Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η μελέτη, εξομοίωση και κατασκευή ενός ηλεκτρονικού τριφασικού αντιστροφέα ισχύος, ο οποίος μετατρέπει μια σταθερή συνεχή τάση σε τριφασική εναλλασσόμενη , μέσω της οποίας ελέγχεται ένας τριφασικός σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη (Brushless DC, BLDC). Η συνεχής αυτή τάση προέρχεται από έναν ηλεκτρονικό μετατροπέα ισχύος ανύψωσης συνεχούς τάσης σε συνεχή, ο οποίος ανυψώνει και σταθεροποιηθεί στα 50 V την τάση, η οποία παράγεται από μία πηγή κυψελών καυσίμου (Fuel Cells). Αρχικά έγινε ενδελεχής μελέτη διαφόρων τριφασικών αντιστροφέων με σκοπό την εμβάθυνση στη δομή και λειτουργία τους, ώστε να διευκολυνθούμε στο σχεδιασμό και κατασκευή του αντιστροφέα για τη συγκριμένη εφαρμογή και τελικά επιλέχτηκε να σχεδιαστεί, να εξομοιωθεί και να κατασκευαστεί ένας ηλεκτρονικός μετατροπέας ισχύος έξι παλμών τετραγωνικής κυματομορφής εξόδου, όπου το πλάτος και η συχνότητα της εναλλασσόμενης τάσης εξόδου ελέγχεται μέσω της τεχνικής διαμόρφωσης του εύρους των παλμών (PWM) των ημιαγωγικών διακοπτικών στοιχείων ισχύος του αντιστροφέα. Τα ημιαγωγικά διακοπτικά στοιχεία ισχύος του αντιστροφέα επιλέχθηκαν να είναι MOSFET, αφού ύστερα από υπολογισμούς και συγκρίσεις των διαφόρων ημιαγωγικών στοιχείων μεταξύ τους αυτά κρίθηκαν ως τα πιο κατάλληλα. Έπειτα έγινε εξομοίωση του συστήματος μετατροπέα-κινητήρα μέσω του προγράμματος Matlab/Simulink προκειμένου να βρεθεί η καταλληλότερη μέθοδος παλμοδότησης των έξι ημιαγωγικών στοιχείων ισχύος και να εξετασθούν διάφορα μεγέθη απαραίτητα για την σχεδίαση του αντιστροφέα. Ακολούθησε η σχεδίαση του τυπωμένου κυκλώματος του μετατροπέα καθώς και του κυκλώματος ελέγχου σε κοινή πλακέτα μέσω του προγράμματος Kicad, το οποίο έπειτα συναρμολογήθηκε και προγραμματίστηκε στο Εργαστήριο. Για τη σωστή λειτουργία του κινητήρα απαιτείται η συγχρονισμένη και διαδοχική τροφοδότηση των τριών τυλιγμάτων του στάτη του κινητήρα, έτσι ώστε να μην υπάρξει αποσυγχρονισμός. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται τρεις αισθητήρες Hall, οι οποίοι είναι ενσωματωμένοι στη μηχανή και τοποθετημένοι σε γωνία 120ο ηλεκτρικών μοιρών μεταξύ τους (οι 120ο ηλεκτρικές μοίρες αντιστοιχούν σε 30ο χωρικές μοίρες για έναν οχταπολικό κινητήρα). Τα σήματα που παράγουν οι αισθητήρες Hall χρησιμοποιούνται για να ορίσουν τη θέση του δρομέα και οδηγούνται στη βαθμίδα, η οποία καλείται «ελεγκτής καταστάσεων μετάβασης» (commutation logic block) και ελέγχει την παλμοδότηση των έξι ημιαγωγικών διακοπτικών στοιχείων ισχύος του αντιστροφέα. Ο κινητήρας λόγω της χρήσης της παραπάνω λογικής στην τροφοδότησή του αδυνατεί να αποσυγχρονιστεί, διότι ο ελεγκτής καταστάσεων μετάβασης δεν επιτρέπει λανθασμένη τροφοδοσία τυλίγματος. Έτσι, η ηλεκτρική συχνότητα ισούται πάντα με τη συχνότητα περιστροφής του άξονα επί 4, δεδομένου ότι η μηχανή έχει τέσσερα ζεύγη πόλων. Ο έλεγχος του ρεύματος γίνεται μέσω του λόγου κατάτμησης (duty cycle) των διακοπτών. Σε λειτουργία κλειστού βρόχου το αποτέλεσμα της σύγκρισης του ρεύματος αναφοράς και του ρεύματος ανάδρασης οδηγείται σε έναν ελεγκτή PI και στη συνέχεια με τεχνική PWM ελέγχεται η κατάσταση των ημιαγωγικών διακοπτικών στοιχείων. Τέλος στο προαναφερθέν σύστημα προστέθηκε μία γεννήτρια συνεχούς ρεύματος μόνιμου μαγνήτη ως φορτίο και πραγματοποιήθηκαν πειραματικές δοκιμές για διάφορες καταστάσεις λειτουργίας της διάταξης. Μετρήσεις έγιναν για τις φασικές και πολικές τάσεις του κινητήρα καθώς και για τα ρεύματα αυτού για 1500min-1 και για 3000 min-1 (ονομαστικός αριθμός στροφών) με αφόρτιστη τη γεννήτρια συνεχούς ρεύματος. / This thesis deals with the study, design and construction of a converter topology for a DC Brushless motor drives. Three-Phase DC Brushless motors are known to be controlled electronically using a three-phase voltage inverter. Therefore, the aim of this paper is to construct this circuit. This circuit converts a 50 V DC voltage which comes from fuel cells source and has already been stabilized with a power electronic boost converter to a three-phase voltage which drives the motor. Firstly a deep study was done between many different kinds of three-phase voltage inverter in order to find the most appropriate for this job. Finally it was chosen to be studied, designed and constructed a six pulse power converter producing a square waveform output. The amplitude and the frequency of the AC square output voltage is controlled by the method of pulse generation which is Pulse Width Modulation (PWM). The power electronic components were chosen to be MOSFET because after some calculations and comparison between the different types of power electronic switches these (MOSFET) where consider to be the most appropriate. Afterwards the system ’’power converter-motor’’ was simulated trough the Matlab/Simulink program in order to find the best pulse generation method for the six power components and observe some current and voltage figures essential for the further design of the inverter. For the right function of the motor is required the synchronous and succession feed of its stator windings so as not to be unsynchronized. For this purpose three hall sensors are used. These sensors are an integral part of the motor and have 120 electrical degrees distance between each other. Those three hall signals are used to define rotor’s position and are driven to commutation logic block which controls the six pulses of the six MOSFETS. Due to the fact of the upper logic for giving pulses, the motor can’t be unsynchronized because the commutation logic block doesn’t allow a wrong winding to be fed. So electrical frequency is every time four times bigger than the mechanical (rotor) frequency (this BLDC motor has eight poles). Current control is possible via duty cycle control. In close loop operation, the result of the comparison between reference current and feedback current is driven to a PI controller which controls the output via duty cycle control. Finally a DC permanent magnet generation has been added to the upper system and several experimental tests took place in lab. Measurements were done at 1500 and 3000rpm (nominal rotation number) for BLDC motor’s voltages and motor’s currents while there was no load to the generator at that time.

Στην παρούσα εργασία θα κατασκευασθεί διάταξη ελέγχου για τον Πιεζοηλεκτρικό κινητήρα οδεύοντος κύματος. Αρχικά συγκεντρώθηκε όλη η απαραίτητη βιβλιογραφία αναφορικά με τους Πιεζοηλεκτρικούς κινητήρες. Η αναζήτηση χωρίστηκε σε δύο μέρη. Αναζήτηση τρόπων οδήγησης του κινητήρα και σε αναζήτηση μεθόδων ελέγχου αυτού. Στη συνέχεια συγκεντρώθηκαν όλες οι διαθέσιμες διατάξεις για την οδήγηση του κινητήρα που είχαμε στη διάθεση μας. Οι διατάξεις αυτές ήταν δύο. Η πρώτη ήταν η εργοστασιακή διάταξη, η οποία περιλαμβανόταν στο πακέτο αγοράς του κινητήρα και η δεύτερη η διάταξη που είχε κατασκευασθεί από το Χ. Πάτσιο στα πλαίσια της διπλωματικής του εργασίας. Για την όσο το δυνατόν καλύτερη κατανόηση της λειτουργίας τους καθώς και αναγνώριση των μειονεκτημάτων, ώστε να τα απαλείψουμε στη δική μας διάταξη, συντελέστηκαν αρκετά πειράματα με αυτές. Το επόμενο βήμα ήταν να αποφασίσουμε ποιo είδος μετατροπέα θα χρησιμοποιήσουμε. Αποφασίστηκε να διατηρήσουμε το σκεπτικό που αναπτύσσεται στη διπλωματική εργασία του Χ. Πάτσιου, μιας και πληρούσε τις προϋποθέσεις που θέσαμε και ήταν καινοτόμο. Η κατασκευή της διάταξης οδήγησης έγινε με ολοκληρωμένα ισχύος, δηλαδή με ολοκληρωμένα που περιλαμβάνουν διακοπτικά στοιχεία ισχύος. Τα στοιχεία αυτά χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας και για το λόγο αυτό ήμασταν ιδιαιτέρως επιφυλακτικοί. Τελικά κρίθηκαν αντάξια των προσδοκιών που είχαμε θέσει. Στο σημείο αυτό άρχισε το δεύτερο τμήμα της εργασίας αυτής, η κατασκευή λογισμικού ελέγχου. Υλοποιήθηκαν τρεις μέθοδοι ελέγχου, on/off, PID και Ασαφής έλεγχος. Αρχικά παρατίθεται το θεωρητικό υπόβαθρο των μεθόδων και στη συνέχεια η εφαρμογή τους στο κινητήρα. Το λογισμικό αναπτύχθηκε σε περιβάλλον LabVIEW. / In this paper, a resonant converter has been studied and constructed, in order to drive an Ultrasonic motor. In advance, three different control schemes have been applied (OnOff, PID and fuzzy).

- / -

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη και την υλοποίηση του διανυσματικού ελέγχου ενός τριφασικού ασύγχρονου κινητήρα. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός μας είναι η μελέτη, η επιλογή και τελικά η υλοποίηση ενός συγκεκριμένου είδους διανυσματικού ελέγχου ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα μέσω της χρήσης ψηφιακού μικροελεγκτή . Αρχικά, γίνεται μια αναφορά στα κινητήρια συστήματα και στην σημασία των ασύγχρονων κινητήρων σε ένα ηλεκτρικό κινητήριο σύστημα καθώς και στον έλεγχο αυτών και δη το διανυσματικό. Στη συνέχεια, μελετώνται η βασική αρχή λειτουργίας, οι μαθηματικές εξισώσεις, τα μοντέλα λειτουργίας καθώς και τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά των ασύγχρονων μηχανών αλλά και της μηχανής που χρησιμοποιήθηκε στην πειραματική μας διάταξη. Στο επόμενο βήμα, γίνεται μια πολύ σύντομη ιστορική αναδρομή στην ανάπτυξη του διανυσματικού ελέγχου , εισαγωγή και θεωρητική ανάλυση σε βάθος των αρχών αυτού και αναλυτική παρουσίαση όλων των ειδών του. Τέλος, καταλήγουμε στην επιλογή της μεθόδου που θα χρησιμοποιήσουμε. Συνεχίζοντας, κάνουμε μια εισαγωγή στους ηλεκτρονικούς μετατροπείς ισχύος και αναλύουμε τον τριφασικό αντιστροφέα τάσης που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα διπλωματική εργασία. Επόμενο βήμα είναι η παρουσίαση και η περιγραφή του μικροεπεξεργαστή dsPIC30F4011 της εταιρίας Microchip ενώ περιγράφεται αναλυτικά και η διαδικασία ανάπτυξης του προγράμματος για την υλοποίηση του διανυσματικού ελέγχου. Τέλος, παρατίθενται οι κυματομορφές που προέκυψαν από τα πειράματα που διενεργήθηκαν μετά την ολοκλήρωση του προγράμματος και του ελέγχου του. / This diploma thesis addresses the design and implementation of vector control of a three-phase asynchronous motor. The project was based at the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion, Department of Electrical and Computer Engineering School of Engineering, University of Patras. Our objective is the study, the choice and ultimately the implement of a specific type of vector controlfor a three-phase asynchronous motor using digital microcontroller. Initially, there is a reference to the electric drive systems and to the importance of an asynchronous motor in an electric drive system and to its control, especially the vector control. Following there is a theoretical analysis of the basic principle of operation,the mathematical equations, the models of operation and the construction of an asynchronous machine. The next step is a very brief historical reference to the development of vector control.There is also a theoretical analysis of the principles of this and detailed presentation of all the species. Finally, we conclude to the method we used. Our next step is to present the electronic power converters and to analyze the three-phase inverter which was used in this diploma thesis. Following, there is a presentation and description of the microprocessor dsPIC30F4011(Microchip).Just after that,we describe the process of program development for the implementation of vector control in a detailed analysis . Finally, we present the waveforms coming up from the experiments that we carried out after the completion of the process of vector control.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται εξομοίωση ενός κινητήρα τύπου ultrasonic με χρήση του προγράμματος simulink του matlab. Αρχικά αφού συγκεντρώθηκε όλη η απαραίτητη βιβλιογραφία σχετικά με τους Πιεζοηλεκτρικούς κινητήρες, γίνεται αναφορά στους προδρόμους του ultrasonic και μελετάται συγκεκριμένα ο πιεζοηλεκτρικός κινητήρας οδεύοντος κύματος τύπου ultrasonic (TWUM). Αναλύεται λεπτομερώς η δομή και η αρχή λειτουργίας του, καθώς και τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζει. Η συμπεριφορά του, η λειτουργία του και οι εξισώσεις που τη διέπουν, αποτελούν το αντικείμενο της παραπάνω εξομοίωσης. Παρουσιάζονται λεπτομερώς τα αποτελέσματα της εξομοίωσης, τα οποία και πιστοποιούν το γεγονός ότι το μοντέλο που δημιουργήθηκε προσομοιώνει τη συμπεριφορά του κινητήρα σε μόνιμη και μεταβατική κατάσταση. Κατόπιν κατασκευάζεται πειραματική διάταξη όπου χρησιμοποιείται μία μηχανή συνεχούς ρεύματος ως φορτίο στον ultrasonic και λαμβάνονται μετρήσεις όταν το ηλεκτροκινητήριο σύστημα βρισκόταν σε μόνιμη και σε μεταβατική κατάσταση. Τέλος γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων των παραπάνω μετρήσεων, αυτών που προέκυψαν από την εξομοίωση και των πειραματικών μετρήσεων. Διαπιστώνεται σύγκλιση μεταξύ τους, πράγμα που πιστοποιεί την επίτευξη του στόχου της παρούσας διπλωματικής εργασίας. / The aim of this thesis is the simulation of an ultrasonic motor using the simulink matlab program. Firstly, after selecting all the necessary bibliography on piezoelectric motors, reference was made to the precursors. The specific type of piezoelectric motor studied was a travelling wave ultrasonic motor one. A detailed analysis of the structure and the principle operation was undertaken. Moreover, this TWUM comes with a multitude of andvantages. Its behavior, its function and the equations that govern it were covered by the above simulation. Then, the results werw analyzed in detail.These testify to the fact that the model was createdto simulate the motor's behavior not only in steady state but also in transient. Next, an experimental device was constructed in which a DC motor was used as a load to the USM.Measurements were taken and finally, a comparison between the two sets of measurements was made. Those obtained by the simulation and the experimental measurements. A common pattern was observed between them which certifies the success of this thesis.

Η παρούσα διπλωµατική εργασία πραγµατεύεται την κατασκευή µιας εργαλειοµηχανής µε αρθµητικό έλεγχο µέσω Η/Υ (CNC router) , ικανής για την κατασκευή ηλεκτρονικών πλακετών για τις ανάγκες του εργαστηρίου. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτροµηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστηµίου Πατρών. Σκοπός είναι η κατασκευή της µηχανικής διάταξης της εργαλειοµηχανής µε επιφάνεια κατεργασίας πλακέτας µεγέθους τουλάχιστον Α4, των ηλεκτρονικών διατάξεων οδήγησης των κινητήρων, της διάταξης και της διασύνδεσης µε τον υπολογιστή, καθώς και των απαραίτητων προγραµµάτων για την ανάγνωση και επεξεργασία των σχεδίων και τη δηµιουργία και διαβίβαση των εντολών ελέγχου από και προς το µηχάνηµα ώστε να υλοποιηθεί το σχέδιο. Αρχικά έγινε η ανάλυση των απαιτήσεων του εργαστηρίου, επιλέχθηκε η συγκεκριµένη µέθοδος και αναλυθήκαν οι προδιαγραφές που πρέπει να έχει το µηχάνηµα. Έπειτα, έγινε η επιλογή της τοπολογίας και του υλικού του µηχανήµατος, των κατάλληλων κινητήρων, του συστήµατος ολίσθησης και του συστήµατος µετατροπής της κίνησης από περιστροφική σε γραµµική, έτσι ώστε να καλύπτονται µε το, χαµηλότερο δυνατό κόστος, οι απαιτήσεις µεγέθους, δύναµης πρόωσης, επιτάχυνσης, ανάλυσης, ακρίβειας, στιβαρότητας και ταχύτητας κίνησης που αναλύθηκαν στο πρώτο στάδιο, µε το χαµηλότερο δυνατό κόστος. Στη συνέχεια σχεδιάστηκε σε πρόγραµµα τρισδιάστατου σχεδιασµού η µηχανική κατασκευή της διάταξης και ανατέθηκε σε κατάλληλο εργαστήριο η κατασκευή των κοµµατιών και η συναρµολόγηση της. Το επόµενο βήµα ήτανε να σχεδιαστούν και να κατασκευαστούν τα κυκλώµατα για την οδήγηση των κινητήρων και η κεντρική πλακέτα που αναλαµβάνει την οµαλή διασύνδεση τους µε τον υπολογιστή. Τέλος, γράφτηκαν κατάλληλα προγράµµατα τα οποία αναλαµβάνουν την ανάγνωση του σχεδίου της πλακέτας και παράγουν και διαβιβάζουν τις κατάλληλες εντολές στους οδηγούς των κινητήρων, ώστε να γίνουνε οι απαραίτητες κινήσεις από αυτούς και να υλοποιηθεί το σχέδιο στην πλακέτα. / This thesis is about designing and building a fully functional CNC machine, capable of building printed circuit boards.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη και την κατασκεύη μιας αυτοματοποιημένης διάταξης επίστρωσης ηλεκτροδίου σε στερεό ηλεκτρολύτη για εφαρμογή σε κυψέλες καυσίμου.Η εργασία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σε αυτό το πλαίσιο,σχεδιάστηκε μια εργαλειομηχανή τύπου CNC(Computer Numerical Control),υψηλής ακρίβειας,ικανή να εκτελέσει κινήσεις σε τρείς άξονες,ελεγχόμενη από μικροελεγκτή και οδηγούμενη από βηματικούς κινητήρες. Αν και ο απώτερος στόχος της εργασίας είναι η κατασκευή της διάταξης που επιτελεί το επιθυμητό έργο,προηγήθηκε εκτενής θεωρητική μελέτη και ανάλυση όλων των χαρακτηριστικών και παραγόντων του συστήματος. Αρχικά,γίνεται αναφορά στις κυψέλες καυσίμου,στους διάφορους τύπους της συγκεκριμένης τεχνολογίας καθώς και στις εφαρμογές που αυτή ενσωματώνεται. Οι κυψέλες καυσίμου,ως αντικείμενο επιστημονικής μελέτης αλλά και ως εμπορευματικό προϊόν παρουσιάζει εξαιρετικό ενδιαφέρον και έχει απασχολήσει σε μεγάλο βαθμό την επιστημονική κοινότητα τα τελευταία χρόνια λόγω της μεγάλης αποδοτικότητάς τους στην παραγωγή ενέργειας αλλά και της φιλικής προς το περιβάλλον λειτουργίας τους. Εν συνεχεία,αναλύεται ο όρος αριθμητικός έλεγχος και αναλύονται οι εφαρμογές στις οποίες αυτός χρησιμοποιείται ενώ παράλληλα γίνεται αναφορά στο μηχανολογικό τμήμα της κατασκευής,στα υλικά και στο σχεδιασμό τέτοιων διατάξεων. Σημαντικό μέρος της εργασίας αφιερώθηκε στους βηματικούς κινητήρες που επελέχθησαν ως κινητήρες προώσεως της εργαλειομηχανής.Αναλύονται τόσο οι τύποι βηματικών κινητήρων όσο και ο έλεγχος τους ενώ ακόμα παρουσιάζεται και η στατική αλλά και η δυναμική τους συμπεριφορά σε ένα σύστημα. Τον ‘’εγκέφαλο’’ της διάταξης αποτελεί ο μικροεπεξεργαστής που ενσωματώνει το πρόγραμμα λειτουργίας της εργαλειομηχανής,ο οποίος αναλύεται σε μεγάλο βαθμό ξεκινώντας από τον ορισμό του,τη φύση της λειτουργίας του και καταλήγωντας στον ειδικότερο ρόλο που διαδραματίζει στο κύκλωμα ελέγχου της διάταξης. Ακόμα, περιγράφεται η αρχή λειτουργίας και η κατασκευαστική λογική της πλακέτας ελέγχου και οδήγησης του συστήματος.Τα συμπεράσματα της εργασίας και οι μελλοντικές επεκτάσεις που πιθανώς η διάταξη επιδέχεται παρουσιάζονται ως επίλογος. / The purpose of this thesis is the construction of an automated device that coats electrodes in to solid electrolyte for application in fuel cells. The project was conducted in Electromechanical Energy Conversion Laboratory, at Department of Electrical and Computer Engineering of the University of Patras. In this context, a CNC (Computerized Numerical Control) machine, capable of carrying out movements in three axes, controlled by stepper motors was designed. Although the ultimate purpose is the construction of such a device, an extensive theoretical study and analysis of all parameters and characteristics of the system was preceded. Initially, a reference to fuel cells is being made, describing the different types of the technology and the applications which fuel cells are incorporated. In general, fuel cell technology as an object of theoretical study and as a commodity product as well, is considered to be of high scientific interest, due to its high efficiency and it’s environmental friendly operation. In addition, a general definition of numerical control is being given relatively to its applications, providing a special interest in the mechanical design of systems that incorporate this particular method of control. A significant part of the project was consumed by the analysis of stepper motor behavior, both static and dynamic. Different types of stepper motors are being described along with several types of control schemes. Extensive description of the system’s incorporated micro-controller has been made, from its general description down to its specialized role to the system. Finally, the basic principles of operation are being described, given a special interest in to the board of control and drive of the system. The evaluation of the project’s status as well it’s future development were given as final conclusions.

Στις ηλεκτρικές μηχανές η θερμική ανάλυση είναι εξίσου σημαντική με την ηλεκτρομαγνητική ανάλυση, διότι η θέρμανση μίας μηχανής είναι αυτή που τελικά οριοθετεί την ονομαστική ισχύ της. Ακριβής θερμική μοντελοποίηση της μηχανής απαιτείται για την επίτευξη υψηλής απόδοσης, την ορθή σχεδίαση, την επιλογή των υλικών και του τρόπου ψύξης και τη βελτιστοποίηση κόστους. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των απωλειών, ο υπολογισμός της παραγόμενης θερμότητας και η εύρεση της κατανομής θερμοκρασίας στο εσωτερικό ενός ασύγχρονου κινητήρα στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας του με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. / Thermal analysis of electrical machines is as important as electromagnetic analysis, since the machine heating actually determines the nominal power of the machine. Accurate thermal modelling is necessary in order to achieve high performance, proper design, cost optimization and selection of the most suitable materials and cooling method. The goal of this project is the study of power losses and the calculation of the produced heat and temperature distribution inside an induction motor, which operates at steady state, using the finite element method.

Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελεί μια μελέτη επί του ελέγχου των κινητήρων επαγωγής που στόχο έχει τη διερεύνηση της επίδασης των διαφορετικών σημάτων ανάδρασης (ανάλογο στροφών και ανάλογο του τετραγώνου στοφών) στην απόκριση του συστήματος κίνησης. Για το σκοπό αυτό αναπτύχθηκε ενδελεχώς η σχετική θεωρία, μελετήθηκε η παθητικότητα ηλεκτρομηχανικών συστημάτων, χρησιμοποιήθηκε συγκεκριμένος ηλεκτρονικός μετατροπέας και κατασκευάστηκε μετατροπέας σήματος συνεχούς ρεύματος ανάλογος του αριθμού των στροφών και του τετραγώνου του. Στα πλαίσια της εργασίας εξετάστηκε PI έλεγχος βασισμένος στον βαθμωτό (Scalar V/f) έλεγχο, με σήμα αρνητικής ανάδρασης ρεύμα ανάλογο του αριθμού και του τετραγώνου του αριθμού των στροφών. Μελετήθηκε η απόκριση του κινητήρα και για τους δύο ελέγχους για διαφορετικές τιμές των παραμέτρων KP και KI, και διερευνήθηκε ποιες είναι αυτές ώστε να έχουμε βέλτιστη απόκριση. Συγκεκριμένα ποιες παρουσιάζουν την μικρότερη υπερύψωση, τον μικρότερο χρόνο αποκατάστασης, το μικρότερο σφάλμα μόνιμης κατάστασης. Επίσης εξετάστηκε η επίδραση της κάθε παραμέτρου στην διαμόρφωση της εσωτερικής ενέργειας του κινητήρα. / This diploma thesis forms a study on control techniques of induction motors which comes with the intention to explore the effets of different signals of feedback (proportional to the number of revolutions and to the square of the number of revolutions) on the output of the motor. For this purpose sedulous analysis of relevant theory was carried out, passivity of electromechanical systems was studied, a specific electronic commutator was used and a converter of constant current signal proportional to the number of revolutionsand to the square of the number of revolutions was developed. In this thesis a PI controller based on the Scalar V/f control with a signal of current of negative feedback was examined. The output of the motor for both the controls aid for different values of the parameters KP and KI was examined, and it was investigated which of them lead to an optimal output of the motor. It was studied more specifically which of them result in the optimal overshoot, settling time and the error of the permanent mode. Furthermore, it was inquired the impact of its parameter on the modulation of the intrinsic power of the motor.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη και κατασκευή ενός κυκλώματος για την οδήγηση ενός κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης. Σκοπός είναι η μελέτη και κατασκευή ενός κυκλώματος τριφασικού αντιστροφέα τάσης για τηνλειτουργία και τον έλεγχο των στροφών ενός κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης. Αν θέλαμε νακάνουμε μια περιγραφή του κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης και να δώσουμε έναν ορισμό,θα μπορούσαμε να πούμε ότι: «Ο κινητήρας μαγνητικής αντίδρασης βασίζει τη λειτουργίατου στη ροπή αντίδρασης (reluctance torque), ροπή αντίδρασης ονομάζεται η ροπή που επάγεται σε ένα σιδερένιο αντικείμενο όταν κάποιο εξωτερικό μαγνητικό πεδίο αναγκάζει το αντικείμενο αυτό να ευθυγραμμιστεί με το πεδίο. Αυτή η ροπή αναπτύσσεται επειδή το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο επάγει ένα πεδίο στο σίδηρο του αντικειμένου, το οποίο τείνει ναευθυγραμμιστεί με το μαγνητικό πεδίο που το προκάλεσε.» Αρχικά μελετώνται οι βασικές αρχές λειτουργίας του κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης. Αναλύεται τομαθηματικό μοντέλο που διέπει τη λειτουργία του και γίνεται αναφορά στη μορφή και τα βασικά κατασκευαστικά χαρακτηριστικά του. Επίσης γίνεται μια σύντομη αναδρομή στην ιστορία των κινητήρων μαγνητικής αντίδρασης καθώς και μία σύγκριση αυτού του είδους κινητήρα με άλλουςκινητήρες εναλλασσομένου ρεύματος. Και αναλύονται τα πλεονεκτήματά του που τον καθιστούνανταγωνιστικό προς αυτούς. Στη συνέχεια γίνεται μια θεωρητική ανάλυση του κυκλώματος του τριφασικού αντιστροφέα τάσηςπου κατασκευάσαμε, καθώς και όλων των υπολοίπων κυκλωμάτων που είναι αναγκαία για τηλειτουργία του. Επιπροσθέτως αναλύεται η μέθοδος παλμοδότησης των διακοπτικών στοιχείων τουαντιστροφέα τάσης που χρησιμοποιήσαμε , και είναι η «Ημιτονοειδής Διαμόρφωση Εύρους Παλμών» Στο επόμενο βήμα αναλύουμε τον τρόπο κατασκευής του κυκλώματος του τριφασικού αντιστροφέατάσης που ακολουθήσαμε καθώς και του πλήρους κυκλώματος παλμοδότησης του. Ενώ γίνεται καιαναλυτική περιγραφή του βιομηχανικού μικροελεγκτή πουχρησιμοποιήσαμε για την παραγωγή τωνπαλμών , με τη μέθοδο της «Ημιτονοειδούς Διαμόρφωσης Εύρους Παλμών» Τέλος παραθέτουμε παλμογραφήματα και μετρήσεις που προέκυψαν από τα πειράματα πουδιενεργήθηκαν αφότου κατασκευάσαμε το κύκλωμα οδήγησης του κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης. / The purpose of this thesis is the analysis and construction of a three phase reluctance motor drive system. At first the special characteristics of the syncronous reluctance motors are analyzed. After that there is a theoretical analysis of the three phase inverter circuit, and finally is described the construction of the drive system