Search

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και προσομοίωση ενός τμήματος μιας ανεμογεννήτριας η οποία μελλοντικά θα συνδεθεί στο τριφασικό δίκτυο. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Συγκεκριμένα μελετήθηκε και προσομοιώθηκε μια σύγχρονη μηχανή μόνιμου μαγνήτη, η οποία θα αποτελέσει τη γεννήτρια της διάταξης, η οποία συνδέεται στην έξοδο με έναν τριφασικό μετατροπέα. Σκοπός του μετατροπέα είναι η μετατροπή της εναλλασσόμενης τάσης που δέχεται στην είσοδο του, και προέρχεται από την τάση εξ επαγωγής στο στάτη της μηχανής, σε μια συνεχή τάση στην έξοδο του μετατροπέα, δηλαδή πρόκειται για έναν ανορθωτή. Επιπλέον ο μετατροπέας αυτός είναι ένας μετατροπέας ανύψωσης της τάσης, δηλαδή ένας μετατροπέας τύπου boost. Η ανύψωση αυτή γίνεται έχοντας ως δεδομένο ότι ο απώτερος σκοπός μας είναι η σύνδεση της ανεμογεννήτριας στο δίκτυο των 220 V. Συγκεκριμένα η συνεχής τάση που θα μας δώσει ο ανορθωτής προορίζεται να μετατραπεί εκ νέου σε εναλλασσόμενη, από μια διάταξη αντιστροφέα, ώστε τελικά να προκύψει μια κατάλληλη τάση για σύνδεση της ανεμογεννήτριας στο δίκτυο. Ύστερα από μελέτη διαφόρων ανορθωτικών διατάξεων επιλέχθηκε να χρησιμοποιηθεί στην προσομοίωσή ο τριφασικός ανορθωτής ανύψωσης ενός διακοπτικού στοιχείου. Ο διακόπτης του ανορθωτή παλμοδοτήθηκε με την τεχνική της Διαμόρφωσης Εύρους των Παλμών (Pulse Width Modulation-P.W.M) ενώ ένας PI ελεγκτής χρησιμοποιήθηκε προκειμένου να προσαρμοστεί η συνεχής τάση εξόδου του μετατροπέα στις απαιτήσεις του δικτύου. Η μηχανή που μελετήθηκε είναι μια σύγχρονη γεννήτρια μόνιμου μαγνήτη οχτώ πόλων, ονομαστικής ισχύος 660 W, ονομαστικής τάσης 48 V και ονομαστικής ταχύτητας 3000 rpm. Για την εξομοίωσή της χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό Οpera σε δύο διαστάσεις (2d). Στο περιβάλλον σχεδίασης κυκλωμάτων του ίδιου προγράμματος σχεδιάστηκε σε πρώτη φάση ο τριφασικός ανορθωτής και έτσι έγινε εξαγωγή των αποτελεσμάτων για το σύστημα ανοιχτού βρόχου. Στη συνέχεια έγινε διασύνδεση του λογισμικού Opera με το Simulink του Matlab ώστε να επιτευχθεί έλεγχος κλειστού βρόχου αλλά και εκ νέου εξαγωγή των αποτελεσμάτων ανοιχτού βρόχου, ενώ παράλληλα πραγματοποιήθηκε εξομοίωση του συστήματος μηχανής μετατροπέα εξ ολοκλήρου στο Simulink του Matlab με σκοπό την επιλογή των βέλτιστων παραμέτρων του PI ελεγκτή. This thesis deals with the design and simulation of a section of a wind turbine which will in future be connected to the three-phase network. The thesis was accomplished in Electromechanical Energy Conversion Laboratory , Department of Electrical and Computer Engineering of the University of Patras. Specifically, it was studied and simulated a permanent magnet synchronous machine , which is connected to the output with a three-phase converter. The purpose of the converter is to convert the alternating voltage it receives at its entrance, and it comes from the induced voltage in the stator of the machine , into a constant output voltage. Furthermore, the converter’s purpose is to elevate the voltage as it is a boost converter. The voltage should be elevated because the ultimate goal is to connect the wind turbine to the grid of 220 V. Specifically, the dc output voltage of the rectifier, is intended to be converted back into the appropriate ac voltage in order to connect the wind turbine to the grid. Having studying various rectifier’s topologies, it had been chosen the three-phase single switch boost rectifier. The Pulse Width Modulation (PWM) was chosen for the rectifier’s switch and a PI controller was used to adjust the DC output voltage of the converter to the grid . The studied machine is a permanent magnet synchronous generator with eight poles , rated power 660 W, 48 V nominal voltage and rated speed of 3000 rpm. For the simulation, it was used Opera F.E.M. software in two dimensions (2d). In the same program’s design environment was designed the three-phase rectifier and the results for the open loop system were taken. Then, in order to achieve closed – loop control, the rectifier model was created in the “Matlab/Simulink” environment and the machine F.E.M. model was created in “Opera-2D” environment and they were combined into a composite model. By using this interface we managed to re export also results for the open loop system in order to compare the new results with the ones when only the Opera (machine-rectifier) model was used. Finally, the system machine – rectifier was simulated entirely in Simulink of Matlab in order to select the optimum parameters of the PI controller.