Λειτουργία ελεγχόμενης ανορθωτικής διάταξης για τροφοδοσία dc φορτίου με βελτιωμένη ποιότητα ρεύματος ac δικτύου

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη, αναβάθμιση και προσομοίωση μιας ελεγχόμενης μονοφασικής ανορθωτικής διάταξης, με στόχο τη βελτιστοποίηση της ποιότητας του ρεύματος και τη διατήρηση υψηλού συντελεστή ισχύος κατά τη λειτουργία της. Η πειραματική διάταξη αποτελεί εξέλιξη προηγούμενης πτυχιακής εργασίας που περιλαμβάνει μία ανορθωτική γέφυρα διόδων, ένα Διπολικό Τρανζίστορ Μονωμένης Πύλης

IGBT ως διακόπτη ισχύος, ένα φίλτρο LC και αισθητήρες τάσης και ρεύματος. Στο πλαίσιο της παρούσας μελέτης αναβαθμίστηκε ο εξοπλισμός της διάταξης, με κυριότερες αλλαγές την αντικατάσταση του μικροελεγκτή Arduino Due με τον προηγμένο F28379D της Texas Instruments και την κατασκευή νέου αισθητήρα τάσης, ώστε να επιτευχθεί μεγαλύτερη ακρίβεια μέτρησης και αξιόπιστη επικοινωνία με το σύστημα ελέγχου. Κατά τις πειραματικές δοκιμές εντοπίστηκαν σημαντικά προβλήματα θορύβου και ηλεκτρικών παρεμβολών στα σήματα τάσης και ρεύματος, τα οποία δυσχέραιναν την ασφαλή και σταθερή λειτουργία της διάταξης. Παρά τις προσπάθειες βελτίωσης μέσω παθητικών φίλτρων, τα σήματα δεν πληρούσαν τις απαιτήσεις του νέου μικροελεγκτή, γεγονός που οδήγησε στην ανάγκη ψηφιακής προσομοίωσης του συστήματος. Στο περιβάλλον MATLAB/Simulink αναπτύχθηκε μοντέλο προσομοίωσης της διάταξης, το οποίο περιλαμβάνει όλα τα υποσυστήματα του κυκλώματος ισχύος, ελέγχου και μέτρησης ηλεκτρικών μεγεθών. Στο πλαίσιο αυτό μελετήθηκαν διαφορετικές τεχνικές παλμοδότησης, όπως η ημιτονοειδής διαμόρφωση εύρους παλμών (sPWM) και ο έλεγχος υστέρησης ρεύματος (HCC), ενώ αναπτύχθηκε και προτάθηκε μια νέα υβριδική τεχνική παλμοδότησης η οποία συνδυάζει τα πλεονεκτήματα των παραπάνω μεθόδων. Η υβριδική τεχνική αξιολογήθηκε μέσω εκτεταμένων προσομοιώσεων για διαφορετικά επίπεδα επιθυμητής ισχύος εισόδου. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι προσφέρει σημαντικά βελτιωμένη διαμόρφωση της κυματομορφής ρεύματος, χαμηλότερο αρμονικό περιεχόμενο (THD) και υψηλότερο συντελεστή ισχύος σε σχέση με την τεχνική sPWM. Επιπλέον, διαπιστώθηκε ότι ο έλεγχος ισχύος διατηρεί σταθερές τιμές ενεργού ισχύος στο σύστημα. Συνολικά, η εργασία συμβάλλει στην κατανόηση των περιορισμών μιας πραγματικής πειραματικής διάταξης, στην ανάπτυξη αξιόπιστου μοντέλου προσομοίωσης και στην πρόταση μιας βελτιωμένης τεχνικής παλμοδότησης που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ερευνητικούς σκοπούς και, υπό προϋποθέσεις, σε σύγχρονες εφαρμογές συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας με αυξημένες απαιτήσεις ποιότητας ρεύματος και ενεργειακής απόδοσης.