Μελέτη και κατασκευή μετατροπέα για την τροφοδοσία της διέγερσης μηχανών συνεχούς ρεύματος
Loading...
Date
2024-07-08
Authors
Παπαϊωάννου, Γεώργιος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και την κατασκευή ενός τροφοδοτικού για
έλεγχο του ρεύματος στις διεγέρσεις των μηχανών συνεχούς ρεύματος του εργαστηρίου. Η εργασία
αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος
Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του
Πανεπιστημίου Πατρών.
Η κυκλωματική διάταξη που σχεδιάστηκε είναι ένας μετατροπέας Πλήρους Γέφυρας Μετατόπισης
Φάσης (Phase-Shift Full-Bridge), ο οποίος αξιοποιεί την τεχνική της μετάβασης κατά τον μηδενισμό
τάσης (Zero-Voltage Switching) στα ημιαγωγικά του στοιχεία. Η διερεύνηση της λειτουργίας του και η
υλοποίηση του ελέγχου πραγματοποιούνται με στόχο την ακριβή ρύθμιση της ισχύος που απαιτούν οι
διεγέρσεις των μηχανών σύμφωνα με τις προδιαγραφές.
Αρχικά, παρουσιάζονται οι κατηγορίες των μετατροπέων Συνεχούς Τάσης σε Συνεχή Τάση, αναλύονται
τα χαρακτηριστικά τους και σχολιάζονται τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα που εμφανίζουν. Με
βάση τις προδιαγραφές της εφαρμογής επιλέγεται να μελετηθεί ο μετατροπέας Half-Bridge LLC
Resonant. Αφού πραγματοποιηθεί η θεωρητική του ανάλυση και προσομοιωθεί η λειτουργία του στο
Simulink/Matlab, διαπιστώνεται τελικά ότι η διάταξη αυτή δεν είναι κατάλληλη για τη συγκεκριμένη
εφαρμογή. Κύριος λόγος είναι η μη ικανότητα επίτευξης του πλήρους εύρους τάσης που απαιτείται στην
έξοδο σύμφωνα με τις προδιαγραφές που τέθηκαν αρχικά.
Επόμενος μετατροπέας που μελετάται είναι ο Phase-Shift Full-Bridge. Ακολουθείται η ίδια διαδικασία
με πριν, περιλαμβάνοντας πλήρη εξέταση της λειτουργίας του, προσομοίωση της τοπολογίας του και
διαστασιολόγηση των στοιχείων του. Εν τέλει, η διάταξη αυτή κρίνεται κατάλληλη για τη συγκεκριμένη
εφαρμογή. Παράλληλα περιγράφεται ο έλεγχος κορυφής ρεύματος (peak current mode control) που
χρησιμοποιήθηκε, επιβεβαιώνοντας την αποτελεσματική του λειτουργία μέσω προσομοιώσεων. Τόσο
για την παλμοδότηση όσο και για τον έλεγχο, χρησιμοποιήθηκε ο μικροελεγκτής STM32G474RE ενώ
παράλληλα αναπτύχθηκε και το απαιτούμενο λογισμικό.
Στη συνέχεια πραγματοποιείται η κατασκευή της πειραματικής διάταξης, αφού πρώτα γίνει η επιλογή
των κατάλληλων στοιχείων και ο σχεδιασμός του μετατροπέα σε πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος.
Τέλος, λαμβάνει μέρος η διαδικασία των πειραμάτων σε ανοιχτό και κλειστό βρόγχο υπό ωμικό και
ωμικό-επαγωγικό φορτίο, αποδεικνύοντας την ορθή λειτουργία του μετατροπέα.
Description
Keywords
Τροφοδοτικά, Μετατροπέας πλήρους γέφυρας μετατόπισης φάσης, Μετάβαση υπό μηδενική τάση, Έλεγχος ρεύματος