Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας, που εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Πανεπιστημίου Πατρών, είναι η μελέτη και κατασκευή ενός διπλοσυντονιζόμενου μετατροπέα για την οδήγηση πιεζοηλεκτρικού κινητήρα οδεύοντος κύματος τύπου ultrasonic. Αρχικά, γίνεται παρουσίαση των πιεζοηλεκτρικών κινητήρων, δηλαδή η αρχή λειτουργίας τους, τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά τους καθώς και οι διαφορές τους σε σχέση με τους συμβατικούς ηλεκτροκινητήρες. Επίσης, γίνεται παρουσίαση των μετατροπέων συντονισμού που χρησιμοποιούνται σήμερα για την οδήγηση κινητήρων και τέλος προσομοιώνεται ο διπλοσυντονιζόμενος μετατροπέας με σκοπό να εξαχθούν χρήσιμα συμπεράσματα για τη συμπεριφορά του. Στη συνέχεια, πραγματοποιείται η μελέτη για την κατασκευή του διπλοσυντονιζόμενου μετατροπέα με τα χαρακτηριστικά που επιλέξαμε, καθώς επίσης και το κύκλωμα παλμοδότησης που χρησιμοποιήθηκε. Ο μετατροπέας αποτελείται από δύο ημιγέφυρες, οι οποίες οδηγούνται από ειδικό για το σκοπό αυτό ολοκληρωμένο. Στην έξοδο των δύο ημιγεφυρών έχουν τοποθετηθεί πυκνωτές και πηνία για τη δημιουργία του κυκλώματος συντονισμού. Ο μετατροπέας που κατασκευάστηκε προσφέρει μεγάλο εύρος ρύθμισης των στροφών του πιεζοηλεκτρικού κινητήρα, μεγάλη περιοχή ελέγχου ως προς τη συχνότητα λειτουργίας του κινητήρα λόγω της μεγάλης γραμμικής περιοχής ανάμεσα στις συχνότητες συντονισμού, καθώς και τη δυνατότητα δεξιόστροφης αλλά και αριστερόστροφης κίνησης. / The object of the present diploma study, which was elaborated in the Laboratory of Electromechanical Energy Transformation in University of Patras, was the design and construction of a LLCC resonant inverter for a Travelling Wave Ultrasonic Motor (TWUM) drive. Initially, there is a presentation of the piezoelectric motors, their advantages and disadvantages and their differences in comparison with the conventional electric motors. Also, a presentation of the resonant inverters used for driving ultrasonic motors and finally, the LLCC resonant inverter is simulated so as to extract useful conclusions about its behavior. Furthermore the development and construction process of an experimental LLCC resonant inverter is described. Special care has been taken in the dimentioning of the resonant capacitors and inductions. The final circuit consists of two half – bridges, which are driven by a FPGA. The constructed inverter provides a wide driving range of the piezoelectric motor, a large control area according to the functional frequency of the motor, due to the large linear area between the two resonant frequencies, as well as the ability of both right and left rotation.

Η θερμική ανάλυση είναι μια σημαντική περιοχή μελέτης και γίνεται περισσότερο σημαντική για την σχεδίαση ηλεκτρικών μηχανών εξαιτίας της ανάγκης για μείωση του όγκου των υλικών και του κόστους κατασκευής τους καθώς και για την αύξηση της απόδοσής τους. Είναι εξίσου σημαντική με την ηλεκτρομαγνητική ανάλυση μιας και η θέρμανση της μηχανής θα οριοθετήσει την ονομαστική της ισχύ καθώς και την διάρκεια ζωής της μόνωσης. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εύρεση της κατανομής της θερμοκρασίας στο εσωτερικό ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας του με τη μέθοδο των συγκεντρωμένων παραμέτρων. Στο πρώτο κεφάλαιο αναφέρονται βασικές έννοιες της θερμοδυναμικής. Γίνεται αναφορά σε διάφορους συντελεστές, παρουσιάζονται οι θερμοδυναμικοί νόμοι και γίνεται σύντομη αναφορά στους μηχανισμούς μετάδοσης θερμότητας. Στο δεύτερο κεφάλαιο δίνεται η αναλυτική περιγραφή των μηχανισμών μετάδοσης θερμότητας και παρουσιάζεται ένα απλό δίκτυο μοντελοποίησης με ισοδύναμες θερμικές αντιστάσεις. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται σύντομα η δομή, η αρχή λειτουργίας και οι τύποι μιας ασύγχρονης μηχανής. Εδώ επίσης αναφέρονται και οι διάφορες μορφές απωλειών ενέργειας κατά την λειτουργία μιας τριφασικής ασύγχρονης μηχανής. Παρουσιάζεται ακόμη ο υπό μελέτη κινητήρας και αναφέρονται τα θερμοστοιχεία που χρησιμοποιούνται στην πειραματική διαδικασία. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφεται η μέθοδος θερμικής ανάλυσης με χρήση ισοδυνάμου κυκλώματος θερμικών αντιστάσεων για την μόνιμη κατάσταση. Στη συνέχεια δίνεται το προτεινόμενο κύκλωμα και παρουσιάζονται αναλυτικά οι ισοδύναμες θερμικές αντιστάσεις του μοντέλου. Τέλος στο πέμπτο κεφάλαιο παρατίθενται τα αποτελέσματα της θερμικής ανάλυσης, γίνεται σύγκριση με τα πειραματικά δεδομένα θερμοκρασιακών τιμών που πάρθηκαν από τα θερμοστοιχεία και ακολουθεί η διαδικασία της παραμετροποίησης στους διάφορους συντελεστές που χρησιμοποιήθηκαν είτε υπολογίστηκαν κατά την ανάλυση. / Thermal analysis is an important design area and becoming more important part of the electric motor design process due to the push for reduced weights and costs and increased efficiency. Thermal analysis is of equal importance as the electromagnetic design of the machine, because the temperature rise of the machine eventually determines the maximum output power. The purpose of this study is to record the temperature distribution of the internal parts of an induction motor at steady state using an equivalent thermal circuit with lumped parameters. The first chapter is an introduction of the thermodynamic theory. The laws of thermodynamics are described and there is a brief report of heat transfer mechanisms. The second chapter describes analytically the heat transfer mechanisms. Also, an example of modelling using thermal equivalent resistances is given. The third chapter introduces shortly the operational principles of an induction machine. Here are also referred the various losses that occur during the rotation of an induction motor. The studied induction motor, with the modified stator winding to include thermocouples, is shown. The fourth chapter introduces the method of thermal analysis using thermal equivalent circuit with lumped parameters. The proposed model is given and its components are described in particular. At last, in the fifth chapter the results of temperature distribution are given and compared with experimental data of temperature values that are acquired using the thermocouples. Here also takes apart the parameterising of the various coefficients that were used or calculated during this study.