Μαθήματα

Προηγμένος έλεγχος ηλεκτρικών μηχανών

Γενικά

Περιεχόμενα μαθήματος

Θεωρητικό τμήμα:
• Εισαγωγή στον Διανυσματικό Έλεγχο (Vector Control ή Field Oriented Control-FOC), Αρχή Λειτουργίας του Διανυσματικού ελέγχου.
• Συστήματα Αναφοράς (abcs, αβ0s, dq0s και γδ0s), Μετασχηματισμοί Clark και Park).
• Έλεγχος Ρεύματος / Ροπής και Έλεγχος Ροής, Ταξινόμηση Διανυσματικού Ελέγχου (Indirect FOC και Direct FOC).
• Διανυσματικός Έλεγχος Ασύγχρονων και Σύγχρονων Μηχανών (Έλεγχος Ταχύτητας και Ροπής).
• Πλεονεκτήματα Διανυσματικού Ελέγχου (Απόκριση και Ευρωστία Ελέγχου, Έλεγχος Ροπής σε Ευρεία Περιοχή Ταχυτήτων).
• Έλεγχος Μέγιστης Ροπής ανά Ampere (MTPA), Επέκταση της Περιοχής των Ταχυτήτων.
• Εξασθένιση Ροής ή Πεδίου (Flux or Field Weakening).
• Μετατροπείς Ηλεκτρικής Ισχύος, Τριφασικοί Αναστροφείς (3-phase inverters), Διαμόρφωση Sinusoidal PWM (Simulink Model of Inverter).
• Διαμόρφωση Space Vector PWM (SVPWM), Σύγκριση Space Vector και Sinusoidal PWM.
• Παρατηρητές Καταστάσεων, Έλεγχος Χωρίς Αισθητήρες.
Εργασίες – Ασκήσεις Πράξης:
• Ανάλυση της δομής του Διανυσματικού Ελέγχου με Matlab/Simulink, Park Transformation και Inverse Park Transformation.
• Εφαρμογή Μαθηματικών Μοντέλων των Ασύγχρονων και Σύγχρονων Ηλεκτρικών Μηχανών, Ελεγκτές Ρευμάτων, Ροής και Ροπής, Υπολογισμός Γωνιακής Θέσης και Ταχύτητας, Ελεγκτής Ταχύτητας,
• Ανάλυση και Αξιολόγηση αποτελεσμάτων παρουσία διαταραχών. Εξομοίωση Παρατηρητών Καταστάσεων Ηλεκτρικών Μηχανών.
• Εκτίμηση Ροής και Ροπής, Εκτίμηση Γωνιακής Θέσης και Ρευμάτων.

Μαθησιακοί Στόχοι

Ο στόχος του μαθήματος είναι να εφοδιάσει το φοιτητή με τις απαραίτητες γνώσεις που αφορούν τις αρχές λειτουργίας του διανυσματικού ελέγχου καθώς και την εφαρμογή του στον έλεγχο των ηλεκτρικών μηχανών εναλλασσόμενου ρεύματος.
Γνώσεις: Κατανόηση του σχεδιασμού, της λειτουργίας και των τρόπων ελέγχου και των ηλεκτρικών μηχανών μέσω των μετασχηματισμών μεταξύ συστημάτων αναφοράς. Κατανόηση των εφαρμογών του διανυσματικού ελέγχου στην παραγωγική διαδικασία, στην βιομηχανία και γενικότερα σε εφαρμογές κίνησης και μετατροπής ενέργειας.
Δεξιότητες: Απόκτηση ευχέρειας σχεδιασμού και υπολογισμού απλών ηλεκτρικών και μηχανικών ισοδύναμων μαθηματικών μοντέλων των ηλεκτρικών μηχανών. Απόκτηση ευχέρειας στον σχεδιασμό ελεγκτών και διάγνωση προβλημάτων εκτίμησης μη μετρούμενων μεταβλητών της ηλεκτρικής μηχανής. Απόκτηση δεξιοτήτων στην ανάλυση της δομής απλών παρατηρητών. Μεθοδική καταγραφή, ανάλυση και παρουσίαση της απόκρισης και συνολικά της απόδοσης του ασκούμενου ελέγχου μέσω αποτελεσμάτων εξομοίωσης.
Ικανότητες: Ανάλυση, σχεδιασμός και υλοποίηση προηγμένων μεθόδων διανυσματικού ελέγχου σε AC ηλεκτρικές μηχανές.

Γενικές Ικανότητες

Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών, ομαδική ή αυτόνομη εργασία και παραγωγή νέων ερευνητικών ιδεών, σχεδιασμός και διαχείριση έργων, προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης.

Μέθοδοι Διδασκαλίας

Θεωρητική διδασκαλία με την ενεργή συμμετοχή των φοιτητών. Οι διαλέξεις του μαθήματος γίνονται με παρουσίαση διαφανειών στο σύνολο της εκπαιδευτικής ύλης. Επιπρόσθετα πραγματοποιούνται ασκήσεις , που συμβάλλουν στην συμμετοχή των φοιτητών για την πληρέστερη κατανόηση των θεματικών ενοτήτων του μαθήματος
Παρουσίαση και επίλυση Ασκήσεων Πράξης.
Το μάθημα υποστηρίζεται από τον εξοπλισμό του εργαστηρίου Ηλεκτρικών Μηχανών για τη εκτέλεση επιλεγμένων ασκήσεων που αφορούν την προβλήματα μοντελοποίησης και ελέγχου, την ανάλυση της διαμόρφωσης σημάτων ελέγχου και την δομή παρατηρητών μεταβλητών, όπως η εκτίμηση της αντι-ΗΕΔ (Back EMF), της μαγνητικής ροής, της ταχύτητας και θέσης του πεδίου του δρομέα.

Αξιολόγηση Φοιτητών

Ενδιάμεση γραπτή εξέταση και Τελικές Γραπτές Εξετάσεις. Ο τελικός βαθμός του μαθήματος διαμορφώνεται κατά 100% από τον βαθμό του θεωρητικού μέρους και των εργασιών-ασκήσεων πράξης.
1) Ο βαθμός του θεωρητικού μέρους διαμορφώνεται από ενδιάμεση και τελική γραπτή εξέταση.
Η ενδιάμεση και τελική γραπτή εξέταση του θεωρητικού μέρους μπορεί να περιλαμβάνει: α) Επίλυση προβλημάτων εφαρμογής των γνώσεων που αποκτήθηκαν, β) Ερωτήσεις σύντομης απάντησης, γ) Συγκριτική αξιολόγηση στοιχείων θεωρίας.
2) Ο βαθμός του συνολικού μέρους διαμορφώνεται με εξέταση των ασκήσεων πράξης αξιολογώντας τις δεξιότητες σε συνδυασμό με τις θεωρητικές γνώσεις που αποκτήθηκαν κατά την διδασκαλίας του μαθήματος με τη μέθοδο της συνεχούς αξιολόγησης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
• Δυνατότητα αναγνώρισης και περιγραφής λειτουργίας/εφαρμογών διανυσματικού ελέγχου των Ηλεκτρικών Μηχανών
• Δυνατότητα επίλυσης ασκήσεων
• Δεξιότητα επίλυσης προβλημάτων διανυσματικού ελέγχου
• Δεξιότητα αναγνώρισης και ανάλυσης των δομών των μοντέλων των ηλεκτρικών μηχανών.
• Δυνατότητα επίλυσης ασκήσεων με παρατηρητές καταστάσεων.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

Συγγράμματα μέσω του συστήματος ΕΥΔΟΞΟΣ:
• Σερβοκινητήρια Συστήματα, Μαδεμλής Χρήστος, Έκδοση: 1η / 2010, ISBN: 978-960-418-213-8, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 18548859, Εκδόσεις Α. ΤΖΙΟΛΑ και ΥΙΟΙ Α.Ε.
• Ηλεκτρικές Μηχανές, Chapman J. Stephen, Έκδοση: 5η / 2019, ISBN: 978-960-418-741-6, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 59414394, Εκδόσεις Α. ΤΖΙΟΛΑ και ΥΙΟΙ Α.Ε.
• Ηλεκτρικά Κινητήρια Συστήματα: Μοντελοποίηση, Ανάλυση και Έλεγχος, RAMU KRISHNAN, Έκδοση: 1η / 2009, ISBN: 978-960-461-233-8, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 13769, Εκδόσεις ΚΛΕΙΔΑΡΙΘΜΟΣ Ε.Π.Ε