Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την ανάλυση, το σχεδιασμό και την κατασκευή διάταξης τροφοδοσίας του τυλίγματος διέγερσης της μηχανής συνεχούς ρεύματος με τη χρήση ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος. Ο μετατροπέας αυτός είναι ισχύος 250Watt και πρέπει να μεταβάλλεται η έξοδος του από 20 σε 250Volt και το ρεύμα να κυμαίνεται από 0.02 Α έως 1.1 Α. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η πραγματοποίηση των σωστών βημάτων για την εκπόνηση ενός σωστού σχεδιασμού, την καλή εκτίμηση των παραμέτρων και των απαιτήσεων της εφαρμογής τόσο σε μόνιμη όσο και σε μεταβατική κατάσταση λειτουργίας του συστήματος και τέλος την ορθή υλοποίηση της διάταξης. Επίσης η επιλογή των σωστών στοιχείων που βελτιστοποιούν κόστος και αποδοτικότερη λειτουργία είναι ένα βασικό χαρακτηριστικό που προσδιορίζει ένα σωστό σχεδιασμό. Αρχικά μελετήθηκαν διαφορετικές ηλεκτρονικές αλλά είδη υπάρχουσες διατάξεις μετατροπέων που εξυπηρετούν τις απαιτήσεις της συγκεκριμένης εφαρμογής. Από αυτές επιλέχτηκε εκείνη που είναι η πιο κατάλληλη και προσφέρει τα περισσότερα πλεονεκτήματα σε σχέση με τις άλλες. Τέτοια στοιχεία σύγκρισης για παράδειγμα είναι ο βαθμός απόδοσης, η πολυπλοκότητα του σχεδιασμού, το κόστος, η απλότητα και ευελιξία του ελέγχου καθώς επίσης και η πρακτικότητα υλοποίησης της κατασκευής στο εργαστήριο. Η τελική επιλογή αφορούσε την κατασκευή ενός μετατροπέα τύπου forward με δυο ελεγχόμενα ημιαγωγικά στοιχεία. Στη συνέχεια αναλύθηκε και προσομοιώθηκε η συγκεκριμένη διάταξη, σχεδιάστηκε με λεπτομέρεια και επιλέχτηκαν τα στοιχεία ένα προς ένα που θα εξασφάλιζαν την αποδοτικότερη και ασφαλέστερη λειτουργία. Σχεδιάστηκε η βέλτιστη αρχιτεκτονική πλακέτας και κατασκευάστηκε στο εργαστήριο . Το επόμενο βήμα αφορά τον έλεγχο της διάταξης. Μελετήθηκαν και αναλύθηκαν διάφορες στρατηγικές ελέγχου και επιλέχτηκε η πιο κατάλληλη για τις απαιτήσεις της εφαρμογής. Επιλέχτηκε ο πιο κατάλληλος μικροεπεξεργαστής και σχεδιάστηκε ο πιο βέλτιστος κώδικας για τον έλεγχο του. Στη συνέχεια κατασκευάστηκε η πλακέτα ελέγχου στο εργαστήριο. Η στρατηγική ελέγχου που επιλέχτηκε αφορούσε τον έλεγχο μέσης τιμής ρεύματος και χρησιμοποιήθηκε ο βιομηχανικός επεξεργαστής dspic30f4011 Τέλος ολόκληρη η κατασκευή (πλακέτα ισχύος και πλακέτα ελέγχου) λειτούργησαν ενιαία, λήφθηκαν μετρήσεις και σχεδιάστηκαν τα πειραματικά διαγράμματα λειτουργίας τα οποία συγκρίθηκαν με τα θεωρητικά. Μετρήθηκε ο βαθμός απόδοσης και αξιολογήθηκε ο μετατροπέας στο σύνολο του. / --

Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελείται από δυο μέρη. Στο πρώτο μέρος πραγματοποιήθηκε μεταβατική θερμική ανάλυση σε μια υγιή μηχανή και σε μια μηχανή με σπασμένη μπάρα και ακολούθησε σύγκριση των αποτελεσμάτων των δυο αναλύσεων. Στο δεύτερο μέρος έγινε σύγκριση των αποτελεσμάτων μιας μεταβατικής θερμικής ανάλυσης υγιούς μηχανής με αντίστοιχα πειραματικά δεδομένα. / Transient thermal analysis for healthy asychronous motor and for motor with broken bar to the motor.

Σκοπός της εργασίας είναι να ερευνήσουμε κατά πόσο η κίνηση του ποντικιού μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως στοιχείο ταυτοποίησης του φυσικού προσώπου. Για το λόγο αυτό δημιουργήσαμε ένα γραφικό περιβάλλον στο οποίο ο χρήστης εκτελεί έναν αριθμός πειραμάτων τα οποίο αποτελούν τη σφραγίδα του χρήστη. Στη συνέχεια εκπαιδεύουμε το σύστημα έτσι ώστε τα δεδομένα του χρήστη να έρθουν σε αντιπαραβολή με τα δεδομένα άλλων χρηστών. Μετά από αυτό το στάδιο είμααστε έτοιμοι να αναγνωρίσουμε τον εν λόγω χρήστη. Η επιτυχία (ή αποτυχία) του συστήματος μπορεί να μετρηθεί ποσοτικά. / -

Ο Επαγωγικός Λογικός Προγραμματισμός (Inductive Logic Programming ή, σε συντομογραφία ILP) είναι ο ερευνητικός τομέας της Τεχνητής Νοημοσύνης (Artificial Intelligence) που δραστηριοποιείται στη τομή των γνωστικών περιοχών της Μάθησης Μηχανής (Machine Learning) και του Λογικού Προγραμματισμού (Logic Programming).Ο όρος επαγωγικός εκφράζει την ιδέα του συλλογισμού από το επί μέρους στο γενικό. Μέσω της επαγωγικής μάθησης μηχανής ο ILP επιτυγχάνει το στόχο του που είναι η δημιουργία εργαλείων και η ανάπτυξη τεχνικών για την εξαγωγή υποθέσεων από παρατηρήσεις (παραδείγματα) και η σύνθεση-απόκτηση νέας γνώσης από εμπειρικές παρατηρήσεις. Σε αντίθεση με της περισσότερες άλλες προσεγγίσεις της επαγωγικής μάθησης ο ILP ενδιαφέρεται για της ιδιότητες του συμπερασμού με κανόνες για την σύγκλιση αλγορίθμων και για την υπολογιστική πολυπλοκότητα των διαδικασιών. Ο ILP ασχολείται με την ανάπτυξη τεχνικών και εργαλείων για την σχεσιακή ανάλυση δεδομένων. Εφαρμόζεται απευθείας σε δεδομένα πολλαπλών συσχετισμών για την ανακάλυψη προτύπων. Τα πρότυπα που ανακαλύπτονται από τα συστήματα στον ILP εκφράζονται ως λογικά προγράμματα. Τα λογικά προγράμματα αποτελούνται από ειδικούς κανόνες, οι οποίοι χωρίζονται στις προϋποθέσεις και στα συμπεράσματα. Ο ILP έχει χρησιμοποιηθεί εκτεταμένα σε προβλήματα που αφορούν τη μοριακή βιολογία, την βιοχημεία και την χημεία. Τα παραδείγματα, οι κανόνες εκφράζουν την γνώση υποβάθρου εκφράζονται σε μια γλώσσα λογικού προγραμματισμού όπως η Prolog. Ο Επαγωγικός Λογικός Προγραμματισμός διαφοροποιείται από τις άλλες μορφές Μάθησης Μηχανής, αφ’ ενός μεν λόγω της χρήσης μιας εκφραστικής γλώσσας αναπαράστασης και αφ’ ετέρου από τη δυνατότητά του να χρησιμοποιεί τη γνώση υποβάθρου. Διάφορες εφαρμογές έχουν αναπτυχθεί, εκ των οποίων η πιο πρόσφατη είναι η Progol, που αποτελείται από ένα διερμηνέα της Prolog ο οποίος συνοδεύεται από έναν αλγόριθμο Αντίστροφης Συνεπαγωγής (Inverse Entailment) που κατασκευάζει νέες προτάσεις με τη γενίκευση των παραδειγμάτων που περιέχονται στη βάση δεδομένων της Prolog. Η θεωρία του Επαγωγικού Λογικού Προγραμματισμού εγγυάται ότι η Progol θα διεξάγει μια αποδεκτή αναζήτηση στο διάστημα των γενικεύσεων, βρίσκοντας το ελάχιστο σύνολο προτάσεων, από το οποίο όλα τα παραδείγματα μπορούν να προκύψουν. Στην συγκεκριμένη εργασία η Progol είναι το εργαλείο που χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη των παραδειγμάτων εφαρμογής του ILP. / The Inductive Reasonable Planning (Inductive Logic Programming or, in abbreviation ILP) is the inquiring sector Artificial Intelligence that is activated in the section of cognitive regions of Learning of Machine (Machine Learning) and Reasonable Planning (Logic Programming). The term inductive expresses the idea of reasoning from on part in general. Via the inductive learning of machine the ILP achieves his objective that is the creation of tools and the growth of techniques for the export of affairs from observations (examples) and composition of new knowledge from empiric observations. Contrary to more other approaches of inductive learning the ILP is interested for its inference attributes with rules on the convergence of algorithms and on the calculating complexity of processes. The ILP deals with the growth of techniques and tools for the relational analysis of data. It is applied directly in data of multiple correlations on the discovery of models. The models that are discovered by the systems in the ILP are expressed as reasonable programs. The reasonable programs are constituted by special rules, which are separated in the conditions and in the conclusions. The ILP has been used extensive in problems that concern the molecular biology, the biochemistry and the chemistry. The examples, the rules express the knowledge of background are expressed in a language of reasonable planning as the Prolog. The Inductive Reasonable Planning is differentiated by the other forms of Learning of Machine, on the one hand men because the use of expressive language of representation and on the other hand by his possibility of using the knowledge of background. Various applications have been developed, from which most recent is Progol, that is constituted from interpreter of Prolog which is accompanied by a algorithm of Inverse Entailment that manufactures new proposals with the generalisation of examples that is contained in the base of data of Prolog. theory of Inductive Reasonable Planning guarantees that the Progol will carry out a acceptable search in the interval of generalisations, finding the minimal total of proposals, from which all the examples can result. In the particular work the Progol is the tool that is used for the growth of examples of application of ILP.

Mέσα στα πλαίσια της διπλωματικής αυτής προσεγγίστηκε μια νεα τεχνική για τη διάγνωση σφαλμάτων τετράχρονης μηχανής. Αυτή η τεχνική βασίζεται πάνω σε πιεζοηλεκτρικά υλικά και αισθητήρες και υλοποιεί την ικανότητά τους να μετατρέπουν μηχανική τάση ή πίεση σε ηλεκτρική τάση. Αυτοί οι αισθητήρες τοποθετούνται πάνω στη μηχανή και το παραγόμενο σήμα δειγματοληπτείται και περνά απο μια επεξεργασία με σκοπό την αποκόμιση μιας διάγνωσης για την κατάσταση στην οποία βρίσκεται η μηχανή αλλά και για τη συνεχή παρακολούθηση αυτής. Κατα την εκπόνηση της διπλωματικής, διαφορετικές τεχνικές για την εύρεση σφαλμάτων μηχανής χρησιμοποιούνται και προσεγγίζονται διαφορετικοί αλγόριθμοι δειγματοληψίας και επεξεργασίας με σκοπό να εξασφαλισθεί ο πιο αποδοτικός για την εφαρμογή αυτή. Ακόμα, η χρήση και οι ικανότητες των σύγχρονων ενσωματωμένων συστημάτων ερευνώνται και πιο συγκεκριμμένα του μικροεπεξεργαστή της Analog, τον ADuC7020, πάνω στον οποίο βασίζεται και η διπλωματική αυτή, για την υλοποίηση της συσκευής εντοπισμού σφαλμάτων και τον προγραμματισμό αυτής. Κατα την φάση της εξομοίωσης, ένα ημιτονοειδές σήμα χρησιμοποιήθηκε για την προσέγγιση του ήχου της μηχανής. Στο στάδιο της επεξεργασίας του σήματος χρησιμοποιήθηκε ψηφιακό φίλτρο πεπερασμένης κρουστικής απόκρισης (FIR) και τροποποιημένος αλγόριθμος DFT για τη δειγματοληψία και την επεξεργασία του ψηφικοποιημένου σήματος αλλά και για την αναγνώριση της συχνότητας. Πιο συγκεκριμένα, υλοποιήθηκε ο βελτιστοποιημένος αλγόριθμος Goertzel ο οποίος προτιμήθηκε για την επίτευξη μεγαλύτερων ταχυτήτων. Τέλος, υλοποιήθηκε και η τεχνική της υπερδειγματοληψίας για την επίτευξη μεγαλύτερης ακρίβειας. Ο προγραμματισμός έγινε σε γλώσσα C και το λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε ήταν το μVision4 της Keil. / At the present thesis we examine the automatic fault detection in petrol engines using piezoelectric sensors in embedded systems.

Σήμερα η ανάγκη για δημιουργία ποιοτικών και φθίνων και ανταγωνιστικών βιομηχανικών προϊόντων έχει σαν αποτέλεσμα να χρειαζόμαστε αυτοματισμούς και αυτόματο έλεγχο ηλεκτρικών μηχανών με μεγάλη ακρίβεια και αδιάλειπτη λειτουργία απο διαταραχές του περιβάλλοντος . Επιπλέον το ενεργειακό πρόβλημα που είναι από τα σπουδαιότερα προβλήματα του πλανήτη και του ανθρώπου σήμερα οδηγούν στην ανάγκη ελαχιστοποίησης των ενεργειακών απωλειών με αποτέλεσμα συνήθως να επιθυμούμε λειτουργία των ηλεκτρομηχανικών συστημάτων με μηδενική κατανάλωση/ παραγωγή άεργου ισχύος . Η Ηλεκτρική μηχανή συνεχούς ρεύματος με διέγερση σε σειρά χρησιμοποιείται λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών της σε πολλές εφαρμογές που χρειάζονται υψηλή ροπή εκκίνησης όπως ανυψωτικά μηχανήματα, σιδηροδρομικά οχήματα. Οι ανορθωτές με ελεγχόμενη έναυση αλλά και σβέση κατά PWM προτιμούνται έναντι των διόδων και των θυρίστορς γιατί μας δίνουν περισσότερες δυνατότητες ελέγχου . Η Μοντελοποίηση , σχεδιασμός συστήματος ελέγχου, ευστάθειας του συστήματος για την μηχανή συνεχούς ρεύματος οδηγούμενης από τριφασικό ανορθωτή ερευνάται. Γίνεται εξαγωγή του μοντέλου, στο τριφασικό σύστημα και στο πλαίσιο park, με βάση την δυναμική ανάλυση Εuler -Lagrange . Για την εξαγωγή του μοντέλου γίνεται ακόμα χρήση του Averaging Analysis . Ανάλυση που βασίζεται στην παθητικότητα μάς δείχνει ότι το σύστημα είναι ευσταθές πεπερασμένης εισόδου-πεπερασμένης κατάστασης. Οι ελεγκτές που αναπτύσσονται σε αυτή τη εργασία είναι ο ασαφής ελεγκτής, ο νευροασαφής που χρησιμοποιούνται ευρέως σε μη γραμμικά συστήματα στην βιομηχανία, ο PI σειριακός (cascade) ελεγκτής που συνηθίζεται στις ηλεκτρικές μηχανές. Τέλος επιχειρείται ο σχεδιασμός ενός PI ελεγκτή με υπολογισμό κερδών από νευροασαφή εκτιμητή. Ο ασαφής ελεγκτής σχεδιάζεται με πρόβλεψη σφάλματος και επιτυγχάνει πολύ καλή ρύθμιση των στροφών και καλό έλεγχο στης αέργου ισχύος, εξομοιώσεις επιβεβαιώνουν την απόδοση του ελεγκτή. Ομοίως ισχύουν για τον νευροασαφή ελεγκτή με το πλεονέκτημα μικρότερου υπολογιστικού χρόνου αλλά μειονεκτεί μεγαλύτερης εμφάνισης ενός μόνιμου σφάλματος. Ο PI σειριακός (cascade) επιτυγχάνει άριστη ρύθμιση αέργου ισχύος και καλή ρύθμιση στροφών ενώ ο PI casacde- Anfis μας δίνει ελαφριά καλύτερα αποτελέσματα αλλά αφήνει αρκετές δυνατότητες για περαιτέρω σχεδιασμό και έρευνα. Επίσης γίνεται κάποια ανάλυση για εξαγωγή συμπερασμάτων ευστάθειας και σύγκλισης για τα σύστημα κλειστού βρόχου. Τα αποτελέσματα τα επιβεβαιώνουμε και τα συγκρίνουμε μέσω εξομοιώσεων. / Nowadays , the demand for precise control in industrial applications require the design and development of advanced controllers. Also the energy problem which is one of the most important global problems lead to the need of high energy efficient systems. In industrial applications in most cases ,due to the energy problem , we desire operation with unity power factor. The dc series connected motor is preferred in many application such as railway and levitating systems due to its high starting torque. We choose the 3 -phase pulse width modulation rectifier because of its many capabilities comparison with thyristor rectifiers. Modeling, control design and stability analysis of series connected dc motor fed by three-phase PWM ac/dc voltage converter are investigated. The designed controllers are fuzzy , neuro fuzzy, PI cascade and Anfis- pi cascade controller. The model is obtained via Euler -Lagrange dynamic analysis. Also we used the averaging analysis in order to determine the dynamic model of the system in a-b-c frame and d-q park's frame. We prove the ISS stability of the open loop system based on passivity analysis. The fuzzy use a predictive logic based on the acceleration of the motor, we result excellent precise control of angular velocity and a satisfied control of reactive power. Neuro Fuzzy controller has the same effectiveness with less computational effort but has a possibility to occur a small permanent error in angular velocity. PI cascade controller has as a result a excellent response at reactive power and good response in angular velocity with more less computational effort. ANFIS -PI cascade controller have a bit better results from PI-cascade controllers but it leaves hopes for more optimum designs in feature. Furthermore there are some stability and convergence analysis for the closed loop system. Simulation results verify the effectiveness of each controller for comparison.

Σκοπός της διπλωματικής αυτής εργασίας ήταν η μελέτη των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων που δημιουργούνται μέσα σε μια ασύγχρονη ηλεκτρική μηχανή, ειδικότερα των ακτινικών δυνάμεων, καθώς και η μηχανική συμπεριφορά της μηχανής λόγω των δυνάμεων αυτών. Χρησιμοποιήθηκε ένας τριφασικός ασύγχρονος κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα, ισχύος 4 kW, συνδεσμολογίας τριγώνου. Η προσομοίωση και η μελέτη έγινε με τη χρήση του προγράμματος Opera 2-D της εταιρείας Vector Fields, το οποίο χρησιμοποιεί τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων για την επίλυση των μερικών διαφορικών εξισώσεων που περιγράφουν τη ηλεκτρομαγνητική λειτουργία της μηχανής. Πρώτα γίνεται η ηλεκτρομαγνητική ανάλυση των μοντέλων της μηχανής στη μόνιμη κατάσταση. Μετά χρησιμοποιώντας τα μοντέλα αυτά, υπολογίστηκαν οι ηλεκτρομαγνητικές πιέσεις που ασκούνται σε δόντια του δρομέα και του στάτη και η συνολική ακτινική και εφαπτομενική δύναμη που ασκείται πάνω στον δρομέα. Όταν οι ιδιοσυχνότητες ταλάντωσης της μηχανής είναι κοντά στις συχνότητες που υπάρχουν στο φάσμα συχνοτήτων της ακτινικής δύναμης, δημιουργείται συντονισμός και προκαλεί θορύβους και ταλαντώσεις στη μηχανή. Για να αποφευχθούν τέτοιου είδους θόρυβοι και ταλαντώσεις υπολογίζονται τα πλάτη και οι συχνότητες της ακτινικής δύναμης καθώς και οι ιδιοσυχνότητες της μηχανής. Οι ίδιες μετρήσεις έγιναν και σε μοντέλο μηχανής με μια σπασμένη μπάρα του κλωβού. Απεικονίσθηκαν οι ακτινικές δυνάμεις και συγκρίθηκαν με αυτές του υγιούς μοντέλου στο πεδίο του χώρου, του χρόνου και της συχνότητας. Επίσης παρουσιάζεται μια μέθοδος για την ανίχνευση «υπογραφών» ηλεκτρικών σφαλμάτων, μέσω ανάλυσης Fourier της ακτινικής ηλεκτρομαγνητικής δύναμης και πίεσης. Τα αποτελέσματα δείχνουν πως η ηλεκτρομαγνητική δύναμη είναι μια καλή παράμετρος με τη χρήση της οποίας μπορεί να ανιχνευτεί το σφάλμα της σπασμένης μπάρας. / The aim of this thesis was to study the electromagnetic forces generated in an asynchronous electric machine, especially the radial forces and the mechanical behavior of the machine due to these forces. A three-phase squirrel cage asynchronous motor, 4 kW power, was used. The simulation and the study was performed using the program Opera 2-D of Vector Fields, which uses the finite element method to solve partial differential equations describing the operation of the electromagnetic machine. First of all, the electromagnetic analysis of models of the machine in steady state was performed. Using these models, the electromagnetic pressure on teeth of the rotor and stator was calculated and the total radial and tangential force exerted on the rotor was estimated. When the natural frequencies of oscillation of the machine are close to the frequencies of the radial force, coordination is generated and causes noise and vibrations in the machine. To avoid such noises and vibrations, the amplitudes and frequencies of the radial force and the natural frequencies of the machine must be calculated. The same measurements were made on a model engine with a broken bar. The radial forces were plotted and compared with those of the healthy model, in the field of space, time and frequency. Also, a method for the detection of "signatures" electrical fault, through Fourier analysis of the radial electromagnetic force and pressure is disclosed. The results showed that the electromagnetic force is a good parameter to use for the detection of the broken bar fault.

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εργαστηριακή εξομοίωση της μηχανικής ροπής που εμφανίζεται στο δρομέα μιας πραγματικής ανεμογεννήτριας με τη μέθοδο της ταχείας προτυποποίησης. Η μέθοδος αυτή παρέχει τη δυνατότητα εξομοίωσης του προς μελέτη αντικειμένου, στην προκειμένη περίπτωση της ανεμογεννήτριας, χωρίς να είναι απαραίτητες οι δοκιμές σε πραγματικό εξοπλισμό, διευκολύνει τη μελέτη της ανεμογεννήτριας σε διάφορες συνθήκες και με διαφορετικές κάθε φορά παραμέτρους, χωρίς να είναι απαραίτητη η αναμονή προκειμένου ο άνεμος να είναι κατάλληλος ώστε να κάνουμε δοκιμές στο πραγματικό σύστημα και τέλος δίνει το πλεονέκτημα της αποφυγής βλαβών του πραγματικού εξοπλισμού. Απαραίτητα στοιχεία για να επιτευχθεί ο στόχος της εργασίας είναι μια πειραματική διάταξη, στην οποία θα πραγματοποιηθούν οι δοκιμές και οι μετρήσεις, καθώς επίσης κάποια ανεμολογικά δεδομένα σε συνδυασμό με τα χαρακτηριστικά της πραγματικής ανεμογεννήτριας της οποίας τη ροπή θα εξομοιώσουμε υπό κλίμακα. Η πειραματική διάταξη μπορεί να περιγραφεί συνοπτικά από το σχήμα της Εικ.1. Χρησιμοποιώντας τα ανεμολογικά δεδομένα υπολογίστηκε η ροπή στον δρομέα της πραγματικής ανεμογεννήτριας συναρτήσει της ταχύτητας του ανέμου. Αυτή την ροπή την παρήγαμε υπό κλίμακα στο εργαστήριο, στον άξονα ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα, εφαρμόζοντας έλεγχο ροπής. Η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε περιλαμβάνει μια ασύγχρονη μηχανή, μια μηχανή συνεχούς ρεύματος, ένα μονοφασικό ωμικό φορτίο, έναν τριφασικό αντιστροφέα πηγής τάσης και έναν μικροεπεξεργαστή με τον οποίο υλοποιείται η διαδικασία του ελέγχου. Ο έλεγχος της ασύγχρονης μηχανής γίνεται ρυθμίζοντας την τάση εξόδου του αντιστροφέα κατά πλάτος και συχνότητα, παλμοδοτώντας κατάλληλα τα διακοπτικά στοιχεία του. Το κύκλωμα παλμοδότησης υλοποιείται μέσω του μικροεπεξεργαστή, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ημιτονοειδούς διαμόρφωσης εύρους παλμών (Sinusoidal Pulse Width Modulation, SPWM). Ανάλογα με την τιμή του σφάλματος της ροπής ρυθμίζονται κατάλληλα οι παράμετροι της παλμοδότησης χρησιμοποιώντας τη μέθοδο του ασαφούς ελέγχου (Fuzzy Control). Για τη μέτρηση της ροπής στον άξονα του ασύγχρονου κινητήρα, που αποτελεί το σήμα ανάδρασης του ελέγχου, χρησιμοποιήθηκε ένα ροπόμετρο. Ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα είναι η παραγωγή του κώδικα με τον οποίο γίνεται η εξομοίωση και ο έλεγχος. Αρχικά γίνεται μοντελοποίηση του κυκλώματος στο περιβάλλον Simulink και στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας τα κατάλληλα εργαλεία, ακολουθείται μια αυτόματη διαδικασία παραγωγής του κώδικα και εκτέλεσή του από τον μικροεπεξεργαστή (DSP). Η χρήση του μικροεπεξεργαστή προσέφερε επίσης αρκετά πλεονεκτήματα και διευκόλυνε την πειραματική διαδικασία. Χρησιμοποιώντας τον μικροεπεξεργαστή για τη διεξαγωγή του ελέγχου, αποφεύχθηκε η χρήση επιπλέον διατάξεων ελέγχου. Επίσης, οι περιφερειακές μονάδες του ήταν ιδιαίτερα χρήσιμες κατά τη δειγματοληψία των μεταβλητών ανάδρασης, κατά την παραγωγή των παλμών της SPWM αλλά και κατά την καταγραφή των δεδομένων. / The main objective of this thesis is the implementation of the mechanical torque that appears on the rotor of a real wind turbine, using the method of rapid prototyping. That method has many advantages. The main advantage is that the use of a real wind turbine was avoided and that minimized the cost of research. A second advantage is that it was not necessary to wait for convenient weather conditions in order to carry out the experiments. In addition, damages of equipment were avoided using the method of rapid prototyping In order to accomplice this objective it is necessary to have an experimental construction, which will be used for tests and measurements, as well as the use of wind speed data and the characteristics of a real wind turbine, which will be used to calculate in scale the real torque that appears on the rotor. The experimental construction is shown in Pic.2. The torque on the rotor of the real wind turbine was calculated as a function of wind speed. That torque was implemented in scale using torque control of an induction motor in the laboratory. The experimental construction includes an induction machine, a constant current machine, a single-phase resistive load, a three-phase voltage source inverter and a digital signal processor, which is used to accomplice the control procedure. The torque control of the induction machine is achieved by regulating the amplitude and the frequency of the output voltage of the inverter, using the appropriate pulses to drive the IGBTs. The microprocessor produces the pulses using the method of Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM). The parameters of the pulses are proportional to the torque error and are appropriately calculated using the method of Fuzzy Control. A torque meter was used in order to measure the torque on the shaft of the induction motor, which was the feedback signal for the control procedure. The code generation is achieved using a microprocessor (DSP). Initially, a simulation model is made using the program Simulink and then, using the right tools, the code is generated and run using the microprocessor. Using the microprocessor had many advantages and made the experiment procedure easier. Initially, additional control devices were not necessary during the experiments. Also, the microprocessor peripherals were useful during the sampling of feedback signals, during the calculation of SPWM pulses and during data recording.

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η κατασκευή του ηλεκτρικού κινητηρίου συστήματος ενός ηλεκτροκίνητου σκάφους. Πραγματοποιήθηκαν μία σειρά από τεχνικές επεμβάσεις ώστε να μετατραπεί ένα απλό σκάφος σε ηλεκτροκίνητο. Στην εποχή μας τα ηλεκτροκίνητα σκάφη και η ηλεκτρική πρόωση αποτελούν τμήμα των ηλεκτροκίνητων μέσων μεταφοράς. Τα ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς αποτελούν πιθανή λύση στην συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση στον τομέα των μεταφορών καθώς και στα ενεργειακά και περιβαλλοντικά προβλήματα που αυτή προκαλεί. Ο υψηλός βαθμός απόδοσης των ηλεκτρικών κινητήρων και των ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος, το υψηλό επίπεδο ελέγχου μέσω των ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος που προσφέρει ευκινησία σε ένα σκάφος, η έλλειψη θορύβου-διαταραχών και η απουσία ρύπανσης μας οδηγούν στη χρήση των ηλεκτροκίνητων σκαφών και της ηλεκτρικής πρόωσης όλο και περισσότερο στις μέρες μας. Στη συγκεκριμένη εφαρμογή για πρακτικούς λόγους αλλά και για λόγους ασφάλειας οδηγηθήκαμε στην επιλογή κινητήρα συνεχούς ρεύματος (Σ.Ρ.) μονίμου μαγνήτη χαμηλής τάσης 24V. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα υψηλή τιμή ρεύματος για την επίτευξη της απαιτούμενης ισχύος 1,5 kW . Για αυτό το λόγο σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε ο ηλεκτρονικός μετατροπέας υποβιβασμού συνεχούς τάσης σε συνεχή με διαδοχική αγωγή τεσσάρων κλάδων, ο οποίος έχει τη δυνατότητα διαχείρισης υψηλών τιμών ρεύματος και είναι ιδανικός για τέτοιου είδους εφαρμογές. Ο συγκεκριμένος μετατροπέας αποτελείται από 4 παράλληλους κλάδους, λειτουργεί στην συνεχή αγωγή και υποβιβάζει την τάση των 36V σε 0-24V για τον έλεγχο των στροφών του κινητήρα, ο οποίος έχει ονομαστικό ρεύμα 78A. Ο μετατροπέας εξετάστηκε αρχικά μέσω της εξομοίωσης χρησιμοποιώντας το λογισμικό PSpice και στη συνέχεια πειραματικά πραγματοποιώντας μία σειρά από δοκιμές και μετρήσεις. Από τις δοκιμές, παρατηρούμε ότι ο βαθμός απόδοσης του μετατροπέα διαδοχικής αγωγής που κατασκευάστηκε, κυμαίνεται γύρω στο 95%, άρα είναι μια καλή λύση στην οδήγηση κινητήρων συνεχούς ρεύματος (Σ.Ρ.) χαμηλής τάσης (υψηλού ρεύματος). Τέτοιοι κινητήρες χρησιμοποιούνται σε πληθώρα εφαρμογών ηλεκτροκίνητων μέσων μεταφοράς. Η καθέλκυση του ηλεκτροκίνητου σκάφους και οι δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν στη θάλασσα, δίνουν σαφή εικόνα των πλεονεκτημάτων της ηλεκτρικής πρόωσης. / The object of this diploma thesis is the designing and the construction of an electric drive system for an electric boat. A number of technical interventions were made to transform a simple boat to an electrically driven boat. In our days the electric boats and the electric propulsion in general constitute a part of the electric transportation. The electric transportation may be a possible solution in the continuously increasing demand in the sector of transports as well as in energy and environmental problems that this causes. The high efficient electric machines and power electronic converters, the high control level of power electronics that offers manoeuvrability in a ship, the lack of noise - disturbance and the absence of pollution lead us to use electric boats and electric propulsion more and more in our days. In our application for practical and safety reasons we were led to the choice of a low voltage permanent magnet direct current (DC) motor. This is resulting to a high value of current to get the nominal power of 1.5 kW. For this reason an interleaved four – channel dc/dc converter was designed and constructed which has the ability to control high currents and is ideal for such type applications. The particular converter is constituted by 4 parallel channels, it is working in the continuous conduction mode (CCM) and it degrades the voltage of 36V to 0-24V for the control of the rpm of the dc propulsion motor which its full load current is 78A. Firstly a number of simulations made via PSpice program and also a number of experiments to see how the converter is working. The experiments shows that the efficiency of the interleaved converter of the application is about 95%, so it is a good solution for driving low voltage – high current dc motors. Such types of electric motors are used in many electric transportation applications. The launching of the boat and a number of sea tests shows us the advantages electric propulsion has.