| Summary: | Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με την ανάλυση της λειτουργίας της
ασύγχρονης τριφασικής μηχανής, την εφαρμογή σε αυτή μη γραμμικού σχήματος ελέγχου
που περιλαμβάνει PI ελεγκτές, καθώς και τη μελέτη της ευστάθειάς της. Πιο
συγκεκριμένα, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται ανάλυση των σημαντικότερων στοιχείων μιας
ασύγχρονης τριφασικής μηχανής όπως τα κατασκευαστικά στοιχεία και ο τρόπος
παραγωγής των διαφόρων πεδίων που οδηγούν στην περιστροφή της. Εν συνεχεία,
εισάγεται και μελετάται το ισοδύναμο κύκλωμα της ασύγχρονης μηχανής κατά τη μόνιμη
κατάσταση λειτουργίας της, ενώ προτείνονται και τέσσερα μαθηματικά μοντέλα που
περιγράφουν την λειτουργία της κατά την μεταβατική κατάσταση. Από τα μοντέλα αυτά
τα δύο προσιδιάζουν στη λειτουργία της ασύγχρονης μηχανής διπλής τροφοδοσίας (DFIG)
και βραχυκυκλωμένου κλωβού (SCIG) αντίστοιχα.
Μία από τις σημαντικότερες εφαρμογές των ασύγχρονων τριφασικών μηχανών είναι η
χρήση τους για την πλαισίωση συστημάτων εκμετάλλευσης αιολικής ενέργειας. Στα
επόμενα λοιπόν κεφάλαια λαμβάνει χώρα η μελέτη των σημαντικότερων παραγόντων
που επηρεάζουν το αιολικό δυναμικό μιας περιοχής, καθώς και αναλύεται η
μοντελοποίηση του ανέμου με τη χρήση της κατανομής Weibull. Ακόμη γίνεται λόγος για
την εξέλιξη των ανεμογεννητριών, τους διαφόρους τύπους ανεμογεννητριών που
κυκλοφορούν στις μέρες μας, καθώς και υπολογίζεται ο μέγιστος συντελεστής απόδοσης
αυτών.
Έχοντας ολοκληρώσει την ανάλυση των στοιχείων του ανέμου που θα μας βοηθήσουν
στο σχεδιασμό του ελέγχου , προχωράμε στην απόδειξη μιας πολύ σημαντικής για τα
συστήματα ιδιότητας την παθητικότητα , που κάτω από προϋποθέσεις συνεπάγεται
ευστάθεια του συστήματος που την έχει. Η ιδιότητα αυτή αποδεικνύεται με δύο τρόπους
και για τους δυο τύπους μηχανών που αναφέρθηκαν παραπάνω.
Στο πέμπτο και ουσιαστικά τελευταίο κεφάλαιο αυτής της εργασίας αφού γίνει ανάλυση
των βασικών αρχών του διανυσματικού ελέγχου προσανατολισμένου πεδίου
περιγράφεται η κατασκευή μη γραμμικού σχήματος ελέγχου , για καθένα από τα δύο
μοντέλα ,βασισμένο στα παραπάνω και με κύριο στόχο τη μεγιστοποίηση της παραγωγής
ενεργού ισχύος. Περιλαμβάνεται επίσης προσομοίωση των παραπάνω σχημάτων
ελέγχου και λήψη των αποκρίσεων αυτών. Τέλος , παρατίθενται και οι αποδείξεις
παθητικότητας των κλειστών συστημάτων που προκύπτουν από τον έλεγχο , καθώς και
απόδειξη για την ευστάθεια των αντίστοιχων συστημάτων ελλείψει διέγερσης. Η εργασία
ολοκληρώνεται με την εξαγωγή κάποιων χρήσιμων συμπερασμάτων. === In this diploma thesis the operation of a three phase asynchronous machine is analyzed
and a nonlinear control scheme, which includes PI controllers, is applied. Additionally, a
study of asynchronous machine’s stability analysis is conducted. The basic components of
a three phase asynchronous machine are extensively referred at the first chapter of this
thesis, such as construction characteristics and data about the magnetic field which
causes machine’s rotation. The equivalent circuit of the asynchronous machine’s steady
state is introduced and studied. What is more four mathematical models that best
describe asynchronous machine operation during the transition, are also proposed. Two
of these models approximate the operation of doubly fed induction machine (DFIG) and
squirrel cage induction machine (SCIG) respectively.
One of the most important use of induction machines is the exploitation of wind energy.
Thus, next chapters are referred to the factors that affect a region’s wind profile and is
approximated by Weibull’s distribution. Furthermore, wind turbines are classified and
their evolution is analyzed. Their maximum efficiency factor is also calculated.
Having completed the analysis of wind data, used in control design, a very important
property of systems, called passitivity, is proved. Under appropriate conditions, passitivity
guarantees system’s stability. Two different ways are used in order to prove this property
for the two types of induction machine mentioned above.
The fifth and last chapter of this thesis is an introduction to the basic principles of vector
field oriented control. The design of a nonlinear control scheme is implemented as well,
based on field oriented control and active power production’s maximization. Simulations
of these control schemes and their responses are also included. Last but not least, closed
loop systems’ passivity is being proved and the stability of the corresponding systems, in
the absence of stimulation, is proved as well. At the end of this thesis some useful
conclusions are drawn.
|
|---|
