηελ ηθαλνπνίεζε δηαθφξσλ αλαγθψλ ηνπ, φπσο ε δηαηξνθή, ε ζέξκαλζε, ε κεηαθίλεζε θ.α.. Ζ ζπνπδαηφηεηά ηεο νδήγεζε ηνλ άλζξσπν, απφ ηελ αξρή ηεο χπαξμήο ηνπ, ζηελ αλαδήηεζε πεγψλ ελέξγεηαο θαη ζε ηξφπνπο αμηνπνίεζήο ηνπο. Ζ ελέξγεηα γξήγνξα έγηλε έλαο απφ ηνπο βαζηθφηεξνπο παξάγνληεο ηεο νηθνλνκίαο, αθνχ απνηειεί έλα εκπνξηθφ αγαζφ, ελψ ε έκκεζε ή άκεζε ελαζρφιεζε κε δηάθνξα ζηάδηα ηεο αμηνπνίεζήο ηεο δεκηνπξγεί ζέζεηο εξγαζίαο. Οη πεγέο ελέξγεηαο πνπ ρξεζηκνπνίεζε ν άλζξσπνο άιιαμαλ κε ηελ πάξνδν ησλ αηψλσλ. Αξρηθά αμηνπνηήζεθε ε δχλακε θπζηθψλ ζηνηρείσλ φπσο ε θσηηά, ην λεξφ, ν άλεκνο θαη ν ήιηνο. ηνπο πην πξφζθαηνπο αηψλεο, ν άλζξσπνο ρξεζηκνπνίεζε ηελ ελέξγεηα απφ ηελ θαχζε άλζξαθα θαη πεηξειαίνπ θαη βξήθε ηξφπν λα ηε κεηαηξέπεη ζηελ πεξηζζφηεξν εμεπγεληζκέλε ησλ κνξθψλ ηεο, ηνλ ειεθηξηζκφ. ήκεξα, νη θπξηφηεξεο πεγέο ελέξγεηαο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη είλαη ν άλζξαθαο, ην πεηξέιαην θαη ε ππξεληθή ελέξγεηα [1]. Οη πεγέο απηέο, φπσο θαη ην θπζηθφ αέξην είλαη νη ιεγφκελεο ζπκβαηηθέο κνξθέο ελέξγεηαο. Ωζηφζν, νη ζπκβαηηθέο κνξθέο ελέξγεηαο δε βξίζθνληαη ζε αλεμάληιεηε πνζφηεηα ζηνλ πιαλήηε. Παξάιιεια, νη ελεξγεηαθέο θξίζεηο πνπ επεξεάδνπλ ην θφζηνο ηεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο θαη ε επίδξαζε ζην πεξηβάιινλ πνπ πξνθαιεί ε παξαγσγή ελέξγεηαο απφ ζπκβαηηθέο πεγέο, έζηξεςαλ ηελ πξνζνρή ηνπ αλζξψπνπ ζηηο Αλαλεψζηκεο Πεγέο Δλέξγεηαο (ΑΠΔ). Κχξην ραξαθηεξηζηηθφ ησλ ΑΠΔ, φπσο θαλεξψλεη θαη ε νλνκαζία ηνπο, είλαη φηη δελ εμαληινχληαη. Αθφκα, είλαη θηιηθέο πξνο ην πεξηβάιινλ, αθνχ ε αμηνπνίεζή ηνπο δε ζπλεπάγεηαη ηελ εμαγσγή ηνμηθψλ απνβιήησλ ή θαπζαεξίσλ. Γελ πθίζηαηαη, ινηπφλ, ζέκα ζρεηηθά κε ηα απνζέκαηά ηνπο ζην κέιινλ θαη ζπληζηνχλ κηα νηθνλνκηθή θαη νηθνινγηθή ιχζε. Οη Αλαλεψζηκεο Πεγέο Δλέξγεηαο είλαη νη εμήο [1]: Ζ Τδαηφπησζε. Απνηειεί έλαλ απφ ηνπο πην θπζηθνχο ηξφπνπο παξαγσγήο κεγάιεο ηζρχνο, νηθνινγηθά θαζαξήο, ειεθηξηθήο ελέξγεηαο, κε αλαλεψζηκε ζπκπεξηθνξά. 7

16 Κεθάιαην 1 ν Δθκεηαιιεπφκαζηε ηελ χπαξμε θπζηθψλ ιεθαλψλ ζπιινγήο ησλ φκβξησλ πδάησλ ζε ζπγθεθξηκέλεο πεξηνρέο, κε θαηάιιειε εδαθηθή δηακφξθσζε, θαηαζθεπάδνληαο θξάγκαηα. Ζ πδαηφπησζε θηλεί πδξνζηξνβίινπο, πνπ κε ηε ζεηξά ηνπο ζέηνπλ ζε θίλεζε ειεθηξνγελλήηξηεο. Ζ πδξνειεθηξηθή παξαγσγή θαιχπηεη, πεξίπνπ, ην 7% ηεο παγθφζκηαο ελεξγεηαθήο παξαγσγήο. Ζ ελέξγεηα θπκάησλ, παιηξξνηαθψλ θηλήζεσλ θαη ζαιαζζίσλ ξεπκάησλ. Ζ παξαγσγή ελέξγεηαο απφ ηα θχκαηα ή ηηο παιηξξνηαθέο θηλήζεηο, έρεη αμηνπνηεζεί ζε ζπγθεθξηκέλεο ζέζεηο, φπνπ ην χςνο ησλ θπκάησλ θαη ε δηάξθεηα θπκαηηζκνχ θαζψο θαη ε ηαρχηεηα ησλ ζαιαζζίσλ ξεπκάησλ επηηξέπνπλ ηελ ελεξγεηαθή αμηνπνίεζή ηνπο. Ζ βηνκάδα. Βηνκάδα απνθαιείηαη νπνηνδήπνηε πιηθφ παξάγεηαη απφ δσληαλνχο νξγαληζκνχο θαη κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί σο θαχζηκν γηα παξαγσγή ελέξγεηαο [2]. Ζ βηνκάδα θαιχπηεη ζήκεξα ην 14% ηεο παγθνζκίσο απαηηνχκελεο ελέξγεηαο. Ζ θαχζε απνηειεί, νπζηαζηηθά, νπδέηεξε δηαδηθαζία απφ ηελ άπνςε ηνπ θαηλνκέλνπ ηνπ ζεξκνθεπίνπ, αξθεί λα κε δηαηαξάζζεηαη ε ιεπηή ηζνξξνπία ζην θπζηθφ πεξηβάιινλ [1]. Ζ γεσζεξκηθή ελέξγεηα. Αθνξά ζηελ ελέξγεηα ησλ ζεξκψλ λεξψλ (ή αηκψλ ηνπ λεξνχ), πνπ αλαβιχδνπλ απφ εθαηζηεηαθέο δηφδνπο ή ξήγκαηα ηνπ ππεδάθνπο. χκθσλα κε ηελ επηθξαηέζηεξε ζεσξία, ε ζέξκαλζε ησλ γεσζεξκηθψλ ξεπζηψλ απνδίδεηαη θπξίσο, ζηελ εθιπφκελε ελέξγεηα θαηά ηε δηάζπαζε ησλ ξαδηελεξγψλ ηζνηφπσλ ζην ζηεξεφ θινηφ ηεο γεο. Όηαλ ε ζεξκνθξαζία ησλ γεσζεξκηθψλ ξεπζηψλ είλαη ρακειή, ε ελέξγεηα ηνπο ρξεζηκνπνηείηαη θπξίσο γηα ζέξκαλζε, ελψ ζηηο πεξηπηψζεηο φπνπ ε ζεξκνθξαζία είλαη πςειή (>150 C), κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα ηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Σν γεσζεξκηθφ δπλακηθφ πνπ αθνξά απνθιεηζηηθά ηελ παξαγσγή ελέξγεηαο, αλεξρφηαλ ην 2010 παγθνζκίσο ζε πεξίπνπ 11GW. Ζ αηνιηθή ελέξγεηα. Αηνιηθή ελέξγεηα νλνκάδεηαη ε ελέξγεηα πνπ παξάγεηαη απφ ηελ εθκεηάιιεπζε ηνπ πλένληνο αλέκνπ [3]. Ζ εθκεηάιιεπζε απηή γίλεηαη κε ηηο αλεκνγελλήηξηεο, κε ηηο νπνίεο αξρηθά ε ελέξγεηα ηνπ αλέκνπ κεηαηξέπεηαη ζε θηλεηηθή ελέξγεηα ησλ πηεξπγίσλ, ηα νπνία κε ηε ζεηξά ηνπο, κέζσ ελφο θηβσηίνπ ηαρπηήησλ, δίλνπλ θίλεζε ζην ξφηνξα κηαο γελλήηξηαο. Απνηέιεζκα είλαη ε παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Ζ αηνιηθή ελέξγεηα απνηειεί ζήκεξα κηα πνιχ ειθπζηηθή ιχζε ζην πξφβιεκα ηεο ειεθηξνπαξαγσγήο. Ζ ζεκεξηλή ηερλνινγία βαζίδεηαη ζε αλεκνγελλήηξηεο νξηδνληίνπ άμνλα 2 ή 3 πηεξπγίσλ, κε απνδηδφκελε ειεθηξηθή ηζρχ 8

17 Κεθάιαην 1 ν kW. Ζ παγθφζκηα εγθαηεζηεκέλε ηζρχο αηνιηθήο ελέξγεηαο ην ηέινο ηνπ 2013 ήηαλ 318,105GW [4]. Ζ ειηαθή ελέξγεηα. Οξηζκέλεο απφ ηηο κνξθέο ελέξγεηαο πνπ πξναλαθέξζεθαλ πξνέξρνληαη απφ ηελ ειηαθή ελέξγεηα, αθνχ απηή πξνθαιεί ηελ θίλεζε ηνπ αλέκνπ, δεκηνπξγεί ηα θχκαηα, δεκηνπξγεί κε ηελ εμάηκηζε θαη ηνλ θχθιν ηνπ λεξνχ ηηο ιίκλεο πνπ εθκεηαιιεπφκαζηε γηα ηηο πδαηνπηψζεηο θαη ζπκβάιιεη ζηελ αλάπηπμε ηεο ρισξίδαο πνπ κπνξεί αξγφηεξα λα ρξεζηκνπνηεζεί σο βηνκάδα [1]. Ωζηφζν, κπνξεί ε εθκεηάιιεπζε ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο λα γίλεη πην άκεζα, είηε κε ηα ειηνζεξκηθά ή κε ηα θσηνβνιηατθά ζπζηήκαηα. Σα ειηνζεξκηθά ζπζηήκαηα ζπιιέγνπλ ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία θαη ηε κεηαηξέπνπλ ζε ζεξκηθή ελέξγεηα πνπ κπνξεί λα παξάμεη ειεθηξηζκφ. Οη ρακειήο θαη κέζεο ζεξκνθξαζίαο ζπιιέθηεο είλαη επίπεδεο πιάθεο πνπ παγηδεχνπλ ηελ ειηαθή ελέξγεηα ρξεζηκνπνηψληαο ην θαηλφκελν ηνπ ζεξκνθεπίνπ γηα λα δεζηάλνπλ λεξφ κέζα ζην πιαίζην. Απηά ηα ζπζηήκαηα δελ παξάγνπλ ειεθηξηζκφ αιιά δεζηφ λεξφ γηα νηθηαθή ή βηνκεραληθή ρξήζε. Αληίζεηα, νη πςειήο ζεξκνθξαζίαο ζπιιέθηεο ζπγθεληξψλνπλ ηελ ειηαθή ελέξγεηα κε θάηνπηξα ή θαθνχο ζε έλα ληεπφδηην λεξνχ κεηαηξέπνληάο ην ζε αηκφ, ν νπνίνο ζηε ζπλέρεηα θηλεί αηκνγελλήηξηα πνπ παξάγεη ειεθηξηθή ελέξγεηα [5]. Σα θσηνβνιηατθά ζπζηήκαηα, κεηαηξέπνπλ ηελ ειηαθή ελέξγεηα θαηεπζείαλ ζε ειεθηξηθή ράξε ζην θσηνβνιηατθφ θαηλφκελν. Σν θσηνβνιηατθφ θαηλφκελν αλαθαιχθζεθε ην 1839 απφ ηνλ Alexandre-Edmond Becquerel. Πεξηιεπηηθά πξφθεηηαη γηα ηελ απνξξφθεζε ηεο ελέξγεηαο ηνπ θσηφο απφ ηα ειεθηξφληα αηφκσλ ηνπ Φ/Β ζηνηρείνπ θαη ηελ απφδξαζε ησλ ειεθηξνλίσλ απηψλ απφ ηηο θαλνληθέο ηνπο ζέζεηο κε απνηέιεζκα ηε δεκηνπξγία ξεχκαηνο. Σν ειεθηξηθφ πεδίν πνπ πξνυπάξρεη ζην Φ/Β ζηνηρείν νδεγεί ην ξεχκα ζην θνξηίν [6]. Ζ αγνξά ησλ θσηνβνιηατθψλ (Φ/Β) ζπζηεκάησλ ζηνλ θφζκν ζεκεηψλεη ραξαθηεξηζηηθή αχμεζε ηα ηειεπηαία ρξφληα, θπξίσο ιφγσ ηεο ζηαδηαθήο κείσζεο ηνπ αξρηθά πςεινχ θφζηνπο, θαζψο θαη ιφγσ ησλ θηλήηξσλ πνπ πξνζθέξνληαη ζε εζληθφ επίπεδν ζηηο δηάθνξεο ρψξεο. Δλδεηθηηθά, ην 1988 είραλ εγθαηαζηαζεί Φ/Β ζπλνιηθήο ηζρχνο 33 MWp θαη ζην ηέινο ηνπ 2013 ε ζπλνιηθή εγθαηεζηεκέλε ηζρχο έθηαζε πεξίπνπ ηα 136,697 GWp, φπσο παξαηίζεηαη ζην ζρήκα 1.1. Ζ ηηκή απηή έρεη επηηεπρζεί θπξίσο ιφγσ ηεο πςειήο αλάπηπμεο ησλ Φ/Β ζε πέληε ρψξεο, Γεξκαλία, Κίλα, Ηηαιία, Ζ.Π.Α. θαη Ηαπσλία, ζηηο νπνίεο αληηζηνηρνχλ πεξίπνπ ηα 2/3 ηεο παγθφζκηαο εγθαηεζηεκέλεο ηζρχνο. ε απηφ ην 9

18 Κεθάιαην 1 ν ζεκείν, πξέπεη λα ζεκεησζεί φηη ε Γεξκαλία, ζηελ νπνία αληηζηνηρεί ην κεγαιχηεξν πνζνζηφ ηεο παγθφζκηαο εγθαηεζηεκέλεο ηζρχνο, δελ έρεη θαιχηεξν ειηαθφ δπλακηθφ (ειηαθή ελέξγεηα αλά ηεηξαγσληθφ κέηξν) απφ ηελ Διιάδα [7]. ρήκα 1.1 : Γηεζλήο αγνξά θσηνβνιηατθώλ (ΜW) [6] Δθφζνλ ην θφζηνο ησλ Φ/Β ζπλερίδεη λα κεηψλεηαη θαη δεδνκέλσλ ησλ πεξηβαιινληηθψλ επηπηψζεσλ ησλ ζπκβαηηθψλ κεζφδσλ παξαγσγήο ειεθηξηζκνχ, ε αγνξά ησλ Φ/Β αλακέλεηαη λα αλαπηπρζεί κε ηνλ ίδην ή θαη θαιχηεξν βαζκφ ζην κέιινλ. Απηφ εληάζζεηαη θαη ζηελ πνιηηηθή ησλ δηεζλψλ θνξέσλ θαη νξγαληζκψλ, κε απνηέιεζκα ε ππνζηήξημε, ηα θίλεηξα θαη νη επελδχζεηο ζε απηή ηελ ηερλνινγία λα είλαη ζεκαληηθέο. Ζ δπλαηφηεηα ησλ Φ/Β λα βξίζθνληαη ζε δηάθνξα ζεκεία, ρσξίο ηδηαίηεξνπο πεξηνξηζκνχο θαη ρσξίο ζεκαληηθή νπηηθή φριεζε, δεκηνπξγεί, ελ δπλάκεη, αλεμάληιεηα πεξηζψξηα αλάπηπμεο απηήο ηεο ηερλνινγίαο. 1.2 ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΟ ΤΣΖΜΑ Ζ κηθξφηεξε δνκηθή κνλάδα ελφο θσηνβνιηατθνχ ζπζηήκαηνο είλαη ην θσηνβνιηατθφ θχηηαξν ή θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν. Σν θσηνβνιηατθφ θχηηαξν είλαη κηα ειεθηξνληθή 10

19 Κεθάιαην 1 ν ζπζθεπή πνπ κεηαηξέπεη ην ειηαθφ θσο απεπζείαο ζε ειεθηξηζκφ. Ζ ειηαθή αθηηλνβνιία πνπ απνξξνθά ην ειηαθφ θχηηαξν πξνθαιεί ηελ εκθάληζε ξεχκαηνο θαη ηάζεο, κε απνηέιεζκα ηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο ηζρχνο. Απηή ε δηαδηθαζία απαηηεί αξρηθά, έλα πιηθφ ζην νπνίν ε απνξξφθεζε ειηαθνχ θσηφο πξνθαιεί ηε κεηάβαζε ελφο ειεθηξνλίνπ ζε κηα πςειφηεξε ελεξγεηαθή δψλε, θαζψο θαη ηελ θίλεζε απηνχ ηνπ ειεθηξνλίνπ πςειφηεξεο ελεξγεηαθήο δψλεο απφ ην ειηαθφ θχηηαξν ζε έλα εμσηεξηθφ θχθισκα. Σν ειεθηξφλην, ζηε ζπλέρεηα, κεηαθέξεη ηελ ελέξγεηά ηνπ ζην εμσηεξηθφ θχθισκα θαη επηζηξέθεη ζην ειηαθφ θχηηαξν. Πνιιά πιηθά θαη δηαδηθαζίεο ηθαλνπνηνχλ ελδερνκέλσο ηηο απαηηήζεηο γηα θσηνβνιηατθή κεηαηξνπή ελέξγεηαο, αιιά ζηελ πξάμε ε κεηαηξνπή απηή γίλεηαη εμνινθιήξνπ κε εκηαγσγηθά πιηθά ζε κνξθή p-n επαθήο. Ζ παξαγσγή ξεχκαηνο ζε έλα θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν πεξηιακβάλεη δχν δηαδηθαζίεο. Ζ πξψηε είλαη ε απνξξφθεζε θσηνλίσλ γηα ηε δεκηνπξγία δεπγψλ ειεθηξνλίσλ-νπψλ. Γηα λα γίλεη απηφ πξέπεη ην πξνζπίπηνλ θσηφλην λα έρεη ηελ ελέξγεηα ψζηε λα αιιάμεη ελεξγεηαθή ζηάζκε ηνπ ειεθηξνλίνπ. Ωζηφζν, ηα δεχγε απηά ππάξρνπλ γηα πνιχ ιίγν ρξφλν πξηλ επαλαζπλδεζνχλ. Με ηελ επαλαζχλδεζε απηή, ην δεχγνο ειεθηξφλην-νπή ράλεηαη θαη δελ κπνξεί λα παξαρζεί ξεχκα ή ηζρχο. Ζ δεχηεξε δηαδηθαζία, ινηπφλ, πνπ είλαη ε ζπιινγή ησλ θνξέσλ απηψλ απφ κηα p-n έλσζε, απνηξέπεη ηελ επαλαζχλδεζε ρξεζηκνπνηψληαο ηελ p-n επαθή γηα λα δηαρσξίδεη ρσξηθά ηα ειεθηξφληα απφ ηηο νπέο. Οη θνξείο δηαρσξίδνληαη ιφγσ ηνπ πεδίνπ πνπ ππάξρεη ζηελ επαθή, θαζψο φηαλ ν θνξέαο κεηνλφηεηαο θηάζεη ζηελ p-n επαθή, κεηαθηλείηαη κέζσ ηνπ ειεθηξηθνχ πεδίνπ ζηελ επαθή, φπνπ πιένλ είλαη θνξέαο πιεηνλφηεηαο. Αλ ην θχηηαξν βξαρπθπθισζεί, ηφηε νη θνξείο ξένπλ ζην εμσηεξηθφ θχθισκα. Γηα ηελ παξαγσγή ηζρχνο βέβαηα απαηηείηαη θαη ε χπαξμε ηάζεο πέξαλ ηνπ ξεχκαηνο. Ζ ηάζε ζε έλα ΦΒ θχηηαξν παξάγεηαη κε ηε δηαδηθαζία πνπ είλαη γλσζηή σο θσηνβνιηατθφ θαηλφκελν. Ζ ζπιινγή ησλ θνξέσλ απφ ηελ p-n επαθή πξνθαιεί ηελ θίλεζε ησλ ειεθηξνλίσλ ζηελ πεξηνρή θνξέσλ ηχπνπ n θαη ησλ νπψλ ζηελ πεξηνρή θνξέσλ ηχπνπ p ηεο επαθήο. ε ζπλζήθεο βξαρπθπθιψκαηνο, δελ ππάξρεη θνξηίν, θαζψο νη θνξείο εμέξρνληαη απφ ηε δηάηαμε σο θσηφξεπκα. Όκσο, αλ νη θνξείο απηνί απνηξαπνχλ απφ ην λα αθήζνπλ ην ειηαθφ θχηηαξν, ηφηε ε ζπιινγή ησλ θνξέσλ πξνθαιεί αχμεζε ηνπ αξηζκνχ ειεθηξνλίσλ ζηελ πεξηνρή n ηεο p-n επαθήο θαη κηα φκνηα αχμεζε ησλ νπψλ ζηελ πεξηνρή p. Απηφο ν δηαρσξηζκφο θνξηίνπ πξνθαιεί ειεθηξηθφ πεδίν ζηελ έλσζε πνπ είλαη αληίζεην ζε απηφ πνπ ππάξρεη ήδε, κεηψλνληαο έηζη ην νιηθφ ειεθηξηθφ πεδίν. Καζψο ην ειεθηξηθφ πεδίν είλαη έλα εκπφδην ζηε ξνή ηνπ ξεχκαηνο δηάρπζεο, ε εμαζζέλεζε ηνπ πεδίνπ ζπλεπάγεηαη αχμεζε ηνπ 11

20 Κεθάιαην 1 ν ξεχκαηνο δηάρπζεο. Πξνθχπηεη έηζη έλα λέν ζεκείν ηζνξξνπίαο, φπνπ έρνπκε κηα ηάζε ζηα άθξα ηεο επαθήο, ελψ ην ξεχκα είλαη ίζν κε ην θσηφξεπκα κείνλ ην ξεχκα δηάρπζεο. Ζ ιεηηνπξγία ελφο ΦΒ θπηηάξνπ αλαπαξηζηάλεηαη ζην ζρήκα 1.2. Όηαλ έρνπκε αλνηρηνθχθισκα, ην ξεχκα δηάρπζεο είλαη αθξηβψο ίζν κε ην θσηφξεπκα, κε απνηέιεζκα ην νιηθφ ξεχκα λα είλαη κεδεληθφ. Ζ ηάζε πνπ απαηηείηαη γηα λα ππάξμεη απηή ε ηζνξξνπία ιέγεηαη ηάζε αλνηρηνθπθιψκαηνο [8]. ρήκα 1.2 : Λεηηνπξγία ΦΒ θπηηάξνπ [9] Ζ ζρέζε ξεχκαηνο-ηάζεο ελφο θσηνβνιηατθνχ θπηηάξνπ δελ είλαη γξακκηθή. Απηφ δηαπηζηψλεηαη αλ ζρεδηάζνπκε ην ηζνδχλακν θχθισκα ελφο ΦΒ θπηηάξνπ. Με βάζε ηελ αλάιπζε πνπ έγηλε, ην ΦΒ ζηνηρείν κπνξεί λα αλαπαξαζηαζεί σο κηα πεγή ξεχκαηνο παξάιιεια κε κηα δίνδν, φπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα 1.3. Σν ξεχκα ηνπ θσηνβνιηατθνχ θπηηάξνπ, πξνθχπηεη ινηπφλ φηη είλαη ίζν κε I = I sc I s exp V (1.1) V T κε I sc ην ξεχκα βξαρπθπθιψκαηνο, I S ην ξεχκα θφξνπ θαη V T ε ζεξκηθή ηάζε ηεο p-n επαθήο. Πξέπεη λα αλαθεξζεί φηη ην πξαγκαηηθφ ηζνδχλακν πεξηιακβάλεη κηα αληίζηαζε παξάιιειε ζηε δίνδν θαη κηα αληίζηαζε ζε ζεηξά κε ηελ έμνδν, πνπ αληηπξνζσπεχνπλ ηηο αληίζηνηρεο 12

21 Κεθάιαην 1 ν απψιεηεο, σζηφζν κπνξνχλ λα παξαιεθζνχλ, επνκέλσο ε εμίζσζε 1.1 απνηειεί κηα πνιχ θαιή πξνζέγγηζε γηα ην ξεχκα. ρήκα 1.3 : Ηδαληθό ηζνδύλακν ΦΒ θπηηάξνπ [10] Με βάζε απηή ηελ εμίζσζε πξνθχπηεη ε ραξαθηεξηζηηθή θακπχιε I-V ελφο ΦΒ ζηνηρείνπ, γηα δεδνκέλε ειηαθή αθηηλνβνιία θαη δεδνκέλε ζεξκνθξαζία, φπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα 1,4. Ζ ραξαθηεξηζηηθή απηή πεξηέρεη πιεξνθνξίεο γηα νξηζκέλα ζεκαληηθά ειεθηξηθά κεγέζε. Καη αξράο, καο πιεξνθνξεί απ επζείαο γηα ηελ ηηκή ηεο ηάζεσο αλνηρηνθπθιψκαηνο θαη ηνπ ξεχκαηνο βξαρπθπθιψκαηνο. Παξάιιεια, κπνξνχκε λα βξνχκε ην ζεκείν κέγηζηεο ηζρχνο, ζην νπνίν ην ΦΒ απνδίδεη ηε κέγηζηε ηζρχ. Ζ κέγηζηε ηζρχο απνηειεί βαζηθφ ραξαθηεξηζηηθφ ελφο ΦΒ θπηηάξνπ, θαζψο ε θνζηνιφγεζε θαη ν ζρεδηαζκφο ησλ ΦΒ ζπζηεκάησλ γίλνληαη κε βάζε απηή ηελ ηζρχ, ελψ ε πξνζπάζεηα λα ιεηηνπξγεί ην ΦΒ θχηηαξν ζηε κέγηζηε ηζρχ, έρεη νδεγήζεη ζην ζρεδηαζκφ ησλ δηαηάμεσλ MPPT (Maximum Power Point Tracking). ρήκα 1.4 : Υαξαθηεξηζηηθή I-V θσηνβνιηατθνύ θπηηάξνπ [11] Πνιιά ΦΒ ζηνηρεία (33 κε 36) ζπλδένληαη ζε ζεηξά, ψζηε, φηαλ ε δηάηαμε απηή θσηίδεηαη, λα πξνθχπηεη ζπλνιηθή ηάζε αλνηρηνχ θπθιψκαηνο (open circuit) 17 κε 22V. Σν πιήζνο ησλ 13

22 Κεθάιαην 1 ν ΦΒ ζηνηρείσλ επηιέγεηαη έηζη ψζηε λα ηαηξηάδεη κε ηελ απαηηνχκελε ηάζε θφξηηζεο ελφο θνηλνχ ειεθηξηθνχ ζπζζσξεπηή κνιχβδνπ-ζεηηθνχ νμέσο (Pb/H 2 SO 4 ), νλνκαζηηθήο ηάζεο 12V. Ζ νινθιεξσκέλε απηή θσηνβνιηατθή δηάηαμε νλνκάδεηαη θσηνβνιηατθφ πιαίζην (module), απνηειεί δε ηε βαζηθή κνλάδα ζχλζεζεο κεγαιχηεξσλ ζπζηεκάησλ, πνπ νλνκάδνληαη ζπζηνηρίεο. Υξεζηκνπνηείηαη επίζεο, ζπαληφηεξα, ε νξνινγία, θσηνβνιηατθή γελλήηξηα (photovoltaic generator), φηαλ αλαθεξφκαζηε ζην θχξην ηκήκα ηνπ ΦΒ ζηαζκνχ, ην νπνίν παξάγεη ηε ΦΒ ειεθηξηθή ελέξγεηα. Ζ εκπξφο επηθάλεηα ηνπ πιαηζίνπ πξνζηαηεχεηαη απφ γπάιηλε πιάθα, ελψ ε πίζσ πιεπξά θαιχπηεηαη απφ πγξνκνλσηηθή νπζία, πςειήο αληνρήο ζην ρξφλν [1]. Τπάξρνπλ δηάθνξα θξηηήξηα κε βάζε ηα νπνία κπνξνχκε λα θαηεγνξηνπνηήζνπκε ηα ΦΒ ζπζηήκαηα. Σέηνηα θξηηήξηα απνηεινχλ ην πιηθφ απφ ην νπνίν είλαη θαηαζθεπαζκέλα θαη ν ηξφπνο δηαζχλδεζεο ησλ ΦΒ πιαηζίσλ. Τπάξρνπλ ηέζζεξηο θχξηεο ηερλνινγίεο δηαζχλδεζεο ησλ ΦΒ ζπζηεκάησλ νη νπνίεο είλαη: 1. Κεληξηθνπνηεκέλε ηερλνινγία (Centralized Technology) 2. Σερλνινγία αιπζίδαο (String Technology) 3. Σερλνινγία πνιιαπιψλ αιπζίδσλ (Multistring Technology) 4. Σερλνινγία Φ/Β πιαηζίσλ ελαιιαζζνκέλνπ ξεχκαηνο (AC-PV Module ή Module Integrated Inverter-MIC). Ζ θαηεγνξία απηή πεξηιακβάλεη δηαηάμεηο κηθξήο ηζρχνο (σο 300W) πνπ απνηεινχληαη απφ έλα κφλν πιαίζην θαη έλα κεηαηξνπέα (ελφο ή πνιιψλ ζηαδίσλ).σ. ζε Δ.Σ. Δπηπιένλ, κπνξνχλ λα θαηεγνξηνπνηεζνχλ κε βάζε ηνλ ηχπν ηνπ θνξηίνπ. Έηζη, κε βάζε ην αλ ζπλδένληαη ή φρη ζην δίθηπν έρνπκε ηα απηφλνκα θαη ηα ζπλδεδεκέλα ζην δίθηπν ΦΒ ζπζηήκαηα, ελψ κε βάζε ηελ παξαγφκελε ηζρχ έρνπκε ηνπο ΦΒ ζηαζκνχο παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο (>200kW), ηα ΦΒ ζπζηήκαηα κεζαίνπ κεγέζνπο (10-200kW) θαη ηα νηθηαθά ΦΒ ζπζηήκαηα (σο 10kW) Γηα ηα ΦΒ πιαίζηα Δ.Ρ, θξηηήξην δηάθξηζεο ζε ππνθαηεγνξίεο απνηειεί ν κεηαηξνπέαο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη. Γηαρσξηζκφο κπνξεί λα γίλεη κε βάζε ην είδνο ηνπ κεηαηξνπέα ζε ΦΒ ζπζηήκαηα ζε κεηαηξνπείο.σ. ζε Δ.Σ. θαη ζε κεηαηξνπείο.σ. ζε.σ.. Αθφκα, κπνξεί λα γίλεη δηαρσξηζκφο κε βάζε ην πιήζνο ησλ ρξεζηκνπνηνχκελσλ κεηαηξνπέσλ, νπφηε έρνπκε ΦΒ ζπζηήκαηα κηαο βαζκίδαο, δπν βαζκίδσλ θαη πνιιαπιψλ βαζκίδσλ. Σέινο, κπνξνχκε λα δηαθξίλνπκε ηα ΦΒ ζπζηήκαηα ζε απηά κε κε απνκνλσκέλνπο κεηαηξνπείο θαη ζε απηά κε 14

23 Κεθάιαην 1 ν απνκνλσκέλνπο κεηαηξνπείο, αλάινγα κε ην αλ ν κεηαηξνπέαο ηνπο ρξεζηκνπνηεί κεηαζρεκαηηζηή απνκφλσζεο. Καηεγνξηνπνίεζε κπνξεί λα γίλεη θαη κε βάζε ησλ έιεγρν πνπ εθαξκφδεηαη ζην ζχζηεκα. Ζ ρξεζηκνπνίεζε ή φρη ειέγρσλ, φπσο ν MPPT, ν anti-islanding ή ν tracking control ραξαθηεξίδνπλ κηα ΦΒ κνλάδα. Σέινο, δηάθξηζε κπνξεί λα γίλεη κε βάζε ην αλ ν έιεγρνο νδεγεί ην κεηαηξνπέα λα ζπκπεξηθέξεηαη ζαλ πεγή ξεχκαηνο ή ζαλ πεγή ηάζεο [12]. 1.3 ΑΝΣΗΣΡΟΦΔΗ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΩΝ ΤΣΖΜΑΣΩΝ Ζ ηάζε πνπ παξάγεη έλα θσηνβνιηατθφ πιαίζην είλαη, φπσο είδακε, ζπλερήο. Απηφ ζεκαίλεη φηη ζηελ πεξίπησζε πνπ ζέινπκε λα παξέρνπκε ηζρχ απφ έλα ΦΒ ζχζηεκα ζην δίθηπν ελαιιαζζφκελεο ηάζεο, πξέπεη ε ζπλερήο ηάζε ζηελ έμνδν ηνπ θσηνβνιηατθνχ λα κεηαηξαπεί ζε ελαιιαζζφκελε. Γηα ηελ επίηεπμε ηνπ ζθνπνχ απηνχ ρξεζηκνπνηνχληαη νη κεηαηξνπείο ζπλερνχο ηάζεο ζε ελαιιαζζφκελε, πνπ νλνκάδνληαη αληηζηξνθείο (επίζεο κεηαηξνπείο ή αλαζηξνθείο). Γηα εθαξκνγή ζε θσηνβνιηατθά πιαίζηα ελαιιαζζνκέλνπ ξεχκαηνο, έλα απφ ηα ζεκαληηθφηεξα ραξαθηεξηζηηθά ησλ αληηζηξνθέσλ απνηειεί ε χπαξμε ή κε δεχμεσο ζπλερνχο ηάζεσο (dc-link). Με βάζε απηφ ην θξηηήξην νη αληηζηξνθείο δηαρσξίδνληαη ζε ηξεηο θαηεγνξίεο [12]: 1. Αληηζηξνθείο κε δεχμε.σ. 2. Αληηζηξνθείο ρσξίο δεχμε.σ. 3. Αληηζηξνθείο κε ςεπδνδεχμε.σ. ηελ πξψηε θαηεγνξία αλήθνπλ κεηαηξνπείο γηα ΦΒ πιαίζηα ελαιιαζζνκέλνπ ξεχκαηνο, νη νπνίνη εκπεξηέρνπλ δεχμε ζπλερνχο ηάζεο. ε απηέο ηηο ηνπνινγίεο, ε δηαδηθαζία κεηαηξνπήο ελέξγεηαο κπνξεί εχθνια λα δηαρσξηζηεί ζε δχν μερσξηζηά ζηάδηα : ζηε κεηαηξνπή απφ.σ. ζε.σ., φπνπ ε ηάζε αλπςψλεηαη θαη ζηαζεξνπνηείηαη ζε ηηκή θαηάιιειε γηα ηε ιεηηνπξγία ηνπ θπθιψκαηνο θαη ζηε κεηαηξνπή απφ.σ. ζε Δ.Σ. Ζ δεχμε ησλ δπν ζηαδίσλ επηηπγράλεηαη κε έλαλ ειεθηξνιπηηθφ ππθλσηή κεγάιεο ρσξεηηθφηεηαο. Βέβαηα, ε ηερληθή PWM πνπ εθαξκφδεηαη ζηηο ηνπνινγίεο απηέο, έρεη σο απνηέιεζκα απηέο λα ιεηηνπξγνχλ σο πεγέο ηάζεο κε απνηέιεζκα λα απμάλεηαη ε πνιππινθφηεηα ηεο εθαξκνγήο. Παξάιιεια, ρσξίο θάπνηα ηερληθή νκαιήο κεηαγσγήο νη κεηαηξνπείο έρνπλ πςειέο δηαθνπηηθέο απψιεηεο, ελψ ζε πεξίπησζε εθαξκνγήο κηαο ηέηνηαο ηερληθήο απμάλεηαη ην πιήζνο ησλ ζηνηρείσλ, θαηά ζπλέπεηα θαη ην νιηθφ θφζηνο. 15

24 Κεθάιαην 1 ν ηε δεχηεξε θαηεγνξία, αθαηξείηαη εληειψο ε δεχμε ζπλερνχο ηάζεο κε απνηέιεζκα ηε κείσζε ησλ ζηαδίσλ κεηαηξνπήο ελέξγεηαο. ηελ πξαγκαηηθφηεηα, αξρηθά ε ηάζε εηζφδνπ αλπςψλεηαη ζην επίπεδν ηεο ηάζεο δηθηχνπ θαη κεηαηξέπεηαη ζε πςίζπρλε ελαιιαζζφκελε ηάζε, θαη ζηε ζπλέρεηα κέζσ ελφο κεηαηξνπέα ζπρλφηεηαο επηηπγράλεηαη ζηελ έμνδν ελαιιαζζφκελε ηάζε δηθηχνπ. εκαληηθφ πιενλέθηεκα ησλ δηαηάμεσλ απηψλ είλαη ην πεξηνξηζκέλν πιήζνο ζηνηρείσλ γεγνλφο πνπ ζπλεπάγεηαη κεγαιχηεξε απφδνζε θαη αμηνπηζηία. Παξ φια απηά, ν έιεγρνο ηνπο είλαη πην πνιχπινθνο ζε ζρέζε κε απηψλ κε δεχμε.σ., θαζψο δελ ππάξρεη θάπνην ελδηάκεζν ζηάδην απνζήθεπζεο ηεο ελέξγεηαο. Δπηπιένλ, ε δεκηνπξγία ακθίδξνκσλ δηαθνπηψλ παξακέλεη πξφθιεζε, πεξηνξίδνληαο έηζη ηε ρξήζε κεηαηξνπέσλ ζπρλφηεηαο. ηελ ηξίηε θαηεγνξία, αλάκεζα ζην ζηάδην αλχςσζεο θαη ην ζηάδην αληηζηξνθήο, εκθαλίδεηαη έλα αλνξζσκέλν εκίηνλν, ζπκθαζηθφ θαη ίδηαο ζπρλφηεηαο κε ην δίθηπν. ην ζηάδην αλχςσζεο ν κεηαηξνπέαο αλπςψλεη ηελ ηάζε, πξαγκαηνπνηψληαο θαη ηελ θαηάιιειε εκηηνλνεηδή δηακφξθσζε, ελψ ζην ζηάδην αληηζηξνθήο, ην αλνξζσκέλν εκίηνλν κεηαθέξεηαη κε ηέηνηα πνιηθφηεηα ψζηε λα δηαρέεηαη ζην δίθηπν εκηηνλνεηδέο ξεχκα. Λφγσ ηεο ρακειήο ζπρλφηεηαο, νη δηαθνπηηθέο απψιεηεο δηαηεξνχληαη ρακειέο, αθφκα θαη γηα απφηνκε κεηαγσγή. Βέβαηα ζην ζηάδην κεηαηξνπήο.σ. ζε.σ., ιφγσ ηεο εκηηνλνεηδνχο δηακφξθσζεο ηνπ ξεχκαηνο, απαηηνχληαη πην εμεηδηθεπκέλεο ηερληθέο ειέγρνπ. Έρνπλ πξνηαζεί πνιινί κεηαηξνπείο, πνπ αλήθνπλ ζηελ θαηεγνξία απηή, ρσξίο κεηαζρεκαηηζηή ή θαη κε έλα ζηάδην. Οη δηαηάμεηο απηέο είλαη πην ζπκπαγείο θαη απνδνηηθέο. Παξνπζηάδεηαη, φκσο, δπζθνιία ζηελ εθαξκνγή γείσζεο θαη ζηελ είζνδν θαη ζηελ έμνδν, φηαλ δε ρξεζηκνπνηείηαη Μ/. ε φηη αθνξά ηνπο κεηαηξνπείο ελφο ζηαδίνπ, ην εχξνο ηεο.σ. εηζφδνπ είλαη πεξηνξηζκέλν ζε ζρέζε κε ηνπο κεηαηξνπείο πνιιψλ ζηαδίσλ [12]. ηε δηπισκαηηθή εξγαζία, ζα γίλεη ε κειέηε ελφο αληηζηξνθέα κηαο AC-PV δηάηαμεο. Ο ζπγθεθξηκέλνο κεηαηξνπέαο αλήθεη ζε ηνπνινγίεο ελφο ζηαδίνπ ρσξίο απνκφλσζε θαη ζπγθεθξηκέλα ζε απηέο κε δηαθνξηθή έμνδν [12]. 16

25 Κεθάιαην 2 ν ΚΔΦΑΛΑΗΟ 2 ΑΝΑΛΤΖ ΣΟΤ ΤΠΟ ΜΔΛΔΣΖ ΜΔΣΑΣΡΟΠΔΑ 2.1 ΓΔΝΗΚΖ ΠΔΡΗΓΡΑΦΖ ΣΟΤ ΑΝΣΗΣΡΟΦΔΑ Ο αληηζηξνθέαο πνπ ζα αλαιχζνπκε ζηε δηπισκαηηθή εξγαζία αλαθέξεηαη ζηε βηβιηνγξαθία σο Boost DC-AC Converter [13]. Ζ νλνκαζία ηνπ απηή νθείιεηαη ζηελ ηδηφηεηά ηνπ λα παξάγεη ζηελ έμνδν ηάζε κεγαιχηεξε απφ ηε ζπλερή ηάζε εηζφδνπ. Δίλαη κεηαηξνπέαο πεγήο ηάζεο θαη αλήθεη ζηελ θαηεγνξία ησλ αληηζηξνθέσλ ελφο ζηαδίνπ ρσξίο κεηαζρεκαηηζηή. Σν θχθισκα ηνπ αληηζηξνθέα παξηζηάλεηαη ζην ζρήκα 2.1. Όπσο θαίλεηαη, ε δηάηαμε έρεη σο είζνδν κηα ζπλερή ηάζε θαη απνηειείηαη απφ δχν πελία, ηέζζεξηο ειεγρφκελνπο δηαθφπηεο, ηέζζεξηο αληηπαξάιιειεο δηφδνπο, δχν ππθλσηέο θαη ην θνξηίν εμφδνπ. ρήκα 2.1 : Κύθισκα ηνπ ππό κειέηε κεηαηξνπέα [13] Δμεηάδνληαο πην πξνζεθηηθά ηε ζπλδεζκνινγία, παξαηεξνχκε φηη απνηειείηαη απφ δχν ακθίδξνκνπο κεηαηξνπείο dc-dc ηχπνπ boost. Έλαο ηέηνηνο αλπςσηήο ηάζεο θαίλεηαη ζην ζρήκα 2.2. Ζ είζνδνο ησλ δχν dc-dc κεηαηξνπέσλ είλαη θνηλή, θαη απνηειεί ηε ζπλερή ηάζε εηζφδνπ ηεο φιεο δηάηαμεο, ελψ κεηαμχ ησλ εμφδσλ ησλ δχν ππθλσηψλ, άξα θαη ησλ δχν κεηαηξνπέσλ, ζπλδέεηαη ην θνξηίν εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα. 17

26 Κεθάιαην 2 ν ρήκα 2.2 : Ακθίδξνκνο κεηαηξνπέαο boost dc-dc [13] Ζ ιεηηνπξγία ηεο δηάηαμεο ζηεξίδεηαη ζε κία ζπκκεηξηθή ιεηηνπξγία ησλ δχν κεηαηξνπέσλ.σ. ζε.σ., ψζηε ην απνηέιεζκα ζηελ έμνδν λα είλαη κηα ελαιιαζζφκελε ηάζε. Πην ζπγθεθξηκέλα, επηδηψθεηαη νη δχν κεηαηξνπείο λα ιεηηνπξγνχλ ζε θαηάζηαζε ζπλερνχο αγσγήο (CCM) θαη ε έμνδνο θάζε ελφο απφ ηνπο κεηαηξνπείο dc-dc, λα απνηειείηαη απφ κηα ζεηηθή dc ζηαζεξά θαη κηα εκηηνλνεηδή ζπληζηψζα. Ζ εκηηνλνεηδήο απηή ζπληζηψζα, έρεη ζπρλφηεηα f ίζε κε απηή ηεο αλακελφκελεο ηάζεο εμφδνπ θαη πιάηνο ίζν κε ην κηζφ ηνπ πιάηνπο ηεο επηζπκεηήο ηάζεο εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα. Δπνκέλσο, ε ηάζε ζηνλ ππθλσηή ελφο επηκέξνπο dc-dc κεηαηξνπέα είλαη ίζε κε V c1 = V dc V peak sin 2πft (2.1) κε V dc ηε ζπληζηψζα dc θαη V peak ην πιάηνο ηεο ηάζεο εμφδνπ πνπ επηδηψθνπκε. Αλ ν δεχηεξνο κεηαηξνπέαο ιεηηνπξγεί έηζη ψζηε ε dc ζπληζηψζα, ην πιάηνο ηνπ εκηηφλνπ θαη ε ζπρλφηεηα ζηελ έμνδν λα είλαη ίδηα κε ηνπ πξψηνπ, αιιά ε έμνδνο ηνπ λα έρεη 180 δηαθνξά θάζεο ζε ζρέζε κε ηνλ πξψην, ηφηε ε ηάζε ζηεο έμνδν ηνπ αληίζηνηρνπ ππθλσηή δίλεηαη απφ ηνλ ηχπν V c1 = V dc V peak sin 2πft + π = V dc 1 2 V peak sin 2πft (2.2) Όπσο πξναλαθέξζεθε, κεηαμχ ησλ εμφδσλ ησλ δχν ππθλσηψλ ζπλδέεηαη ην θνξηίν εμφδνπ. Απηφ ζεκαίλεη φηη ε ηάζε εμφδνπ είλαη ίζε κε ηε δηαθνξά ησλ ηάζεσλ εμφδνπ ησλ 18

27 Κεθάιαην 2 ν ππθλσηψλ, V c1 -V c2. Με βάζε ηηο εμηζψζεηο 2.1 θαη 2.2 πξνθχπηεη ε αλακελφκελε ηάζε εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα πνπ είλαη ίζε κε V o = V c1 V c2 = V dc V peak sin 2πft V dc V peak sin 2πft = V peak sin 2πft (2.3) ηελ πεξίπησζή καο, θαζψο επηδηψθνπκε ζχλδεζε κε ην δίθηπν ε ζπρλφηεηα f είλαη ίζε κε 50Hz, ελψ ηάζε εμφδνπ πξέπεη λα έρεη ηηκή 230V. 2.2 ΑΝΑΛΤΖ ΣΖ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΣΟΤ ΜΔΣΑΣΡΟΠΔΑ ηελ πξνεγνχκελε ελφηεηα έγηλε κηα ζχληνκε πεξηγξαθή ηεο αλακελφκελεο ζπκπεξηθνξάο ηνπ αληηζηξνθέα. Ζ ζπκπεξηθνξά απηή βαζίδεηαη ζηελ νξζή ιεηηνπξγία ησλ δπν επηκέξνπο dc-dc κεηαηξνπέσλ. Γηα λα κπνξέζνπκε λα έρνπκε κηα πην αθξηβή εηθφλα γηα ηνλ ηξφπν ιεηηνπξγίαο ηεο δηάηαμεο, ζα πξνζεγγίζνπκε ηνλ αληηζηξνθέα σο έλαλ απφ ηνπο επηκέξνπο boost, κε θνξηίν ηνπ ηελ ππφινηπε δηάηαμε. Όπσο δηαπηζηψλνπκε απφ ην ζρήκα 2.3, ην νπνίν έρεη πξνθχςεη κε βάζε ηελ πξνεγνχκελε πξνζέγγηζε, σο θνξηίν ηνπ κεηαηξνπέα.σ. ζε.σ. ζεσξείηαη ε αληίζηαζε εμφδνπ ζε ζεηξά κε κηα πεγή ηάζεο. Ζ ηάζε ηεο πεγήο απηήο είλαη εκηηνλνεηδήο κε κηα dc ζπληζηψζα θαη πξνζνκνηψλεη ηελ ηάζε ηνπ ππθλσηή ηνπ άιινπ κεηαηξνπέα. Θέινπκε ν κεηαηξνπέαο λα ιεηηνπξγεί ζε θαηάζηαζε ζπλερνχο αγσγήο (CCM), δειαδή ην ξεχκα ηνπ πελίνπ λα κε κεδελίδεηαη. Ζ ιεηηνπξγία ζε CCM, ζε ζρέζε κε ηελ θαηάζηαζε αζπλερνχο ιεηηνπξγίαο (DCM), απαηηεί κεγαιχηεξε ηηκή ηεο επαγσγήο, σζηφζν έρεη ην πιενλέθηεκα ηνπ ιηγφηεξν πνιχπινθνπ ειέγρνπ, ιφγσ ησλ απιψλ ζρέζεσλ θαη ηεο αλεμαξηεζίαο απφ ην θνξηίν εμφδνπ. Δπηπιένλ, ε κέγηζηε ηηκή ηνπ ξεχκαηνο ηνπ πελίνπ, θαη θαη επέθηαζε ησλ εκηαγσγηθψλ ζηνηρείσλ, γηα ηελ ίδηα κέζε ηηκή ξεχκαηνο πελίνπ, είλαη κηθξφηεξε ζηε CCM. Σν ξεχκα εμφδνπ, είηε ζηελ έμνδν είλαη ζπλδεδεκέλν θνξηίν είηε ην δίθηπν, είλαη ελαιιαζζφκελν, θαη ζπγθεθξηκέλα εκηηνλνεηδέο, άξα παίξλεη ζεηηθέο θαη αξλεηηθέο ηηκέο. Απηφ δηθαηνινγεί ηελ αλαγθαηφηεηα ακθίδξνκνπ κεηαηξνπέα, θαζψο ζην δηάζηεκα ζην νπνίν ην ξεχκα εμφδνπ ζα είλαη αξλεηηθφ (ζεσξψληαο ζεηηθή ηε θνξά απφ ην κεηαηξνπέα πξνο ην θνξηίν) θαη είλαη ίζν κε κηα εκηπεξίνδν δηθηχνπ, θαη ην ξεχκα ηνπ πελίνπ ζα είλαη αξλεηηθήο θνξάο. Έηζη, ε αλάιπζε ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ κεηαηξνπέα, αλάινγα κε ηε θνξά ηνπ ξεχκαηνο εμφδνπ, κπνξεί λα γίλεη γηα δχν ρξνληθά δηαζηήκαηα. 19

28 Κεθάιαην 2 ν ρήκα 2.3 : Αλαπαξάζηαζε ηεο δηάηαμεο σο έλαο κεηαηξνπέαο boost dc-dc [13] ην έλα ρξνληθφ δηάζηεκα, ην ξεχκα εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα θαη θαηά ζπλέπεηα ηνπ αλπςσηή ηάζεο έρεη θνξά απφ ην κεηαηξνπέα πξνο ην θνξηίν. ην δηάζηεκα απηφ, ν κεηαηξνπέαο ιεηηνπξγεί σο κηα θιαζζηθή δηάηαμε boost dc-dc. Αλαιπηηθφηεξα, φηαλ δίλεηαη παικφο ζην δηαθφπηε S1, ηφηε απηφο άγεη θαη κπνξνχκε λα δηαθξίλνπκε δχν βξφρνπο ζην θχθισκα. ηνλ έλα βξφρν, ν δηαθφπηεο S1 άγεη, ζην πελίν απνζεθεχεηαη ελέξγεηα απφ ηελ είζνδν θαη ην ξεχκα ηνπ απμάλεηαη κε ζηαζεξή θιίζε V in /L (αλ ζεσξήζνπκε ηδαληθνχο δηαθφπηεο κε κεδεληθή πηψζε ηάζεο αγσγήο). ηνλ άιιν βξφρν ν ππθλσηήο, ν νπνίνο είρε θνξηηζηεί πξσηχηεξα, κεηαθέξεη ην θνξηίν ηνπ ζηελ έμνδν. Αλ ν παικφο ζην δηαθφπηε S1 γίλεη 0, ηφηε ν δηαθφπηεο απηφο παχεη λα άγεη θαη ε αληηπαξάιιειε δίνδνο D2 κεηαβαίλεη ζε θαηάζηαζε αγσγήο. Πιένλ κεηαθέξεηαη ελέξγεηα απφ ην πελίν θαη ηελ είζνδν, απ επζείαο ζηελ έμνδν, ελψ παξάιιεια θνξηίδεηαη θαη ν ππθλσηήο εμφδνπ. Σν ξεχκα πνπ δηαξξέεη ην πελίν κεηψλεηαη κε θιίζε (V c1 -V in )/L. Ζ ηάζε ζηνλ ππθλσηή απμάλεηαη φηαλ απηφο θνξηίδεηαη, ελψ κεηψλεηαη ν ππθλσηήο φηαλ εθθνξηίδεηαη. Ζ κεηαβνιή απηή σζηφζν, είλαη γεληθά κηθξή θαη ζηελ αλάιπζε ε ηάζε ζεσξείηαη ζηαζεξή γηα κηα δηαθνπηηθή πεξίνδν. ην άιιν ρξνληθφ δηάζηεκα, ην ξεχκα εμφδνπ έρεη θνξά απφ ην θνξηίν πξνο ην κεηαηξνπέα. Απηφ ζεκαίλεη ην ξεχκα ζην κεηαηξνπέα ζα άγεη πξνο ηελ αληίζεηε θνξά ζε ζρέζε κε πξηλ. ην ρξνληθφ δηάζηεκα απηφ, ν κεηαηξνπέαο παξάγεη κελ ηάζε κεγαιχηεξε ηεο ηάζεο εμφδνπ, αιιά πιένλ ιεηηνπξγεί ζαλ έλαο κεηαηξνπέαο dc-dc ηχπνπ buck, 20

29 Κεθάιαην 2 ν ππνβηβάδνληαο ηελ ηάζε εμφδνπ ζηελ ηηκή ηεο ηάζεο εηζφδνπ. Έηζη, γηα ηε ρξνληθή πεξίνδν απηή, φηαλ δίλεηαη παικφο ζην δηαθφπηε S2, απηφο άγεη θαη δίλεη ελέξγεηα απφ ηελ έμνδν θαη ηνλ ππθλσηή, ζην πελίν θαη ηελ έμνδν. Σν ξεχκα ζην πελίν, πνπ έρεη θνξά αληίζεηε ηεο πξνεγνχκελεο εκηπεξηφδνπ, απμάλεηαη ζε κέηξν κε ξπζκφ κεηαβνιήο (V c1 -V in )/L. Όηαλ ν παικφο ζην δηαθφπηε S2 γίλεη 0, απφ ηε κία ν ππθλσηήο εμφδνπ θνξηίδεηαη, απφ ηελ άιιε ην πελίν κεηαθέξεη ελέξγεηα ζηελ είζνδν κε ην ξεχκα ηνπ λα κεηψλεηαη κε ξπζκφ V in /L. Ζ ηάζε ζηνλ ππθλσηή, θαη ζε απηή ηελ πεξίπησζε έρεη κηθξή θπκάησζε, ψζηε λα κπνξεί λα ζεσξεζεί ζηαζεξή, γηα κηα ηηκή ηνπ duty cycle. ε απηφ ην ζεκείν, ππελζπκίδεηαη φηη ζηνλ ππφ κειέηε αληηζηξνθέα, νη ηάζεηο ζηνπο ππθλσηέο δελ είλαη ζηαζεξέο αιιά έρνπλ κηα εκηηνλνεηδή ζπληζηψζα. Ζ ζπρλφηεηα, φκσο, ηεο ζπληζηψζαο απηήο είλαη 50Hz, ηηκή πνπ είλαη πνιχ κηθξή ζε ζρέζε κε ηε δηαθνπηηθή ζπρλφηεηα. Έηζη, ζε κία δηαθνπηηθή πεξίνδν, ε κεηαβνιή ηεο ηάζεο είλαη πνιχ κηθξή ψζηε λα κπνξνχκε λα ζεσξήζνπκε ηε κέζε ηάζε ζηαζεξή θαη λα εθαξκνζηνχλ νη αληίζηνηρνη ηχπνη. Με βάζε ηηο πξνζεγγίζεηο γηα ηελ ηάζε ηνπ ππθλσηή, πνπ δίλνπλ ηε δπλαηφηεηα λα ηε ζεσξνχκε ζηαζεξή γηα κηα δηαθνπηηθή πεξίνδν, κπνξνχκε λα εμάγνπκε ηνπο ηχπνπο γηα ηελ ηάζε απηή. Όπσο αλαθέξακε πξσηχηεξα, επηδηψθνπκε ν θάζε κεηαηξνπέαο λα ιεηηνπξγεί ζε θαηάζηαζε ζπλερνχο αγσγήο. Γηα ην δηάζηεκα ζην νπνίν ν κεηαηξνπέαο ζπκπεξηθέξεηαη σο αλπςσηήο.σ., ηζρχεη ε αληίζηνηρε ζρέζε γηα ηελ ηάζε εμφδνπ. Ζ ηάζε, ινηπφλ, ζηα άθξα ηνπ ππθλσηή πνπ απνηειεί ηελ ηάζε εμφδνπ, πξνθχπηεη γηα κία δηαθνπηηθή πεξίνδν απφ ηνλ ηχπν V c = 1 (2.4) V in 1 δ 1 κε δ 1 ην ιφγν θαηάηκεζεο ηνπ δηαθφπηε S1. ηελ πεξίπησζε ηνπ boost dc-dc, ν ιφγνο δ, ζεσξεηηθά, παίξλεη ηηκέο απφ 0 σο 1, ζηελ πξάμε φκσο δελ πξέπεη κα μεπεξλάεη ηηκέο πάλσ απφ 0,66 κε 0,7, θαζψο γηα κεγαιχηεξεο ηηκέο ηνπ ππάξρεη θίλδπλνο ππεξζέξκαλζεο ηνπ κεηαηξνπέα. Απηφ ζπλεπάγεηαη έλα κέγηζην φξην ζηελ ηάζε εμφδνπ, πνπ γηα κέγηζην duty cycle 0.66, είλαη ίζν κε V c,max =3*V in. ηελ πεξίπησζε πνπ ν κεηαηξνπέαο ζπκπεξηθέξεηαη ζαλ κεηαηξνπέαο buck, κπνξεί λα εθαξκνζηεί ν αληίζηνηρνο ηχπνο γηα ηελ ηάζε ζε κηα δηαθνπηηθή πεξίνδν, πξνζαξκνζκέλνο γηα ηελ πεξίπησζή καο, φπνπ έρνπκε ππνβηβαζκφ ηεο ηάζεο εμφδνπ 21

30 Κεθάιαην 2 ν V in V c = δ 2 (2.5) κε δ 2, ην ιφγν θαηάηκεζεο γηα ην δηαθφπηε S2. ηελ πεξίπησζε απηή, δελ ππάξρεη πεξηνξηζκφο ζρεηηθά κε ηηο ηηκέο ηνπ duty cycle, έηζη θπκαίλεηαη κεηαμχ 0 θαη 1 (ρσξίο ζεσξεηηθά λα κπνξεί λα γίλεη 0 αθνχ ε ηάζε εηζφδνπ είλαη δηάθνξε ηνπ κεδελφο). Ζ ηάζε ηνπ ππθλσηή ζε κηα πεξίνδν δηθηχνπ δελ είλαη ζηαζεξή, επνκέλσο ε ηηκή V c ζηνπο παξαπάλσ ηχπνπο ιακβάλεη δηαθνξεηηθή ηηκή αλάινγα κε ηε ρξνληθή ζηηγκή πνπ δίλεηαη ν παικφο. Μπνξνχκε ινηπφλ λα ζπκπεξάλνπκε φηη ν ιφγνο θαηάηκεζεο ηνπ κεηαηξνπέα δελ έρεη ζηαζεξή ηηκή. Πξέπεη λα αλαθεξζεί, φηη φπσο θαη ζηελ πεξίπησζε ησλ απιψλ κεηαηξνπέσλ.σ. ζε.σ. buck θαη boost, νη ηηκέο ηεο ρσξεηηθφηεηαο ηνπ ππθλσηή εμφδνπ θαη ηεο επαγσγήο, δελ επεξεάδνπλ ηε κέζε ηηκή ηεο ηάζεσο θαη ξεχκαηνο εμφδνπ, ή ηνπ ξεχκαηνο εηζφδνπ. Ζ ηηκή ηνπ πελίνπ, φκσο, θαζνξίδεη ην ξπζκφ κεηαβνιήο ηνπ ξεχκαηνο πελίνπ, θαη άξα ηε ζπλνιηθή θπκάησζε ηνπ ξεχκαηνο απηνχ. Αληίζηνηρα, ε ηηκή ηεο ρσξεηηθφηεηαο ηνπ ππθλσηή επεξεάδεη ηελ θπκάησζε ηεο ηάζεο ηνπ ππθλσηή εμφδνπ. Δίδακε φηη ζηε δεχηεξε εκηπεξίνδν επηζηξέθεηαη ηζρχο απφ ηε δηάηαμε ζηελ είζνδν, θάηη πνπ θαίλεηαη θαη απ ην φηη ην ξεχκα θαη ε ηάζε εηζφδνπ έρνπλ αληίζεην πξφζεκν. Βέβαηα, ε επηζηξνθή ηζρχνο πθίζηαηαη κφλν αλ νη δχν κεηαηξνπείο dc-dc έρνπλ μερσξηζηή ηάζε εηζφδνπ. ηνλ αληηζηξνθέα ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο, νη δχν κεηαηξνπείο έρνπλ θνηλή ηάζε εηζφδνπ, θαη ιεηηνπξγνχλ κε 180 δηαθνξά θάζεο. Καηά ζπλέπεηα, ε ελέξγεηα πνπ απνζεθεχεηαη ζην πελίν ηνπ ελφο κεηαηξνπέα.σ. ζε.σ, ζηελ εκηπεξίνδν πνπ ην ξεχκα ηνπ πελίνπ απηνχ έρεη θνξά πξνο ηελ είζνδν, δελ επηζηξέθεη ζηελ είζνδν, αιιά κεηαθέξεηαη ζην πελίν ηνπ άιινπ κεηαηξνπέα dc-dc. Απηφ ζπληζηά ην ζπγθεθξηκέλν αληηζηξνθέα θαηάιιειν γηα πεξηπηψζεηο, φπνπ ε επηζηξνθή ελέξγεηαο είλαη αδχλαηε ή αλεπηζχκεηε, φπσο είλαη ε πεξίπησζε ηνπ ΦΒ πιαηζίνπ. Σέινο, πξέπεη λα ζεκεησζεί, φηη παξάιιεια ζηελ είζνδν ηνπ κεηαηξνπέα ζπλδέεηαη έλαο ππθλσηήο κεγάιεο ρσξεηηθφηεηαο, έηζη ψζηε λα κελ ηαιαληψλεηαη ε ηζρχο εηζφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα θαη ην θσηνβνιηατθφ λα ιεηηνπξγεί ζην ζεκείν κέγηζηεο ηζρχνο. 2.3 ΤΝΘΖΚΔ ΛΔΗΣΟΤΓΗΑ ΣΟΤ ΤΠΟ ΜΔΛΔΣΖ ΑΝΣΗΣΡΟΦΔΑ ηε δηπισκαηηθή εξγαζία, ζθνπφο είλαη ε ζχλδεζε ηνπ αληηζηξνθέα κε ην δίθηπν. Έλαο αληηζηξνθέαο πνπ αλακέλεηαη λα ζπλδεζεί ζην δίθηπν νθείιεη λα ιεηηνπξγεί νξζά, γηα ελεξγφ 22

31 Κεθάιαην 2 ν ηηκή ηάζεο δηθηχνπ κε απφθιηζε ±10% ζε ζρέζε κε ηελ νλνκαζηηθή (230V) Γηα λα επηηεπρζεί απηφ πξέπεη ζαθψο νη ηάζεηο ησλ δχν ππθλσηψλ εμφδνπ λα πάξνπλ ηηο θαηάιιειεο ηηκέο, ψζηε ε δηαθνξά ηνπο λα είλαη ίζε κε ηελ ηάζε δηθηχνπ. Οη ηάζεηο ζηνπο δχν ππθλσηέο δίλεηαη, φπσο αλαθέξζεθε, απφ ηηο εμηζψζεηο 2.1 θαη 2.2. Δπεηδή νη επηκέξνπο κεηαηξνπείο πνπ απαξηίδνπλ ην κεηαηξνπέα είλαη ηχπνπ boost, ε ηάζε ζηα άθξα ηνπ ππθλσηή είλαη κεγαιχηεξε ηεο ηάζεο εηζφδνπ. Δπνκέλσο, πξέπεη λα ηθαλνπνηείηαη ε ζρέζε V in < V dc ,1 (2.6) 2 Απηφ ζεκαίλεη φηη ε ειάρηζηε ηάζε πνπ κπνξεί λα εκθαληζηεί ζηνλ ππθλσηή, (πνπ πξνθχπηεη γηα ηε κέγηζηε πηζαλή ηάζε δηθηχνπ) πξέπεη λα είλαη κεγαιχηεξε ηεο ηάζεο εηζφδνπ. Παξάιιεια, φπσο αλαθέξζεθε ζε πξνεγνχκελε ελφηεηα δε ζέινπκε ε ηηκή ηνπ duty cycle θαηά ηε ιεηηνπξγία ζαλ boost dc-dc, λα κελ μεπεξλά ηηκέο 0,66 κε 0,7. Παίξλνληαο ηελ ηηκή 0,68 πνπ βξίζθεηαη ζην δηάζηεκα απηφ σο κέγηζηε, θαη ζπλεπψο, ε ηάζε εμφδνπ λα κελ μεπεξλά ηελ ηηκή 3,125*V in. Καη ε κεγαιχηεξε ινηπφλ ηάζε πνπ εκθαλίδεηαη ζηνλ ππθλσηή, (μαλά γηα ηε κέγηζηε πηζαλή ηάζε δηθηχνπ) είλαη κηθξφηεξε ηεο ηηκήο απηήο, άξα V dc ,1 < 3,125 V in (2.7) Απφ ηηο ζρέζεηο 2.6 θαη 2.7, πξνθχπηεη φηη ,1 < 2,125 V in V in > 168,7V (2.8) Πξνθχπηεη ινηπφλ κία ειάρηζηε ηηκή γηα ηελ ηάζε εηζφδνπ ίζε κε 168,7 V. Ζ ηηκή πνπ επηιέρζεθε σο ε ηάζε εηζφδνπ θαη γηα ηελ νπνία ζα γίλεη ε πεξαηηέξσ κειέηε ηνπ αληηζηξνθέα ζηε δηπισκαηηθή εξγαζία απηή είλαη V in =180V. ηελ νπζία ε ηάζε εηζφδνπ απηή αληηπξνζσπεχεη κία νκάδα ΦΒ πιαηζίσλ ζπλδεδεκέλα ζε ζεηξά, ψζηε λα δψζνπλ ηε ζπγθεθξηκέλε έμνδν. Ζ νλνκαζηηθή ηζρχο γηα ηελ νπνία επηιέμακε λα γίλεη ε κειέηε ηνπ αληηζηξνθέαο είλαη 250W. Απηφ ζεκαίλεη φηη ην ξεχκα εηζφδνπ έρεη κέζε ηηκή πεξίπνπ 1,4A, ελψ ην ξεχκα εμφδνπ έρεη ελεξγφ ηηκή 1,09A γηα ηάζε εμφδνπ 230V (RMS). Βέβαηα, επεηδή επηδηψθνπκε ε ηζρχο λα δηαηεξεί ηελ ηηκή ηεο ζηα 250W, ηε ζηηγκή πνπ φπσο είπακε ε ελεξγφο ηηκή ηεο ηάζεο δηθηχνπ κπνξεί λα κεηαβιεζεί κέρξη θαη ±10%, θαη ε ελεξγφο ηηκή ηνπ ξεχκαηνο κεηαβάιιεηαη απφ 0,99A κέρξη 1,2A. Ζ ζπρλφηεηα ηνπ παικνχ πνπ ηξνθνδνηνχληαη ηα εκηαγσγηθά ζηνηρεία ζέινπκε λα είλαη κεγάιε, ψζηε ηα κεγέζε λα κελ έρνπλ κεγάιε θπκάησζε θαη ηαπηφρξνλα, νη ηηκέο ησλ παζεηηθψλ ζηνηρείσλ λα κελ πάξνπλ κεγάιεο ηηκέο. Βέβαηα, ε κεγάιε ζπρλφηεηα 23

32 Κεθάιαην 2 ν ζπλεπάγεηαη θαη κεγαιχηεξεο δηαθνπηηθέο απψιεηεο, αθνχ έρνπκε πεξηζζφηεξεο ελαχζεηο θαη ζβέζεηο ησλ δηαθνπηψλ ζην ίδην ρξνληθφ δηάζηεκα. Ζ κεγάιε ζπρλφηεηα απηή θαζψο θαη ε κηθξή ζρεηηθά νλνκαζηηθή ηζρχο ηνπ κεηαηξνπέα, καο νδήγεζε ζηελ επηινγή MOSFET σο εκηαγσγηθά ζηνηρεία ηνπ αληηζηξνθέα. Έρνληαο απνθιείζεη ηα ζπξίζηνξ, ηα νπνία είλαη ζρεδηαζκέλα γηα κεγάιεο ηζρχεο, κηθξέο ζπρλφηεηεο θαη δπζθνιφηεξν έιεγρν, ηα MOSFET ηζρχνο πξνηηκήζεθαλ έλαληη ησλ BJT θαη ησλ IGBT, ιφγσ ησλ ρακειφηεξσλ ρξφλσλ ζβέζεο θαη ζπλεπψο ηεο δπλαηφηεηαο ιεηηνπξγίαο ζε πςειφηεξεο ζπρλφηεηεο. Πξέπεη λα ζεκεησζεί φηη ην MOSFET ηζρχνο απφ ηε δνκή ηνπ, πεξηιακβάλεη κηα αληηπαξάιιειε δίνδν. Απηφ ζεκαίλεη φηη δε ρξεηάδεηαη ε ζχλδεζε επηπιένλ αληηπαξάιιεισλ δηφδσλ, φπσο είδακε ζην θπθισκαηηθφ δηάγξακκα ηνπ κεηαηξνπέα. 24

33 Κεθάιαην 3 ν ΚΔΦΑΛΑΗΟ 3 ΑΡΥΗΚΔ ΜΔΘΟΓΟΗ ΔΛΔΓΥΟΤ ΣΟΤ ΜΔΣΑΣΡΟΠΔΑ ΚΑΗ ΑΠΟΣΔΛΔΜΑΣΑ ΣΩΝ ΠΡΟΟΜΟΗΩΔΩΝ 3.1 Ζ ΣΔΥΝΗΚΖ PWM Μία απνηειεζκαηηθή θαη δηαδεδνκέλε κέζνδνο παικνδφηεζεο είλαη ε Γηακφξθσζε Δχξνπο Παικψλ, γλσζηή θαη σο PWM (Pulse Width Modulation). Ζ κέζνδνο απηή, φπσο ππνδειψλεη θαη ε νλνκαζία ηεο ζηεξίδεηαη ζηε κεηαβνιή ηνπ εχξνπο ησλ παικψλ, δειαδή ησλ ρξνληθψλ δηαζηεκάησλ θαηά ηα νπνία ηα ζηνηρεία ηνπ αληηζηξνθέα άγνπλ ή φρη. χκθσλα κε ηελ ηερληθή απηή δεκηνπξγνχκε κία θπκαηνκνξθή αλαθνξάο θαη κία ηξηγσληθή θπκαηνκνξθή, πνπ νλνκάδεηαη θπκαηνκνξθή θνξέα [14], κε ηελ δεχηεξε λα έρεη πνιχ κεγαιχηεξε ζπρλφηεηα ζε ζρέζε κε απηή ηεο αλαθνξάο. Οη δχν θπκαηνκνξθέο ζπγθξίλνληαη κεηαμχ ηνπο θαη φηαλ ε αλαθνξά είλαη κεγαιχηεξε απφ ην ηξίγσλν, ην απνηέιεζκα είλαη ινγηθή ηηκή 1. ηελ αληίζεηε πεξίπησζε, ην απνηέιεζκα είλαη ινγηθή ηηκή 0. Μία ηέηνηα ζχγθξηζε αλαπαξηζηάηαη ζην ζρήκα 3.1, φπνπ σο αλαθνξά έρεη επηιερζεί εκίηνλν. Όπσο είλαη θαλεξφ, ην απνηέιεζκα ηεο ζχγθξηζεο εμαξηάηαη απφ ην ζεκείν ηνκήο ησλ δχν θπκαηνκνξθψλ. Μεηαβάιινληαο ινηπφλ ηελ αλαθνξά, πξνθαινχκε θαη κεηαβνιή ηνπ εχξνπο ησλ παικψλ. ρήκα 3.1 : Ζ ζύγθξηζε κίαο ηερληθήο PWM [14] 25

34 Κεθάιαην 3 ν Ζ θπκαηνκνξθή αλαθνξάο κπνξεί λα έρεη δηαθνξεηηθέο κνξθέο αλαιφγσο ηελ έμνδν πνπ επηζπκνχκε, κε ζπλεζέζηεξε κία εκηηνλνεηδή αλαθνξά (Ζκηηνλνεηδήο Γηακφξθσζε Δχξνπο Πιάηνπο-Sinusoidal Pulse Width Modulation, SPWM). Όκνηα θαη ην ηξίγσλν-θνξέαο κπνξεί λα έρεη δηάθνξεο κνξθέο, νη νπνίεο απεηθνλίδνληαη ζην ζρήκα 3.2. ρήκα 3.2 : Οη ηξεηο δηαθνξεηηθέο κνξθέο ηνπ ηξηγώλνπ [15] ε φ,ηη αθνξά ηηο ζπρλφηεηεο ησλ θπκαηνκνξθψλ, ε ζπρλφηεηα ηεο αλαθνξάο θαζνξίδεηαη απφ ηελ επηζπκεηή ιεηηνπξγία θαη έμνδν ηνπ κεηαηξνπέα, ελψ ε ζπρλφηεηα ηνπ θνξέα είλαη ε δηαθνπηηθή ζπρλφηεηα ζηελ νπνία ιεηηνπξγεί ε δηάηαμε. Ζ PWM ήηαλ ε ηερληθή πνπ επηιέρζεθε αξρηθά σο κέζνδνο παικνδφηεζεο ησλ εκηαγσγηθψλ ζηνηρείσλ θαη έγηλαλ πξνζνκνηψζεηο κε δηάθνξεο παξαιιαγέο ηεο. Οη πξνζνκνηψζεηο πξαγκαηνπνηήζεθαλ ζην παθέην Simulink ηνπ πξνγξάκκαηνο Matlab 2013b, ρξεζηκνπνηψληαο ηελ επαλαιεπηηθή αξηζκεηηθή κέζνδν ode23tb. 3.2 ΤΓΚΡΗΖ ΖΜΗΣΟΝΟΤ ΜΔ ΣΡΗΓΩΝΟ Ζ πξψηε κνξθή PWM πνπ δνθηκάζηεθε είλαη κία SPWM, κε ζχγθξηζε ελφο εκηηφλνπ κε ην ηξίγσλν. Σν εκίηνλν έρεη ζπρλφηεηα ίζε κε απηήο ηνπ δηθηχνπ (50Hz), ελψ σο δηαθνπηηθή ζπρλφηεηα (ζπρλφηεηα ηξηγψλνπ) επηιέρζεθαλ ηα 20kHz. Ζ ηάζε εηζφδνπ, φπσο αλαθέξζεθε ζε πξνεγνχκελν θεθάιαην, είλαη 180V. Πξέπεη λα αλαθέξνπκε, φηη κεηά θαη απφ δνθηκέο, 26

35 Κεθάιαην 3 ν πξνέθπςε φηη ε κνξθή ηνπ θνξέα (ηζνζθειέο ηξίγσλν ή ξάκπα) δελ επεξεάδεη ηδηαίηεξα ηα απνηειέζκαηα. Δπηιέρζεθε ινηπφλ σο θνξέαο κηα ξάκπα. Οη ηηκέο γηα ηα πελία θαη ηνπο ππθλσηέο είλαη 0.8mH θαη 2κF αληίζηνηρα. ρήκα 3.3 : Σν κνληέιν ηνπ κεηαηξνπέα όπσο ζρεδηάζηεθε ζην simulink Δθαξκφδνπκε μερσξηζηή PWM γηα θαζέλαλ απφ ηνπο δχν επηκέξνπο κεηαηξνπείο boost dc-dc. Ζ παικνζεηξά πνπ πξνθχπηεη απφ θάζε ζχγθξηζε ησλ θπκαηνκνξθψλ αλαθνξάο θαη θνξέα ζηέιλεηαη ζην θάησ ηξαλδίζηνξ ηνπ αληίζηνηρνπ κεηαηξνπέα, ελψ ζην πάλσ ζηέιλεηαη ε ζπκπιεξσκαηηθή παικνζεηξά. Οη ζπρλφηεηεο θαη ηα πιάηε ησλ θπκαηνκνξθψλ είλαη ίδηεο θαη γηα ηνπο δχν επηκέξνπο κεηαηξνπείο, κε κφλε δηαθνξά φηη νη αλαθνξέο έρνπλ 180º δηαθνξά θάζεο κεηαμχ ηνπο. Μεηαβάιινληαο ην πιάηνο ηεο αλαθνξάο κεηαβάιιεηαη θαη ην πιάηνο ηεο εκηηνλνεηδνχο ζπληζηψζαο ζηηο ηάζεηο ησλ ππθλσηψλ θαη θαη επέθηαζε ηεο ηάζεο εμφδνπ. 27

36 Κεθάιαην 3 ν ρήκα 3.4 : Σν ζρεδηάγξακκα ηεο PWM ζην simulink ην ζρήκα 3.5, βιέπνπκε ηελ ηάζε εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα γηα σκηθφ θνξηίν 300Ω. Ζ ελεξγφο ηηκή ηεο ηάζεο πνπ κεηξήζεθε ήηαλ 230,9V. ρήκα 3.5 : Σάζε ζηελ έμνδν ηνπ κεηαηξνπέα ην επφκελν ζρήκα παξηζηάλνληαη νη ηάζεηο ζηα άθξα ησλ δχν ππθλσηψλ εμφδνπ. Ζ κέζε ηηκή ησλ ηάζεσλ απηψλ είλαη ίζε κε 390V. 28

37 Κεθάιαην 3 ν ρήκα 3.6 : Σάζεηο ζηνπο δύν ππθλσηέο εμόδνπ Όπσο βιέπνπκε απφ ηα ζρήκαηα 3.5 θαη 3.6, νη θπκαηνκνξθέο ησλ ηάζεσλ ζηελ έμνδν ηνπ αληηζηξνθέα θαη ζηα άθξα ησλ ππθλσηψλ πιεζηάδνπλ σο έλα ζεκείν ηηο επηζπκεηέο θπκαηνκνξθέο, σζηφζν δε κπνξνχλ λα ζεσξεζνχλ ηθαλνπνηεηηθά απνηειέζκαηα. Δηδηθά ζηηο ηάζεηο ησλ ππθλσηψλ, βιέπνπκε φηη αλ θαη ππάξρεη ε ελαιιαζζφκελε ζπληζηψζα, παξνπζηάδεη κεγάιε αζπκκεηξία ζηηο δχν εκηπεξηφδνπο ηνπ δηθηχνπ. Αιιά θαη ε ηάζε ζηελ έμνδν, αλ θαη έρεη κία εκηηνλνεηδή ζπκπεξηθνξά, έρεη πην απφηνκε θιίζε ζε ζρέζε κε έλα θαζαξφ εκίηνλν, απφθιηζε πνπ θαίλεηαη θαη κε ηελ FFT αλάιπζε ηεο ηάζεο απηήο (ζρ. 3.7). ρήκα 3.7 : Σν αξκνληθό πεξηερόκελν ηεο ηάζεο ζηελ έμνδν 29

38 30 Κεθάιαην 3 ν Οη απνθιίζεηο ησλ απνηειεζκάησλ πνπ πξνθχπηνπλ κε ηε ζπγθεθξηκέλε ηερληθή ειέγρνπ, ζε ζρέζε κε ηα επηζπκεηά απνηειέζκαηα, νθείιεηαη ζηνλ ηξφπν ιεηηνπξγίαο ηνπ αληηζηξνθέα. Με βάζε ηελ αλάιπζε ηνπ κεηαηξνπέα πνπ έγηλε ζην πξνεγνχκελν θεθάιαην, ν κεηαηξνπέαο ζηεξίδεηαη ζηε ιεηηνπξγία ησλ δχν επηκέξνπο κεηαηξνπέσλ boost dc-dc. ε έλαλ ηέηνην κεηαηξνπέα φκσο, ε ζρέζε πνπ ζπλδέεη ην ιφγν θαηάηκεζεο θαη κε ηελ ηάζε δελ είλαη γξακκηθή. Απφ ηηο εμηζψζεηο ηνπ πξνεγνχκελνπ θεθαιαίνπ θαη δεδνκέλνπ φηη θάζε θνξά ζην πάλσ ηξαλδίζηνξ ζηέιλνπκε ην ζπκπιεξσκαηηθφ ηνπ παικνχ πνπ ζηέιλεηαη ζην θάησ MOSFET, πξνθχπηεη γηα ηελ ηάζε ηνπ ππθλσηή V in V c = (3.1) 1 δ κε δ ην ιφγν θαηάηκεζεο ηνπ παικνχ ζην θάησ ηξαλδίζηνξ. Απφ ηελ εμίζσζε απηή, γίλεηαη πξνθαλέο φηη δελ κπνξεί λα πξνθχςεη ε επηζπκεηή ηάζε ζηα άθξα ηνπ ππθλσηή κε ηε κέζνδν κεηαβνιήο ηνπ εχξνπο παικψλ (άιια θαη ηνπ δ) πνπ επηιέρζεθε. Πέξα απφ ηελ αδπλακία ηεο κεζφδνπ απηήο λα δψζεη ηθαλνπνηεηηθά απνηειέζκαηα ζε φ,ηη αθνξά ηηο ηάζεηο, παξνπζηάδεηαη αθφκε κεγαιχηεξε δπζθνιία γηα πεξίπησζε ζχλδεζεο κε ην δίθηπν. Ζ κέζνδνο απηή ειέγρεη απνθιεηζηηθά ηελ ηάζε ζηνπο ππθλσηέο, ρσξίο λα ιακβάλεη ππφςε ην ξεχκα ζηελ έμνδν, ην νπνίν γηα ζχλδεζε ηνπ κεηαηξνπέα κε ην δίθηπν, ζέινπκε λα είλαη εκηηνλνεηδέο. Ζ κνξθή απηή ηεο PWM απνξξίθζεθε γηα ην κεηαηξνπέα ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο θαη αλαδεηήζεθε κία παικνδφηεζε φπνπ ε αλαθνξά ζα δεκηνπξγείηαη κε βάζε ηελ επηζπκεηή ηάζε ππθλσηή θαη ην ξεχκα ηεο εμφδνπ. 3.3 ΔΛΔΓΥΟ ΜΔ ΑΝΑΦΟΡΑ ΒΑΗΜΔΝΖ ΣΑ ΔΠΗΘΤΜΖΣΑ ΜΔΓΔΘΖ ΔΞΟΓΟΤ Οη επηζπκεηέο ηηκέο ηεο ηάζεο ζηα άθξα ησλ ππθλσηψλ θαη ηεο ηάζεο εμφδνπ, δελ κπνξνχλ λα επηηεπρζνχλ ζπγθξίλνληαο κε ην θνξέα έλα εκίηνλν. Γηα λα πεηχρνπκε ηα δεηνχκελα απνηειέζκαηα πξέπεη ε αλαθνξά ηεο PWM ηερληθήο λα πξνθχπηεη κε βάζε ηελ αλακελφκελε ζπκπεξηθνξά ηνπ κεηαηξνπέα, ψζηε λα δεκηνπξγεζνχλ νη ζσζηέο ηηκέο γηα ην duty cycle. ηελ πξνεγνχκελε ελφηεηα, είδακε φηη ε ηάζε ζηα άθξα ηνπ ππθλσηή ζε ζρέζε κε ην ιφγν θαηάηκεζεο ηνπ θάησ MOSFET δίλεηαη απφ ηνλ ηχπν 3.1. Ηζρχεη, ινηπφλ, φηη V N = V c V in = 1 1 δ δ = 1 1 V N = V N 1 V N (3.2)

39 Κεθάιαην 3 ν Ζ κεηαβιεηή V N είλαη γλσζηή, αθνχ είλαη γλσζηή ε ηηκή ηφζν ηεο ηάζεο εηζφδνπ, φζν θαη ηεο ηάζεο πνπ ζέινπκε λα εκθαληζηεί ζηνλ ππθλσηή. Καηά ζπλέπεηα, ε ζρέζε απηή γηα ην ιφγν θαηάηκεζεο, είλαη ε ζπλάξηεζε πνπ ζα ρξεζηκνπνηεζεί σο αλαθνξά ηεο PWM γηα ηελ παικνδφηεζε ησλ θάησ ηξαλδίζηνξ (κε ηελ αληίζηνηρε ζπλάξηεζε γηα ηελ ηάζε ηνπ ππθλσηή ζην θαζέλα). ηα δε πάλσ ηξαλδίζηνξ, ζα δίλεηαη ην ζπκπιεξσκαηηθφ ηνπ παικνχ πνπ πξνθχπηεη κε ηελ αλαθνξά απηή Γνθηκή κε σκηθφ θνξηίν ην ζρήκα 3.8 παξνπζηάδεηαη ε δηαδηθαζία δεκηνπξγίαο ηεο αλαθνξάο θαη εθαξκνγήο ηνπ ειέγρνπ, φπσο ζρεδηάζηεθε ζην simulink ηνπ Matlab, ζηελ πεξίπησζε ηνπ σκηθνχ θνξηίνπ. Ζ επηζπκεηή ηάζε εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα νξίδεηαη ίζε κε 230V rms. Έηζη, σο αλαθνξά γηα ηελ ηάζε ηνπ ππθλσηή, ζεσξείηαη κία ηάζε κε ηελ αληίζηνηρε εκηηνλνεηδή ζπληζηψζα θαη κε dc ζπληζηψζα ίζε κε 360V. Με βάζε απηή πξνθχπηεη ε αλαθνξά γηα ην ιφγν θαηάηκεζεο θαη ζηε ζπλέρεηα εθαξκφδεηαη ε ηερληθή PWM. Ζ δηαδηθαζία πξαγκαηνπνηείηαη δχν θνξέο, κία γηα θάζε κεηαηξνπέα boost. ρήκα 3.8 : ρεδηάγξακκα ηνπ ειέγρνπ Έγηλαλ πξνζνκνηψζεηο γηα σκηθφ θνξηίν 300Ω. Οη ηηκέο γηα ηηο επαγσγέο θαη ηηο ρσξεηηθφηεηεο ησλ ππθλσηψλ είλαη 1.5mH θαη 8κF αληίζηνηρα, ελψ ε ζπρλφηεηα ηνπ θνξέα επηιέρζεθε ίζε κε 20kHz. Οη θπκαηνκνξθέο ηεο ηάζεο θαη ηνπ ξεχκαηνο εμφδνπ θαίλνληαη ζην ζρήκα

40 Κεθάιαην 3 ν ρήκα 3.9 : Σάζε θαη ξεύκα εμόδνπ ηνπ κεηαηξνπέα Βιέπνπκε φηη νη θπκαηνκνξθέο πνπ πξνθχπηνπλ είλαη πνιχ θνληά ζηηο αλακελφκελεο, κε ηελ θπκάησζε λα είλαη πνιχ κηθξή. Παξαθάησ θαίλνληαη θαη νη ηάζεηο ζηα άθξα ησλ ππθλσηψλ. Καη ζηελ πεξίπησζε απηή, ηα απνηειέζκαηα είλαη ηθαλνπνηεηηθά. ρήκα 3.10 : Οη ηάζεηο ζηα άθξα ησλ ππθλσηώλ ην ζρήκα 3.11, παξνπζηάδνληαη ηα ξεχκαηα ησλ δχν πελίσλ 32

41 Κεθάιαην 3 ν ρήκα 3.11 : Σα ξεύκαηα ησλ πελίσλ ηνπ αληηζηξνθέα Όπσο δηαθξίλνπκε, νη θπκαηνκνξθέο απηέο δελ απνηεινχλ έλα απφιπηα ηθαλνπνηεηηθφ απνηέιεζκα. Αλ θαη αθνινπζνχλ ηε βαζηθή κνξθή πνπ πξέπεη λα έρεη ην θάζε ξεχκα πελίνπ, έρνπλ αξθεηά κεγάιε θπκάησζε ζην κεγαιχηεξν δηάζηεκα ηεο πεξηφδνπ, παξά ηε ζρεηηθά κεγάιε ηηκή ηνπ πελίνπ. Κάλνληαο FFT αλάιπζε ζηελ ηάζε εμφδνπ πξνθχπηεη ην πεξηερφκελν ζε αξκνληθέο, πνπ θαίλεηαη ζην ζρήκα ρήκα 3.12 : Σα απνηειέζκαηα ηεο FFT αλάιπζεο 33

42 Κεθάιαην 3 ν Παξαηεξνχκε φηη ην πεξηερφκελν ζε αλψηεξεο αξκνληθέο είλαη πνιχ ρακειφ (0,62%), ελψ είλαη θαλεξφ φηη πεξηερφκελν ζε αλψηεξεο αξκνληθέο παξνπζηάδεηαη θπξίσο ζε ζπρλφηεηεο πνπ είλαη αθέξαηα πνιιαπιάζηα ηεο ζπρλφηεηαο ησλ παικψλ (20kHz). Δκθαλίδνληαη θαη αξκνληθέο ζε ρακειφηεξεο ζπρλφηεηεο κέρξη 1400Hz, κε ην πεξηερφκελν απηψλ λα είλαη πνιχ κηθξφ (ζρήκα 3.13). ρήκα 3.13 : Σν θάζκα ησλ ζπρλνηήησλ ηεο εμόδνπ εζηηαζκέλν ζηηο ρακειέο ζπρλόηεηεο Ωζηφζν, κε ηε κέζνδν απηή δελ ππάξρεη θάπνηνο έιεγρνο ηνπ ξεχκαηνο ζηελ έμνδν, θάηη ην νπνίν ρξεηάδεηαη γηα ηε ζχλδεζε κε ην δίθηπν Πξνζνκνίσζε γηα ζχλδεζε ζην δίθηπν Μία ηερληθή κε ηελ νπνία κπνξνχκε λα ειέγμνπκε ην ξεχκα ηνπ δηθηχνπ είλαη κε έιεγρν ησλ d-q ζπληζησζψλ ηνπ ξεχκαηνο. Οη ζπληζηψζεο d-q νξίδνληαη αξρηθά γηα ηξηθαζηθφ ζχζηεκα θαη πξνθχπηνπλ κέζσ ηνπ κεηαζρεκαηηζκνχ Park. Ο κεηαζρεκαηηζκφο γίλεηαη είηε κε κεηαθνξά ζε έλα αθίλεην ζχζηεκα ζπληεηαγκέλσλ d-q, είηε κε κεηαθνξά ζε έλα ζχζηεκα ζπληεηαγκέλσλ ζηξεθφκελν κε ηε ζπρλφηεηα ησλ κεγεζψλ ηνπ ζπζηήκαηνο. Με ην κεηαζρεκαηηζκφ Park δηεπθνιχλεηαη ε αλάιπζε ηνπ ηξηθαζηθνχ θπθιψκαηνο αθνχ νη εμηζψζεηο πνπ πξνθχπηνπλ είλαη πην απιέο απφ ηηο εμηζψζεηο ζην πεδίν ηνπ ρξφλνπ. Δπφκελν είλαη λα δηεπθνιχλεηαη θαη ν έιεγρνο αθνχ πιένλ ειέγρνληαη ζηαζεξά κεγέζε θαη φρη 34

43 Κεθάιαην 3 ν εκηηνλνεηδή. Ο κεηαζρεκαηηζκφο Park επεθηείλεηαη γηα κνλνθαζηθφ ζχζηεκα. Έζησ φηη έρνπκε κία ηάζε u=v*sin(σt). Ο κεηαζρεκαηηζκφο Park νξίδεηαη σο [16] u d = u α cos θ + u β sin θ (3.3) u q = u α sin θ + u β cos θ κε u α, u β ηηο ζπληζηψζεο ηνπ u κεηά απφ ην κεηαζρεκαηηζκφ α-β, ν νπνίνο νξίδεηαη σο [16] u α = V cos ωt u β = V sin ωt (3.4) θαη ζ ηε γσλία κεηαμχ ηνπ άμνλα β θαη ηνπ d ηελ πεξίπησζε ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο, ζέινπκε λα ειέγμνπκε ηηο ζπληζηψζεο d-q ηνπ ξεχκαηνο εμφδνπ i. Ζ κνξθή ηνπ ζπζηήκαηνο ζπληεηαγκέλσλ θαίλεηαη ζην ζρήκα ρήκα 3.14 : Σν ζύζηεκα d-q [16] Θεσξεηηθά ην ξεχκα εμφδνπ είλαη ζπγρξνληζκέλν κε ην δίθηπν, επνκέλσο ε γσλία ζ κπνξεί λα ζεσξεζεί ίζε κε ηε γσλία θάζεο ηνπ δηθηχνπ σt. Έηζη, ζην simulink ν κεηαζρεκαηηζκφο απηφο έγηλε κε ηνλ παξαθάησ ηξφπν. 35

44 Κεθάιαην 3 ν ρήκα 3.15 : Μεηαζρεκαηηζκόο ζε d-q ζπληζηώζεο Όπσο βιέπνπκε, αξρηθά ζρεκαηίδνληαη νη ζπληζηψζεο α-β θαη ζηε ζπλέρεηα κεηαηξέπνληαη ζην ζχζηεκα d-q. ηε ζπλέρεηα νη ζπληζηψζεο d-q ζπγθξίλνληαη κε ηηο αληίζηνηρεο αλαθνξέο. ην ζχζηεκα απηφ, επεηδή επηδηψθνπκε ξεχκα ζπγρξνληζκέλν κε ην εκίηνλν ηνπ δηθηχνπ, ε αλαθνξά ηεο ζπληζηψζαο d ζα είλαη ίζε κε ην πιάηνο ηνπ επηζπκεηνχ ξεχκαηνο, ελψ ε ζπληζηψζα q ζα είλαη κεδέλ. Αθνχ, ινηπφλ, νη δχν ζπληζηψζεο αθαηξεζνχλ απφ ηηο αλαθνξέο, ηα ζθάικαηα πνπ πξνθχπηνπλ ζηέιλνληαη ζε έλαλ ειεγθηή PI ην θαζέλα. Οη έμνδνη ησλ δχν ειεγθηψλ, κέζσ ελφο κεηαζρεκαηηζκνχ Park ζπλζέηνπλ κία αλαθνξά αλάινγε ηεο επηζπκεηήο ηάζεο εμφδνπ πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηε ζχλζεζε ηεο αλαθνξάο ηεο ηάζεο ηνπ ππθλσηή θαη ελ ηέιεη γηα ηε ζχλζεζε ηεο αλαθνξάο ησλ ιφγσλ θαηάηκεζεο ησλ εκηαγσγηθψλ ζηνηρείσλ. ηε ζπλέρεηα, πξαγκαηνπνηείηαη ε κέζνδνο PWM. Ζ δηαδηθαζία ηνπ ειέγρνπ θαίλεηαη ζην παξαθάησ ζρήκα. 36

45 Κεθάιαην 3 ν ρήκα 3.16 : Ζ δηαδηθαζία ηεο PWM Ζ παικνδφηεζε γίλεηαη ζεσξψληαο δχν δηαζηήκαηα ιεηηνπξγίαο ηνπ θάζε κεηαηξνπέα. Σν πξψην ζην νπνίν ν κεηαηξνπέαο ιεηηνπξγεί σο θιαζηθφο boost θαη ην δεχηεξν φηαλ ιεηηνπξγεί ππνβηβάδνληαο ηελ ηάζε εμφδνπ ζηελ ηηκή ηεο ηάζεο εηζφδνπ. Έηζη, κε βάζε ηελ αλαθνξά u πνπ πξνθχπηεη απφ ηνλ έιεγρν θαη ηηο ζρέζεηο πνπ αληηζηνηρνχλ ζε θάζε πεξίπησζε θαη νξίζηεθαλ ζην πξνεγνχκελν θεθάιαην, δεκηνπξγνχληαη νη αλαθνξέο κε ηελ εμήο δηαδηθαζία. Ζ ηάζε ζηνλ ππθλσηή σο γλσζηφλ είλαη ίζε κε ην ½ ηεο ηάζεο εμφδνπ ζπλ κία dc ζπληζηψζα. Απφ ηνλ ηχπν γηα ην ιφγν θαηάηκεζεο 2.4 πξνθχπηεη V dc u o = 1 (3.5) V in 1 δ 1 Ζ ηάζε εηζφδνπ είλαη ίζε κε 180V, ελψ ε dc ζπληζηψζα επηιέγεηαη ίζε κε 360V. Έηζη πξνθχπηεη : Ζ πνζφηεηα 0.5*u o /180 ε u o = 1 (3.6) 1 δ 1 είλαη ε πνζφηεηα πνπ επηδηψθνπκε λα πξνθχςεη κέζσ ηνπ αληίζηξνθνπ κεηαζρεκαηηζκνχ Park, κε ζπληζηψζεο ηηο εμφδνπο ησλ δχν ειεγθηψλ. Ζ αλαθνξά, θαηά ζπλέπεηα, γηα ην ιφγν θαηάηκεζεο βγαίλεη ίζε κε δ 1 = 1 + u 2 + u (3.7) 37

46 Κεθάιαην 3 ν Απηή ε ζπλάξηεζε είλαη ε αλαθνξά γηα ηα MOSFET S1 θαη S3, γηα ηα δηαζηήκαηα πνπ νη κεηαηξνπείο ιεηηνπξγνχλ σο boost. Με αληίζηνηρε ινγηθή θαη κε βάζε ηελ εμίζσζε 2.5, πξνθχπηεη ν ηχπνο δ 2 = 1 (3.8) 2 u πνπ απνηειεί ηελ αλαθνξά γηα ηα MOSFET S2 θαη S4, φηαλ νη κεηαηξνπείο ιεηηνπξγνχλ σο ππνβηβαζηέο ηεο ηάζεο εμφδνπ. Γεληθά, ηε κία εκηπεξίνδν παικνδνηνχληαη ηα ηξαλδίζηνξ 1 θαη 4, ελψ ηελ άιιε ηα ηξαλδίζηνξ 2 θαη 3. ην επφκελν ζρήκα βιέπνπκε ηε δεκηνπξγία ησλ αλαθνξψλ ησλ ιφγσλ θαηάηκεζεο. ρήκα 3.17 : Ζ ζύλζεζε ησλ αλαθνξώλ γηα ηνπο ιόγνπο θαηάηκεζεο Σν θχθισκα ηεο ηζρχνο θαίλεηαη ζην ζρήκα Ζ ηηκή γηα ηε d ζπληζηψζα επηιέρζεθε λα είλαη ίζε κε 5. Σν θάζε πελίν πςίζπρλνπ ξεχκαηνο είλαη 0,8mH θαη θάζε ππθλσηήο 2κF, ελψ ηα πελία ζηελ έμνδν είλαη 25mH ην θαζέλα. 38

47 Κεθάιαην 3 ν ρήκα 3.18 : Σν θύθισκα ηνπ κεηαηξνπέα γηα ζύλδεζε κε δίθηπν Ζ εθηέιεζε ησλ πξνζνκνηψζεσλ έδσζε ηα παξαθάησ απνηειέζκαηα ζηελ έμνδν ρήκα 3.19 : Σάζε θαη ξεύκα εμόδνπ Πξνθαλψο θαη ηα απνηειέζκαηα δελ είλαη ηθαλνπνηεηηθά. Ζ ηάζε εμφδνπ έρεη πνιχ κεγάιε θπκάησζε θαη κάιηζηα ζε ρακειέο ζπρλφηεηεο, ελψ ην ξεχκα έρεη θη απηφ αξθεηή θπκάησζε ζε αλάινγεο ζπρλφηεηεο, απνθιίλνληαο επηπιένλ απφ ηε κνξθή ηέιεηνπ εκηηφλνπ. 39

48 Κεθάιαην 3 ν Αλάινγα απνηειέζκαηα πξνθχπηνπλ θαη γηα ηηο ηάζεηο ησλ ππθλσηψλ. ηηο θπκαηνκνξθέο ηνπο, πνπ απεηθνλίδνληαη ζην ζρήκα 3.20, παξαηεξνχκε ηε κεγάιε θπκάησζε ζε κηθξέο ζπρλφηεηεο, ρσξίο λα είλαη επδηάθξηηε ε κνξθή ηνπ αλακελφκελνπ απνηειέζκαηνο. ρήκα 3.20 : Οη ηάζεηο ζηνπο ππθλσηέο ην ζρήκα 3.21, θαίλνληαη ηα ξεχκαηα πνπ δηαξξένπλ ηα πελία. Καη ζηελ πεξίπησζε απηή, ηα απνηειέζκαηα δελ είλαη ηα επηζπκεηά. ρήκα 3.21 : Σα ξεύκαηα ησλ πελίσλ 40

49 Κεθάιαην 3 ν Σέινο, έγηλε FFT αλάιπζε ηνπ ξεχκαηνο εμφδνπ, κε ηα απνηειέζκαηα λα παξνπζηάδνληαη ζην ζρήκα ρήκα 3.22 : Σν θάζκα ζπρλνηήησλ ηνπ ξεύκαηνο εμόδνπ Βιέπνπκε φηη ην πεξηερφκελν ζε αλψηεξεο αξκνληθέο είλαη αξθεηφ (8,36%), θάηη πνπ άιισζηε θαίλεηαη θαη απφ ηελ θπκαηνκνξθή ηνπ ξεχκαηνο, κε ην κεγαιχηεξν πνζνζηφ λα εκθαλίδεηαη ζε ρακειέο ζπρλφηεηεο θάησ ηνπ 1kHz. Απφ ηελ αλάιπζε πνπ έγηλε γηα ηνλ έιεγρν απηφ θαη κεηά ηελ εθηέιεζε ησλ πξνζνκνηψζεσλ, κπνξνχκε λα βγάινπκε σο ζπκπέξαζκα φηη ν έιεγρνο απηφο δελ είλαη απνηειεζκαηηθφο γηα ην κεηαηξνπέα. Παξφηη γίλεηαη έιεγρνο ζην ξεχκα εμφδνπ θαη νη παικνί δίλνληαη κε βάζε ηελ επηζπκεηή ηάζε εμφδνπ, δελ ειέγρεηαη απνηειεζκαηηθά ε ηάζε ηνπ ππθλσηή θαη θπξίσο δελ ειέγρεηαη θαζφινπ ην ξεχκα ηνπ πελίνπ. Ζ παξνπζία ηνπ πελίνπ, δεκηνπξγεί θαζπζηέξεζε ηεο απφθξηζεο ηνπ ζπζηήκαηνο ζε ζρέζε κε ηηο εληνιέο πνπ δίλεη ν έιεγρνο. Ζ θαζπζηέξεζε απηή γίλεηαη ηδηαίηεξα αληηιεπηή γηα ηελ πεξίπησζε ηεο ζχλδεζεο κε ην δίθηπν, φπνπ δελ ππάξρεη θάπνηα ζεκαληηθή αληίζηαζε, ε νπνία ζα απνζβέζεη ηηο ηαιαληψζεηο πνπ πξνθαινχλ ηα πελία κε ηνπο ππθλσηέο, θαη επνκέλσο ζα πεξηνξίζεη ηηο θαζπζηεξήζεηο ζηελ απφθξηζε. Γηα ην ιφγν απηφ, είλαη απαξαίηεηε ε εχξεζε ελφο ειέγρνπ πνπ ζα κπνξεί λα θαιχςεη ηηο ειιείςεηο ησλ ειέγρσλ πνπ εθαξκφζηεθαλ έσο ηψξα γηα ην κεηαηξνπέα. 41

50 42

51 Κεθάιαην 4 ν ΚΔΦΑΛΑΗΟ 4 ΔΛΔΓΥΟ ΜΔ ΟΛΗΘΖΖ ΣΟ ΠΔΓΗΟ ΚΑΣΑΣΑΔΩΝ 4.1 ΠΔΡΗΓΡΑΦΖ ΣΟΤ ΔΛΔΓΥΟΤ ΜΔ ΟΛΗΘΖΖ ΣΟ ΠΔΓΗΟ ΚΑΣΑΣΑΔΩΝ Μεηά απφ ηηο πξνζνκνηψζεηο πνπ πξαγκαηνπνηήζεθαλ ζην πξνεγνχκελν θεθάιαην, πξνέθπςε φηη ε ζχγθξηζε κηαο αλαθνξάο κε έλα ηξίγσλν-θνξέα γηα ηε δηακφξθσζε ηνπ εχξνπο ησλ παικψλ δελ είλαη απνηειεζκαηηθή γηα ην κεηαηξνπέα ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο. Ζ χπαξμε πελίνπ ζηε βαζηθή δηάηαμε ηνπ κεηαηξνπέα, πξνθαιεί ηαιαληψζεηο, θαη ζπλεπψο νη ρξνληθέο ζηηγκέο ζηηο νπνίεο ηα κεγέζε ιακβάλνπλ ηηο επηζπκεηέο ηηκέο έρνπλ κία θαζπζηέξεζε ζε ζρέζε κε ηελ αληίζηνηρε εληνιή απφ ηνλ έιεγρν. Δπηπιένλ, κε ηηο πξνεγνχκελεο κεζφδνπο δελ ππήξρε θάπνηνο έιεγρνο ηνπ ξεχκαηνο ηνπ πελίνπ, κε απνηέιεζκα αθ ελφο απηφ λα παίξλεη αλεμέιεγθηεο ηηκέο θαη λα ππάξρεη θίλδπλνο λα θηάζεη ζηνλ θφξν, αθ εηέξνπ λα επεξεάδεη ηε ιεηηνπξγία ηνπ κεηαηξνπέα. Γηα ην ιφγν απηφ, είλαη απαξαίηεηε ε εθαξκνγή κηαο ηερληθήο ε νπνία ζα ειέγρεη ην ξεχκα πνπ δηαξξέεη θάζε πελίν. Μία ηέηνηα ηερληθή είλαη ν έιεγρνο κε νιίζζεζε ζην πεδίν θαηαζηάζεσλ [17](sliding mode control), ν νπνίνο θαη ρξεζηκνπνηείηαη γηα ην ζπγθεθξηκέλν κεηαηξνπέα ζην άξζξν ησλ Caceres θαη Barbi [13]. Ο sliding mode έιεγρνο είλαη κία κε γξακκηθή ηερληθή ειέγρνπ πνπ ηξνπνπνηεί ηε δπλακηθή ζπκπεξηθνξά ελφο κε γξακκηθνχ ζπζηήκαηνο, κε εθαξκνγή ελφο αζπλερνχο ζήκαηνο ειέγρνπ πνπ αλαγθάδεη ην ζχζηεκα λα νιηζζαίλεη γχξσ απφ έλα ζεκείν ηνπ ρψξνπ θαηάζηαζεο. Ο έιεγρνο ινηπφλ δελ είλαη κηα ζπλερήο ζπλάξηεζε ηνπ ρξφλνπ, αληίζεηα κεηαβάιιεηαη απφ κία ζπλερή δνκή ζε κία άιιε, αλάινγα κε ηε ζέζε ηνπ ζπζηήκαηνο ζην ρψξν θαηαζηάζεσλ, απνηειψληαο έηζη κία κέζνδν ειέγρνπ κεηαβιεηήο δνκήο. Οη πνιιαπιέο δνκέο ειέγρνπ ζρεδηάδνληαη έηζη ψζηε νη θακπχιεο λα κεηαθηλνχληαη πάληα πξνο κία δηπιαλή πεξηνρή κε δηαθνξεηηθή δνκή ειέγρνπ, θαη κε απνηέιεζκα ε θακπχιε πνπ αθνινπζείηαη ελ ηέιεη λα κε βξίζθεηαη εμ νινθιήξνπ ζε κία δνκή ειέγρνπ. Αληηζέησο, ζα θηλείηαη ζηα φξηα ησλ δηαθφξσλ δνκψλ. ηελ θίλεζε ηεο θακπχιεο απηήο, νθείιεηαη ε νλνκαζία ηνπ ειέγρνπ σο έιεγρνο κε νιίζζεζε θαηαζηάζεσλ, ελψ ν γεσκεηξηθφο ηφπνο πνπ απνηειείηαη απφ ηα φξηα νλνκάδεηαη επηθάλεηα νιίζζεζεο (sliding surface). ηε ζεσξία ειέγρνπ, ν sliding mode control ραξαθηεξίδεηαη σο πεξίπησζε πβξηδηθνχ δπλακηθνχ ζπζηήκαηνο, θαζψο ην ζχζηεκα 43

52 Κεθάιαην 4 ν θηλείηαη κελ ζε έλα ρψξν ζπλερνχο θαηάζηαζεο, ηαπηφρξνλα φκσο, κεηαθηλείηαη κεηαμχ δηαθνξεηηθψλ δηαθξηηψλ κνξθψλ ειέγρνπ [18]. Ζ θακπχιε ελφο ζπζηήκαηνο ζην νπνίν εθαξκφδεηαη sliding mode control θαίλεηαη ζην ζρήκα 4.1. Θεσξεηηθά, φηαλ ην ζχζηεκα θηάζεη ζηελ επηθάλεηα s=0, ε νπνία είλαη ε sliding surface, νιηζζαίλεη ζηελ επηθάλεηα απηή. ηελ πξάμε, ε ζπκπεξηθνξά απηή επηηπγράλεηαη κε έλαλ έιεγρν πςειήο ζπρλφηεηαο θαη κε ληεηεξκηληζηηθφ, κε απνηέιεζκα ην ζχζηεκα λα θηλείηαη ζε κία γεηηνληά γχξσ απφ ηελ θακπχιε απηή. Ζ θίλεζε απηή γχξσ απφ ηελ θακπχιε θαίλεηαη θαη ζην ζρήκα 4.1 ρήκα 4.1 : Κακπύιε ζπζηήκαηνο πνπ ιεηηνπξγεί κε sliding mode control [18] Αξρηθά, ν sliding mode control ρξεζηκνπνηεί έλα άπεηξν (πνιχ κεγάιν ζηελ πξάμε) θέξδνο γηα λα αλαγθάζεη ηηο ηξνρηέο ηνπ δπλακηθνχ ζπζηήκαηνο λα κεηαβνχλ γχξσ απφ ηελ επηθάλεηα νιίζζεζεο. Οη θακπχιεο πνπ πξνθχπηνπλ απφ ηνλ έιεγρν, νη νπνίεο είλαη κεησκέλεο ηάμεο, έρνπλ επηζπκεηέο ηδηφηεηεο, φπσο ην φηη ην ζχζηεκα ζα νιηζζαίλεη θνληά ζε απηέο κέρξη λα θηάζεη ην ζεκείν ηζνξξνπίαο. εκαληηθφηεξν πιενλέθηεκα ηνπ ζπγθεθξηκέλνπ ειέγρνπ είλαη ε ζζελαξφηεηα. Καζψο πξφθεηηαη γηα έλαλ έιεγρν πνπ κπνξεί λα εκθαληζηεί σο απιή ελαιιαγή κεηαμχ δχν θαηαζηάζεσλ, δελ απαηηεί κεγάιε αθξίβεηα θαη δελ επεξεάδεηαη ηδηαίηεξα απφ ηηο κεηαβνιέο ησλ παξακέηξσλ πνπ δίλνληαη ζηνλ έιεγρν. Δπηπιένλ, επεηδή θάζε δνκή ειέγρνπ είλαη ζπλερήο ζπλάξηεζε, ε νιίζζεζε κπνξεί λα επηηεπρζεί ζε πεπεξαζκέλν ρξφλν. Ζ βέιηηζηε εθαξκνγή ηνπ, ππφ νξηζκέλεο ζπλζήθεο, απαηηεί έλαλ έιεγρν κε βξφρν πζηέξεζεο, θαζηζηψληαο ην sliding mode control ηδαληθή ιχζε 44

53 Κεθάιαην 4 ν γηα πιήζνο ζπζηεκάησλ [18]. Μεηαμχ ησλ πεξηπηψζεσλ πνπ βξίζθεη εθαξκνγή είλαη θαη νη δηαθνπηηθνί κεηαηξνπείο, φπσο απηφο ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο. 4.2 ΔΦΑΡΜΟΓΖ ΣΟΤ ΔΛΔΓΥΟΤ ΣΟΝ ΑΝΣΗΣΡΟΦΔΑ Ζ αλάιπζε ηνπ sliding mode control βαζίδεηαη ζηε κειέηε ζπζηεκάησλ ζην ρψξν θαηάζηαζεο. Ζ ηερληθή βέβαηα πνπ αθνινπζείηαη ζα γίλεη πην θαηαλνεηή αλ παξνπζηάζνπκε ηνλ έιεγρν πξνζαξκνζκέλν ζηελ πεξίπησζε ηνπ κεηαηξνπέα ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο. Τπνζέηνπκε φηη ζηελ έμνδν ηνπ κεηαηξνπέα έρνπκε έλα σκηθφ θνξηίν. Δπηιέγνπκε θάζε θνξά πνπ ζηέιλεηαη παικφο ζην έλα ηξαλδίζηνξ, ζην άιιν ηξαλδίζηνξ ζηέιλεηαη ν ζπκπιεξσκαηηθφο παικφο. Οη κεηαβιεηέο θαηάζηαζεο γηα θάζε επηκέξνπο κεηαηξνπέα boost dc-dc είλαη δχν, ην ξεχκα ηνπ πελίνπ i L θαη ε ηάζε ππθλσηή u c. Με βάζε ηε βηβιηνγξαθία [13], ε ιεηηνπξγία ηνπ κεηαηξνπέα dc-dc γηα ηελ θαηάζηαζε ζπλερνχο αγσγήο ηνπ πελίνπ (CCM) πεξηγξάθεηαη ζην ρψξν θαηαζηάζεσλ απφ ην παξαθάησ ζχζηεκα, δεδνκέλνπ φηη ην πελίν θαη ε πεγή είλαη ηδαληθά di L 0 1 u c V in dt = L i L L + du c 1 1 u c i γ + L (4.1) L V 2 dt C R C C R C κε C ηε ρσξεηηθφηεηα ηνπ ππθλσηή, R ηελ αληίζηαζε εμφδνπ, V in ηελ ηάζε εηζφδνπ, V 2 ηελ ηάζε ζηελ έμνδν ηνπ άιινπ κεηαηξνπέα θαη γ κία κεηαβιεηή πνπ αληηπξνζσπεχεη ηελ θαηάζηαζε ησλ δηαθνπηψλ κε γ = 1 S 1 ON, S 2 OFF 0 S 1 OFF, S 2 ON Σν ζχζηεκα, δειαδή είλαη ηεο κνξθήο (4.2) υ = Aυ + Bγ + C (4.3) κε π, υ ηα δηαλχζκαηα ησλ κεηαβιεηψλ θαηάζηαζεο θαη ησλ παξαγψγσλ ηνπο. Μπνξεί λα ζεσξεζεί σο επηθάλεηα νιίζζεζεο κία γξακκηθή ζπλάξηεζε S, ε νπνία γηα n κεηαβιεηέο δίλεηαη απφ ηνλ ηχπν [19] n S = K i e i = 0 (4.4) i=1 45

54 46 Κεθάιαην 4 ν κε e i ηα ζθάικαηα ησλ κεηαβιεηψλ θαηάζηαζεο ηνπ ζπζηήκαηνο θαη K i θαηάιιεινπο ζπληειεζηέο γηα θάζε ζθάικα. Ζ επηθάλεηα απηή απνηειεί ην ζεκείν ηζνξξνπίαο ηνπ ζπζηήκαηνο. Γηα ηελ πεξίπησζε ηνπ σκηθνχ θνξηίνπ ε επηθάλεηα νιίζζεζεο εθθξάδεηαη σο S = K 1 i L i L,ref + K 2 u c u c,ref = 0 (4.5) κε i L θαη u c ην ξεχκα πελίνπ θαη ηελ ηάζε ππθλσηή πνπ απνηεινχλ ηηο κεηαβιεηέο θαηάζηαζεο ηνπ ζπζηήκαηνο, i L,ref, u c,ref ηηο αληίζηνηρεο αλαθνξέο θαη K 1, K 2 ηνπο αληίζηνηρνπο ζπληειεζηέο. Πξέπεη λα ηνληζηεί φηη ε ζσζηή επηινγή ησλ ζπληειεζηψλ ησλ ζθαικάησλ παίδεη ζεκαληηθφ ξφιν ζηελ νξζή ιεηηνπξγία ηνπ θπθιψκαηνο αθνχ εμαζθαιίδεη ζζελαξφηεηα ηνπ ειέγρνπ, επζηάζεηα θαη γξήγνξε απφθξηζε. Με βάζε θαη ηελ εμίζσζε 4.5, βιέπνπκε φηη εθαξκφδνπκε έιεγρν ζην ξεχκα ηνπ πελίνπ, ιφγνο πνπ άιισζηε επηιέμακε ηνλ έιεγρν sliding mode γηα ην ζπγθεθξηκέλν κεηαηξνπέα. Ζ αλαθνξά, φκσο ηνπ ξεχκαηνο ηνπ πελίνπ είλαη δχζθνιν λα ππνινγηζζεί γηα ην κεηαηξνπέα ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο θαη απαηηεί αξθεηφ ππνινγηζηηθφ ρξφλν ή αξθεηά νινθιεξσκέλα θπθιψκαηα γηα ηε δεκηνπξγία ηεο. Έηζη, ζεσξείηαη θαη απφ ηε βηβιηνγξαθία [13] πξνηηκφηεξν λα γίλεη έιεγρνο ηεο πςίζπρλεο ζπληζηψζαο ηνπ ξεχκαηνο. Με άιια ιφγηα ε κέηξεζε ηνπ ξεχκαηνο ζα δηέξρεηαη απφ έλα πςηπεξαηφ θίιηξν, ην νπνίν ζα θφβεη ην αξκνληθφ πεξηερφκελν ηεο ζπρλφηεηαο ηνπ δηθηχνπ θαη ζα πεξλάεη ηελ θπκάησζε ηνπ πελίνπ, ε νπνία ζα επηδηψθεηαη λα κεδεληζηεί (πξνθαλψο ε αληίζηνηρε αλαθνξά ζα είλαη 0). Οξίδνληαο σο x ην δηάλπζκα ησλ ζθαικάησλ ησλ κεηαβιεηψλ θαηάζηαζεο ε εμίζσζε 4.3 γξάθεηαη ζηελ εμήο κνξθή x = Ax + Bγ + D (4.6) κε x=π-v*, φπνπ V* ην δηάλπζκα ησλ αλαθνξψλ ησλ κεηαβιεηψλ θαηάζηαζεο θαη D έλα ζηαζεξφ πίλαθα θαη ίζν κε D=AV*+C. Απφ ηελ άιιε ε επηθάλεηα S νξίδεηαη σο S=K T x κε K T =[K 1,K 2 ] θαη x=[x 1,x 2 ] T. Γηα λα πθίζηαηαη ν έιεγρνο νιίζζεζεο ζε πεδίν θαηάζηαζεο πξέπεη θάζε ζηηγκή ε ηξνρηά ζηελ νπνία βξίζθεηαη ην ζχζηεκα λα έρεη θαηεχζπλζε πξνο ηελ επηθάλεηα νιίζζεζεο. Απηφ ζεκαίλεη φηη αλ ην ζχζηεκα βξίζθεηαη ζε θαηάζηαζε S 0, ε παξάγσγνο ηνπ S πξέπεη λα είλαη αληίζεηνπ πξφζεκνπ, ψζηε λα θαηεπζπλζεί ην ζχζηεκα πξνο ηελ θακπχιε S=0. Δίλαη ινηπφλ επαξθέο θαη αλαγθαίν γηα ηελ χπαξμε ηνπ sliding mode control S x < 0, αν S x > 0 S x > 0, αν S x < 0 (4.7)

55 Κεθάιαην 4 ν Ο έιεγρνο sliding mode πξνθχπηεη, ινηπφλ απφ ηελ παξαθάησ ελαιιαγή θαηαζηάζεσλ ησλ δηαθνπηηθψλ ζηνηρείσλ 0, για S x > 0 γ = (4.8) 1, για S x < 0 Απφ ηηο πξνεγνχκελεο ζρέζεηο πξνθχπηνπλ θαη νη αληζψζεηο πνπ πξέπεη λα ηζρχνπλ γηα λα εθαξκνζηεί sliding mode control, θαη νη νπνίεο κε βάζε ηε βηβιηνγξαθία είλαη [13]. Κ 1 L V in u c,ref + Κ 2 C R V 2 u c,ref + R i L.ref < 0 (4.9) Κ 1 L V in + Κ 2 C R V 2 u c,ref < 0 (4.10) κε i L,ref =0, θαζψο φπσο αλαθέξζεθε πξφθεηηαη γηα ην πςίζπρλν πεξηερφκελν ηνπ ξεχκαηνο, ην νπνίν ζέινπκε λα κεδελίζνπκε. Ζ κεηαβιεηή γ, αληηπξνζσπεχεη ηελ θαηάζηαζε ησλ δηαθνπηψλ ηνπ κεηαηξνπέα. Γηα ηελ αθξίβεηα, ηαπηίδεηαη κε ηε ινγηθή ηηκή ηνπ παικνχ πνπ ζηέιλεηαη ζην δηαθφπηε S1, ελψ είλαη ζπκπιεξσκαηηθή απηήο ηνπ παικνχ πνπ αληηζηνηρεί ζην δηαθφπηε S2. χκθσλα, ινηπφλ, κε ηε κέρξη ηψξα αλάιπζε, ε ελαιιαγή θαηαζηάζεσλ ηνπ γ, άξα θαη ησλ δηαθνπηψλ έπξεπε λα ζπκβαίλεη θάζε θνξά πνπ ίζρπε S 0. Απηφ φκσο ζα νδεγνχζε ζε κία άπεηξε ζπρλφηεηα ζεσξεηηθά, ζηελ πξάμε ζε έλαλ παικφ πνιχ κεγάιεο ζπρλφηεηαο, ψζηε ην εκηαγσγηθφ ζηνηρείν λα κελ πξνιαβαίλεη λα αλάςεη ή ζβήζεη. Γηα ην ιφγν απηφ δεκηνπξγείηαη έλαο βξφρνο πζηέξεζεο, ζηα φξηα ηνπ νπνίνπ αιιάδεη θαηάζηαζε ν έιεγρνο. Ο ελ ιφγσ βξφρνο εθθξάδεηαη σο εμήο γ = 0, όταν S > +δ ή ( S < 0 και S > 0) (4.11) 1, όταν S < δ ή ( S > 0 και S < 0) κε δ έλα ζεηηθφ αξηζκφ πνπ απνηειεί ην φξην ηνπ βξφρνπ πζηέξεζεο. Ζ ελαιιαγή πιένλ ζπκβαίλεη φηαλ S=±δ θαη ε ζπρλφηεηα θαζνξίδεηαη απφ ην πφζν γξήγνξα κεηαβαίλεη ε κεηαβιεηή ειέγρνπ S ζηα φξηα ηνπ βξφρνπ, θάηη πνπ εμαξηάηαη θαηά βάζε απφ ηελ θιίζε ηνπ ξεχκαηνο ηνπ πελίνπ. Ζ ζπρλφηεηα ηνπ παικνχ εθθξάδεηαη σο 1 f = (4.12) Δt 1 + Δt 2 κε Γt 1, Γt 2, ηνπο ρξφλνπο αγσγήο ηνπ S1 θαη S2 αληίζηνηρα. Οη ρξφλνη απηνί πξνθχπηνπλ ίζνη κε 47

56 θαη Δt 1 = 2δ Κ 1 L V in + Κ 2 R C V 2 u c,ref Κεθάιαην 4 ν (4.13) Δt 1 = 2δ Κ 1 L V in u c,ref + Κ 2 R C V 2 u c,ref (4.14) Οη ηχπνη 4.13 θαη 4.14, θαηαδεηθλχνπλ φηη ε ζπρλφηεηα ζηελ νπνία ιεηηνπξγεί ν κεηαηξνπέαο δελ είλαη ζηαζεξή, αιιά κεηαβάιιεηαη κε ην ρξφλν. Ζ ζπκπεξηθνξά απηή ήηαλ αλακελφκελε θαζψο ε αιιαγή θαηαζηάζεσλ ζπκβαίλεη φηαλ ε κεηαβιεηή ηνπ ειέγρνπ πάξεη νξηαθέο ηηκέο. Σν πφζν γξήγνξα, φκσο θηάλεη ηηο ηηκέο απηέο, γηα δεδνκέλεο ηηκέο ησλ ζπληειεζηψλ, εμαξηάηαη απφ ηηο ηηκέο ησλ ζθαικάησλ, νη νπνίεο πξνθαλψο δελ είλαη ζηαζεξέο. Ο κεηαηξνπέαο ιεηηνπξγεί θαηά ζπλέπεηα ζε έλα εχξνο ζπρλνηήησλ, ην νπνίν γηα δεδνκέλα κεγέζε ζηηο ηάζεηο εηζφδνπ θαη εμφδνπ θαη ζηα ζηνηρεία, εμαξηάηαη απφ ηνπο ζπληειεζηέο ησλ ζθαικάησλ θαη απφ ην φξην δ. Γηα σκηθφ θνξηίν, ε κέγηζηε ζπρλφηεηα κπνξεί λα ππνινγηζηεί απφ ηνλ ηχπν f max = Κ 1 V in 2 δ L 1 V in (4.15) u c,ref (max ) Έρνληαο γλσζηέο ηηο ηηκέο ησλ ηάζεσλ, ηνπ πελίνπ θαζψο θαη ηεο κέγηζηεο ζπρλφηεηαο πνπ επηδηψθεηαη λα εκθαληζηεί, πξνθχπηεη ν ιφγνο K 1 /δ. Με βάζε θαη ηηο αληζψζεηο 4.9 θαη 4.10 κπνξνχκε λα επηιέμνπκε ηηο θαηάιιειεο ηηκέο γηα ηα K 1, K 2 θαη δ, νπφηε θαη λα πξνρσξήζνπκε ζε δνθηκή ηνπ ειέγρνπ. 48

57 Κεθάιαην 5 ν ΚΔΦΑΛΑΗΟ 5 ΠΡΟΟΜΟΗΩΔΗ ΔΦΑΡΜΟΕΟΝΣΑ ΣΟΝ ΔΛΔΓΥΟ ΜΔ ΟΛΗΘΖΖ ΣΟ ΠΔΓΗΟ ΚΑΣΑΣΑΔΩΝ 5.1 ΠΡΟΟΜΟΗΩΖ ΜΔ ΩΜΗΚΟ ΦΟΡΣΗΟ Αθνχ έρεη πεξηγξαθεί ν έιεγρνο νιίζζεζεο ζε πεδίν θαηάζηαζεο, κπνξνχκε πιένλ λα επηιέμνπκε ηηο ηηκέο ησλ ζηνηρείσλ θαη ησλ ζπληειεζηψλ ηνπ ειέγρνπ. Ζ ηηκή ηνπ πελίνπ νξίζηεθε ίζε κε 1,5mH θαη ε ηηκή ηεο ρσξεηηθφηεηαο ηνπ ππθλσηή, ίζε κε 8κF. Ζ ηηκή ηεο dc ζπληζηψζαο ηνπ ππθλσηή επηιέρζεθε, κε βάζε θαη ηηο εμηζψζεηο 2.6 θαη 2.7, λα είλαη ίζε κε 380V. Σέινο, νη ζπληειεζηέο ησλ ζθαικάησλ ηνπ ειέγρνπ νξίζηεθαλ ίζνη κε K1=4 θαη K2=0,1, ελψ ην φξην δ ηνπ βξφρνπ πζηέξεζεο επηιέρζεθε λα είλαη ίζν κε 2,5. Με ηα δεδνκέλα απηά πξαγκαηνπνηήζεθαλ πξνζνκνηψζεηο ζην simulink ηνπ Matlab γηα ηελ πεξίπησζε πνπ ν κεηαηξνπέαο ιεηηνπξγεί κε σκηθφ θνξηίν εμφδνπ. Ζ ηηκή ηνπ θνξηίνπ απηνχ είλαη ίζε κε 300Ω. ρήκα 5.1 : Σν ζρεδηάγξακκα ηνπ sliding mode control Σν ζρεδηάγξακκα ηνπ ειέγρνπ ζην simulink παξνπζηάδεηαη ζην ζρήκα 5.1. Όπσο βιέπνπκε απφ ηηο κεηξήζεηο αθαηξνχληαη νη αλαθνξέο (κε ηε κέηξεζε ηνπ ξεχκαηνο λα 49

58 Κεθάιαην 5 ν πεξλάεη πξψηα απφ έλα πςηπεξαηφ θίιηξν), δεκηνπξγψληαο ηα ζθάικαηα. ηε ζπλέρεηα, ηα ζθάικαηα πνιιαπιαζηάδνληαη κε ηνπο αληίζηνηρνπο ζπληειεζηέο θα πξνζηίζεληαη ψζηε λα θηηάμνπλ ηε κεηαβιεηή ειέγρνπ. Σέινο, πξαγκαηνπνηείηαη ε ζχγθξηζε κε ην βξφρν πζηέξεζεο κε ην απνηέιεζκα λα απνηειεί ηνλ παικφ ηνπ θάησ ηξαλδίζηνξ θαη ην ζπκπιεξσκαηηθφ ηνπ ηνλ παικφ ηνπ πάλσ ηξαλδίζηνξ. ρεδηάζηεθαλ δχν αλάινγα ζρεδηαγξάκκαηα, έλα γηα ηνλ θάζε κεηαηξνπέα boost dc-dc. Οη πξνζνκνηψζεηο πξαγκαηνπνηήζεθαλ γηα ηάζε εμφδνπ ίζε κε ηελ νλνκαζηηθή ηάζε δηθηχνπ (230V). ην παξαθάησ ζρήκα παξνπζηάδεηαη ε θπκαηνκνξθή ηεο ηάζεο ζηελ έμνδν ηνπ αληηζηξνθέα. ρήκα 5.2 : Ζ ηάζε θαη ην ξεύκα εμόδνπ ηνπ αληηζηξνθέα Ζ ελεξγφο ηηκή ηεο ηάζεο εμφδνπ κεηξήζεθε ίζε κε 232,2V ελψ ε ελεξγφο ηηκή ηνπ ξεχκαηνο είλαη 0,77A. Δίλαη θαλεξφ φηη κε ηε κέζνδν ηνπ ειέγρνπ απηή επηηπγράλνπκε έλα πνιχ θαιφ απνηέιεζκα ζε φ,ηη αθνξά ηελ ηάζε, θαη θαη' επέθηαζε αθνχ έρνπκε σκηθφ θνξηίν, γηα ην ξεχκα εμφδνπ. Οη ηάζεηο ζηνπο ππθλσηέο παξνπζηάδνληαη ζην ζρήκα 5.3. Βιέπνπκε φηη θαη νη ηάζεηο απηέο έρνπλ ηε κνξθή πνπ επηζπκνχκε ελψ είλαη θαλεξή ε δηαθνξά θάζεο 180º κεηαμχ ηνπο, κε ηελ θπκάησζε θαη ζηηο δχν λα είλαη πνιχ κηθξή. 50

59 Κεθάιαην 5 ν ρήκα 5.3 Οη ηάζεηο ζηνπο ππθλσηέο C1 θαη C2 αληίζηνηρα ην ζρήκα 5.4 απεηθνλίδνληαη ηα ξεχκαηα ζηα δχν πελία ηνπ κεηαηξνπέα. Παξαηεξνχκε φηη ε θπκάησζε είλαη πην έληνλε ζε ζρέζε κε ηνπο ππθλσηέο. Απηφ νθείιεηαη ζηηο κεγάιεο ηηκέο πνπ παίξλνπλ ε ηάζεηο ζηνπο ππθλσηέο, απφ ηηο νπνίεο εμαξηάηαη ν ξπζκφο κεηαβνιήο ηνπ ξεχκαηνο πελίνπ, θαη επνκέλσο ε θπκάησζε ηνπ ξεχκαηνο απηνχ. Καη εδψ παξαηεξνχκε ηε δηαθνξά θάζεο ησλ δχν boost πνπ ηζνδπλακεί κε κία εκηπεξίνδν. ρήκα 5.4 : Σα ξεύκαηα ζηα δύν πελία ηνπ κεηαηξνπέα 51

60 Κεθάιαην 5 ν Σν ξεχκα εηζφδνπ απεηθνλίδεηαη ζηελ εηθφλα 5.5. Σν ξεχκα απηφ είλαη ίζν κε ην άζξνηζκα ησλ ξεπκάησλ ησλ δχν πελίσλ. Δθηειεί, έηζη κία ηαιάλησζε κε ηε ζπρλφηεηά ηεο, ιφγσ ηνπ ηξφπνπ ιεηηνπξγίαο ηεο δηάηαμεο, λα είλαη δηπιάζηα ηεο ζπρλφηεηαο ηνπ δηθηχνπ. Σν ξεχκα απηφ, ζεσξεηηθά είλαη ζπλερέο, ιφγσ φκσο ηεο θπκάησζεο ησλ ξεπκάησλ ησλ πελίσλ παίξλεη γηα θάπνηα κηθξά ρξνληθά δηαζηήκαηα αξλεηηθέο ηηκέο. Απηφ δελ πξνθαιεί θάπνηα αλεζπρία γηα πξαθηηθή εθαξκνγή κε είζνδν ΦΒ πιαίζην, αθνχ έηζη θη αιιηψο ζα ππάξρεη έλαο ππθλσηήο παξάιιεια ζηελ είζνδν, ν νπνίνο ζα πξνζθέξεη ην ελαιιαζζφκελν πεξηερφκελν ηνπ ξεχκαηνο, αληί ηνπ πιαηζίνπ. ρήκα 5.5 : Σν ξεύκα εηζόδνπ ηνπ κεηαηξνπέα ην ζρήκα 5.6 παξνπζηάδνληαη ην ξεχκα θαη ε ηάζε κεηαμχ G θαη S ζην έλα απφ ηα θάησ ηξαλδίζηνξ ηνπ κεηαηξνπέα. Μία πην ζαθήο εηθφλα θαίλεηαη ζην ζρήκα 5.7. Βιέπνπκε ινηπφλ φηη φηαλ άγεη ην ηξαλδίζηνξ, δηαξξέεηαη απφ ξεχκα ίζν κε ηνπ πελίνπ θαη έρεη κεδεληθή ηάζε κεηαμχ D θαη S. Αληίζεηα, φηαλ δελ άγεη, ε ηάζε V DS είλαη ίζε κε ηελ ηάζε ηνπ ππθλσηή. 52

61 Κεθάιαην 5 ν ρήκα 5.6 : Σν ξεύκα θαη ε ηάζε V DS ζην θάησ ηξαλδίζηνξ ρήκα 5.7 : Σν ξεύκα θαη ε ηάζε V DS ζην θάησ ηξαλδίζηνξ (ζε κεγέζπλζε ζηνλ άμνλα ηνπ ρξόλνπ) Αλάινγε ζπκπεξηθνξά έρεη θαη ην πάλσ ηξαλδίζηνξ θάζε κεηαηξνπέα boost (ζρήκα 5.8 θαη 5.9). Βέβαηα, φπσο πξνθχπηεη θαη απφ ην ζρήκα 5.8 φηαλ άγεη ην MOSFET απηφ, ην ξεχκα ηνπ είλαη αληίζεην κε απηφ ηνπ πελίνπ. Πξέπεη λα ζεκεησζεί, φηη ηφζν ζην ζρήκα απηφ, φζν θαη ζε πξνεγνχκελα, ην αξλεηηθφ ξεχκα ζην ηξαλδίζηνξ αληηζηνηρεί ζηελ αγσγή ηεο αληηπαξάιιειεο δηφδνπ πνπ έρεη θάζε MOSFET απφ ηελ θαηαζθεπή ηνπ 53

62 Κεθάιαην 5 ν ρήκα 5.8 : : Σν ξεύκα θαη ε ηάζε V DS ζην πάλσ ηξαλδίζηνξ ρήκα 5.9 : Σν ξεύκα θαη ε ηάζε V DS ζην πάλσ ηξαλδίζηνξ (ζε κεγέζπλζε ζηνλ άμνλα ηνπ ρξόλνπ) Απφ ηα ζρήκαηα 5.7 θαη 5.9 κπνξνχκε λα δηαπηζηψζνπκε ηε κεηαβιεηή ζπρλφηεηα. Αλ θαη ηα ρξνληθά δηαζηήκαηα ζηα νπνία απεηθνλίδνληαη ην ξεχκα θαη ε ηάζε είλαη ίζα, ν αξηζκφο ησλ παικψλ πνπ δίλνληαη ζε θάζε έλα απφ απηά δελ είλαη ίδηνο. Κάλνληαο FFT αλάιπζε ζηελ ηάζε εμφδνπ, πξνθχπηεη ην αξκνληθφ πεξηερφκελν ηεο ηάζεο απηήο. Σν απνηέιεζκα ηεο αλάιπζεο θαίλεηαη ζην επφκελν ζρήκα 54

63 Κεθάιαην 5 ν ρήκα 5.10 : Σν αξκνληθό πεξηερόκελν ηεο ηάζεο εμόδνπ ρήκα 5.11 : Σν θάζκα ηνπ ξεύκαηνο ηνπ πελίνπ Βιέπνπκε φηη ην πεξηερφκελν αλψηεξσλ αξκνληθψλ ηεο ηάζεο εμφδνπ είλαη πνιχ κηθξφ (0,25%), θάηη πνπ επηβεβαηψλεη ηελ θαηαιιειφηεηα ηνπ sliding mode control γηα ην ζπγθεθξηκέλν αληηζηξνθέα. Δπηπιένλ, θάλνληαο FFT αλάιπζε ζην ξεχκα ηνπ πελίνπ κπνξνχκε λα δνχκε ην θάζκα ησλ ζπρλνηήησλ ζηηο νπνίεο παικνδνηνχληαη ηα MOSFET, θαη ην νπνίν πεξηιακβάλεη ζπρλφηεηεο απφ πεξίπνπ 15kHz κέρξη 63kHz. 55

64 Κεθάιαην 5 ν 5.2 ΠΡΟΟΜΟΗΩΖ ΓΗΑ ΤΝΓΔΖ ΜΔ ΣΟ ΓΗΚΣΤΟ Μεηά ηελ πξνζνκνίσζε ηεο ιεηηνπξγίαο κε θνξηίν εμφδνπ κία αληίζηαζε, ζεηξά έρεη ε πξνζνκνίσζε ηεο ιεηηνπξγίαο γηα ζχλδεζε κε ην δίθηπν ρακειήο ηάζεο. Σν ζρεδηάγξακκα ηνπ κεηαηξνπέα ζην simulink θαίλεηαη ζην επφκελν ζρήκα. ρήκα 5.12 : Ο κεηαηξνπέαο ζπλδεδεκέλνο κε ην δίθηπν θνπφο είλαη αξρηθά ν κεηαηξνπέαο λα ιεηηνπξγεί κε σκηθφ θνξηίν, ψζηε λα θηάζεη πην γξήγνξα ζε κηα επζηαζή θαηάζηαζε θαη ζηε ζπλέρεηα λα ζπλδεζεί κε ην δίθηπν, ην νπνίν παξηζηάλεηαη κε κία πεγή ελαιιαζζφκελεο ηάζεο. Σα δχν πελία ζηελ έμνδν ρξεζηκεχνπλ ζηελ εμνκάιπλζε ηνπ ξεχκαηνο. Ζ ηηκή θάζε πελίνπ είλαη 20mH, άξα πξνθχπηεη ζπλνιηθή επαγσγή 40mH. Σα πελία πςίζπρλνπ ξεχκαηνο θαη νη ππθλσηέο έρνπλ ηηο ίδηεο ηηκέο κε πξηλ (1,5mH θαη 8κF), ελψ ε αληίζηαζε έρεη ηηκή 300Ω. ε φ,ηη αθνξά ηνλ έιεγρν, πιένλ ν θάζε επηκέξνπο αλπςσηήο ηάζεο έρεη ηξεηο κεηαβιεηέο θαηαζηάζεηο, θαζψο πξνζηίζεηαη ην ξεχκα ηνπ πελίνπ εμφδνπ σο κία απφ απηέο. Με ηελ ίδηα ινγηθή ζρεδίαζεο νξίδεηαη ε επηθάλεηα νιίζζεζεο S = K 1 i L i L,ref + K 2 u c u c,ref + K 1 i o i o,ref = K 1 e 1 + K 2 e 2 + K 3 e 3 = 0 56 (5.1)

65 Κεθάιαην 5 ν Σν ζθάικα ξεχκαηνο, φπσο θαη πξηλ πξνθχπηεη φπσο θαη γηα σκηθφ θνξηίν, κε κεδεληζκφ ηνπ πεξηερνκέλνπ πςειψλ ζπρλνηήησλ. Απφ ηελ άιιε, ε αλαθνξέο ηεο ηάζεο θαη ηνπ ξεχκαηνο εμφδνπ πξνθχπηνπλ κε δηαθνξεηηθή δηαδηθαζία. Γηα ηε κεηαθνξά ηζρχνο απφ έλαλ αληηζηξνθέα ζην δίθηπν, πξέπεη ην ξεχκα πνπ εθρέεηαη απφ απηφλ ζην δίθηπν λα είλαη εκηηνλνεηδέο θαη ζπγρξνληζκέλν κε ηελ ηάζε δηθηχνπ, ελψ ε ηάζε εμφδνπ ηνπ κεηαηξνπέα λα είλαη ίδηαο κνξθήο κε ηελ ηάζε δηθηχνπ αιιά λα πξνεγείηαη θαηά κία κηθξή γσλία. Έηζη, ε αλαθνξά ηνπ ξεχκαηνο είλαη έλα εκίηνλν θαη ηεο ηάζεο κία ζηαζεξά καδί κε κηα εκηηνλνεηδή ζπληζηψζα ίζε κε ην κηζφ ηεο ηάζεο εμφδνπ. Ωο γλσζηφλ, ν άιινο αληηζηξνθέαο ζα ιεηηνπξγεί κε 180º δηαθνξά θάζεο. Ζ dc ζπληζηψζα πνπ ζέινπκε ζηελ έμνδν παξακέλεη ίζε κε 380V. Δπεηδή ζέινπκε ν κεηαηξνπέαο λα ιεηηνπξγεί ζε έλα ζηελφ εχξνο (±10%) γχξσ απφ ηελ νλνκαζηηθή ηηκή ηεο ηάζεο δηθηχνπ θαη ηαπηφρξνλα λα δίλεη ηζρχ 250W, ζεσξνχκε ηελ ηάζε δηθηχνπ σο κία κεηαβιεηή. Με ηε κεηαβνιή ηεο αιιάδεη πξνθαλψο ε αλαθνξά ηεο ηάζεο ηνπ ππθλσηή. Αιιάδεη βέβαηα θαη ε αλαθνξά ηνπ ξεχκαηνο εμφδνπ αθνχ ε ηζρχο εμφδνπ P o =V g *I o ζεσξείηαη ζηαζεξή (V g, I o rms ηηκέο). Ζ γσλία κε ηελ νπνία πξνεγείηαη πξνθχπηεη απφ ηε ζρέζε γηα ηε κεηαθνξά ελεξγνχ ηζρχνο ζε γξακκή κηθξνχ κήθνπο (σο κία ηέηνηα γξακκή κπνξνχλ λα ζεσξεζνχλ ηα πελία εμφδνπ) P = V 1 V 2 X δ (5.2) κε X ηελ ηηκή ηεο επαγσγηθήο αληίζηαζεο ηεο γξακκήο, V1, V2 ηηο ηάζεηο ζηνπο δχν θφκβνπο, πνπ αληηζηνηρνχλ ζηηο ελεξγνχο ηηκέο ησλ ηάζεσλ εμφδνπ κεηαηξνπέα θαη δηθηχνπ, θαη δ ηελ ηηκή ηεο γσλίαο. Σν ζρεδηάγξακκα ηνπ ειέγρνπ θαίλεηαη ζην επφκελν ζρήκα 57

66 Κεθάιαην 5 ν ρήκα 5.13 : ρεδηάγξακκα ηνπ ειέγρνπ Όπσο θαη ζην σκηθφ θνξηίν ζην ξεχκα πελίνπ απνκνλψλεηαη ην πςίζπρλν πεξηερφκελν θαη ζπγθξίλεηαη κε ην κεδέλ. Γηα ηελ ηάζε ππθλσηή θαη ην ξεχκα εμφδνπ κέζσ ελφο subsystem ππνινγίδνπκε ηελ αλαθνξά ηνπ ξεχκαηνο θαη ηε γσλία, απφ ηελ νπνία πξνθχπηεη ε ηάζε ηνπ ππθλσηή. Ζ εζσηεξηθή δνκή ηνπ subsystem θαίλεηαη ζην ζρήκα ρήκα 5.14 : Τπνινγηζκόο ηεο γσλίαο δ θαη ηεο αλαθνξάο ηνπ ξεύκαηνο εμόδνπ 58

67 Κεθάιαην 5 ν Οξίδνληαο ηηκέο γηα ηνπο ζπληειεζηέο ησλ ζθαικάησλ K1=4,1, K2=0,1 θαη K3=3,5, πξαγκαηνπνηήζεθαλ νη πξνζνκνηψζεηο. Παξαθάησ παξνπζηάδνληαη ηα απνηειέζκαηα ησλ δνθηκψλ πνπ έγηλαλ γηα νλνκαζηηθή ηάζε δηθηχνπ 230V (RMS), αιιά θαη κεξηθά απνηειέζκαηα γηα ηηο δχν αθξαίεο πηζαλέο ηηκέο ηεο (207V θαη 230V RMS) Πξνζνκνίσζε γηα ηάζε εμφδνπ 230V rms Γηα ηάζε δηθηχνπ 230V πξνέθπςαλ ζηελ έμνδν ηνπ κεηαηξνπέα ηα απνηειέζκαηα πνπ θαίλνληαη ζην ζρήκα Όπσο βιέπνπκε, θαη κεηά ηε ζχλδεζή ηνπ κεηαηξνπέα ζην δίθηπν ηε ρξνληθή ζηηγκή 0.03s, ν έιεγρνο ζπλερίδεη λα δίλεη θαιά απνηειέζκαηα. Σν ξεχκα βιέπνπκε φηη είλαη εκηηνλνεηδέο, φπσο επηζπκνχκε θαη ε ηάζε είλαη ζρεδφλ ίδηα κε ηελ ηάζε δηθηχνπ κε κία κηθξή πξνήγεζε ρήκα 5.15 : Ρεύκα θαη ηάζε εμόδνπ ηνπ αληηζηξνθέα Ζ ελεξγφο ηηκή γηα θαζέλα απφ ηα παξαπάλσ κεγέζε ήηαλ ίζε κε 1,09A θαη 233V αληίζηνηρα, θαηά ηε ζχλδεζε ζην δίθηπν. Οη ηάζεηο ησλ ππθλσηψλ παξνπζηάδνληαη ζην επφκελν ζρήκα. Παξαηεξνχκε φηη θαη νη ηάζεηο απηέο έρνπλ ηε κνξθή πνπ επηδηψθεηαη κε πνιχ κηθξή θπκάησζε. 59

68 Κεθάιαην 5 ν ρήκα 5.16 : Σάζε πάλσ ζηνπο ππθλσηέο εμόδνπ ηελ εηθφλα 5.17 θαίλνληαη ηα ξεχκαηα ζηα δχν πελία ηνπ κεηαηξνπέα. Σν απνηέιεζκα θαη ζηελ πεξίπησζε απηή είλαη πνιχ θνληά ζην δεηνχκελν, κε ηελ θπκάησζε λα είλαη ζηα ίδηα πεξίπνπ επίπεδα κε ηελ αληίζηνηρε θπκάησζε γηα σκηθφ θνξηίν ρήκα 5.17 : Σα ξεύκαηα ησλ πελίσλ ηνπ κεηαηξνπέα ην επφκελν ζρήκα απεηθνλίδεηαη ην ξεχκα εηζφδνπ. Ζ ζπκπεξηθνξά ηνπ είλαη αλάινγε κε ηελ πεξίπησζε ηνπ σκηθνχ θνξηίνπ, ελψ ε κέζε ηηκή ηνπ είλαη 1,39A. 60

69 Κεθάιαην 5 ν ρήκα 5.18 : Σν ξεύκα εηζόδνπ ηνπ αληηζηξνθέα Παξαθάησ παξαηίζεληαη ην ξεχκα θαη ε ηάζε V DS ζην έλα απφ ηα θάησ εκηαγσγηθά ζηνηρεία ρήκα 5.19 : Ρεύκα θαη ηάζε V DS ζην θάησ ηξαλδίζηνξ Ζ ζπκπεξηθνξά ησλ εκηαγσγηθψλ ζηνηρείσλ δελ αιιάδεη γηα ηελ πεξίπησζε πνπ ν κεηαηξνπέαο ζπλδέεηαη ζην δίθηπν, θαη θαίλεηαη πην αλαιπηηθά ζην ζρήκα

70 Κεθάιαην 5 ν ρήκα 5.20 : Σν ξεύκα θαη ε ηάζε V DS ζε έλα από ηα θάησ MOSFET (ζε κεγέζπλζε ζηνλ άμνλα ηνπ ρξόλνπ) Ίδηα ζπκπεξηθνξά κε πξηλ παξνπζηάδνπλ θαη ηα πάλσ ηξαλδίζηνξ ρήκα 5.21 : Ρεύκα θαη ηάζε V DS ζην πάλσ ηξαλδίζηνξ 62

71 Κεθάιαην 5 ν ρήκα 5.22 : Σν ξεύκα θαη ε ηάζε V DS ζην πάλσ ηξαλδίζηνξ (ζε κεγέζπλζε ζηνλ άμνλα ηνπ ρξόλνπ) Σέινο, έγηλε ε αλάιπζε FFT ηνπ ξεχκαηνο εμφδνπ ηνπ κεηαηξνπέα. Σν πεξηερφκελν αλψηεξσλ αξκνληθψλ ήηαλ πνιχ κηθξφ (0,32%), θάηη πνπ θαηλφηαλ θαη απφ ηελ θπκαηνκνξθή ηνπ ξεχκαηνο εμφδνπ. Απνδεηθλχεηαη κε ηνλ ηξφπν απηφ φηη ν ζπγθεθξηκέλνο έιεγρνο είλαη απνηειεζκαηηθφο θαη γηα ηε ζχλδεζε κε ην δίθηπν. ην ζρήκα 5.23 δίλεηαη ζρεκαηηθά ην απνηέιεζκα ηεο αλάιπζεο. ρήκα 5.23 : Σν απνηέιεζκα ηεο FFT αλάιπζεο 63

72 Κεθάιαην 5 ν Κάλνληαο FFT αλάιπζε ζην ξεχκα ηνπ πελίνπ, βιέπνπκε φηη ην εχξνο ησλ ζπρλνηήησλ παικνδφηεζεο είλαη κεηαμχ 17 θαη 65kHz. ρήκα 5.24 : Σν θάζκα ηνπ ξεύκαηνο ηνπ πελίνπ Πξνζνκνίσζε γηα ηάζε εμφδνπ 253V rms Ζ κέγηζηε ηηκή ηεο ελεξγνχ ηηκή ηεο ηάζεο, ζηελ νπνία δνθηκάδεηαη ε ιεηηνπξγία ηνπ κεηαηξνπέα είλαη 253V. Γηα ηελ ηάζε απηή, έρνπκε ζηελ έμνδν ηα παξαθάησ απνηειέζκαηα. Ζ ελεξγφο ηηκή ηνπ ξεχκαηνο θαη ηεο ηάζεο είλαη αληίζηνηρα 1A θαη 255,7V. ρήκα 5.25 : Σν ξεύκα θαη ε ηάζε εμόδνπ 64

73 Κεθάιαην 5 ν Βιέπνπκε φηη, θαζψο ζεσξνχκε ζηαζεξή ηζρχ, ην ξεχκα είλαη ειαθξψο κηθξφηεξν ζε ζρέζε κε ηελ νλνκαζηηθή ιεηηνπξγία κε ηάζε δηθηχνπ 230V rms. Παξαθάησ, θαίλνληαη θαη νη θπκαηνκνξθέο ησλ ηάζεσλ ζηνπο ππθλσηέο. Δπεηδή, ε ηάζε εμφδνπ είλαη κεγαιχηεξε, είλαη κεγαιχηεξε θαη ε εκηηνλνεηδήο ζπληζηψζα, επνκέλσο ε ηάζε ηνπ ππθλσηή θηάλεη ζε κεγαιχηεξεο ηηκέο. ρήκα 5.26 : Οη ηάζεηο ζηα άθξα ησλ ππθλσηώλ Απφ ηελ άιιε, φπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα 5.27 ην ξεχκα ζηα πελία παίξλεη κηθξφηεξεο ηηκέο. Καηά η άιια, δελ ππάξρεη θάηη δηαθνξεηηθφ ζε ζρέζε κε ηελ πξνεγνχκελε πεξίπησζε. ρήκα 5.27 : Ρεύκαηα ζηα πελία 65

74 Κεθάιαην 5 ν Κάλνληαο αλάιπζε ησλ αξκνληθψλ ηεο εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα, πξνθχπηνπλ ηα απνηειέζκαηα πνπ θαίλνληαη ζηελ επφκελε εηθφλα. Σν THD είλαη κεγαιχηεξν ζε ζρέζε κε ηελ πεξίπησζε ηάζεο δηθηχνπ 230V, αιιά παξακέλεη ρακειφ (0,87%) ρήκα 5.28 : Σν απνηέιεζκα ηεο FFT αλάιπζεο γηα ην ξεύκα εμόδνπ Απφ ηελ άιιε, ην θάζκα ησλ ζπρλνηήησλ ησλ παικψλ είλαη κεγαιχηεξν, ιακβάλνληαο ηηκέο απφ 8,5kHz κέρξη 65kHz (ζρήκα 5.29). Ζ κεηαβνιή απηή ηνπ θάζκαηνο, δηθαηνινγείηαη απφ ηε κεηαβνιή ηεο ηάζεσο ηνπ ππθλσηή. Απφ ηελ ηάζε ηνπ ππθλσηή εμαξηάηαη ν ξπζκφο κεηαβνιήο ηνπ ξεχκαηνο ηνπ πελίνπ θαη επνκέλσο ηνπ αληίζηνηρνπ ζθάικαηνο. Έηζη, θαζψο είλαη δηαθνξεηηθή ε ηάζε ηνπ ππθλσηή είλαη δηαθνξεηηθφ, ην ρξνληθφ δηάζηεκα πνπ απαηηείηαη γηα λα θηάζεη ε κεηαβιεηή ηνπ ειέγρνπ ζηα φξηα ηεο πζηέξεζεο. Μεηαβάιινληαη, ινηπφλ, νη ζπρλφηεηεο πνπ εκθαλίδνληαη ζηελ παικνδφηεζε ησλ MOSFET. Λφγσ ηεο κε γξακκηθήο ζπκπεξηθνξάο ηνπ κεηαηξνπέα boost, θαίλεηαη φηη ε κέγηζηε ζπρλφηεηα δε κεηαβάιιεηαη ηδηαίηεξα, ζε αληίζεζε κε ηελ ειάρηζηε ζπρλφηεηα πνπ είλαη αξθεηά πην κηθξή. 66

75 Κεθάιαην 5 ν ρήκα 5.29 : Σν θάζκα ζπρλνηήησλ ηνπ πελίνπ Πξνζνκνίσζε γηα ηάζε εμφδνπ 207V rms Γηα ηελ ειάρηζηε ηηκή ηεο ηάζεο δηθηχνπ, έρνπκε ζηελ έμνδν ηνπ κεηαηξνπέα ηηο παξαθάησ θπκαηνκνξθέο γηα ην ξεχκα θαη ηελ ηάζε. Σν ξεχκα ζε απηή ηελ πεξίπησζε έρεη κεγαιχηεξε rms ηηκή (1,2A) ζε ζρέζε κε ηηο πξνεγνχκελεο πεξηπηψζεηο. Ζ ελεξγφο ηηκή ηεο ηάζεο κεηξήζεθε ίζε κε 210,4V. ρήκα 5.30 : Σν ξεύκα θαη ε ηάζε εμόδνπ ηνπ αληηζηξνθέα 67

76 Κεθάιαην 5 ν ην επφκελν ζρήκα παξνπζηάδνληαη θαη νη ηάζεηο ζηνπο ππθλσηέο, νη νπνίεο πιένλ παξνπζηάδνπλ κέγηζην ζεκείν κε κηθξφηεξε ηηκή. ρήκα 5.31 : Οη ηάζεηο ζηνπο ππθλσηέο ην ζρήκα 5.32, απεηθνλίδνληαη ηα ξεχκαηα ησλ πελίσλ πνπ έρνπλ κεγαιχηεξε ηηκέο απφ ηα αληίζηνηρα κεγέζε ζηηο πξνεγνχκελεο πεξηπηψζεηο. ρήκα 5.32 : Ρεύκαηα ζηα πελία 68

77 Κεθάιαην 5 ν Ζ FFT αλάιπζε πνπ έγηλε γηα ην ξεχκα εμφδνπ, έδσζε ηα απνηειέζκαηα πνπ θαίλνληαη ζην παξαθάησ ζρήκα. Καη ζηελ πεξίπησζε απηή ε ηηκή ηνπ THD είλαη αξθεηά ρακειή (0,84%). ρήκα 5.33 : Σν αξκνληθό πεξηερόκελν ηεο εμόδνπ Οη ζπρλφηεηεο ιεηηνπξγίαο, ηηο νπνίεο εμάγνπκε κέζσ FFT αλάιπζεο ζην ξεχκα ηνπ πελίνπ, βξίζθνληαη ζε έλα ζηελφηεξν θάζκα, θαζψο νη ηάζεηο ζηνπο ππθλσηέο απφ ηηο νπνίεο θαη εμαξηψληαη, θηλνχληαη επίζεο ζε κηθξφηεξν εχξνο ηηκψλ. ρήκα 5.34 : Σν θάζκα ζπρλνηήησλ ηνπ πελίνπ 69

78 70

79 Κεθάιαην 6 ν ΚΔΦΑΛΑΗΟ 6 ΤΛΟΠΟΗΖΖ ΣΟΤ ΜΔΣΑΣΡΟΠΔΑ 6.1 ΓΔΝΗΚΑ Ζ θαηαζθεπή ηνπ κεηαηξνπέα πξαγκαηνπνηήζεθε ζην Δξγαζηήξην Ζιεθηξνκεραληθήο Μεηαηξνπήο Δλέξγεηαο ηνπ Σκήκαηνο Ζιεθηξνιφγσλ Μεραληθψλ θαη Σερλνινγίαο Τπνινγηζηψλ. Ζ θαηαζθεπή ή ε επηινγή ησλ δηαθφξσλ ζηνηρείσλ ηεο δηάηαμεο έγηλε κε βάζε ηηο παξακέηξνπο πνπ νξίζηεθαλ ζηε ζεσξεηηθή αλάιπζε, δειαδή γηα νλνκαζηηθή ηζρχ 250W, ηάζε εηζφδνπ 180V θαη ηάζε εμφδνπ κε ελεξγφ ηηκή 230V (±10%), θαη ηα απνηειέζκαηα ησλ πξνζνκνηψζεσλ. Ο ζρεδηαζκφο ησλ πιαθεηψλ έγηλε κε ην πξφγξακκα Kicad. Καηαζθεπάζηεθαλ ζπλνιηθά ηξεηο πιαθέηεο: ε πιαθέηα πνπ πεξηιακβάλεη ην θχθισκα ηζρχνο, ηα κεηξεηηθά θαη ην θχθισκα παικνδφηεζεο ε πιαθέηα ηνπ θπθιψκαηνο ειέγρνπ θαη ε πιαθέηα ηξνθνδνζίαο ην θεθάιαην απηφ ζα γίλεη αλαιπηηθή πεξηγξαθή ηεο δηαδηθαζίαο πινπνίεζεο ηνπ αληηζηξνθέα θαη επηινγήο ησλ ηηκψλ ησλ ζηνηρείσλ. 6.2 ΚΤΚΛΩΜΑ ΗΥΤΟ Σν θχθισκα ηζρχνο απνηειείηαη απφ ηνλ ππθλσηή εηζφδνπ, ηα δχν πελία ζηελ είζνδν ηνπ κεηαηξνπέα boost, ηα ηέζζεξα ηξαλδίζηνξ, ηνπο δχν ππθλσηέο εμφδνπ θαη ηα δχν πελία ηνπ θίιηξνπ ζηε ζχλδεζε κε ην δίθηπν Ππθλσηήο εηζφδνπ Με βάζε ηα απνηειέζκαηα ησλ πξνζνκνηψζεσλ ην ξεχκα εηζφδνπ ηνπ κεηαηξνπέα είλαη ζπλερέο, αιιά φρη ζηαζεξφ. πγθεθξηκέλα, ε θπκαηνκνξθή ηνπ είλαη πεξηνδηθή, κε ζπρλφηεηα δηπιάζηα ηεο ζπρλφηεηαο δηθηχνπ (100Hz). Απφ ηελ άιιε, ε ηάζε εηζφδνπ είλαη ζηαζεξή, κε απνηέιεζκα ε ηζρχο εηζφδνπ ηνπ θπθιψκαηνο λα θάλεη κία ηαιάλησζε κε ζπρλφηεηα 100Hz. Ζ κέγηζηε ηζρχο πνπ κπνξεί λα παξάμεη έλα ΦΒ πιαίζην εμαξηάηαη απφ ηελ πξνζπίπηνπζα ειηαθή αθηηλνβνιία θαη ηε ζεξκνθξαζία ηνπ πεξηβάιινληνο, νη νπνίεο κεηαβάιινληαη πνιχ αξγά ζε ζρέζε κε ηε ζπρλφηεηα ηεο δεηνχκελεο απφ απηφ ηζρχνο. Έηζη, 71

80 Κεθάιαην 6 ν κπνξνχκε λα ζεσξήζνπκε φηη ην ζεκείν κέγηζηεο ηζρχνο δε κεηαβάιιεηαη γηα ζπγθεθξηκέλν ρξνληθφ δηάζηεκα. Απηφ ζπλεπάγεηαη φηη δεδνκέλεο ηεο κνξθήο ηνπ ξεχκαηνο θαη ηεο ηάζεο εηζφδνπ ηνπ κεηαηξνπέα, ην ΦΒ πιαίζην δε ιεηηνπξγεί ζην ζεκείν κέγηζηεο ηζρχνο. Γηα ην ιφγν απηφ, ηνπνζεηείηαη παξάιιεια ζηελ είζνδν ηνπ κεηαηξνπέα έλαο ειεθηξνιπηηθφο ππθλσηήο αινπκηλίνπ κεγάιεο ρσξεηηθφηεηαο. Ο ππθλσηήο απηφο, απνζεθεχεη θαη απνδίδεη ελέξγεηα, κε ηέηνην ηξφπν, ψζηε ην ΦΒ πιαίζην λα ιεηηνπξγεί ζην ζεκείν κέγηζηεο ηζρχνο. Δπηιέρζεθε ππθλσηήο ρσξεηηθφηεηαο 560κF θαη κέγηζηε ηάζε 400V MOSFET Ηζρχνο Όπσο αλαθέξζεθε, πξνηηκήζεθαλ MOSFET ηζρχνο σο εκηαγσγηθά ζηνηρεία ηεο δηάηαμεο, ιφγσ ηεο δπλαηφηεηάο ηνπο λα ιεηηνπξγνχλ ζε κεγάιε δηαθνπηηθή ζπρλφηεηα θαη ζε ζπλδπαζκφ κε ηε ζρεηηθά κηθξή ηζρχ ηνπ κεηαηξνπέα. Ζ επηινγή ησλ MOSFET έγηλε έηζη ψζηε απηά λα ηθαλνπνηνχλ ζπγθεθξηκέλα θξηηήξηα. Αξρηθά, πξέπεη λα αληέρνπλ ηε κέγηζηε ελεξγφ ηηκή ηνπ ξεχκαηνο πνπ αλακέλεηαη λα δηέιζεη απφ απηά, ην νπνίν είλαη ίζν κε 1,892Α γηα ην θάησ θαη 1A γηα ην πάλσ ηξαλδίζηνξ, θαζψο θαη ηε κέγηζηε ηάζε πνπ ζα εκθαληζηεί κεηαμχ drain θαη source, πνπ είλαη ίζε κε 558,9V. Δπηπιένλ, ε αληηπαξάιιειε δίνδνο πνπ έρνπλ πξέπεη λα αληέρεη ην κέγηζην κέζν ξεχκα πνπ αλακέλεηαη λα δηέιζεη απφ απηή (0,266Α γηα ην θάησ ηξαλδίζηνξ θαη 0,565Α γηα ην πάλσ). Δίλαη ζεκαληηθφ, επίζεο, λα αληέρνπλ ηε κέγηζηε αλακελφκελε ηηκή ζηηγκηαίνπ ξεχκαηνο, δειαδή 5,63A, θαη θαηά ηελ νξζή αγσγή θαη φηαλ άγεη ε δίνδνο. Σέινο, νη ρξφλνη έλαπζεο θαη ζβέζεο δελ πξέπεη λα είλαη κεγάινη, θαζψο ζέινπκε λα ιεηηνπξγήζνπκε ζε κεγάιε ζπρλφηεηα. Σν MOSFET πνπ επηιέρζεθε ήηαλ ην IPW60R190C6 ηεο Infineon (ζρήκα 6.1). Σν ηξαλδίζηνξ αληέρεη ηάζε κεηαμχ drain θαη source κέρξη 650V, ξεχκα κε ελεξγφ ηηκή κέρξη 20.2A (γηα ζεξκνθξαζία 25 ) θαη παικηθφ ξεχκα κέρξη 59A (ζε νξζή αγσγή θαη αγσγή αληηπαξάιιειεο δηφδνπ). Δπηπιένλ, έρεη ρακεινχο ρξφλνπο έλαπζεο θαη ζβέζεο, ελψ ε πηψζε ηάζεο αγσγήο είλαη κηθξή. ρήκα 6.1 : Σν IPW60R190C6 72

81 Κεθάιαην 6 ν Απαγσγείο ζεξκφηεηαο ζηα εκηαγσγηθά ζηνηρεία εκαληηθή γηα ηελ θαιή ιεηηνπξγία ελφο κεηαηξνπέα είλαη ε αληηκεηψπηζε ησλ ζεξκηθψλ πξνβιεκάησλ πνπ κπνξεί λα πξνθχςνπλ ζηα εκηαγσγηθά ζηνηρεία. Κάζε εκηαγσγηθφ ζηνηρείν έρεη έλα ζεσξεηηθφ αλψηαην φξην εζσηεξηθήο ζεξκνθξαζίαο, ηε ιεγφκελε εζσηεξηθή ζεξκνθξαζία, πέξα απφ ηελ νπνία ην ζηνηρείν ράλεη ηηο αλνξζσηηθέο ηνπ ηδηφηεηεο [20]. Δπηπιένλ, νη απψιεηεο, νη νπνίεο απμάλνληαη κε ηελ αχμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο, είλαη αξθεηά κεγάιεο θαη ζε ζεξκνθξαζίεο κηθξφηεξεο ηνπ νξίνπ. Δίλαη απαξαίηεηε ινηπφλ ε ρξήζε ελφο απαγσγέα ζεξκφηεηαο, ν νπνίνο ζα κεηαθέξεη ηε ζεξκφηεηα απφ ην ζηνηρείν ζην πεξηβάιινλ. Δθηφο απφ ηε ζεξκνθξαζία ησλ εκηαγσγηθψλ ζηνηρείσλ, ζεκαληηθφ ξφιν ζηε ζεξκηθή κειέηε παίδεη ε ζεξκνθξαζία ηνπ πεξηβάιινληνο, ε έθζεζε ηεο δηάηαμεο ζηνλ ήιην, ελψ παξάγνληεο φπσο ην βάξνο, ην κέγεζνο θαη ε ηνπνζέηεζή ηεο ζην ρψξν είλαη θαζνξηζηηθνί γηα ηελ θαηαζθεπή. Όηαλ δχν ζεκεία ελφο πιηθνχ έρνπλ δηαθνξεηηθή ζεξκνθξαζία κεηαθέξεηαη ηζρχο απφ ην πην ζεξκφ ζην πην ςπρξφ ζεκείν. Ζ ηζρχο απηή είλαη ίζε κε [20]: P = ΔΤ, κε R R θ,cond = d (6.1) θ,cond λ Α φπνπ ΓΣ ε δηαθνξά ζεξκνθξαζίαο, R ζ,cond ε ζεξκηθή αληίζηαζε ηνπ ζηνηρείνπ, ι ε ζεξκηθή ηνπ αγσγηκφηεηα, d ε απφζηαζε ησλ δχν ζεκείσλ θαη A ε δηαηνκή ηνπ πιηθνχ. Ζ ιεηηνπξγία ηνπ ςπθηηθνχ βαζίδεηαη ζην θαηλφκελν απηφ. Έηζη, ηα ςπθηηθά πέξα απφ ην φηη θαηαζθεπάδνληαη απφ πιηθφ κε πςειή ζεξκηθή αγσγηκφηεηα, έρνπλ πηπρέο ψζηε λα απμάλεηαη ε επηθάλεηα κεηαθνξάο, ρσξίο λα απμάλεηαη ν φγθνο. Οη απψιεηεο ζε έλα δηαθνπηηθφ ζηνηρείν είλαη δχν εηδψλ, απψιεηεο αγσγήο θαη δηαθνπηηθέο 2 απψιεηεο. Οη απψιεηεο αγσγήο δίλνληαη, απφ ηνλ ηχπν P tr (on ) = I RMS R DS(on ) ζηελ πεξίπησζε ηεο νξζήο αγσγήο, ελψ φηαλ άγεη ε αληηπαξάιιειε δίνδνο απφ ηνλ ηχπν P d(on ) = V d I mean,κε I rms ηελ ελεξγφ ηηκή ηνπ ξεχκαηνο ζεηηθήο θνξάο, R DS(on) ηελ αληίζηαζε αγσγήο, V d ηελ πηψζε ηάζεο ηεο δηφδνπ ζηελ αγσγή θαη I mean ην κέζν ξεχκα πνπ δηαξξέεη ηε δίνδν. Οη δηαθνπηηθέο απψιεηεο εμαξηψληαη απφ ην ξεχκα θαηά ηελ αγσγή, ηελ ηάζε V DS ζην ζηνηρείν φηαλ απηφ δελ άγεη, ηε δηαθνπηηθή ζπρλφηεηα θαη ηνπο ρξφλνπο έλαπζεο θαη ζβέζεο. Καζψο ζηνλ ππφ κειέηε κεηαηξνπέα, ηα κεγέζε απηά πιελ ησλ ρξφλσλ είλαη κεηαβιεηά, νη 73

82 Κεθάιαην 6 ν απψιεηεο ππνινγίζζεθαλ κέζσ ηεο matlab function ηνπ simulink, πξνζζέηνληαο ζε θάζε έλαπζε θαη ζβέζε ηελ ελέξγεηα πνπ ράλεηαη θαη ε νπνία είλαη ίζε κε W = 1 2 V M I M (t on + t off ) (6.2) κε V M ηελ ηάζε ζηελ φηαλ ην ζηνηρείν δελ άγεη, I M ην ξεχκα αγσγήο θαη t on, t off ηνπο ρξφλνπο έλαπζεο θαη ζβέζεο αληίζηνηρα. ηε ζπλέρεηα, ππνινγίδεηαη ε ηζρχο δηαηξψληαο κε ην ρξφλν ζηνλ νπνίν θαηαλαιψζεθε ε ελέξγεηα. Ο ηχπνο απηφο ρξεζηκνπνηήζεθε πξνζεγγηζηηθά θαη γηα ηελ πεξίπησζε πνπ άγεη ε δίνδνο. Πξέπεη λα επηζεκαλζεί φηη νη απψιεηεο είλαη δηαθνξεηηθέο γηα ηα δχν ηξαλδίζηνξ ηνπ θάζε επηκέξνπο κεηαηξνπέσλ boost, επνκέλσο απαηηείηαη μερσξηζηφο ππνινγηζκφο γηα ηηο δχν πεξηπηψζεηο. Απφ ηελ άιιε, ιφγσ ηεο ζπκκεηξίαο ζηε ιεηηνπξγία ησλ δχν αλπςσηψλ ηάζεο, νη απψιεηεο ζηα δχν θάησ ηξαλδίζηνξ είλαη ίδηεο, ην ίδην θαη ζηα δχν πάλσ. Μεηά απφ δνθηκέο ζε δηαθνξεηηθέο ηάζεηο εμφδνπ, ρεηξφηεξε πεξίπησζε πξνέθπςε γηα ηάζε εμφδνπ 207 V rms, φπνπ ην ξεχκα είλαη κεγαιχηεξν θαη επεξεάδεη ελ ηέιεη πεξηζζφηεξν ηηο απψιεηεο απφ ηελ ηάζε ηνπ ππθλσηή (ε νπνία θηάλεη ζε κεγαιχηεξεο ηηκέο γηα ηάζε εμφδνπ 253V). Με δεδνκέλν απφ ηα θπιιάδηα ηνπ θαηαζθεπαζηή ησλ MOSFET φηη t s(on) = t r =11ns θαη t s(off) = t f =9ns θαη V d =0.9V θαη βξίζθνληαο θάζε θνξά ηα I mean θαη I RMS κε ηα αληίζηνηρα block ηνπ simulink θαη εθαξκφδνληαο ηνπο πξνεγνχκελνπο ηχπνπο βξέζεθε φηη ζηε ρεηξφηεξε πεξίπησζε νη απψιεηεο είλαη ίζεο κε 2,22W γηα ην θαζέλα απφ ηα θάησ ηξαλδίζηνξ θαη 1,45W γηα θαζέλα απφ ηα πάλσ. Γηα έλα εκηαγσγηθφ ζηνηρείν ελφο κεηαηξνπέα πξνθχπηεη απφ ηνλ ηχπν γηα ηε κεηαθνξά ηεο ζεξκφηεηαο [21] : T j = T α + P loss (R θjc + R θcs + R θsa ) (6.3) κε - T j, ηε κέγηζηε ζεξκνθξαζία ζηελ επαθή, ζπλήζσο ιακβάλεηαη ίζε κε 120 C - Σ α, ηε ζεξκνθξαζία ηνπ πεξηβάιινληνο - P loss, ηηο απψιεηεο ζηνλ εκηαγσγφ - R ζjc, ηε ζεξκηθή αληίζηαζε κεηαμχ επαθήο θαη πεξηβιήκαηνο ηνπ ζηνηρείνπ - R ζcs, ηε ζεξκηθή αληίζηαζε κεηαμχ πεξηβιήκαηνο θαη απαγσγέα - R ζsa, ηε ζεξκηθή αληίζηαζε κεηαμχ απαγσγέα θαη πεξηβάιινληνο 74

83 Κεθάιαην 6 ν Απφ ην θπιιάδην ηνπ ηξαλδίζηνξ έρνπκε φηη R ζjc =3,7 C/W, ελψ ην παθέην TO-247 έρεη R ζc =0,24 C. Αλ επηιέμνπκε μερσξηζηφ ςπθηηθφ γηα θάζε ηξαλδίζηνξ, γηα T j =120 C θαη T a =40 C πξνθχπηεη απαηηνχκελε ζεξκηθή αληίζηαζε απαγσγέα ίζε κε 32,1 C/W γηα ηα θάησ ηξαλδίζηνξ θαη 51,23 C/W γηα ηα πάλσ ηξαλδίζηνξ. Δπηιέμακε ςπθηηθφ κε ζεξκηθή αληίζηαζε R ζsa =6,8 C/W (ζρήκα 6.2) ρήκα 6.2 : Σν ςπθηηθό πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε Ππθλσηέο εμφδνπ Οη ππθλσηέο εμφδνπ, κε βάζε θαη ηηο πξνζνκνηψζεηο, έρνπλ ρσξεηηθφηεηα ίζε κε 8κF θαη πξέπεη λα αληέρνπλ ηάζε 558,9V, πνπ είλαη ε κέγηζηε ηάζε πνπ ζα εκθαληζηεί ζηα άθξα ηνπο. Ο ππθλσηήο πνπ επηιέρζεθε είλαη ν MKP K2 ηεο Vishay (ζρήκα 6.3), ν νπνίνο αληέρεη ηάζε κέρξη θαη 700V. ρήκα 6.3 : Ο ππθλσηήο εμόδνπ ρεδηαζκφο θαη θαηαζθεπή ησλ πελίσλ i) Πηνία ςτίζςσνος πεύμαηορ Σν πελίν είλαη έλα απαξαίηεην ζηνηρείν γηα ηε ιεηηνπξγία ελφο αλπςσηή ηάζεο dc-dc. Ζ ηηκή ηεο επαγσγήο επεξεάδεη ηνπο ρξφλνπο αχμεζεο θαη κείσζεο ηνπ ξεχκαηνο πνπ δηαξξέεη 75

84 Κεθάιαην 6 ν ην πελίν, θαζνξίδνληαο έηζη ηελ πεξηνρή ιεηηνπξγίαο ηνπ κεηαηξνπέα, CCM ή DCM, θαη ηελ θπκάησζε ηνπ ξεχκαηνο πελίνπ. Ο κεηαηξνπέαο πνπ κειεηάκε, φπσο πξναλαθέξζεθε, απνηειείηαη απφ δπν επηκέξνπο κεηαηξνπείο boost dc-dc, ζηνπο νπνίνπο εθαξκφδεηαη ν ίδηνο έιεγρνο κε δηαθνξά 180 γηα ηνλ έλα ζε ζρέζε κε ηνλ άιιν. Γίλεηαη, ινηπφλ, θαηαλνεηφ φηη ηα πελία πξέπεη λα έρνπλ ηελ ίδηα επαγσγή. Ζ ζρεδίαζε ελφο πελίνπ είλαη κηα δηαδηθαζία πνπ πέξα απφ ηελ ηηκή ηεο επαγσγήο, ιακβάλεη ππ φςηλ ηε ζπρλφηεηα ηνπ ξεχκαηνο πνπ αλακέλεηαη λα ην δηαξξεχζεη, ηε κέγηζηε θαη ελεξγφ ηηκή ηνπ ξεχκαηνο απηνχ, ηε κέγηζηε καγλεηηθή ξνή ηνπ ππξήλα θαζψο θαη ηελ ηνπνινγία γηα ηελ νπνία ζρεδηάδεηαη ην πελίν. Όια ηα παξαπάλσ πξέπεη λα είλαη γλσζηά γηα λα μεθηλήζεη ν ππνινγηζκφο ηεο επαγσγήο. ην ζρήκα 6.4, ζεκεηψλνληαη θάπνηα κεγέζε ρξήζηκα γηα ηε δηαδηθαζία ζρεδίαζεο ησλ πελίσλ, ε νπνία ζα πεξηγξαθεί ζηε ζπλέρεηα [22]. ρήκα 6.4 : Ππξήλαο ηύπνπ ΔΔ θαη ρξήζηκα κεγέζε Πξψην βήκα είλαη ε εχξεζε ηνπ θαηάιιεινπ ππξήλα. Αξρηθά, βξίζθνπκε ην πιηθφ απφ ην φπνην πξέπεη λα είλαη θαηαζθεπαζκέλνο. Σα βαζηθά πιηθά θαηαζθεπήο ησλ ππξήλσλ ζηα πελία θαη ηνπο κεηαζρεκαηηζηέο είλαη δχν [21]: Σα θξάκαηα ζηδήξνπ, κε κηθξφ πνζνζηφ πξνζκίμεσλ απφ άιια πιηθά, φπσο ην ππξίηην. Οη θεξξίηεο. Σα θξάκαηα ζηδήξνπ έρνπλ πςειή ειεθηξηθή αγσγηκφηεηα, άξα θαη πςειφ ζπληειεζηή δηλνξεπκάησλ. Απηφ έρεη ζαλ ζπλέπεηα κεγάιεο απψιεηεο δηλνξεπκάησλ ζε πςειέο 76

85 Κεθάιαην 6 ν ζπρλφηεηεο. Έηζη, ε ρξήζε ηέηνηνπ είδνπο ππξήλσλ πεξηνξίδεηαη γηα ζπρλφηεηεο σο 1kHz θαη εηδηθφηεξα γηα ηε ζπρλφηεηα δηθηχνπ, ελψ γηα πςειέο ζπρλφηεηεο πξνηηκνχληαη νη θεξξίηεο φπνπ νη απψιεηεο δηλνξεπκάησλ είλαη ζεκαληηθά κηθξφηεξεο. ην ζπγθεθξηκέλν αληηζηξνθέα νη ζπρλφηεηεο θπκαίλνληαη απφ 8.5 σο 65kHz πεξίπνπ, επνκέλσο ζα ρξεζηκνπνηεζεί πξνθαλψο ππξήλαο θεξξίηε ηεο θαηεγνξίαο Ν27 θαη ηχπνπ EE. ηε ζπλέρεηα πξέπεη λα βξνχκε ην κέγεζνο ηνπ ππξήλα. Απηφ πεηπραίλεηαη ππνινγίδνληαο ην απαηηνχκελν Area Product (AP), έλα κέγεζνο πνπ είλαη ραξαθηεξηζηηθφ θάζε ππξήλα θαη είλαη ίζν κε AP=A w *A e. Ο ηχπνο πνπ δίλεη ην απαηηνχκελν AP εμαξηάηαη απφ ην αλ ε κέγηζηε καγλεηηθή επαγσγή πεξηνξίδεηαη απφ ηε καγλεηηθή επαγσγή θφξνπ ή απφ ηηο απψιεηεο ππξήλα. ηελ πξψηε ππνινγίδεηαη απφ ηνλ ηχπν [22] AP = L I pk I FL K B max cm 4 (6.4) θαη ζηε δεχηεξε απφ ηνλ ηχπν AP = L ΔI m I FL K 1.34 k H f + k E f cm 4 (6.5) κε L ηελ ηηκή ηεο επαγσγήο, I pk ην κέγηζην ξεχκα πνπ αλακέλεηαη λα δηαξξεχζεη ην πελίν I FL ην RMS ξεχκα ηνπ πελίνπ, Κ ην ζπληειεζηήο πιήξσζεο πνπ εμαξηάηαη απφ ηελ ηνπνινγία, B max ε κέγηζηε καγλεηηθή επαγσγή, ΓI m ε θπκάησζε ηνπ ξεχκαηνο ηνπ πελίνπ, f ε δηαθνπηηθή ζπρλφηεηα θαη k H, k E φη ζπληειεζηέο πζηέξεζεο θαη δηλνξεπκάησλ αληίζηνηρα πνπ είλαη ίζνη κε k H =4*10-5 θαη k E =4* Αλ δελ είλαη γλσζηή ε παξάκεηξνο πνπ πεξηνξίδεη ηε καγλεηηθή επαγσγή ηφηε, ππνινγίδνπκε θαη γηα ηηο δχν πεξηπηψζεηο ην AP θαη ζεσξνχκε σο απαηηνχκελν, ην κεγαιχηεξν απφ ηα δχν [22]. Γηα ηνλ αληηζηξνθέα ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο, ινηπφλ, ηα αλακελφκελα κεγέζε γηα ηα πελία πςίζπρλνπ ξεχκαηνο είλαη L=1,5mH, I pk =5,63A, I FL(max) =2,7A, K=0,7 εθφζνλ ζηελ νπζία κηιάκε γηα πελία κεηαηξνπέσλ boost, B max γηα αζθάιεηα φζν ην 90% ηεο κέγηζηεο καγλεηηθήο επαγσγήο ηνπ πιηθνχ ηνπ ππξήλα δειαδή B max =0,9*0,32=0,28T, ΓI m(max) =1,27A θαη f max =65kHz. Απφ απηά πξνθχπηεη δεηνχκελν AP ίζν κε 2,9613cm 4 ή 29613mm 4 γηα πεξίπησζε πεξηνξηζκνχ απφ θφξν θαη 1,0508cm 4 ή 10508mm 4 γηα πεξίπησζε πεξηνξηζκνχ απφ απψιεηεο. Σν δεηνχκελν AP είλαη,θαηά ζπλέπεηα, 29613mm 4. 77

86 Κεθάιαην 6 ν Ζ δηαδηθαζία ζπλερίδεηαη επηιέγνληαο απφ ηνπο ππξήλεο πνπ έρνπλ AP κεγαιχηεξν ηνπ δεηνπκέλνπ, απηφλ πνπ έρεη AP πην θνληά ζην απαηηνχκελν, δειαδή ην κηθξφηεξν. ηελ πεξίπησζή καο είλαη ν Δ42. Όκσο, δελ είλαη απαξαίηεηα ε ηειηθή επηινγή. Απηφ γηαηί πξέπεη λα ππνινγίζνπκε ηνλ αξηζκφ ησλ ζπεηξψλ ηνπ πελίνπ, πνπ δίλεηαη απφ ηελ εμίζσζε N = L I peak B SAT A e (6.6) Όπσο θαίλεηαη ν αξηζκφο ησλ ζπεηξψλ εμαξηψληαη, ζε φηη έρεη λα θάλεη κε ηνλ ππξήλα, κφλν απφ ηελ ελεξγφ επηθάλεηα. Τπάξρεη ε πεξίπησζε ε ζπλνιηθή επηθάλεηα πνπ θαηαιακβάλνπλ νη ζπείξεο λα είλαη κεγαιχηεξε απφ ηελ επηθάλεηα παξαζχξνπ ηνπ αληίζηνηρνπ ππξήλα, θάηη πνπ πξέπεη λα ειεγζεί. Με ηνλ εκπεηξηθφ θαλφλα πνπ ιέεη φηη απφ αγσγφ δηαηνκήο 1mm 2 κπνξεί λα δηέιζεη ξεχκα 5A επηιέγνπκε ηελ απαξαίηεηε δηαηνκή ηεο ζπείξαο. Γηα ηα πελία ηνπ κεηαηξνπέα κε RMS ξεχκα 2,7A ζέινπκε ζπείξα δηαηνκήο A=0,54mm 2. Ζ ζπείξα φκσο δε ζα είλαη απαξαίηεηα απφ έλαλ θιψλν. Απηφ γηαηί ζέινπκε λα απνθχγνπκε ην επηδεξκηθφ θαηλφκελν, θαηά ην νπνίν ε ην ξεχκα πςειήο ζπρλφηεηαο πνπ ξέεη ηνλ αγσγφ, δηέξρεηαη θπξίσο κέζσ ηεο επηθάλεηαο ηνπ, απμάλνληαο ηελ αληίζηαζε ζην εζσηεξηθφ ηνπ. Τπνινγίδνληαο ην επηδεξκηθφ βάζνο απφ ηνλ ηχπν δ = ρ πfμ, κε ξ εηδηθή αληίζηαζε ραιθνχ ίζε κε 1,7*10-8, f ηε κέγηζηε δηαθνπηηθή ζπρλφηεηα θαη κ ηε καγλεηηθή δηαπεξαηφηεηα ηνπ ραιθνχ, πεξίπνπ ίζε κε απηή ηνπ θελνχ, δειαδή 4π*10-7, βξίζθνπκε θαη ηε δηάκεηξν θιψλνπ πνπ ζέινπκε. ηελ πεξίπησζή καο δ=0,257mm άξα ζέινπκε θιψλν κε δηάκεηξν κηθξφηεξε ηνπ 2δ=0,514mm. Δπηιέμακε θιψλν δηακέηξνπ 0,5mm δειαδή δηαηνκήο A cu =0,196mm 2. Γηαηξψληαο A A cu = 2.76 (6.7) πξνθχπηνπλ 3 απαηηνχκελνη θιψλνη. Άξα, θάζε ζπείξα ζα έρεη ηειηθά δηαηνκή ίζε κε θαη ε επηθάλεηα πνπ θαιχπηνπλ φιεο νη ζπείξεο ζα είλαη A new = 3 A cu = 0.588mm 2 (6.8) A tot = N A new (6.9) Ζ επηθάλεηα απηή πξέπεη ζεσξεηηθά λα είλαη πεξίπνπ ζην 30-40% ηεο επηθάλεηαο παξαζχξνπ ηνπ ππξήλα, θαζψο γηα κεγαιχηεξν πνζνζηφ ππάξρεη ελδερφκελν ζηελ πξάμε λα 78

87 Κεθάιαην 6 ν κε ρσξέζεη ζην ζπγθεθξηκέλν ππξήλα. Αλ ππεξβαίλεηαη απηφ ην φξην, επηιέγνπκε ηνλ ακέζσο κεγαιχηεξν ππξήλα, θάλνληαο πάιη ηνλ ίδην έιεγρν. Γηα ηα πελία ηνπ ππφ κειέηε αληηζηξνθέα, θαηάιιεινο απφ ηνπο ππξήλεο πνπ ήηαλ δηαζέζηκνη ζην εξγαζηήξην ήηαλ ν Δ55/28/21. Γηα ην ζπγθεθξηκέλν ππξήλα, νη ζπείξεο ηνπ πελίνπ πνπ ππνινγίζζεθαλ κε ηνλ αληίζηνηρν ηχπν ήηαλ 86. Σειηθφ ζηάδην είλαη ν ππνινγηζκφο ηνπ θαηάιιεινπ δηαθέλνπ ηνπ πελίνπ, ην νπνίν δίλεηαη απφ ηε ζρέζε g = μ 0 Ν Ι peak 2 B sat (6.10) απ φπνπ βγαίλεη γηα ηα πελία ηνπ κεηαηξνπέα g=1.08mm 1.1mm. Ζ αθξηβήο επαγσγή πνπ κεηξήζεθε ζηα πελία κεηά ηελ θαηαζθεπή ηνπο ήηαλ 1,584mH γηα ην έλα θαη 1,562mH γηα ην δεχηεξν ii) Πηνία σαμηλόζςσνος πεύμαηορ Γηαδηθαζία ίδηα κε ηα θίιηξα πςίζπρλνπ ξεχκαηνο αθνινπζήζεθε θαη γηα ηα πελία ζηελ έμνδν ηνπ κεηαηξνπέα. ηα πελία απηά βέβαηα, γηα ηελ εχξεζε ηνπ AP πνπ απαηηείηαη εθαξκφζηεθε κφλν ν πξψηνο ηχπνο πνπ αθνξά πεξηνξηζκφ απφ θφξν, θαζψο ν δεχηεξνο ηζρχεη γηα πελία ζηα νπνία ε θπκάησζε ηνπ ξεχκαηνο είλαη κεγάιε, αληίζεηα κε ηα πελία ησλ θίιηξσλ, φπνπ είλαη πνιχ κηθξή. Έηζη, έρνληαο απφ ηηο πξνζνκνηψζεηο L=18mH, Η peak =1,7A, I FL(max) =1,2A θαη K=0,7 βξίζθνπκε AP =4140mm 2. Ο ππξήλαο πνπ επηιέρζεθε κέζσ ηεο δηαδηθαζίαο πνπ πεξηγξάθεθε ζηελ πξνεγνχκελε ππνελφηεηα είλαη ν Δ55/28/21, ζηνλ νπνίν αληηζηνηρνχλ 344 ζπείξεο. Πξέπεη λα αλαθέξνπκε φηη ζηα ζπγθεθξηκέλα πελία δε καο ελδηαθέξεη ην επηδεξκηθφ θαηλφκελν, θαζψο ην ξεχκα πνπ ηα δηαξξέεη έρεη ηε ζπρλφηεηα δηθηχνπ (ην πςίζπρλν πεξηερφκελν είλαη κεδακηλφ). Δπνκέλσο, δελ ππάξρεη αλάγθε ρξεζηκνπνίεζεο πνιχθισλνπ αγσγνχ, θαη γηα ηελ πεξηέιημε ηνπ πελίνπ ρξεζηκνπνηήζεθε κνλφθισλνο αγσγφο. Με βάζε ηνλ αληίζηνηρν εκπεηξηθφ θαλφλα, πξνθχπηεη απαηηνχκελε δηαηνκή ίζε κε 0,24mm 2. Δπηιέρζεθε θαιψδην δηακέηξνπ 0,71mm, ην νπνίν έρεη δηαηνκή αξθεηά κεγαιχηεξε απφ ηελ απαηηνχκελε, εμαζθαιίδνληαο θαιή ιεηηνπξγία. Σν αληίζηνηρν δηάθελν πνπ πξνέθπςε απφ ηνπο ππνινγηζκνχο είλαη g=1,3mm. Καηαζθεπάζηεθαλ δχν πελία κε επαγσγή 22,93mH ην έλα θαη 17,94mH ην άιιν. 79

88 Κεθάιαην 6 ν 6.3 ΚΤΚΛΩΜΑΣΑ ΓΖΜΗΟΤΡΓΗΑ ΚΑΗ ΑΠΟΜΟΝΩΖ ΖΜΑΣΩΝ ΜΔΣΡΖΖ ηελ ελφηεηα απηή, αλαθέξνληαη νη ζπλδεζκνινγίεο κε ηηο νπνίεο επηηεχρζεθε ε κέηξεζε ησλ απαξαίηεησλ γηα ηνλ έιεγρν κεγεζψλ. εκαληηθέο παξάκεηξνη γηα ηελ επηινγή θάζε κεζφδνπ κέηξεζεο απνηέιεζαλ ν πεξηνξηζκφο ησλ απσιεηψλ, ε ειεθηξηθή απνκφλσζε ησλ ζεκάησλ κέηξεζεο απφ ην θχθισκα ηζρχνο, θαζψο ζα απνηειέζνπλ ηκήκα ηνπ θπθιψκαηνο ειέγρνπ θαη ε εμαγσγή ζήκαηνο ζπκβαηνχ κε ηηο ηάζεηο πνπ απαηηεί ν έιεγρνο. Όπσο, ζα δνχκε θαη ζε επφκελν θεθάιαην, επεηδή ν έιεγρνο πξαγκαηνπνηείηαη κε αλαινγηθά νινθιεξσκέλα, νη ηάζεηο εηζφδνπ άξα θαη ηα ζήκαηα κέηξεζεο πξέπεη λα θπκαίλνληαη ζην εχξνο -15V σο 15V, ελψ ηα θπθιψκαηα κέηξεζεο πξέπεη λα έρνπλ θνηλφ κεδεληθφ δπλακηθφ κε ην θχθισκα ειέγρνπ Ζ κέηξεζε ησλ ξεπκάησλ επηιέρζεθε λα γίλεη κε ηε ρξήζε LEM (θαη ζπγθεθξηκέλα ηνπ LTS 6-NP) πνπ απνηειεί κηα αμηφπηζηε ιχζε. Έλα κεηξεηηθφ LEM, ζε ζρέζε κε ηε ρξήζε κηαο ελ ζεηξά αληηζηάζεσο ηζρχνο θαη ηειεζηηθψλ εληζρπηψλ γηα ηε ιήςε ζήκαηνο ξεχκαηνο, έρεη κεδακηλέο απψιεηεο, κεηψλεη ηελ πνιππινθφηεηα ηνπ θπθιψκαηνο, ελψ πξνζθέξεη απνκφλσζε απφ ην θχθισκα ηζρχνο. Γηα ηελ κέηξεζε ησλ ηάζεσλ ησλ ππθλσηψλ επηιέρζεθε ε ρξήζε δηαηξέηε ηάζεο, ελψ γηα ηελ ειεθηξηθή απνκφλσζε ηνπ ζήκαηνο κέηξεζεο ρξεζηκνπνηήζεθαλ νπηνδεχθηεο IL-300. Ζ ρξήζε δηαηξέηε ηάζεο-optocoupler απνηειεί κηα πην νηθνλνκηθή ιχζε απφ ηε ρξήζε κεηξεηηθψλ ηάζεο, κε ηηο απψιεηεο λα κελ έρνπλ κεγάιε δηαθνξά. Σέινο, γηα ηε ιήςε αλαθνξάο ηεο ηάζεο δηθηχνπ πνπ είλαη απαξαίηεηε γηα ηελ πινπνίεζε ηνπ ειέγρνπ ρξεζηκνπνηήζεθε έλαο κεηαζρεκαηηζηήο ηάζεο. Όπσο γίλεηαη αληηιεπηφ, κε ηε ρξήζε ηνπ Μ/ εμαζθαιίδνληαη κηθξέο σκηθέο απψιεηεο θαη χπαξμε ειεθηξηθήο απνκφλσζεο. Ο ιφγνο ηνπ Μ/ είλαη 230/5 έηζη ψζηε ην ζήκα κέηξεζεο λα είλαη ζην εχξνο ησλ ηάζεσλ ηνπ θπθιψκαηνο ειέγρνπ (±15V), ελψ ε νλνκαζηηθή ηζρχο ηνπ είλαη 3VA. ηε ζπλέρεηα, δίλνληαη νξηζκέλα ζηνηρεία γηα ην LTS 6-NP θαη γηα ην IL Σν κεηξεηηθφ ξεχκαηνο LTS 6-NP Σν LTS 6-NP (ζρήκα 6.5) είλαη έλα κεηξεηηθφ ξεχκαηνο, ην νπνίν ιεηηνπξγεί κε βάζε ην θαηλφκελν Hall, ραξαθηεξηζηηθφ πνπ ζπλ ηνηο άιινηο πξνζθέξεη ειεθηξηθή απνκφλσζε ηνπ ζήκαηνο κέηξεζεο απφ ην θχθισκα ηζρχνο. Μπνξεί λα κεηξήζεη ξεχκα κε ελεξγφ ηηκή κέρξη 80

89 Κεθάιαην 6 ν θαη 6A θαη ζηηγκηαία ηηκή κέρξη θαη 19,2A. Γέρεηαη ηξνθνδνζία 0-5V, ελψ ε έμνδφο ηνπ είλαη ζήκα ηάζεο ίζν κε (2,5+0,625*Η P /Η PN )V, φπνπ Η ην πξνο κέηξεζε ξεχκα, I P ην πξνο κέηξεζε ξεχκα θαη Η PN κηα ηηκή πνπ θαζνξίδεηαη απφ ηνλ ηξφπν ζχλδεζεο ησλ αθξνδεθηψλ ηνπ κεηξεηηθνχ ηηο ηηκέο 2A, 3A θαη 6A. Σέινο, θαιχπηεη αξθεηά κεγάιν εχξνο ζπρλνηήησλ πνπ θηάλεη ηα 200kHz. ρήκα 6.5 : Σν κεηξεηηθό LTS 6-NP ην κεηαηξνπέα καο, ζέινπκε ην ζήκα κέηξεζεο απφ ηα ξεχκαηα ησλ δχν πελίσλ (πςίζπρλνπ ξεχκαηνο) θαη απφ ην ξεχκα εμφδνπ. ηελ πεξίπησζε ησλ πελίσλ εκθαλίδνληαη ξεχκαηα κε ελεξγφ ηηκή κέρξη θαη 2,7A, κε κέγηζηε ηηκή 5,63A θαη κε ζπρλφηεηεο κέρξη θαη 65kHz. Σν ξεχκα εμφδνπ απφ ηελ άιιε έρεη κέγηζηε ελεξγφ ηηκή πεξίπνπ 1,2A θαη κέγηζηε ηηκή 1,7A, πάληα κε ζπρλφηεηα δηθηχνπ. Υξεζηκνπνηήζακε, ινηπφλ ηξία κεηξεηηθά LTS 6-NP δχν ζπλδεδεκέλα έηζη ψζηε I PN =3A γηα ηα πελία θαη έλα έηζη ψζηε I PN =2A γηα ηελ έμνδν O νπηνδεχθηεο IL-300 Σν νινθιεξσκέλν IL-300 είλαη έλαο γξακκηθφο optocoupler κε κεγάιν εχξνο ζπρλνηήησλ. Ζ ζπλδεζκνινγία κε ηελ νπνία ρξεζηκνπνηείηαη ζπλήζσο ην IL-300 παξνπζηάδεηαη ζην ζρήκα 6.6. ρήκα 6.6 : πλδεζκνινγία ηνπ IL

90 Κεθάιαην 6 ν Δθαξκφδνληαο κηα ηάζε εηζφδνπ V in, πνιψλεηαη νξζά ην LED ζηελ είζνδν θαη δηαξξέεηαη απφ ην ξεχκα I F =Vin/R, κε R ηελ ελ ζεηξά ζπλδεδεκέλε κε ην LED αληίζηαζε. Ζ θσηνδίνδνο κεηαμχ ησλ αθξνδεθηψλ 5 θαη 6 δέρεηαη έλα πνζνζηφ ηεο ξνήο πνπ εθπέκπεη ην LED θαη δηαξξέεηαη απφ έλα ξεχκα I p2 αλάινγν ηνπ Η F. Έηζη, κε ηελ θαηάιιειε αληίζηαζε παίξλνπκε ην ζήκα ηάζεο πνπ επηζπκνχκε. Δπεηδή βέβαηα, ν νπηνδεχθηεο είλαη γξακκηθφο γηα ηηκέο ηνπ I F απφ 5 σο 20 ma, ππάξρεη θαη κηα δεχηεξε θσηνδίνδνο αλάδξαζεο κεηαμχ ησλ αθξνδεθηψλ 3 θαη 4. Ζ θσηνδίνδνο απηή, επίζεο δέρεηαη πνζνζηφ ηεο αθηηλνβνιίαο θαη δηαξξέεηαη απφ αλάινγν ξεχκα I p1, ην νπνίν ρξεζηκνπνηείηαη σο αλάδξαζε απφ ηνλ ηειεζηηθφ εληζρπηή. ηελ νπζία, ινηπφλ, ε θσηνδίνδνο απηή θαη ν ηειεζηηθφο εληζρπηήο ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηε δηεχξπλζε ηεο γξακκηθφηεηαο ηνπ νπηνδεχθηε. ηελ πεξίπησζή καο, ην IL-300 ρξεζηκνπνηήζεθε ψζηε λα ιακβάλεη σο είζνδν ηελ ππνβηβαζκέλε ηάζε ησλ ππθλσηψλ, κέζσ ελφο δηαηξέηε ηάζεο θαη λα δίλεη ζηελ έμνδν ην αληίζηνηρν ζήκα. Γηα ην ιφγν απηφ επηιέρζεθαλ αληηζηάζεηο ηέηνηεο ψζηε έξρεηαη ζηελ είζνδν θαη λα δίλεηαη ζηελ έμνδν ζήκα ίζν κε 5/230*Vc κε Vc ηελ ηάζε ηνπ ππθλσηή. Ο ζπληειεζηήο επηιέρζεθε έηζη ψζηε αθελφο λα είλαη ζην εχξνο ηάζεσλ ηνπ θπθιψκαηνο ειέγρνπ (±15V) αθεηέξνπ λα είλαη ζην ίδην επίπεδν κε ηελ ππνβηβαζκέλε ηάζε δηθηχνπ, γηα ηε δηεπθφιπλζε ησλ πξάμεσλ. Γηα κεγαιχηεξε αθξίβεηα θαη ιφγσ ηνπ φηη ν ιφγνο I p2 /I F δελ είλαη απνιχησο ζηαζεξφο γηα φια ηα νινθιεξσκέλα, ζε ζεηξά κε ηελ αληίζηαζε εμφδνπ R2 ζπλδέζεθε κνλφζηξνθν trimmer. Πξαγκαηνπνηήζεθαλ δχν ζπλδεζκνινγίεο αλάινγεο απηήο ηνπ ζρήκαηνο 6.6 (ρσξίο ρξήζε ηνπ U2 σο buffer), επνκέλσο ρξεζηκνπνηήζεθαλ δχν IL-300, ελψ ρξεζηκνπνηήζεθαλ νη δχν ηειεζηηθνί εληζρπηέο απφ έλα νινθιεξσκέλν LM358, έλαο γηα θάζε ζπλδεζκνινγία, γηα ηελ πξαγκαηνπνίεζε ηεο αλάδξαζεο. ρήκα 6.7 : Σν νινθιεξσκέλν IL ΚΤΚΛΩΜΑ ΔΛΔΓΥΟΤ Ο sliding mode έιεγρνο πνπ απνθαζίζακε λα εθαξκφζνπκε ζην κεηαηξνπέα απαηηεί ηνλ έιεγρν έμη κεηαβιεηψλ, ηξεηο γηα θάζε κεηαηξνπέα,, ηε κέηξεζε έμη κεγεζψλ θαη ηνλ ππνινγηζκφ αλαθνξψλ, θάπνηεο απφ ηηο νπνίεο είλαη κεηαβαιιφκελεο. Με βάζε ηηο 82

91 Κεθάιαην 6 ν απαηηήζεηο απηέο, δε γίλεηαη λα ρξεζηκνπνηήζνπκε έλαλ κηθξνειεγθηή πνπ ζα είλαη απνηειεζκαηηθφο θαη ηαπηφρξνλα νηθνλνκηθφο. Γηα ην ιφγν απηφ, φπσο θαη ζην άξζξν ησλ Caceres θαη Barbi [13], επηιέρζεθε ε πινπνίεζε ηνπ ειέγρνπ ρξεζηκνπνηψληαο ζπλδεζκνινγίεο νινθιεξσκέλσλ αλαινγηθψλ θπθισκάησλ. ηε ζπλέρεηα, γίλεηαη ε πεξηγξαθή ησλ θπθισκάησλ πνπ πινπνηνχλ επηκέξνπο πξάμεηο ηνπ ειέγρνπ θαη αλαθέξνληαη ηα νινθιεξσκέλα πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ Κπθιψκαηα επηηέιεζεο επηκέξνπο πξάμεσλ i) Δημιοςπγία ζθάλμαηορ ηος ςτίζςσνος πεύμαηορ ζηα πηνία Όπσο θαη ζην άξζξν ησλ Barbi θαη Caceres [13], γηα ηνλ έιεγρν ησλ ξεπκάησλ ησλ δχν πελίσλ πςίζπρλνπ ξεχκαηνο, δε ζα ππνινγίζνπκε ηηο αληίζηνηρεο αλαθνξέο, αιιά ζα πξνζπαζήζνπκε λα κεδελίζνπκε ην πςίζπρλν πεξηερφκελν ησλ ξεπκάησλ απηψλ. Γηα λα πεηχρνπκε απηφ αξρηθά ζα εληζρχζνπκε ην πεξηερφκελν απηφ κε ηε ζπλδεζκνινγία πνπ θαίλεηαη ζην ζρήκα 6.8. Όπσο θαίλεηαη ζηε ζεηηθή είζνδν, εθαξκφδεηαη ην ζήκα πνπ έξρεηαη απφ ην κεηξεηηθφ ξεχκαηνο, ελψ ζηελ αξλεηηθή ζπλδέεηαη έλα πςηπεξαηφ θίιηξν. ρήκα 6.8 : Σν θύθισκα ελίζρπζεο ησλ πςειώλ ζπρλνηήησλ Σν θίιηξν απνηειείηαη απφ κηα αληίζηαζε 2.7kΩ θαη έλαλ ππθλσηή 68nF, επνκέλσο έρεη ζπρλφηεηα ζπληνληζκνχ f = 1 2 π R C = 867Hz. Έηζη ην πεξηερφκελν ρακειψλ ζπρλνηήησλ ηνπ ζήκαηνο παξακέλεη ακεηάβιεην ελψ ην πςίζπρλν πεξηερφκελν εληζρχεηαη κε έλα ζπληειεζηή Α = 1 + R 2 R 1 (6.11) 83

92 Κεθάιαην 6 ν Αλ αληί ηεο αληίζηαζεο R 2, ρξεζηκνπνηεζεί πνηελζηφκεηξν σο κεηαβιεηή αληίζηαζε, κπνξνχκε λα κεηαβάιινπκε ην ζπληειεζηή ελίζρπζεο. Αθνχ γίλεη ε ελίζρπζε ζηηο πςειέο ζπρλφηεηεο, ην ζήκα δηέξρεηαη απφ έλα ελεξγφ πςηπεξαηφ θίιηξν, ην θχθισκα ηνπ νπνίνπ θαίλεηαη ζην ζρήκα 6.9. Με ην θίιηξν απηφ νη ρακειέο ζπρλφηεηεο απνθφπηνληαη, ελψ νη πςειέο πνιιαπιαζηάδνληαη κε έλα ζπληειεζηή α = ` R2 R 1 (6.12) ρήκα 6.9 : Δλεξγό πςηπεξαηό θίιηξν [23] ην θίιηξν πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε, ε αληίζηαζε θαη ν ππθλσηήο έρνπλ ηηο ίδηεο ηηκέο κε ην θίιηξν ζην ζηάδην ηεο ελίζρπζεο, επνκέλσο έρνπκε ηελ ίδηα ζπρλφηεηα ζπληνληζκνχ f=867hz, ελψ νη αληηζηάζεηο R 1 θαη R 2 είλαη ίζεο, κε απνηέιεζκα ην θέξδνο λα είλαη α = 1. Ζ έμνδνο ηνπ θίιηξνπ είλαη ίζε κε -Α*I meas, κε Α ην ζπληειεζηή ηεο ζρέζεο 6.11 θαη I meas ην ζήκα ηεο κέηξεζεο ηνπ ξεχκαηνο, ην νπνίν γηα ην κεηξεηηθφ πνπ ρξεζηκνπνηήζακε είλαη αλάινγν ηνπ ξεχκαηνο θαη κε ίδην πξφζεκν. Αθνχ ζέινπκε λα κεδελίζνπκε ην πςίζπρλν ξεχκα, πξέπεη πξνθαλψο ε αληίζηνηρε αλαθνξά λα είλαη κεδέλ. Δπνκέλσο, κεηά ην θίιηξν έρνπκε έλα πνιιαπιάζην ηνπ ζθάικαηνο I L,ref -I L, θαηά ζπλέπεηα έρεη δεκηνπξγεζεί ην ζθάικα ηνπ ξεχκαηνο πελίνπ. ρεδηάζηεθαλ δπν ζπλδεζκνινγίεο γηα ην ζπγθεθξηκέλν ζθάικα, κία γηα θάζε ξεχκα πελίνπ. ii) Δημιοςπγία ζθάλμαηορ ηάζηρ πςκνυηή 1 Ζ ηάζεηο ζηνπο ππθλσηέο ζέινπκε λα είλαη ίζεο κε V c1 = V dc V o θαη V c2 = V dc 2 V o, κε V dc ηε ζπληζηψζα dc θαη V o ηελ ηάζε εμφδνπ. Ζ ηάζε εμφδνπ, επηπιένλ, ζέινπκε 84

93 Κεθάιαην 6 ν λα είλαη ίζε ζε πιάηνο κε ηελ ηάζε δηθηχνπ θαη λα πξνεγείηαη απηήο θαηά κηα γσλία δ. Πξέπεη λα δεκηνπξγεζνχλ, ινηπφλ, νη θαηάιιειεο αλαθνξέο. Γηα ηε δεκηνπξγία ηεο αλαθνξάο ηάζεο εμφδνπ ρξεζηκνπνηείηαη έλα θχθισκα θαζπζηέξεζεο θάζεο [24], πνπ θαίλεηαη ζην παξαθάησ ζρεδηάγξακκα. ρήκα 6.10 : Κύθισκα θαζπζηέξεζεο θάζεο [24] ε απηφ, ην ζήκα εηζφδνπ δηέξρεηαη απφ έλα RC ρακεινδηαβαηφ θίιηξν θαη ε έμνδφο ηνπ εθαξκφδεηαη ζηε ζεηηθή είζνδν ηνπ ηειεζηηθνχ εληζρπηή. Ζ ηάζε ινηπφλ ζηελ είζνδν απηή είλαη ίζε κε V + = j ω R f C V in (6.13) Απφ ηηο ηδηφηεηεο ησλ ηειεζηηθψλ εληζρπηψλ, μέξνπκε φηη ην ξεχκα εηζφδνπ ηνπ ηειεζηηθνχ εληζρπηή είλαη πνιχ κηθξφ άξα ηζρχεη V + = V. Ηζρχεη αθφκα φηη V in V + R = V + V o R V in V + = V + V o (6.14), άξα ζπλεπάγεηαη φηη V o = 2 V + V in = j ω R f C V in V in = 1 j ω R f C 1 + j ω R f C V in (6.15) Ζ ηάζε εμφδνπ έρεη κέηξν ίζν κε θαη θάζε ίζε κε V o = 1 j ω R f C 1 + j ω R f C V in = V in (6.16) 85

94 Κεθάιαην 6 ν φ = tan 1 j ω R f C tan 1 j ω R f C 1 1 = 2 tan 1 j ω R f C (6.17) Έηζη, ζηελ έμνδν ηνπ εληζρπηή πξνθχπηεη ε ηάζε εηζφδνπ κεηαηνπηζκέλε θαηά κηα γσλία πνπ γηα εμαξηάηαη απφ ηελ αληίζηαζε R f θαη ηε ζπρλφηεηα ηνπ ζήκαηνο, δεδνκέλνπ φηη ν ππθλσηήο είλαη ζηαζεξφο. Γλσξίδνληαο ηε ζπρλφηεηα ηνπ ζήκαηνο, κπνξνχκε, κεηαβάιινληαο ηελ αληίζηαζε R f, λα αιιάμνπκε ηε κεηαηφπηζε θάζεο απφ 0 σο ηελ πεξίπησζή καο, ε είζνδνο είλαη ε αλαθνξά ηεο ηάζεο δηθηχνπ, ε νπνία ιακβάλεηαη κε έλα κεηαζρεκαηηζηή 230V/5V, ζπλδεδεκέλν ζην δίθηπν. Καζψο ην θχθισκα εηζάγεη αξλεηηθή θάζε, ηε ζηηγκή πνπ εκείο ζέινπκε κηα κηθξή ζεηηθή, αξρηθά ζα εηζάγνπκε κηα κεγάιε γσλία θνληά ζηηο -180 θαη ζηε ζπλέρεηα κε έλαλ inverting buffer (ζρήκα 6.11) ζα πξνθχςεη ε επηζπκεηή αλαθνξά γηα ηελ ηάζε εμφδνπ. πλδένληαο ζε ζεηξά κε ηε κεηαβιεηή αληίζηαζε R f, κηα ζηαζεξή αληίζηαζε κπνξνχκε λα πεξηνξίζνπκε ην εχξνο ηεο γσλίαο. ρήκα 6.11 : Inverting Buffer [25] Αθνχ έρνπκε ηελ αλαθνξά ηεο ηάζεο εμφδνπ, κπνξνχκε λα θηηάμνπκε ηηο αλαθνξέο γηα ηηο ηάζεηο ησλ ππθλσηψλ, κε έλαλ αθαηξέηε ηάζεο, φπσο παξηζηάλεη ην ζρήκα Έηζη, αθαηξψληαο απφ κηα ζηαζεξή ηάζε ην ζήκα εμφδνπ ηνπ θπθιψκαηνο θαζπζηέξεζεο θάζεο, πξνθχπηεη ε αλαθνξά ηάζεο γηα ηνλ έλαλ ππθλσηή, ελψ αθαηξψληαο απφ ηελ ίδηα ζηαζεξά ην αληίζεην ζήκα, πξνθχπηεη ε αλαθνξά γηα ηνλ δεχηεξν. Δπεηδή, ζηελ πξάμε, δε ζα εθαξκφζνπκε θαηεπζείαλ ζηελ έμνδν ηνπ κεηαηξνπέα ηάζε ίζε κε ηνπ δηθηχνπ, αιιά ζέινπκε λα ηελ απμήζνπκε ζηαδηαθά, ηφζν γηα ηελ ηηκή ηεο ζηαζεξήο ηάζεο, φζν θαη γηα ην θέξδνο ηεο ελαιιαζζφκελεο, ρξεζηκνπνηήζεθαλ κεηαβιεηέο αληηζηάζεηο. Φπζηθά ε ηειηθή ηνπο ηηκή, επηζπκνχκε λα είλαη απηή πνπ δίλεη ηηο ηάζεηο ππθλσηψλ πνπ αλακέλνπκε απφ ηε ζεσξεηηθή αλάιπζε. 86

95 Κεθάιαην 6 ν ρήκα 6.12 : Αθαίξεζε κηαο ζηαζεξήο ηάζεο [26] Μεηά ηε δεκηνπξγία ησλ αλαθνξψλ, αθαηξψληαο απφ απηέο ηα ζήκαηα κέηξεζεο ησλ ηάζεσλ ππθλσηψλ κε δχν αθαηξέηεο ηάζεο, κπνξνχκε λα ιάβνπκε ηα ζθάικαηα ησλ ηάζεσλ ησλ δχν ππθλσηψλ. iii) Δημιοςπγία ζθάλμαηορ πεύμαηορ εξόδος Ζ αλαθνξά ηνπ ξεχκαηνο εμφδνπ πξνθχπηεη απφ ηνπο ηχπνπο γηα ηελ ελεξγφ ηζρχ πνπ κεηαθέξεηαη ζην δίθηπν, δεδνκέλνπ φηη ην ξεχκα δηθηχνπ ζέινπκε λα είλαη ζπκθαζηθφ κε ηελ ηάζε δηθηχνπ, P = V g,rms I g,rms θαη P = V 2 g,rms sinδ (6.18) X κε V g, I g, ηελ ελεξγφ ηηκή ηεο ηάζεο θαη ηνπ ξεχκαηνο ηνπ δηθηχνπ αληίζηνηρα, Υ ηελ επαγσγηθή αληίζηαζε ησλ πελίσλ εμφδνπ θαη δ ηε δηαθνξά θάζεο κεηαμχ ηεο ηάζεο εμφδνπ θαη απηήο ηνπ δηθηχνπ. Πξνθχπηεη απφ απηέο ηηο εμηζψζεηο, γηα ηελ ελεξγφ ηηκή ηνπ ξεχκαηνο I g,rms = V g,rms X sinδ (6.19) Δπίζεο, γηα λα είλαη ην ξεχκα θαη ε ηάζε ηνπ δηθηχνπ ζπκθαζηθά πξέπεη αλ, ηφηε V g = 2 V g,rms sin φ (6.20) Ι g = 2 Ι g,rms sin φ = 2 V g,rms X sinδ sin φ = V g X sinδ (6.21) 87

96 Κεθάιαην 6 ν Γίλεηαη πξνθαλέο φηη ην ξεχκα είλαη αλάινγν ηεο ηάζεο δηθηχνπ θαη ηνπ εκηηφλνπ ηεο γσλίαο θάζεο. Γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηνπ εκηηφλνπ απηνχ, αξρηθά ζεσξείηαη ε πξνζέγγηζε sinδ δ γηα κηθξέο γσλίεο, φπσο ζηελ πεξίπησζή καο. Μέλεη ινηπφλ λα παξαρζεί έλα ζήκα αλάινγν ηεο δηαθνξάο θάζεο δ. ρήκα 6.13 : Zero-crossing [27] Γηα λα επηηεπρζεί ην ζήκα απηφ, ζε πξψηε θάζε, εθαξκφδνπκε zero-crossing (ζρήκα 6.13), ζηελ αλαθνξά ηάζεο δηθηχνπ θαη ζε απηήλ ηεο ηάζεο εμφδνπ. Απνηέιεζκα είλαη δχν παικνί νη νπνίνη έρνπλ δηαθνξά θάζεο δ. Αλ νη παικνί απηνί ρξεζηκνπνηεζνχλ σο είζνδνη κηαο πχιεο XOR, ην απνηέιεζκα ζα είλαη παικφο ζπρλφηεηαο δηπιάζηαο απηήο ηνπ δηθηχνπ θαη κε δηάξθεηα φζν ε δηαθνξά θάζεο. Όηαλ ν παικφο απηφο, δηέιζεη απφ έλα θίιηξν φπσο ζην ζρήκα 6.14, κε πνιχ κεγάιν ππθλσηή, ζηελ έμνδν ηνπ θίιηξνπ, ζα έρνπκε κηα ηάζε πνπ κεηαβάιιεηαη αλάινγα ηεο δηαθνξάο θάζεο. Βέβαηα, επεηδή απηή ε δηαθνξά θάζεο είλαη πνιχ κηθξή, θαη ε ηάζε πνπ πξνθχπηεη ζα είλαη κηθξή, έηζη είλαη πξνηηκφηεξν λα εληζρπζεί γηα ηε δηεπθφιπλζε ηνπ ειέγρνπ. Σν εληζρπκέλν απηφ ζήκα, κε ηε ρξήζε ελφο πνιιαπιαζηαζηή, πνιιαπιαζηάδεηαη κε ηελ αλαθνξά ηάζεο δηθηχνπ θαη κε ηνλ ηξφπν απηφ πξνθχπηεη ε αλαθνξά ηνπ ξεχκαηνο. ρήκα 6.14 : RC θύθισκα γηα ηελ εμαγσγή ζήκαηνο δηαθνξάο θάζεο Σν κεηξεηηθφ ξεχκαηνο πνπ ρξεζηκνπνηήζακε δίλεη σο κέηξεζε ηάζε ίζε κε 2.5V ζπλ κηα ηάζε αλάινγε ηνπ ξεχκαηνο. Δπεηδή ε ηηκή ηεο ηάζεο είλαη κηθξή, αξρηθά ην ζήκα απηφ εληζρχεηαη θαη ζηε ζπλέρεηα αθαηξείηαη ε dc ηάζε, ψζηε λα κείλεη κφλν ην ac πεξηερφκελν 88

97 Κεθάιαην 6 ν (ζρήκα 6.15). Γηα ηελ αθαίξεζε ηνπ dc πεξηερνκέλνπ, κε έλαλ αθαηξέηε ηάζεο αθαηξνχκε ην εληζρπκέλν ζήκα απφ κηα ζηαζεξή ηάζε, θη έηζη πξνθχπηεη ηάζε αληίζεηεο θνξάο ζε ζρέζε κε ην ξεχκα. Αθαηξψληαο απφ ηελ ηάζε απηή ηελ αλαθνξά ηνπ ξεχκαηνο, ε νπνία θξνληίδνπκε λα έρεη θη απηή αληίζεηε θνξά απφ ην ξεχκα πξνθχπηεη ζήκα αλάινγν ηνπ ζθάικαηνο I o,ref -I o. Σν ζήκα απηφ θαη ην αληίζεηφ ηνπ, πνπ πξνθχπηεη κε έλαλ inverting buffer, είλαη ηα ζθάικαηα ξεχκαηνο γηα ηνπο δχν επηκέξνπο sliding mode ειέγρνπο, πνιιαπιαζηαζκέλα βέβαηα κε έλα ζπληειεζηή. ρήκα 6.15 : Κύθισκα αθαίξεζεο dc ζπληζηώζαο από ηε κέηξεζε iv) Σύνθεζη ηηρ μεηαβληηήρ ηος sliding mode control Ζ κεηαβιεηή ηνπ sliding mode control, φπσο είδακε είλαη ην άζξνηζκα ηξηψλ φξσλ, πνπ θαζέλαο είλαη ην ζθάικα κηαο κεηαβιεηήο θαηάζηαζεο πνιιαπιαζηαζκέλν κε έλα ζπληειεζηή βαξχηεηαο. Ζ πινπνίεζε, θαηά ζπλέπεηα απηήο ηεο κεηαβιεηήο, εθφζνλ έρνπκε δεκηνπξγήζεη ηα ζθάικαηα, γίλεηαη κε ηε ρξήζε ελφο θπθιψκαηνο πξφζζεζεο ηάζεο, φπσο απηφ ηνπ ζρήκαηνο Ζ ηάζε ζηελ έμνδν ηνπ εληζρπηή απηνχ είλαη ίζε κε V o = R f R 1 V 1 + R f R 2 V 2 + R f R 3 V 3 (6.22) 89

98 Κεθάιαην 6 ν ρήκα 6.16 : Αζξνηζηήο ηάζεσλ [28] Λφγσ ηνπ φηη ε ηάζε εμφδνπ έρεη αληίζεην πξφζεκν απφ ηα ζήκαηα εηζφδνπ, θξνληίζακε ηα ζήκαηα λα αληηπξνζσπεχνπλ ζθάικα ηεο κνξθήο X i,ref -X i, ψζηε ζηελ έμνδν λα έρνπκε ηε κεηαβιεηή ηνπ ειέγρνπ πνχ είλαη 3 S = Κ i X i X i,ref (6.23) ι=1 Οη ζπληειεζηέο βαξχηεηαο, φπσο βιέπνπκε θαζνξίδνληαη απφ ηνπο ιφγνπο ησλ αληηζηάζεσλ. Δπεηδή, αθελφο ιφγσ ησλ κεηξήζεσλ έρνπλ πξνθχςεη θάπνηνη ζπληειεζηέο ησλ ζθαικάησλ πνπ δελ ηαπηίδνληαη κε απηνχο ηεο πξνζνκνίσζεο, αθεηέξνπ νη ζπληειεζηέο ηεο πξνζνκνίσζεο κπνξεί πξαθηηθά λα κελ είλαη νη θαηάιιεινη, αληί ησλ αληηζηάζεσλ R 1, R 2 θαη R 3 ρξεζηκνπνηήζεθαλ πνηελζηφκεηξα ψζηε λα είλαη δπλαηή ε αιιαγή ηνπ θέξδνπο. v) Υλοποίηζηρ βπόσος ςζηέπηζηρ Σν ηειηθφ θαη βαζηθφηεξν ζηάδην ηνπ ειέγρνπ είλαη ν βξφρνο πζηέξεζεο. ηνλ έιεγρν πνπ εθαξκφδνπκε, ζέινπκε φηαλ ε κεηαβιεηή ειέγρνπ πέζεη θάησ απφ κηα ειάρηζηε ηηκή λα δνζεί παικφο θαη φηαλ θηάζεη κηα κέγηζηε, ν παικφο απηφο λα κεηαβεί ζηε low θαηάζηαζε. Οη δχν ηηκέο-φξηα ζέινπκε λα είλαη ίζεο ζε κέηξν θαη αληίζεηεο. Ζ ζπλδεζκνινγία ηνπ ζρήκαηνο 6.17, πινπνηεί ηε δεηνχκελε ιεηηνπξγία. 90

99 Κεθάιαην 6 ν ρήκα 6.17 : πγθξηηήο κε βξόρν πζηέξεζεο [29] Πξηλ αλαιπζεί ε ιεηηνπξγία ηεο δηάηαμεο απηήο, ζα γίλεη κηα ζχληνκε αλαθνξά ζηε ιεηηνπξγία ηνπ ηειεζηηθνχ εληζρπηή. ε έλαλ ηειεζηηθφ εληζρπηή, ε έμνδνο είλαη ίζε κε V o = A v V + V, κε A v πνιχ κεγάιν θαη ηαπηφρξνλα έρεη κέγηζην θαη ειάρηζην φξην ηηο ηάζεηο ηξνθνδνζίαο. Έηζη, αλ ε δηαθνξά V + V είλαη ζεηηθή, ε έμνδνο είλαη ίζε κε ηε κεγαιχηεξε ηάζε ηξνθνδνζίαο, ελψ φηαλ είλαη αξλεηηθή, ε έμνδνο είλαη ε κηθξφηεξε ηάζε ηξνθνδνζίαο. ηε ζπλδεζκνινγία ηνπ ζρήκαηνο 6.17, αξρηθά ππνζέηνπκε φηη ε έμνδνο είλαη ζηε low θαηάζηαζε, πεξίπνπ -15V. ηε ζεηηθή είζνδν ηνπ ηειεζηηθνχ εληζρπηή έρνπκε ηελ έμνδν ελφο δηαηξέηε ηάζεο, άξα κηα ηάζε V + = R 1 R 1 + R 2 15V < 0 (6.24) Όζν ε ηάζε ζηελ αξλεηηθή είζνδν είλαη κεγαιχηεξε απφ ηελ ηηκή απηή, ε έμνδνο ζα παξακέλεη θνληά ζηα -15V. Όηαλ, φκσο, γίλεη κηθξφηεξε απφ ηελ ηάζε απηή, ε ηάζε ζηελ έμνδν ζα αιιάμεη θαη ζα γίλεη πεξίπνπ 15V. Έηζη, ε ηάζε ηεο ζεηηθήο εηζφδνπ είλαη V + = R 1 R 1 + R 2 15V > 0 (6.25) Πιένλ, φζν ε ηάζε ζηελ αξλεηηθή είζνδν είλαη κηθξφηεξε απηήο ηεο ηηκήο ε έμνδνο παξακέλεη ακεηάβιεηε θαη κφλν φηαλ ηελ μεπεξάζεη ζα πέζεη ζηα -15V. Δλ ηέιεη, κε ην θχθισκα απηφ, δίλνπκε παικφ φηαλ ε κεηαβιεηή πέζεη θάησ απφ κηα αξλεηηθή ηηκή -δ θαη αιιάδνπκε θαηάζηαζε φηαλ ε κεηαβιεηή ππεξβεί ηελ ηηκή δ. Γηα ηνλ αληηζηξνθέα ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο, δεκηνπξγήζεθαλ δχν κεηαβιεηέο ειέγρνπ, κία γηα θάζε κεηαηξνπέα dc-dc θαη απφ έλαο βξφρνο πζηέξεζεο γηα ηελ θαζεκία. ηελ έμνδν, παξάγνληαη δχν παικνί πνπ αληηζηνηρνχλ ζηα ηξαλδίζηνξ S1 θαη S3. Οη παικνί γηα ηα πάλσ ηξαλδίζηνξ S1 θαη S4, πνπ είλαη ζπκπιεξσκαηηθνί απηψλ γηα ηα S1 θαη S3 αληίζηνηρα, θαζψο θαη ε εηζαγσγή dead time ζηνπ παικνχο, πινπνηήζεθαλ ζην θχθισκα 91

100 Κεθάιαην 6 ν ηζρχνο. Πξέπεη λα ζεκεησζεί φηη θάζε παικφο ελαιιάζζεηαη κεηαμχ -15V θαη 15V, ιφγσ ηνπ ηξφπνπ ιεηηνπξγίαο ηεο πζηέξεζεο Οινθιεξσκέλα Κπθιψκαηα πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ γηα ηνλ έιεγρν i) To ολοκληπυμένο LM358 Σν νινθιεξσκέλν LM358 απνηειείηαη απφ δχν ηειεζηηθνχο εληζρπηέο. Δίλαη ζπκβαηφο κε ηξνθνδνζία ±15V πνπ ζέινπκε λα ρξεζηκνπνηήζνπκε γηα ηα θπθιψκαηα ζηνλ έιεγρν, ελψ έρεη κεγάιν θέξδνο θαη εχξνο ηάζεο εμφδνπ, ραξαθηεξηζηηθά πνπ είλαη απαξαίηεηα γηα ηηο ζπλδεζκνινγίεο πνπ ζρεδηάζηεθαλ. Ωζηφζν, έρεη πεξηνξηζκέλν bandwidth, γηα ην ιφγν απηφ ρξεζηκνπνηήζεθε γηα ηελ επεμεξγαζία ζεκάησλ ρακειήο ζπρλφηεηαο, φπνπ απνηειεί κηα αμηφπηζηε θαη νηθνλνκηθή ιχζε. Πην ζπγθεθξηκέλα, ην LM358 ήηαλ ν ηειεζηηθφο εληζρπηήο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε απνθιεηζηηθά ζηελ εμαγσγή ησλ ζθαικάησλ ηεο ηάζεο ηνπ ππθλσηή θαη ηνπ ξεχκαηνο εμφδνπ. ρήκα 6.18 : Σν νινθιεξσκέλν LM358 ii) Ο ηελεζηικόρ ενιζσςηήρ LM6171 Σν LM6171 είλαη έλαο ηειεζηηθφο εληζρπηήο πνπ ραξαθηεξίδεηαη απφ κεγάιν bandwidth. Απηφ είλαη θαη ην θξηηήξην πνπ πξνηηκήζεθε αληί ηνπ LM358 ζηηο πεξηπηψζεηο φπνπ έρνπκε πςειέο ζπρλφηεηεο. Παξάιιεια ηθαλνπνηεί θαη ηηο βαζηθέο απαηηήζεηο ζε θέξδνο ηάζεο, εχξνο εμφδνπ, ηάζεηο ηξνθνδνζίαο θαη offset. Καηά ζπλέπεηα, ρξεζηκνπνηήζεθε ζηα θπθιψκαηα πνπ παξάγνπλ ηα ζθάικαηα ξεχκαηνο ησλ πελίσλ, ζηε δεκηνπξγία ηεο κεηαβιεηήο ειέγρνπ θαη ζηνπο βξφρνπο πζηέξεζεο. 92

101 Κεθάιαην 6 ν ρήκα 6.19 : Σν LM6171 iii) Το ολοκληπυμένο CD4070BC Σν CD4070BC απνηειείηαη απφ ηέζζεξηο πχιεο XOR δχν εηζφδσλ. Καηαλαιψλεη κηθξή ηζρχ, βαζηθφ θξηηήξην γηα ηελ επηινγή ηνπ, φκσο, ήηαλ ε δπλαηφηεηα ηξνθνδνζίαο κε 0, +15V πνπ δηεπθνιχλεη ηε ρξήζε ηνπ ζην θχθισκα ειέγρνπ. Υξεζηκνπνηήζεθε, φπσο αλαθέξακε, ζηνλ ππνινγηζκφ ηεο δηαθνξάο θάζεο ησλ ηάζεσλ εμφδνπ θαη δηθηχνπ. ρήκα 6.20 : Σν CD4070BC iv) Ο πολλαπλαζιαζηήρ AD633 Σν νινθιεξσκέλν AD633 είλαη έλαο αλαινγηθφο πνιιαπιαζηαζηήο ρακεινχ θφζηνπο. Έρεη δχν δηαθνξηθέο εηζφδνπο X θαη Y, κηα είζνδν Z θαη κία έμνδν W. Ζ έμνδφο ηνπ είλαη ίζε κε X1 X2 Y1 Y2 W = + Z (6.26) 10 κε X1, X2 θαη Y1, Y2 ηηο ζπληζηψζεο ησλ δηαθνξηθψλ εηζφδσλ θαη Z κία επηπιένλ είζνδν. Γέρεηαη ηξνθνδνζία ±15V, ελψ ηφζν νη ηάζεηο εηζφδνπ φζν θαη ε ηάζε εμφδνπ πξέπεη λα είλαη κέρξη θαη 10V. Δθηφο απφ πνιιαπιαζηαζκφ κπνξεί λα επηηειέζεη θαη άιιεο πξάμεηο φπσο δηαίξεζε θαη ππνινγηζκφ ηεηξαγψλνπ ή ηεηξαγσληθήο ξίδαο ηνπ ζήκαηνο θαη κε 93

102 Κεθάιαην 6 ν θαηάιιειε ζχλδεζε αληηζηάζεσλ ζηελ έμνδν κπνξνχκε λα κεηαβάιινπκε ην θέξδνο ηνπ πνιιαπιαζηαζκνχ. ηελ πεξίπησζή καο, ζέινπκε σο απνηέιεζκα απιψο ην γηλφκελν δχν ζεκάησλ, θαη ζπγθεθξηκέλα ηεο ηάζεο δηθηχνπ κε ην εκίηνλν ηεο δηαθνξάο θάζεο δ. Δπνκέλσο, ε ηάζε Ε ζα είλαη κεδέλ (γεησκέλνο αθξνδέθηεο). Σν ίδην ηζρχεη θαη γηα ηηο ηάζεηο X2, Y1, ελψ ζηνπο αθξνδέθηεο X1, Y2 ζπλδένληαη ηα ζήκαηα πνπ ζέινπκε λα πνιιαπιαζηάζνπκε. Έηζη παίξλνπκε ηελ αλαθνξά πνπ ρξεηαδφκαζηε, ε νπνία έρεη αληίζεηε θνξά ηεο ηάζεο. ρήκα 6.21 : Ο πνιιαπιαζηαζηήο AD633 θαη ε ζπλδεζκνινγία γηα ην γηλόκελν δύν δηαθνξηθώλ ζεκάησλ ρεδηάγξακκα ηνπ θπθιψκαηνο ειέγρνπ ην ζρήκα ηεο επφκελεο ζειίδαο παξαηίζεηαη ην ζρεκαηηθφ δηάγξακκα ηνπ θπθιψκαηνο ειέγρνπ, φπσο ζρεδηάζηεθε ζην Kicad, κε κία ζχληνκε πεξηγξαθή ηεο ιεηηνπξγίαο πνπ επηηειεί θάζε επηκέξνπο ζπλδεζκνινγία. 94

103 Κεθάιαην 6 ν ρήκα 6.22 : ρεδηάγξακκα θπθιώκαηνο ειέγρνπ 95

104 Κεθάιαην 6 ν 6.5 ΚΤΚΛΩΜΑ ΠΑΛΜΟΓΟΣΖΖ ΣΩΝ MOSFET Οη παικνί πνπ δεκηνπξγνχληαη απφ ην θχθισκα ειέγρνπ δελ νδεγνχληαη απ επζείαο ζην εκηαγσγηθφ ζηνηρείν. Αξρηθά, πξέπεη λα εμαζθαιηζζεί ειεθηξηθή απνκφλσζε ηνπ θπθιψκαηνο ειέγρνπ απφ ην θχθισκα ηζρχνο, θάηη πνπ επηηπγράλεηαη κε ηε ρξήζε ελφο ςεθηαθνχ νπηνδεχθηε. Ο νπηνδεχθηεο πνπ επηιέρζεθε είλαη ν 6N137, ν νπνίνο επηπιένλ επηηειεί αληηζηξνθή ηνπ παικνχ. ηε δηπισκαηηθή απηή εξγαζία, δεκηνπξγνχκε κε ην θχθισκα ειέγρνπ ηνλ παικφ πνπ ζέινπκε λα εθαξκφζνπκε ζηα θάησ ηξαλδίζηνξ, ελψ ζηα πάλσ ηξαλδίζηνξ επηζπκνχκε λα ζηείινπκε ην ζπκπιεξσκαηηθφ παικφ. Απηφ ζεκαίλεη, φηη αλ θάζε παικφο πνπ παξάγεη ην θχθισκα ειέγρνπ ζηαιζεί ζηνλ αληίζηνηρν optocoupler, ην απνηέιεζκα είλαη ν παικφο πνπ ζέινπκε λα ζηείινπκε ζην αληίζηνηρν πάλσ ηξαλδίζηνξ. Γεκηνπξγείηαη, ινηπφλ, κε ηνλ ηξφπν απηφ, ε παικνδφηεζε γηα ηα πάλσ ηξαλδίζηνξ. Ο παικφο πνπ ζα ζηαιζεί ζην θάησ ηξαλδίζηνξ πξνθχπηεη αλ ην ζήκα εμφδνπ ηνπ νπηνδεχθηε δηέιζεη κέζα απφ κηα πχιε NOT. Έρνληαο δεκηνπξγήζεη ηνπο παικνχο γηα φια ηα εκηαγσγηθά ζηνηρεία, εηζάγνπκε έλα dead-time ζηελ έλαπζε φισλ ησλ παικψλ, ψζηε λα κεηαβαίλεη θάζε ηξαλδίζηνξ ζε θαηάζηαζε απνθνπήο, πξηλ δνζεί παικφο θαη αξρίδεη λα άγεη ην ζπκπιεξσκαηηθφ ηνπ. Ζ εηζαγσγή ηνπ dead time επηηπγράλεηαη κέζσ ελφο RC θπθιψκαηνο θαζπζηέξεζεο θαη κηαο πχιεο AND, φπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα ην θχθισκα απηφ ζην έλα άθξν ηεο αληίζηαζεο εθαξκφδεηαη ν παικφο ζηνλ νπνίν ζέινπκε λα εηζάγνπκε ην dead time θαη ζηελ άιιε είζνδν ν ίδηνο παικφο έρνληαο δηέιζεη απφ ην θίιηξν RC. Σν θχθισκα απηφ θαζπζηεξεί ηελ άλνδν ηνπ παικνχ ζην κέγηζην θαηά έλα ρξνληθφ δηάζηεκα 3η κε 4η, φπνπ η=r*c (αλαιφγσο θαη ην κεδεληζκφ ηνπ). Έηζη φηαλ γίλεη ε ινγηθή πξάμε AND, ην απνηέιεζκα είλαη ε θαζπζηέξεζε έλαπζεο ηνπ παικνχ κε ηε ρξνληθή ζηηγκή ζβέζεο λα κελ επεξεάδεηαη. Πιένλ, νη παικνί είλαη έηνηκνη λα ζηαιζνχλ ζηνπο drivers, νη νπνίνη επηηεινχλ ελίζρπζε ησλ παικψλ, ψζηε λα απνθηήζνπλ ην επαξθέο θνξηίν γηα ηελ έλαπζε ηνπ εκηαγσγηθνχ ζηνηρείνπ. Δπηπιένλ, κέζσ ηεο ζπλδεζκνινγίαο bootstrap, επηηπγράλεηαη παικνδφηεζε ηνπ πάλσ ηξαλδίζηνξ, ηνπ νπνίνπ ην Source παξνπζηάδεη κεηαβαιιφκελν δπλακηθφ. Ο driver πνπ επηιέρζεθε γηα ηε δηπισκαηηθή εξγαζία απηή είλαη ν IR

105 Κεθάιαην 6 ν ρήκα 6.23 : Κύθισκα εηζαγσγήο dead time Μεηά ηνπο driver, ζπλήζσο πξαγκαηνπνηείηαη ε ζπλδεζκνινγία πνπ θαίλεηαη ζην ζρήκα Όπσο βιέπνπκε, ζε ζεηξά κε ηελ έμνδν ηνπ driver ππάξρεη κηα αληίζηαζε, ε νπνία πεξηνξίδεη ηελ ηηκή ηνπ ξεχκαηνο ζηελ πχιε ηνπ MOSFET θαηά ηελ έλαπζε. Ζ ηηκή ηεο αληίζηαζεο απηήο είλαη ηεο ηάμεο κεξηθψλ Ohm. Αθφκα, βιέπνπκε φηη κεηαμχ gate θαη source, ππάξρεη κηα δίνδνο Zener. Ο ξφινο ηεο δηφδνπ απηήο, πνπ έρεη ηάζε zener ιίγν κεγαιχηεξε απφ ην πιάηνο ηνπ παικνχ, είλαη λα πξνζηαηεχεη απφ πηζαλέο ππεξηάζεηο κεηαμχ G θαη S. Ζ δίνδνο πνπ επηιέμακε έρεη V z =18V. Σέινο, παξάιιεια κε ηε δίνδν ζπλδέεηαη κία pull down αληίζηαζε, πνπ είλαη ηάμεο κεγέζνπο ησλ kω. ρήκα 6.24 : Αληηζηάζεηο θαη δίνδνο πξνζηαζίαο Ζ εηζαγσγή dead time θαη ε δεκηνπξγία δεχηεξνπ παικνχ κε NOT ή έλαλ αληηζηξνθέα παικνχ ζα κπνξνχζε λα έρεη γίλεη πξηλ ηνλ νπηνδεχθηε. Ζ επηινγή λα ηειεζζνχλ νη ζπγθεθξηκέλεο ιεηηνπξγίεο κεηά απφ απηφλ έγηλαλ θπξίσο γηα πξαθηηθνχο ιφγνπο. εκαληηθφηεξν είλαη φηη κε ηε δεκηνπξγία δεχηεξνπ παικνχ κεηά ηνλ νπηνδεχθηε απνθεχγεηαη ε ρξήζε μερσξηζηνχ optocoupler γηα ηελ απνκφλσζε ηνπ παικνχ ηνπ πάλσ ηξαλδίζηνξ. Δπηπιένλ, ζην εξγαζηήξην ππήξραλ δηαζέζηκεο πχιεο ΝΟΣ θαη AND, νη νπνίεο απαηηνχληαη γηα ηελ επηηέιεζε ησλ πξάμεσλ απηψλ, ζπκβαηέο κε ηξνθνδνζία 0/5V, ζε αληίζεζε κε ην θχθισκα ειέγρνπ πνπ ιεηηνπξγεί κε ηξνθνδνζία ±15V. 97

106 Κεθάιαην 6 ν Πξέπεη λα ζεκεησζεί φηη ζηελ πεξίπησζε πνπ δε ιεηηνπξγεί ν έιεγρνο ζηέιλεηαη ζηνλ optocoupler κεδεληθφ ζήκα, άξα απφ ηε ιεηηνπξγία ηνπ έρεη σο έμνδν ηάζε 5V. Με ηελ πχιε NOT ζην θάησ ηξαλδίζηνξ θηάλεη κεδεληθή ηάζε κεηαμχ G θαη S, επνκέλσο δελ ππάξρεη πεξίπησζε έλαπζήο ηνπ. Αιιά θαη ην πάλσ ηξαλδίζηνξ δελ ππάξρεη πεξίπησζε λα αλάςεη παξφηη ζηέιλεηαη ζηνλ driver ζηαζεξή ηάζε 5V. Απηφ ζπκβαίλεη γηαηί ε παικνδφηεζε ηνπ πάλσ ηξαλδίζηνξ πνπ επηηπγράλεηαη κέζσ ηεο ζπλδεζκνινγίαο bootstrap, πξνυπνζέηεη ηελ χπαξμε ρξνληθνχ δηαζηήκαηνο αγσγήο ηνπ θάησ ηξαλδίζηνξ, θάηη πνπ δελ πθίζηαηαη ζηελ πεξίπησζε απηή. ηε ζπλέρεηα, παξαηίζεληαη ηα νινθιεξσκέλα πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ θαη αλαιχεηαη ε ζπλδεζκνινγία bootstrap Ο νπηνδεχθηεο 6N137 Σν νινθιεξσκέλν 6N137 είλαη έλαο ςεθηαθφο νπηνδεχθηεο (ζρήκα 6.23) κε ηξνθνδνζία 0/5V. ηελ είζνδν, δειαδή κεηαμχ ησλ αθξνδεθηψλ 2 θαη 3, ππάξρεη κία δίνδνο θσηνεθπνκπήο. ε ζεηξά κε ηε δίνδν, ζηνλ αθξνδέθηε 2 ζπλδένπκε κηα αληίζηαζε, ψζηε ην ξεχκα λα βξίζθεηαη ζην εχξνο ησλ επηζπκεηψλ ηηκψλ ιεηηνπξγίαο. Δθαξκφδνληαο ηνλ παικφ ζηελ είζνδν, ε δίνδνο θσηνεθπνκπήο πνιψλεηαη νξζά θαη αξρίδεη λα άγεη, ελψ παξάιιεια εθπέκπεη θσηεηλή αθηηλνβνιία. Απφ ηελ αθηηλνβνιία ηεο δηφδνπ, ελεξγνπνηείηαη έλα νινθιεξσκέλν θχθισκα, κε ηε ιεηηνπξγία ηνπ νπνίνπ, ν παικφο αληηζηξέθεηαη. Έηζη, πξέπεη λα έρνπκε θξνληίζεη ψζηε είηε πξηλ είηε κεηά ηνλ παικφ λα ππάξρεη κηα επηπιένλ αληηζηξνθή ηνπ παικνχ. Σν ξεχκα εηζφδνπ, γηα αζθαιή ιεηηνπξγία, θπκαίλεηαη κεηαμχ 7 θαη 20mA ελψ ζηελ έμνδν πξνθχπηεη παικφο κε πιάηνο 5V. Ο νπηνδεχθηεο 6N137 δελ έρεη θάπνηνπο πεξηνξηζκνχο γηα ηελ ηάζε εηζφδνπ (πέξαλ ηνπ φηη πξέπεη λα είλαη αξθεηή ψζηε λα αξρίζεη λα άγεη ε δίνδνο). Απηφ ζεκαίλεη φηη θαη ζηελ πεξίπησζε ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο απηήο, φπνπ ε ηηκή ηνπ παικνχ πνπ πξνθχπηεη απφ ην θχθισκα ειέγρνπ ελαιιάζζεηαη κεηαμχ -15V θαη 15V, ν νπηνδεχθηεο ιεηηνπξγεί νξζά κε ηελ θαηάιιειε αληίζηαζε. 98

107 Κεθάιαην 6 ν ρήκα 6.25 : Ο optocoupler 6N Σν νινθιεξσκέλν 74HCT04 Σν 74HCT04 είλαη έλα νινθιεξσκέλν, ην νπνίν απνηειείηαη απφ έμη CMOS πχιεο NOT, κε ηξνθνδνζία 0/5V. ην κεηαηξνπέα πνπ κειεηάκε, ρξεζηκνπνηήζεθε γηα ηελ αληηζηξνθή ησλ παικψλ, ψζηε λα πξνθχςνπλ νη παικνί πνπ ζέινπκε λα εθαξκνζηνχλ ζηα θάησ ηξαλδίζηνξ. ρήκα 6.26 : O inverter 74HCT Σν νινθιεξσκέλν 74HC08 Σν νινθιεξσκέλν 74HC08 απνηειείηαη απφ ηέζζεξηο CMOS πχιεο AND θαη δέρεηαη ηξνθνδνζία 0/5V. ην θχθισκα παικνδφηεζεο ρξεζηκνπνηείηαη ζην θχθισκα εηζαγσγήο dead time. ρήκα 6.27 : Σν 74HC08 99

108 Κεθάιαην 6 ν Σν νινθιεξσκέλν IR2213 Σν IR2213 είλαη έλα νινθιεξσκέλν νδήγεζεο IGBT θαη MOSFET πνπ θαίλεηαη ζην ζρήκα θνπφο ηνπ είλαη λα εληζρχζεη ηνπο παικνχο, ψζηε λα έρνπλ αξθεηφ θνξηίν γηα λα νδεγήζνπλ ην εκηαγσγηθφ ζηνηρείν ζε θαηάζηαζε αγσγήο. Μπνξεί λα δερηεί δχν μερσξηζηνχο παικνχο ζαλ εηζφδνπο, ελψ νη έμνδνί ηνπ είλαη νη ίδηνη παικνί (ρσξίο λα έρνπλ αληηζηξαθεί), εληζρπκέλνη θαη κε δηαθνξεηηθφ ζεκείν κεδεληθνχ δπλακηθνχ. Ζ δπλαηφηεηα απηή, ην θαζηζηά εχρξεζην γηα ζπλδεζκνινγίεο φπσο ηνπ κεηαηξνπέα ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο, φπνπ ηα sources ησλ ηξαλδίζηνξ δελ έρνπλ ίδην ζεκείν κεδεληθνχ δπλακηθνχ. Δπηπιένλ, ζε ζπλδπαζκφ κε κία bootstrap ζπλδεζκνινγία ιχλεη ην πξφβιεκα πνπ πξνθαιείηαη απφ ην κεηαβαιιφκελν κεδεληθφ δπλακηθφ. Tν IR2213 δέρεηαη δχν ηξνθνδνζίεο 0/5V θαη 0/15V, κία γηα θάζε πιεπξά ηνπ. Παξέρεη πξνζηαζία απφ πςειά ξεχκαηα κέρξη θαη 2Α, ελψ κπνξεί λα αληέμεη ηάζε Vs κέρξη θαη 1200V. ρήκα 6.28 : Ο driver IR2213 θαη κία ηππηθή ζύλδεζή ηνπ Ζ ζπλδεζκνινγία bootstrap Ζ ζπλδεζκνινγία bootstrap ρξεζηκνπνηείηαη ζε ηνπνινγίεο, ζηηο νπνίεο νη πεγέο θάπνησλ εκηαγσγηθψλ ζηνηρείσλ δελ έρνπλ ζηαζεξφ δπλακηθφ. ηελ ππφ κειέηε κεηαηξνπέα, κεηαβαιιφκελν δπλακηθφ παξνπζηάδνπλ νη πεγέο ησλ MOSFET S2 θαη S4. πγθεθξηκέλα, ζε πεξίπησζε πνπ ην ηξαλδίζηνξ S1 (ή S3) άγεη, ην source ηνπ S2 (ή S4) έρεη δπλακηθφ φζν ε πηψζε ηάζεο αγσγήο ηνπ S1 (ή S3), ελψ φηαλ άγεη ην S2 (ή S4), ε πεγή ηνπ έρεη δπλακηθφ ίζν κε ηελ ηάζε ηνπ ππθλσηή C1 ( ή C2) κείνλ ηελ πηψζε ηάζεο ζην S2 (ή S4) θαηά ηελ αγσγή. Γηα λα άγεη, φκσο, έλα MOSFET ηζρχνο εθαξκφδεηαη κηα ηάζε κεηαμχ gate θαη source (ζπλήζσο 10-15V), ψζηε λα κεηαθεξζεί ζ' απηφ ην απαξαίηεην θνξηίν έλαπζεο. Γεδνκέλνπ, ινηπφλ, ηνπ κεηαβαιιφκελνπ δπλακηθνχ ηνπ source, ζα έπξεπε λα εθαξκφδνληαη ζηα S1 θαη S2 (S3 θαη S4), παικνί κε δηαθνξεηηθφ ζεκείν κεδεληθνχ δπλακηθνχ, θάηη φκσο πνπ απαηηεί 100

109 Κεθάιαην 6 ν ηελ χπαξμε επηπιένλ ηξνθνδνηηθψλ, optocouplers θαη drivers θαη απμάλεη ηνλ νιηθφ φγθν θαη ην θφζηνο ηνπ κεηαηξνπέα. Μία απιή θαη κε δαπαλεξή ιχζε απνηειεί ε ζπλδεζκνινγία bootstrap, ε νπνία, φπσο βιέπνπκε θαη ζην ζρήκα 6.29, απνηειείηαη απφ έλαλ ππθλσηή, κηα δίνδν θαη ζπλήζσο κηα αληίζηαζε γηα ηνλ πεξηνξηζκφ ηνπ ξεχκαηνο. ρήκα 6.29 : Ζ ζπλδεζκνινγία bootstrap [30] Όηαλ δνζεί παικφο ζηo πάλσ ηξαλδίζηνξ, ν ππθλσηήο, ν νπνίνο έρεη θνξηηζηεί πξσηχηεξα, εθθνξηίδεηαη κέζσ ηνπ ηξαλδίζηνξ πνπ βξίζθεηαη ζηνλ driver θαη έηζη κεηαθέξεηαη ζην πάλσ ηξαλδίζηνξ ηζρχνο ην απαξαίηεην θνξηίν γηα λα κεηαβεί ζε θαηάζηαζε αγσγήο. Όηαλ εθαξκφδεηαη παικφο sην θάησ ηξαλδίζηνξ, ε πηψζε ηάζεο κεηαμχ drain θαη source, άξα θαη ην δπλακηθφ ζην θάησ άθξν ηνπ ππθλσηή (πνπ είλαη αθφξηηζηνο), είλαη θνληά ζην 1V. Ζ δίνδνο, ινηπφλ, πνιψλεηαη νξζά θαη αξρίδεη λα άγεη θνξηίδνληαο ηνλ ππθλσηή κέρξη ε ηάζε ηνπ λα θηάζεη ηελ ηάζε ηξνθνδνζίαο. εκαληηθφ είλαη ν ππθλσηήο λα πξνιαβαίλεη λα θνξηηζηεί ζην δηάζηεκα πνπ ην θάησ ηξαλδίζηνξ άγεη θαη ε δίνδνο αθελφο λα αληέρεη ηε κέγηζηε αλάζηξνθε ηάζε πνπ εθαξκφδεηαη ζε απηήλ φηαλ δελ άγεη, αθεηέξνπ λα έρεη κηθξφ ρξφλν απνθαηάζηαζεο ψζηε λα κελ εθθνξηηζηεί ν ππθλσηήο θαηά ηε ζβέζε ηεο [31]. Σν ειάρηζην θνξηίν Q bs πνπ πξέπεη λα απνζεθεχζεη ν ππθλσηήο είλαη ίζν κε [31] Q bs = 2 Q g + I qbs (max ) f + Q LS + I Cbs(leak ) f (6.27) 101

110 φπνπ, Q g =ην θνξηίν πχιεο ηνπ πάλσ ηξαλδίζηνξ, I qbs(max) =κέγηζην ξεχκα παξνρήο γηα ζηαζεξή ηάζε, f= ε δηαθνπηηθή ζπρλφηεηα Κεθάιαην 6 ν Q LS =ην θνξηίν νιίζζεζεο επηπέδνπ, ίζν κε 5nC γηα 500/600V IC s θαη 20nC γηα 1200V IC s I Cbs(leak) =ην ξεχκα δηαξξνήο ηνπ ππθλσηή bootstrap. χκθσλα κε ην θπιιάδην ηνπ θαηαζθεπαζηή γηα ην Mosfet πνπ επηιέρζεθε Q g =63nC, ελψ γηα ην IR2213, I qbs(max) =230κA. Σν IR2213 είλαη 1200V IC άξα Q LS =20nC. αλ ζπρλφηεηα επηιέγεηαη ε ειάρηζηε δηαθνπηηθή ζπρλφηεηα πνπ αλακέλεηαη λα εκθαληζηεί, ε νπνία είλαη γηα κέγηζηε ηάζε δηθηχνπ 253Vrms θαη φηαλ ε ηάζε ππθλσηή είλαη ζην ειάρηζην, θαη έρεη ηηκή πεξίπνπ 8.5kHz. Σέινο, ην ξεχκα δηαξξνήο έρεη λφεκα κφλν αλ ρξεζηκνπνηεζεί ειεθηξνιπηηθφο ππθλσηήο αινπκηλίνπ, δηαθνξεηηθά ζεσξείηαη κεδεληθφ. Γηα ηηο παξαπάλσ ηηκέο πξνθχπηεη Q bs =173,06nC. Ζ δίνδνο πνπ επηιέγεηαη πξέπεη λα ηθαλνπνηεί ηξία θξηηήξηα [31]: λα αληέρεη ηάζε ίζε κε ηε κέγηζηε ηάζε πνπ εκθαλίδεηαη ζην ζεκείν κε ην κεηαβαιιφκελν δπλακηθφ. λα έρεη ρξφλν απνθαηάζηαζεο κηθξφηεξν απφ 100ns λα κπνξεί λα δηέιζεη απφ απηή ην ξεχκα θφξηηζεο ηνπ ππθλσηή πνπ είλαη ίζν κε I F =Q bs *f. Γηα ηε ζπγθεθξηκέλε ηνπνινγία ρξεηάδεηαη κηα δίνδνο κε ηάζε δηάζπαζεο κεγαιχηεξε ησλ 560V, κηθξφ ρξφλν απνθαηάζηαζεο θαη κε αληνρή ζε ξεχκα ίζν κε I F =Q bs *f max =173,06nC*65kHz=11,25mA. Δπηιέρζεθε ε δίνδνο BYM26E πνπ ηθαλνπνηεί ηα παξαπάλσ θξηηήξηα. Ζ ρσξεηηθφηεηα ηνπ ππθλσηή, γηα λα είλαη δπλαηφλ λα θξαηάεη ζηαζεξή ηελ ηάζε ηνπ πξέπεη λα ηθαλνπνηεί ην παξαθάησ φξην [31]: C 2 Q bs V CC V f V LS V min (6.28) φπνπ, V CC = ε ηάζε ηξνθνδνζίαο ζηελ πιεπξά ηζρχνο ηνπ driver V f = ε πηψζε ηάζεο αγσγήο ηεο δηφδνπ 102

111 Κεθάιαην 6 ν V LS = ε πηψζε ηάζεο ζην θάησ ηξαλδίζηνξ θαηά ηελ αγσγή V min = ε ειάρηζηε ηάζε κεηαμχ άθξσλ B θαη S Απφ ην θπιιάδην θαηαζθεπαζηή ηνπ Mosfet ε πηψζε ηάζεο θαηά ηελ αγσγή γηα ην κέγηζην ξεχκα είλαη πεξίπνπ 1V, ελψ κε βάζε ην θπιιάδην γηα ην IR2213 έρνπκε κέγηζηε ηηκή γηα V min ίζε κε 11,7V. Γηα ηε δίνδν πνπ επηιέρζεθε έρνπκε ηππηθή ηηκή γηα ηελ πηψζε ηάζεο ζηε δίνδν ίζε κε V f =1,34V. Με βάζε ηηο παξαπάλσ ηηκέο θαη γηα ηάζε ηξνθνδνζίαο V CC =15V ε ειάρηζηε ηηκή ηνπ ππθλσηή πξνθχπηεη ίζε κε 360,54κF. Αθνινπζψληαο εκπεηξηθφ θαλφλα ζεσξνχκε ρσξεηηθφηεηα 15 θνξέο κεγαιχηεξε ζε ζρέζε κε απηή πνπ ππνινγίζακε, δειαδή 5,4κF. Φπζηθά, ιφγσ ηνπ ζπληειεζηή αζθαιείαο θαη ησλ αθξαίσλ ηηκψλ ησλ κεγεζψλ ησλ εμηζψζεσλ πνπ ζεσξήζεθαλ, έρεη εμαζθαιηζηεί θαηά πνιχ ε αζθάιεηα. Έηζη, κεηά θαη απφ δνθηκή έλαο MKT ππθλσηήο ρσξεηηθφηεηαο 820nF ήηαλ απνηειεζκαηηθφο. 6.6 ΚΤΚΛΩΜΑΣΑ ΣΡΟΦΟΓΟΗΑ Ζ ηξνθνδνζία ησλ νινθιεξσκέλσλ θαη ησλ ππνινίπσλ ζηνηρείσλ ηνπ κεηαηξνπέα έγηλε κε ηε ρξήζε γξακκηθψλ ηξνθνδνηηθψλ. Ζ θιαζηθή ζπλδεζκνινγία ελφο γξακκηθνχ ηξνθνδνηηθνχ παξνπζηάδεηαη ζην επφκελν ζρήκα [32]. ρήκα 6.30 : Έλα γξακκηθό ηξνθνδνηηθό [33] Γηα ηελ εμαγσγή ηεο ζηαζεξήο ηάζεο, αξρηθά ε ηάζε ηνπ δηθηχνπ ππνβηβάδεηαη κε έλα κεηαζρεκαηηζηή θαη ζηε ζπλέρεηα ε ππνβηβαζκέλε ηάζε αλνξζψλεηαη κε κηα γέθπξα. ηε ζπλέρεηα έλαο ππθλσηήο κεγάιεο ρσξεηηθφηεηαο κεηψλεη ηελ θπκάησζε. Έλαο ζηαζεξνπνηεηήο ηάζεο, παξάγεη ζηαζεξή ηάζε, ελψ ζηελ έμνδφ ηνπ ζπλδέεηαη έλαο ππθλσηήο, ν νπνίνο ρξεζηκνπνηείηαη γηα ην θηιηξάξηζκα ηεο θπκάησζεο ζηελ ηάζε 103

112 Κεθάιαην 6 ν ηξνθνδνζίαο, πνπ δεκηνπξγείηαη ιφγσ ηεο ιεηηνπξγίαο ησλ νινθιεξσκέλσλ θαη ηεο επαγσγήο ησλ γξακκψλ ηνπ θπθιψκαηνο. Τινπνηήζεθαλ ζπλνιηθά ηέζζεξα ηξνθνδνηηθά. - Έλα ηξνθνδνηηθφ 0/+5V γηα ηελ ηξνθνδνζία ηνπ θπθιψκαηνο παικνδφηεζεο - Έλα ηξνθνδνηηθφ 0/+15V γηα ηελ ηξνθνδνζία ηνπ IR2213, ηεο αλάδξαζεο ησλ optocoupler IL-300 θαη ηνπ LM358 πνπ ρξεζηκνπνηείηαη ζηελ αλάδξαζε απηή - Έλα ηξνθνδνηηθφ 0/+5V γηα ηελ ηξνθνδνζία ησλ LTS 6-NP - Έλα ηξνθνδνηηθφ 0/±15V γηα ηελ ηξνθνδνζία ηνπ θπθιψκαηνο ειέγρνπ θαη ηεο εμφδνπ ησλ optocoupler IL-300 Σα δχν πξψηα, φπσο θαη ηα δχν επφκελα ηξνθνδνηηθά, έρνπλ θνηλή γείσζε θαη είζνδν απφ ηνλ ίδην Μ/. Οη ζηαζεξνπνηεηέο ηάζεο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ ήηαλ ν LM7815 γηα ηάζε εμφδνπ +15V, ν LM7805 γηα ηάζε εμφδνπ 5V θαη ν LM7915 γηα ηάζε εμφδνπ -15V. Πξηλ ηνπο ζηαζεξνπνηεηέο ηνπνζεηήζεθαλ ειεθηξνιπηηθνί ππθλσηέο αινπκηλίνπ 2,2mF, θαζψο επηζπκνχκε κεγάιε ηηκή ππθλσηή, ελψ κεηά ηνπο ζηαζεξνπνηεηέο ππθλσηέο MKT 1κF, αθνχ ζηελ πεξίπησζε απηή ζέινπκε νξζή ζπκπεξηθνξά ηνπ ππθλσηή ζηηο κεγάιεο ζπρλφηεηεο. 6.7 ΟΗ ΠΛΑΚΔΣΔ ΣΟΤ ΜΔΣΑΣΡΟΠΔΑ Όπσο είπακε θαη ζε πξνεγνχκελε ελφηεηα θαηαζθεπάζηεθαλ ζπλνιηθά ηξεηο πιαθέηεο. 104

113 Κεθάιαην 6 ν ρήκα 6.31 : Ζ πιαθέηα κε ην θύθισκα ηξνθνδνζίαο Ζ πξψηε απνηειείηαη απφ ην ηα ηξνθνδνηηθά θαη απεηθνλίδεηαη ζην παξαπάλσ ζρήκα. 105

114 Κεθάιαην 6 ν ρήκα 6.32 : Ζ πιαθέηα κε ην θύθισκα ηζρύνο Ζ δεχηεξε πιαθέηα απνηειείηαη απφ ην θχθισκα ηζρχνο, ην θχθισκα παικνδφηεζεο θαη ηα κεηξεηηθά θπθιψκαηα. Ζ επηινγή λα ππάξμνπλ ηα ζπγθεθξηκέλα θπθιψκαηα ζηελ ίδηα πιαθέηα έγηλε έηζη ψζηε λα κελ ππάξρνπλ ηκήκαηα ηνπ θπθιψκαηνο ηζρχνο θαη λα κελ εκθαλίδεηαη ε ηάζε ηνπ δηθηχνπ κέζσ ηνπ Μ/, ζηελ ίδηα πιαθέηα κε ηνλ έιεγρν, φπνπ παξεκβαίλεη αλζξψπηλν ρέξη. 106

115 Κεθάιαην 6 ν ρήκα 6.33 : Ζ πιαθέηα ηνπ θπθιώκαηνο ειέγρνπ Σέινο, ε ηειεπηαία πιαθέηα πεξηιακβάλεη ην θχθισκα ηνπ ειέγρνπ (ζρήκα 6.33). Όπσο θαίλεηαη, ζε θάζε νινθιεξσκέλν, θνληά ζηνπο αθξνδέθηεο ηεο ηξνθνδνζίαο ηνπνζεηήζεθαλ ππθλσηέο γηα decoupling. 107

116 108

117 Κεθάιαην 7 ν ΚΔΦΑΛΑΗΟ 7 ΠΔΗΡΑΜΑΣΑ, ΜΔΣΡΖΔΗ ΚΑΗ ΤΜΠΔΡΑΜΑΣΑ 7.1 ΓΗΔΞΑΓΩΓΖ ΠΔΗΡΑΜΑΣΩΝ Γηα ηελ επηβεβαίσζε ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ κεηαηξνπέα δηεμήρζεζαλ νξηζκέλα πεηξάκαηα, κε ζθνπφ πξνθαλψο ηελ παξαγσγή ελαιιαζζφκελεο ηάζεο ζηελ έμνδν ηνπ κεηαηξνπέα. Ωο θνξηίν επηιέρζεθε κεηαβιεηή αληίζηαζε κε εχξνο 0-200Ω θαη ξεχκα κέρξη 1,4A. Ζ ηάζε εμφδνπ δελ γηλφηαλ λα πάξεη απ επζείαο κεγάιεο ηηκέο, ιφγσ ηνπ θηλδχλνπ εκθάληζεο πςειψλ ξεπκάησλ θαη ππεξηάζεσλ, θάηη πνπ ζα κπνξνχζε λα πξνθαιέζεη βιάβε ζην θχθισκα. Γηα ην ιφγν απηφ, αξρηθά δεκηνπξγήζεθε κία κηθξή ηάζε εμφδνπ θαη ζηε ζπλέρεηα κε ηε κεηαβνιή ησλ αληίζηνηρσλ κεγεζψλ ηνπ ειέγρνπ απμήζεθε ζηαδηαθά. Ζ παξνρή ηεο ηάζεο εηζφδνπ έγηλε κε έλα ηξνθνδνηηθφ, μεθηλψληαο απφ κηθξέο ηηκέο ηεο ηάζεο εηζφδνπ θαη απμάλνληαο ηελ ηάζε απηή ζηγά ζηγά. Ζ ζηαδηαθή απηή αχμεζε πξαγκαηνπνηήζεθε γηα ηελ απνθπγή κεγάισλ ιφγσλ θαηάηκεζεο ζηνπο παικνχο πνπ ηξνθνδνηνχλ ηα MOSFET, θάηη πνπ πηζαλφλ λα είρε σο απνηέιεζκα ηελ ππεξζέξκαλζε ησλ ζηνηρείσλ. Παξάιιεια πξέπεη λα γίλνληαη νη θαηάιιειεο παξεκβνιέο ζηνλ έιεγρν, ψζηε λα επηηπγράλνπκε θάζε ζηηγκή ηελ εκηηνλνεηδή ηάζε ζηελ έμνδν. Ζ αλαθνξά ηνπ πςίζπρλνπ ξεχκαηνο ζηα πελία είλαη κεδέλ, νπφηε δε καο απαζρνιεί. Οη αλαθνξέο, φκσο, γηα ηνπο ππθλσηέο θαη γηα ην ξεχκα εμφδνπ, αξρηθά πξέπεη λα έρνπλ κηθξέο ηηκέο θαη ζηε ζπλέρεηα λα ηηο κεηαβάιινπκε αλάινγα κε ηελ επηζπκεηή ιεηηνπξγία ηνπ αληηζηξνθέα. Παξάιιεια, πξέπεη λα επεκβαίλνπκε, ζε κηθξφηεξν βαζκφ βέβαηα, ζηνπο ζπληειεζηέο ησλ ζθαικάησλ ζε θάζε ζεκαληηθή κεηαβνιή ησλ αλαθνξψλ. Σέινο, θαη ε αληίζηαζε εμφδνπ, νξίζηεθε ζηελ αξρή ζε κηθξή ηηκή γηα ηελ απνθπγή κεγάιεο ηάζεο εμφδνπ (αθνχ V o =I o *R κε ην ξεχκα εμφδνπ λα έρεη ειεγρφκελε ηηκή). Οη δηάθνξεο κεηαβνιέο ησλ ζπληζησζψλ ηνπ ειέγρνπ γίλνληαη κε ηε ρξήζε ησλ ηξίκεξ πνπ έρνπκε ζπλδέζεη αληί ησλ αληηζηάζεσλ ζηηο δηάθνξεο ζπλδεζκνινγίεο. Ζ ζπλερήο παξέκβαζε ηνπ αλζξψπηλνπ παξάγνληα ζην θχθισκα ειέγρνπ θαηαδεηθλχεη ηε ζεκαζία ηεο ειεθηξηθήο απνκφλσζεο πνπ επηδηψρζεθε θαηά ηε δηάξθεηα ηεο θαηαζθεπήο. Σν εκηαγσγηθφ ζηνηρείν ζε έλα κεηαηξνπέα boost, ρξεηάδεηαη γηα ηελ έλαπζε (θπζηθά θαη γηα ηε ιεηηνπξγία ηνπ) έλαλ πςίζπρλν παικφ. ην ζπγθεθξηκέλν κεηαηξνπέα, έρνληαο 109

118 Κεθάιαην 7 ν ζπλδεδεκέλε ηελ παικνδφηεζε κε ην θχθισκα νδήγεζεο ησλ παικψλ θαη εθαξκφδνληαο κεηά ηάζε ζηελ είζνδν, ν παικφο απηφο δελ κπνξεί λα επηηεπρζεί. Ζ αδπλακία επίηεπμεο νθείιεηαη ζην γεγνλφο, φηη ζε απηή ηελ πεξίπησζε ηα κεγέζε ζηα πελία θαη ηνπο ππθλσηέο είλαη κεδεληθά. Έηζη, ηα κφλν ζθάικαηα πνπ πξνθχπηνπλ είλαη γηα ηηο ηάζεηο ησλ ππθλσηψλ θαη ην ξεχκα ηεο εμφδνπ, ηα νπνία είλαη ζπρλφηεηαο 50Hz, γηα κεδεληθέο κεηξήζεηο. Γηα λα κπνξέζεη λα δνζεί παικφο, αξρηθά εθαξκφζηεθε κία ηάζε εηζφδνπ θαη ζηε ζπλέρεηα ζπλδέζεθε ε παικνδφηεζε απφ ην θχθισκα ειέγρνπ. Με ηνλ ηξφπν απηφ, αξρηθά εθαξκφδεηαη κία ηάζε ζηνπο ππθλσηέο πνπ θαη ζε ζπλδπαζκφ, κε ηε ιεηηνπξγία ησλ νινθιεξσκέλσλ, πξνθαινχλ ηελ εκθάληζε πςίζπρλνπ ζθάικαηνο, άξα θαη αληίζηνηρνπ παικνχ. Απφ ηε ζηηγκή πνπ έρεη ππάξμεη παικφο πςειήο ζπρλφηεηαο θαη έρεη μεθηλήζεη θάζε κεηαηξνπέαο λα ιεηηνπξγεί σο ακθίδξνκνο boost, κπνξνχκε λα επέκβνπκε ζηνλ έιεγρν ψζηε λα βειηησζεί ην απνηέιεζκα. 7.2 ΜΔΣΡΖΔΗ Με ηνλ ςεθηαθφ παικνγξάθν ιήθζεθαλ νη αθφινπζεο εηθφλεο ζηελ έμνδν ηνπ κεηαηξνπέα, ελψ κε ηε ρξήζε πνιπκέηξσλ θαη ησλ ελδείμεσλ ηνπ ηξνθνδνηηθνχ ιήθζεθαλ νη παξαθάησ κεηξήζεηο. Αξρηθά πξνέθπςε ην παξαθάησ απνηέιεζκα γηα ηελ ηάζε ζηελ έμνδν. ρήκα 7.1 : Σάζε εμόδνπ ηνπ αληηζηξνθέα (21V) Ζ ελεξγφο ηηκή ηεο ηάζεο εμφδνπ είλαη 21V κε ηελ αληίζηνηρε ηνπ ξεχκαηνο λα είλαη 0,26A. Σελ ίδηα ζηηγκή, ζηελ είζνδν εθαξκφδεηαη ηάζε 17,2V θαη δηέξρεηαη ξεχκα κε κέζε 110

119 Κεθάιαην 7 ν ηηκή 0,47A. Απηφ ζπλεπάγεηαη βαζκφ απφδνζεο ίζν κε 0,68 πνπ είλαη ζρεηηθά κηθξφο. Παξάιιεια, ε ηάζε παξνπζηάδεη κία θπκάησζε. Αλεβάδνληαο ειάρηζηα ηελ ηάζε εμφδνπ, πξνθχπηεη ε θπκαηνκνξθή ηνπ ζρήκαηνο 7.2. Ζ ηάζε εμφδνπ είλαη ίζε κε 22,3V rms κε ξεχκα 0,22A, ελψ ζηελ είζνδν έρνπκε ηάζε 19,2V θαη ξεχκα κε κέζε ηηκή 0,31A. Ο βαζκφο απφδνζεο ππνινγίδεηαη ίζνο κε 0,82. Ζ θπκάησζε έρεη κεησζεί ιίγν, σζηφζν παξακέλεη έληνλε θπξίσο ζηελ αξλεηηθή εκηπεξίνδν ρήκα 7.2 : Σάζε ζηελ έμνδν ηνπ αληηζηξνθέα (22,3V) ηε ζπλέρεηα απμήζακε θη άιιν ηελ ηάζε, ψζηε πξνέθπςε ε θπκαηνκνξθή ηνπ ζρήκαηνο ρήκα 7.3 : Σάζε εμόδνπ ηνπ αληηζηξνθέα (30,13V) Ζ ελεξγφο ηηκή ηάζεο θαη ξεχκαηνο κεηξήζεθε αληίζηνηρα 30,13V θαη 0,27A. Απφ ηελ άιιε ε ηάζε εηζφδνπ ήηαλ ίζε κε 22,6V θαη κε κέζν ξεχκα 0,51A. O βαζκφο απφδνζεο έρεη πέζεη ζην 0,7, γεγνλφο πνπ πξνθαιείηαη απφ ηηο κεγάιεο ηάζεηο ζηνπο ππθλσηέο. Οη κεγάιεο 111

120 Κεθάιαην 7 ν ηάζεηο ζπλεπάγνληαη κεγάιν ιφγν θαηάηκεζεο, άξα θαη κεγαιχηεξν ξεχκα εηζφδνπ. Παξάιιεια, φκσο, απμάλνληαη, νη δηαθνπηηθέο απψιεηεο ζηα εκηαγσγηθά ζηνηρεία, κε απνηέιεζκα λα κεηψλεηαη ν βαζκφο απφδνζεο. Απηφ επηβεβαηψλεηαη θαη παξαηεξψληαο ηελ ηάζε ζε έλαλ απφ ηνπο ππθλσηέο, φπσο ζην ζρήκα 7.4, φπνπ ε ηάζε ηνπ ππθλσηή θηάλεη πεξίπνπ ηα 72V κέγηζην. ρήκα 7.4 : Σάζε ππθλσηή Απμάλνληαο ηελ ηάζε ζηα 24V θαη αιιάδνληαο ηελ ηηκή ησλ ζπληειεζηψλ γηα ην ζθάικα εμφδνπ πξνέθπςε ε θπκαηνκνξθή ηνπ ζρήκαηνο 7.5. ρήκα 7.5 : Σάζε ζηελ έμνδν ηνπ αληηζηξνθέα (33,5V) ηελ πεξίπησζε απηή, παξαηεξνχκε φηη έρεη κεησζεί θαη άιιν ε θπκάησζε. Ζ ηάζε εμφδνπ δελ είλαη ηδηαίηεξα κεγαιχηεξε (33,5V), κε ην ξεχκα λα είλαη ίζν κε 0,25A. Ο βαζκφο απφδνζεο, δεδνκέλνπ φηη κεηξήζεθε ξεχκα εηζφδνπ κε κέζε ηηκή 0,5Α, είλαη ζρεδφλ ακεηάβιεηνο ζε ζρέζε κε πξηλ. 112

121 Κεθάιαην 7 ν Μεηαβάιινληαο επηπιένλ ηνπο ζπληειεζηέο ζθαικάησλ γηα ηα πςίζπρλα ξεχκαηα, ε θπκάησζε κεηψλεηαη αθφκα πεξηζζφηεξα. Έρνληαο ηελ ίδηα ψξα αλεβάζεη ηελ ηζρχ (27V θαη 0,7A είζνδνο), πξνθχπηεη ζηνλ παικνγξάθν ην παξαθάησ απνηέιεζκα. ρήκα 7.6 : Σάζε εμόδνπ ηνπ κεηαηξνπέα (42,5V) Ζ θπκαηνκνξθή αθνινπζεί ηελ εκηηνλνεηδή κνξθή πνπ αλακέλεηαη λα έρεη θαη ε θπκάησζε έρεη κεησζεί ζε κεγάιν βαζκφ. Σν ξεχκα ηεο εμφδνπ είλαη ίζν κε 0,286A rms, κε ηελ αληίζηνηρε ηηκή γηα ηελ ηάζε εμφδνπ λα είλαη 42,5V. Ζ απφδνζε είλαη κεγαιχηεξε ηψξα (0,82). ην επφκελν ζρήκα, ζπγθξίζεθε ε ηάζε απηή ζε ζρέζε κε ηελ ηάζε ηνπ δηθηχνπ. Όπσο βιέπνπκε ε ηάζε ζηελ έμνδν αθνινπζεί ζε ηθαλνπνηεηηθφ βαζκφ ηελ αλαθνξά πνπ ιακβάλεη γηα ην δίθηπν απφ ην κεηαζρεκαηηζηή. ρήκα 7.7 : Σάζε εμόδνπ (πξάζηλν) ζε ζρέζε κε ηελ ηάζε δηθηύνπ (θίηξηλν) Ζ επφκελε κέηξεζε έγηλε γηα ηάζε εηζφδνπ 29,4V θαη κέζν ξεχκα 0,9A. Σα απνηειέζκαηα ζηνλ παικνγξάθν θαίλνληαη ζην ζρήκα

122 Κεθάιαην 7 ν ρήκα 7.8 : Σάζε εμόδνπ ηνπ κεηαηξνπέα (60,4V) Ζ ηάζε εμφδνπ, ε νπνία έρεη ελεξγφ ηηκή ίζε κε 60,4V, παξνπζηάδεη κία βειηησκέλε θπκαηνκνξθή, κε πνιχ κηθξή θπκάησζε. Βέβαηα, ε ελεξγφο ηηκή ηεο είλαη κεγάιε ζε ζρέζε κε ηελ ηάζε εηζφδνπ, ηνπιάρηζηνλ αξθεηά κεγάιε ψζηε λα εκθαλίδνληαη πςειέο ηάζεηο (ζε ζρέζε κε ηελ ηάζε εηζφδνπ) ζηνπο ππθλσηέο. Έηζη, απμάλνληαη νη δηαθνπηηθέο απψιεηεο θαη ν βαζκφο απφδνζεο πέθηεη ζε ζρέζε κε πξηλ (0,77 κε ξεχκα εμφδνπ 0,326A). Σέινο, ε κεγαιχηεξε κέηξεζε πνπ πξνέθπςε ήηαλ γηα είζνδν 54V, κε ην ξεχκα λα έρεη κέζε ηηκή 1A. ηελ έμνδν, πξνέθπςε ηάζε ηεο κνξθήο πνπ θαίλεηαη ζην παξαθάησ ζρήκα. ρήκα 7.9 : Σάζε εμόδνπ ηνπ κεηαηξνπέα (82,7V) ηελ πεξίπησζε απηή, ε ηάζε έρεη ελεξγφ ηηκή ίζε κε 82,7V ελψ ην ξεχκα είλαη ίζν κε 0,58 rms ηηκή. Απηφ ζπλεπάγεηαη έλα βαζκφ απφδνζεο 0,89 πνπ είλαη έλα πνιχ ηθαλνπνηεηηθφ απνηέιεζκα, ζε ζπλδπαζκφ θαη κε ηελ εκηηνλνεηδή ηάζε πνπ πξνθχπηεη. 114

123 Κεθάιαην 7 ν 7.3 ΤΜΠΔΡΑΜΑΣΑ ηε δηπισκαηηθή εξγαζία απηή κειεηήζεθε, ζρεδηάζηεθε θαη πινπνηήζεθε έλαο αληηζηξνθέαο boost, κε πξννξηζκφ ηε ρξήζε ηνπ γηα ζχλδεζε ΦΒ πιαηζίσλ κε ην δίθηπν ρακειήο ηάζεο. Παξάιιεια, επηιέρζεθε θαη πινπνηήζεθε ν έιεγρνο νιίζζεζεο ζην πεδίν θαηαζηάζεσλ (sliding mode control), σο ηερληθή ειέγρνπ ηνπ κεηαηξνπέα. Με ηνλ έιεγρν απηφ πξαγκαηνπνηήζεθαλ κεξηθέο δνθηκέο ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ κεηαηξνπέα. Ο κεηαηξνπέαο ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο θαίλεηαη λα απνηειεί κία πνιχ θαιή ιχζε γηα πεξηπηψζεηο, φπνπ επηδεηνχκε κεηαηξνπή ηάζεο απφ ζπλερή ζε ελαιιαζζφκελε, ελψ παξάιιεια ζέινπκε θαη αλχςσζε ηεο ελαιιαζζφκελεο ηάζεο. Υσξίο λα ρξεζηκνπνηείηαη, θάπνηνο κεηαζρεκαηηζηήο, ή θάπνην μερσξηζηφ ζηάδην αλχςσζεο, θαη κε ηελ εθαξκνγή ηνπ θαηάιιεινπ ειέγρνπ, κπνξεί λα πξνθχςεη ζηελ έμνδν ελαιιαζζφκελε ηάζε κε ηηκή κεγαιχηεξε ηεο ηάζεο εηζφδνπ. Μάιηζηα είλαη δπλαηφλ λα ιεθζεί ελεξγφο ηηκή ηεο ηάζεο εμφδνπ αξθεηά κεγαιχηεξε ηεο ηάζεο ζηελ είζνδν. Αλ ρξεζηκνπνηεζνχλ επηπιένλ, ιηγφηεξν απζηεξά φξηα γηα ην ιφγν θαηάηκεζεο, ε απαηηνχκελε ηάζε ζηελ είζνδν, γηα δεδνκέλε ηάζε εμφδνπ, είλαη κηθξφηεξε, επνκέλσο θαη ε αλχςσζε είλαη κεγαιχηεξε. Γπζθνιίεο πνπ ζπλαληήζεθαλ ζην ζπγθεθξηκέλν κεηαηξνπέα είλαη ε εχξεζε ελφο θαηάιιεινπ ειέγρνπ, πνπ ζα δηαζθαιίδεη απνηειεζκαηηθή ιεηηνπξγία ηνπ, θαζψο θαη αδπλακία λα παξάμεη ηάζε ίζε κε απηή ηνπ δηθηχνπ απφ έλα κφλν ΦΒ πιαίζην, φπσο ζα επηζπκνχζακε. Ζ αδπλακία απηή νθείιεηαη ζην φηη αθφκα θαη αλ ππνηεζνχλ ιηγφηεξν απζηεξά φξηα, φπσο αλαθέξζεθε, γηα ην ιφγν θαηάηκεζεο, δελ παχνπλ λα πθίζηαληαη, ζέηνληαο έλα ειάρηζην ζηελ απαηηνχκελε ηάζε εηζφδνπ. ε φηη αθνξά ηνλ έιεγρν πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε, ν sliding mode control απνηειεί εμαίξεηε ιχζε γηα κεηαηξνπείο ζηνπο νπνίνπο απαηηείηαη έιεγρνο ξεχκαηνο θαη φπνπ νη ζρέζεηο ησλ κεγεζψλ δελ παξνπζηάδνπλ γξακκηθφηεηα. Λακβάλνληαο ζηε ζχλζεζή ηνπ ηηο αλαθνξέο πνπ πξέπεη λα έρνπλ φιεο νη κεηαβιεηέο θαηάζηαζεο θαη εθαξκφδνληαο έλα βξφρν πζηέξεζεο, ν sliding mode control, δηαηεξεί ην ζχζηεκα ζε κηα πεξηνρή πνιχ θνληά ζην ζεκείν ηζνξξνπίαο. Απηφ επηβεβαηψλεηαη θαη απφ ηηο θπκαηνκνξθέο ησλ κεγεζψλ πνπ, γηα ηηο ζσζηέο ηηκέο ησλ ζπληειεζηψλ ησλ ζθαικάησλ, είλαη πνιχ θνληά ζηηο αλαθνξέο. Βέβαηα, ζε πεξηπηψζεηο, φπσο ηνπ κεηαηξνπέα ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο, φπνπ ε ρξήζε αλαινγηθψλ νινθιεξσκέλσλ ελδείθλπηαη ζε ζρέζε κε ηε ρξήζε κηθξνεπεμεξγαζηή δεκηνπξγεί θάπνηεο δπζθνιίεο. Πέξα απφ ηνλ πηζαλφ ζφξπβν, ν νπνίνο απφ ηηο κεηξήζεηο πνπ έγηλαλ δελ ήηαλ 115

124 Κεθάιαην 7 ν ζεκαληηθφο, απαηηείηαη ηδηαίηεξε πξνζνρή ζηε ζχλζεζε ησλ αλαθνξψλ θαη ησλ ζπληειεζηψλ ησλ ζθαικάησλ. Γηα ηε ξχζκηζε ή αιιαγή ησλ αλαθνξψλ απαηηείηαη ζπλερήο παξαθνινχζεζε ησλ ηηκψλ ηνπο, ελψ γηα ηελ θαηάιιειε ξχζκηζε ησλ ζπληειεζηψλ απαηηείηαη ζσζηφο ζπλδπαζκφο ηνπο, πνπ ζηελ πξάμε γίλεηαη δχζθνινο κε ρξήζε ηξίκεξ. Δπηπιένλ, πξέπεη λα ιεθζεί κέξηκλα γηα ηε δεκηνπξγία ελφο πςίζπρλνπ παικνχ θαηά ηελ έλαπζε. Οη παξαπάλσ δπζθνιίεο επηβξάδπλαλ ηε δηπισκαηηθή εξγαζία, κε απνηέιεζκα λα κε ιεθζεί απνηέιεζκα γηα ηάζε εμφδνπ ίζε κε ηελ νλνκαζηηθή ηάζε δηθηχνπ, θαη πξνθαλψο λα κελ επηηεπρζεί ζχλδεζε κε ην δίθηπν ρακειήο ηάζεο. Δλ γέλεη ε ιεηηνπξγία ηνπ κεηαηξνπέα κε ην ζπγθεθξηκέλν έιεγρν, θξίλεηαη ιίαλ ηθαλνπνηεηηθή. αθψο, κία πηζαλή κειινληηθή εξγαζία ζρεηηθά κε ην κεηαηξνπέα, απνηειεί ε επίηεπμε ηεο ζχλδεζήο ηνπ κε ην δίθηπν. Δπηπιένλ, ζα κπνξνχζε λα πξαγκαηνπνηεζεί αλάιπζε, ζηελ νπνία ν θάζε επηκέξνπο boost ιεηηνπξγεί κε ην πελίν ζε θαηάζηαζε αζπλερνχο αγσγήο (DCM). Σέινο, γηα ηελ πεξίπησζε ηεο ζχλδεζεο κε ην δίθηπν, ζα κπνξνχζε λα γίλεη αλάιπζε ηεο παξαιιαγήο ηνπ κεηαηξνπέα πνπ αλαιχεηαη ζην άξζξν ησλ Y. Fang θαη X. Ma [34], ε νπνία ρξεζηκνπνηεί ζπδεπγκέλα πελία. 116

125 ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ [1] Η.Δ.Φξαγθηαδάθεο, Φυηοβοληαφκά Σςζηήμαηα. Θεζζαινλίθε: ΔΚΓΟΔΗ ΕΖΣΖ, [2] [Online]. %CE%B1 [3] [Online]. %CE%AE_%CE%B5%CE%BD%CE%AD%CF%81%CE%B3%CE%B5%CE%B9%CE% B1 [4] [Online]. [5] [Online]. CF%81%CE%BC%CE%B9%CE%BA%CE%AC_%CF%83%CF%85%CF%83%CF%84 %CE%AE%CE%BC%CE%B1%CF%84%CE%B1 [6] [Online]. CE%BB%CF%84%CE%B1%CF%8A%CE%BA%CE%AC [7] [Online]. [8] [Online]. [9] [Online]. [10] [Online]. [11] [Online]

126 [12] Miscellaneous: TO DO. [13] B. I. Caceres Ramon O., "A Boost DC-AC Converter: Analysis, Design, and Experimentation," IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL 14, NO. 1, pp , Jan [14] Γ..-Μ. Δ.Κ.Σαηάθεο, Σημειώζειρ Επγαζηηπίος Ηλεκηπονικών Ιζσύορ II. Πάηξα, [15] [Online]. [16] R. G. C. D. a. C. o. S.-P. D. P. G. Systems, Mihai Ciobotaru. Aalborg, Denmark: Aalborg University, Institute of Energy Technology, [17] Η. Καξαηδαθέξεο, Μελέηη και Καηαζκεςή Διάηαξηρ για ηον Έλεγσο Κινηηήπα ενόρ Ηλεκηπικού Οσήμαηορ με Σηόσο ηην Εξοικονόμηζη Ενέπγειαρ. Πάηξα, Παλεπηζηήκην Παηξψλ: Δξγαζηήξην Ζιεθηξνκεραληθήο Μεηαηξνπήο Δλέξγεηαο, Σκήκα Ζιεθηξνιφγσλ Μεραληθψλ θαη Σερλνινγίαο Τπνινγηζηψλ, [18] [Online]. [19] J. M. D. F. P. W. G. S. A. Blorfman, "Sliding Mode Controller for Three-Phase Hybrid Active Power Filter with Photovoltaic Application," Smart Grid and Renewable Energy, pp , [20] T. M. U. W. P. R. Ned Mohan, Ειζαγυγή ζηα Ηλεκηπονικά Ιζσύορ, 3rd ed. Δθδφζεηο Σδηφια, [21] Η. Κηνζθεξίδεο, Ηλεκηπονικά Ιζσύορ. Θεζζαινλίθε: Δθδφζεηο Σδηφια, [22] J. Lloyd H. Dixon. [Online]. [23] [Online]. [24] [Online]. [25] [Online]. 118

127 [26] [Online]. [27] [Online]. [28] [Online]. [29] [Online]. [30] [Online]. [31] [Online]. [32] [Online]. [33] [Online]. [34] X. M. Y.Fang, "A Novel PV MicroinverterWith Coupled Inductors and Double-Boost Topology," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 25, pp , Dec

128 120

129 ΠΑΡΑΡΣΖΜΑ Α ΚΤΚΛΩΜΑ ΚΑΗ ΚΩΓΗΚΔ ΣΟ MATLAB ΚΤΚΛΩΜΑ ΣΟΤ ΑΝΣΗΣΡΟΦΔΑ 121

130 ΚΩΓΗΚΑ ΟΡΗΜΟΤ ΜΔΡΑΒΛΖΣΩΝ TON=0.03 K1=4,1 K2=0.1 K3=3.5 Vg=207 ΚΩΓΗΚΑ ΤΠΟΛΟΓΗΜΟΤ ΑΠΩΛΔΗΩΝ ΑΓΩΓΖ function [y,w]= fcn(x,u,v,t) %#codegen persistent freq; persistent a; persistent en; if isempty(freq) freq=0; end if isempty(a) a=1; end if isempty(en) en=0; end if t>=0.08 if (a==1) && (x==0) && (u>0 u<0) freq=freq+1 a=0; en=en+u*v; elseif (a==0) && (x==0) && (u==0) a=1; end end y=freq; w=en*0.5*20e-9*50; 122

131 ΠΑΡΑΡΣΖΜΑ Β ΥΔΓΗΑΓΡΑΜΜΑΣΑ ΚΑΗ ΣΤΠΩΜΔΝΑ ΚΤΚΛΩΜΑΣΑ ΣΟ KICAD ΥΖΜΑΣΗΚΑ ΓΗΑΓΡΑΜΜΑΣΑ 123

132 PCB ΥΔΓΗΑΓΡΑΜΜΑΣΑ 124

133 125

134 126

135 127