Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται την ανάλυση της στατικής και δυναμικής συμπεριφοράς ενός ηλεκτροκινητήριου συστήματος αποτελούμενου από ασύγχρονη μηχανή δακτυλιοφόρου δρομέα και ηλεκτρονικούς μετατροπείς ισχύος συνδεδεμένους στο δρομέα αυτής, γνωστού ως «Υποσύγχρονη Κασκάντε», το οποίο χρησιμοποιείται σε κινητήρια συστήματα ισχύος της τάξης 1-20 MW. Ιδιαίτερα εστιάστηκε στη μελέτη των ταλαντώσεων της ηλεκτρομαγνητικής ροπής, οι οποίες οφείλονται στην ύπαρξη του ανορθωτή στο κύκλωμα του δρομέα, και το πώς επηρεάζονται ποσοτικά οι ταλαντώσεις αυτές από την ταχύτητα περιστροφής και τα παραμετρικά στοιχεία της μηχανής. Ακόμα, διερευνάται η ταλάντωση της ηλεκτρομαγνητικής ροπής στην περίπτωση ανοιχτοκυκλωμάτων ή βραχυκυκλωμάτων στις διόδους του ανορθωτή στο κύκλωμα του δρομέα. Μελετούνται οι ενδεχόμενες επιπτώσεις των ταλαντώσεων της ροπής στο μηχανικό σύστημα, καθώς και το πώς θα πρέπει να σχεδιασθεί το μηχανικό σύστημα προκειμένου να αποφευχθούν προβλήματα και αστοχίες λόγω στρεπτικών ταλαντώσεων. Επιπλέον γίνεται μια συστηματική διερεύνηση μεθόδων επεξεργασίας του σήματος του ρεύματος για τη διάγνωση σφαλμάτων σε ασύγχρονες μηχανές ή ηλεκτρονικούς μετατροπείς ισχύος, προτείνονται βελτιωμένες μέθοδοι και μελετάται η δυνατότητα ανίχνευσης σφαλμάτων στην ασύγχρονη μηχανή ή τον ηλεκτρονικό μετατροπέα ισχύος της υποσύγχρονης Κασκάντε μέσω της ανάλυσης του ρεύματος του δρομέα. Πιο αναλυτικά, στο κεφάλαιο 1 γίνεται μια εισαγωγή και αναφέρονται οι στόχοι και η γενική δομή της διδακτορικής διατριβής. Στο κεφάλαιο 2 γίνεται μια σύντομη περιγραφή της ασύγχρονης μηχανής διπλής τροφοδοσίας και ακολουθεί αναλυτική περιγραφή της υποσύγχρονης Κασκάντε, αναδεικνύοντας και τις ομοιότητες και διαφορές αυτής με την ασύγχρονη μηχανή διπλής τροφοδοσίας. Αναφέρονται τα πλεονεκτήματα της χρήσης του υπό διερεύνηση κινητήριου συστήματος σε εφαρμογές μεγάλης ισχύος και περιγράφονται τα βασικά χαρακτηριστικά του καθώς και ο τρόπος με τον οποίο επιτυγχάνεται ο έλεγχος της ροπής και των στροφών της ασύγχρονης μηχανής. Επιπλέον γίνεται και μια βιβλιογραφική διερεύνηση σχετικά με τις παραλλαγές του συστήματος αυτού, δηλαδή κάποιες τροποποιήσεις του ηλεκτρονικού μετατροπέα ισχύος ή/και της ασύγχρονης μηχανής που έχουν προταθεί κατά καιρούς, καθώς και ποιες από τις τοπολογίες χρησιμοποιούνται στην πράξη στην πλειοψηφία των εγκατεστημένων συστημάτων. Στο κεφάλαιο 3 διερευνάται μέσω προσομοίωσης στο Matlab/Simulink η λειτουργική συμπεριφορά ενός συστήματος ισχύος 4 MW, εγκατεστημένου σε ελληνική τσιμεντοβιομηχανία. Αρχικά γίνεται η διατύπωση των εξισώσεων για την μοντελοποίηση της ασύγχρονης μηχανής στο φυσικό σύστημα a-b-c καθώς και στο σύστημα d-q-o. Αναφέρονται τα πλεονεκτήματα της χρήσης του συστήματος d-q-o για την προσομοίωση της ασύγχρονης μηχανής αλλά και για τη θεωρητική διερεύνηση των ηλεκτρομαγνητικών μεγεθών αυτής. Για το σύστημα που εξετάζεται επιλέγεται ένα σύστημα d-q-ο στερεωμένο στο δρομέα, αφού εκεί βρίσκεται ο ηλεκτρονικός μετατροπέας ισχύος, ώστε να διευκολυνθούμε στην ανάλυση της λειτουργικής συμπεριφοράς του συστήματος. Στη συνέχεια, παρατίθενται και συζητούνται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης για διάφορες τιμές της ταχύτητας περιστροφής του δρομέα της ασύγχρονης μηχανής. Αφού αναλύεται η γενική συμπεριφορά των ηλεκτρομαγνητικών μεγεθών της ασύγχρονης μηχανής, γίνεται ιδιαίτερη αναφορά, θεωρητική διερεύνηση και συζήτηση σχετικά με τη συμπεριφορά του συστήματος σε ολισθήσεις πολλαπλάσιες του 1/6. Ακόμα, διερευνώνται οι παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν την ταλάντωση της ηλεκτρομαγνητικής ροπής και το μέγεθος αυτής της ταλάντωσης σε όλο το εύρος της συνήθους περιοχής ταχυτήτων όπου λειτουργεί το σύστημα. Τέλος, γίνεται διερεύνηση της προαναφερθείσας ταλάντωσης όταν μεταβάλλονται τα παραμετρικά στοιχεία της ασύγχρονης μηχανής από την οποία προκύπτουν χρήσιμα συμπεράσματα σχετικά με τη βέλτιστη επιλογή των παραμέτρων αυτών. Στη συνέχεια του κεφαλαίου 3 διατυπώνονται οι εξισώσεις που περιγράφουν το μηχανικό τμήμα του υπό διερεύνηση κινητήριου συστήματος, θεωρώντας ένα μοντέλο τεσσάρων μαζών και γραμμικότητα του μηχανικού συμπλέκτη. Γίνεται μια θεωρητική διερεύνηση των στρεπτικών ταλαντώσεων από την οποία προκύπτουν χρήσιμες γενικές κατευθύνσεις με βάση τις οποίες θα πρέπει να σχεδιασθεί το μηχανικό τμήμα. Κατόπιν παρατίθενται και συζητούνται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης του εγκατεστημένου συστήματος. Στη συνέχεια διατυπώνονται οι εξισώσεις που περιγράφουν το μηχανικό τμήμα αν ληφθεί υπόψη και η μη γραμμικότητα της στιβαρότητας του μηχανικού συμπλέκτη και παρατίθενται και συζητούνται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης με βάση τις εξισώσεις αυτές. Στο κεφάλαιο 4 γίνεται πειραματική διερεύνηση χρησιμοποιώντας ένα σύστημα ισχύος 5,5 kW στο εργαστήριο. Στην πειραματική διερεύνηση χρησιμοποιήθηκαν αισθητήρες μέτρησης όλων των ηλεκτρικών μεγεθών και επιπλέον αισθητήρες μέτρησης της ροπής (επιμηκυνσιόμετρο) αλλά και των κραδασμών του κινητήρα (επιταχυνσιόμετρο). Αφού περιγράφεται η δομή του εργαστηριακού συστήματος, παρατίθενται τα αποτελέσματα της πειραματικής διερεύνησης, τα οποία επιβεβαιώνουν τα βασικά συμπεράσματα του προηγούμενου κεφαλαίου, όσον αφορά τη συμπεριφορά των ηλεκτρομαγνητικών μεγεθών της ασύγχρονης μηχανής. Από την μέτρηση των κραδασμών της μηχανής προέκυψαν επιπλέον κραδασμοί που σχετίζονται με τη λειτουργία του ηλεκτρονικού μετατροπέα ισχύος της υποσύγχρονης Κασκάντε. Στο κεφάλαιο 5 εξετάζεται η δυνατότητα ανίχνευσης προβλημάτων στη λειτουργία ασύγχρονων μηχανών μέσω της ανάλυσης του ρεύματος αυτών. Για το σκοπό αυτό διερευνώνται αρχικά σε μια συγκριτική μελέτη διάφορες μέθοδοι ανάλυσης του ρεύματος του στάτη μιας ασύγχρονης μηχανής. Οι μέθοδοι αυτοί συγκρίνονται όσον αφορά τη διάγνωση δύο χαρακτηριστικών σφαλμάτων σε ασύγχρονες μηχανές, που είναι η εκκεντρότητα ή/και αζυγοσταθμία, καθώς και η ύπαρξη ασυμμετρίας στο δρομέα της μηχανής. Τα δύο σφάλματα αυτά επιλέχθηκαν για τη συγκριτική μελέτη, διότι η φύση του προβλήματος από πλευράς επεξεργασίας σήματος παρουσιάζει μια σημαντική διαφορά. Τα πρώτα δημιουργούν αρμονικές συνιστώσες στο ρεύμα του στάτη, οι οποίες απέχουν αρκετά στο πεδίο της συχνότητας από τη βασική αρμονική. Τα δεύτερα προκαλούν αρμονικές συνιστώσες, των οποίων η συχνότητα βρίσκεται πάρα πολύ κοντά σε αυτή της βασικής αρμονικής του ρεύματος. Αρχικά περιγράφεται πώς γίνεται ο υπολογισμός των απαραίτητων πινάκων των επαγωγιμοτήτων και των ωμικών αντιστάσεων της ασύγχρονης μηχανής στο φυσικό σύστημα a-b-c στην περίπτωση εκκεντρότητας ή σφάλματος στο δρομέα, καθώς και το πώς εξομοιώθηκαν τα σφάλματα αυτά στην πειραματική διάταξη. Κατόπιν γίνεται μια σύντομη αναφορά σε μεθόδους επεξεργασίας του σήματος του ρεύματος που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση των προαναφερθέντων σφαλμάτων. Στη συνέχεια παρατίθενται τα αποτελέσματα από την διερεύνηση των διαφόρων μεθόδων μέσω προσομοίωσης και πειράματος. Από τη διερεύνηση αυτή προέκυψαν χρήσιμα συμπεράσματα για τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της κάθε μεθόδου και για τις εφαρμογές καθεμιάς εξ’ αυτών. Ιδιαίτερα μελετήθηκε μια μέθοδος που βασίζεται στο όρισμα του συνεχούς μετασχηματισμού κυματιδίου ή/και του παραθυρικού μετασχηματισμού Fourier, η οποία αποδείχθηκε ότι υπό ορισμένες προϋποθέσεις πλεονεκτεί ως προς την καλύτερη ανίχνευση της συχνότητας και του πλάτους των αρμονικών συνιστωσών στο ρεύμα της ασύγχρονης μηχανής και μπορεί να χρησιμοποιηθεί και κατά τη διάρκεια μεταβατικών καταστάσεων λειτουργίας. Ακόμα προτάθηκε και διερευνήθηκε μια νέα βελτιωμένη μέθοδος για την ανίχνευση αρμονικών συνιστωσών, που βρίσκονται κοντά σε ισχυρές αρμονικές, η οποία βασίζεται στη συνέλιξη του σήματος του ρεύματος με το μιγαδικό κυματίδιο Morlet. Η μέθοδος αυτή εφαρμόστηκε για την περισσότερο αξιόπιστη ανίχνευση και την ακριβέστερη αποτίμηση σφαλμάτων στο δρομέα ασύγχρονων μηχανών, μέσω ανάλυσης του ρεύματος του στάτη. Στο κεφάλαιο 6 γίνεται μια προκαταρκτική διερεύνηση σχετικά με τη δυνατότητα ανίχνευσης σφαλμάτων στην ασύγχρονη μηχανή μέσω της ανάλυσης του ρεύματος του δρομέα. Προτείνονται μέθοδοι επεξεργασίας του σήματος του ρεύματος του κυκλώματος του δρομέα ώστε να ελαχιστοποιηθούν οι αρμονικές που προέρχονται από τον ηλεκτρονικό μετατροπέα ισχύος, για να είναι ευκολότερη η ανίχνευση αρμονικών που οφείλονται σε σφάλματα στην ασύγχρονη μηχανή. Ακόμα, μελετούνται σφάλματα στον ηλεκτρονικό μετατροπέα, ήτοι ανοιχτοκυκλώματα και βραχυκυκλώματα στις διόδους του ανορθωτή, και το αν και πώς αυτά μπορούν να επηρεάσουν δυσμενώς τις ταλαντώσεις της ηλεκτρομαγνητικής ροπής. Γίνεται διερεύνηση μέσω προσομοίωσης και πειράματος της συμπεριφοράς του συστήματος στην περίπτωση τέτοιου είδους σφαλμάτων. Στη συνέχεια, και αφού γίνεται μια σύντομη αναφορά και διερεύνηση μεθόδων για την ανίχνευση σφαλμάτων σε ηλεκτρονικούς μετατροπείς οι οποίες έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν, προτείνεται μια βελτιωμένη μέθοδος ανίχνευσης τέτοιου είδους σφαλμάτων η οποία βασίζεται στον υπολογισμό της γωνίας και της στιγμιαίας συχνότητας του διανύσματος χώρου του ρεύματος του δρομέα. Η μέθοδος αυτή δίνει την δυνατότητα άμεσης ανίχνευσης και τον ακριβούς εντοπισμού των σφαλμάτων στον μετατροπέα σε πραγματικό χρόνο. / In this thesis an investigation of the operation of an electric drive consisting of a slip ring asynchronous machine and a power electronic converter connected to the rotor circuit is carried out. This drive is referred to as “subsynchronous cascade drive” or “slip energy recovery drive” in the literature. The investigation is carried out via simulations in Matlab/Simulink of a 4 MW drive installed in a Greek cement industry and via experiments with a 5,5 kW drive in the laboratory. Furthermore, Motor Current Signature Analysis (MCSA) techniques for the detection and the accurate diagnosis of faults in asynchronous machines or/and power electronic converters are examined and novel improved approaches are proposed. The potential application of the analysis of the rotor current of the subsynchronous cascade drive for fault detection and diagnosis in the asynchronous machine or/and the power electronic converter is also investigated. In the beginning, simulations are carried out considering rigid shafts and rigid coupling between the motor and the mechanical load. The asynchronous machine has been modeled in a d-q-o reference frame referred to the rotor. Characteristic simulation results are presented and discussed. The general behaviour of the asynchronous machine electromagnetic quantities is analyzed and, furthermore, the cases that the slip has values at multiples of 1/6 are theoretically investigated and discussed. Additionally, the influence of the asynchronous machine speed, of the load torque characteristics and of the asynchronous machine parameters on the electromagnetic torque pulsations is examined. Afterwards, the equations of the mechanical part of the drive are formulated, considering a four-mass model and linearity of the mechanical coupling. A theoretical investigation of the torsional oscillations is carried out, and some general guidelines regarding the design of the mechanical part of the drive are discussed. Additionally, characteristic simulation results are presented and discussed. Then, the equations of the mechanical subsystem are reformulated taking into account the non-linearity of the coupling stiffness and characteristic simulation results are presented and discussed. The experimental investigation, using a 5,5 kW drive in the laboratory validates the conclusions drawn by the investigation via simulation, regarding the behaviour of the electromagnetic quantities of the asynchronous machine. In the experimental setup, sensors for all the electrical quantities have been used, as well as sensors for the measurement of the shaft torque (straingauge) and the lateral vibrations of the motor (accelerometer). The measurements taken by the straingauge have verified the pulsation of the shaft torque due to the presence of the rectifier in the rotor. The measurement of the asynchronous machine lateral vibrations has revealed the presence of harmonic components related to the operation of the rectifier in the rotor circuit. In the remainder of the thesis the application of Motor Current Signature Analysis techniques for fault detection and diagnosis in asynchronous machines and/or power electronic converters is examined. To this objective, a comparative investigation of different signal processing approaches is carried out for the diagnosis of two characteristic faults in asynchronous machines, namely eccentricity and/or mechanical imbalance as well as rotor fault. Derived from simulation and experimental results, the advantages and the disadvantages of each technique are presented and discussed in detail. Features and limitations of each one of the signal processing approaches are then compared in order to derive the most appropriate one, related to the operating conditions of the induction machine. Especially the phase method for the extraction of the ridges of the Continuous Wavelet Transform (CWT) and the Short-Time Fourier Transform (STFT) is examined, and it is proven that under certain conditions this method is advantageous for the detection of harmonic components related to the presence of faults. Furthermore, a novel approach has been proposed and investigated, for the detection of weak harmonic components that are close to the fundamental. The proposed approach is based on the convolution of the current signal with a complex wavelet and has been applied for the accurate diagnosis of rotor faults via analysis of the stator current. Finally, faults in the power electronic converter of the subsynchronous cascade drive are examined; specifically open circuits and short circuits in the rectifier’s diodes. The amplitude and the frequency of the electromagnetic torque pulsations which take place during these faulty conditions are investigated. A novel approach for the accurate diagnosis of this kind of faults is proposed and investigated via simulation and experiment. The proposed approach is based on monitoring the rotor current space vector angle and instantaneous frequency, in order to extract features which indicate the specific fault modes of operation.

Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η ακινητοποίηση λιποσωμάτων με εγκλωβισμένη Tobramycin σε επιχρυσωμένες μεταλλικές επιφάνειες, με σκοπό την παρασκευή αντιμικροβιακών ενδοπροθέσεων του ουροποιητικού, που αποδεσμεύουν φάρμακο με ελεγχόμενο ρυθμό. / The aim of this study is to covalently link liposomes on metallic surfaces, as a method to prepare antimicrobial controlled (release) drug-eluting stents, using Tobramycin (TOB) as an anti-microbial drug. As a preliminary step for immobilization of TOB, different types of liposomes were constructed and evaluated for TOB loading efficiency, size distribution and ζ-potential. TOB concentrations were measured by a chemiluminescence immunoassay (ADVIA Centaur, Siemens), after modulating the technique as required for the specific samples. Results show that extruded DRV liposomes with similar sizes (mean diameter) with that of SUV liposomes (~95 nm), have 4 times higher drug loading efficiency.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται το σχεδιασμό και την κατασκευή διάταξης φόρτισης ενός ηλεκτροκινητήριου συστήματος. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Στα πλαίσια του θεσμού της πρακτικής άσκησης του τμήματος, ένα τμήμα της εργασίας αυτής εκπονήθηκε στο τεχνικό γραφείο ΛΙΑΣΚΟΣ Ο.Ε. Σκοπός είναι η κατασκευή ενός μετατροπέα πλήρους γέφυρας, που θα ελέγχει κατάλληλα μια μηχανή ξένης διέγερσης, η οποία συνδέεται μέσω ενός συστήματος μετάδοσης μ’ έναν κινητήρα με τελικό σκοπό την φόρτιση του κινητήρα με επιθυμητές ροπές για μελέτη της λειτουργικής συμπεριφοράς του. Αρχικά αναλύθηκε ένα ηλεκτροκινητήριο σύστημα και μελετήσαμε τα επιμέρους τμήματα που το αποτελούν. Παρουσιάζονται διάφορα είδη φορτίων με τις αντίστοιχες χαρακτηριστικές ροπής-στροφών καθώς και εφαρμογές που χρησιμοποιούνται. Επίσης αναλύθηκε συνοπτικά η μηχανή συνεχούς ρεύματος. Στη συνέχεια αναλύθηκε ο μετατροπέας πλήρους γέφυρας, οι τρόποι λειτουργίας του, με τους οποίους μπορεί να ελέγξει τη μηχανή συνεχούς ρεύματος ώστε να λειτουργεί στα τέσσερα τεταρτημόρια, ενώ ιδιαίτερη προσοχή δόθηκε στην ανάλυση των μεθόδων κατάλληλης παλμοδότησης των διακοπτικών στοιχείων. Στο επόμενο βήμα πραγματοποιήθηκε η προσομοίωση τόσο των επιμέρους συστημάτων όσο και του ολικού συστήματος, με σκοπό να εξακριβωθεί η ορθή λειτουργία του πριν την κατασκευή. Οι προσομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν με την βοήθεια του λογισμικού Simulink του Matlab . Τέλος κατασκευάζεται η πειραματική διάταξη για να ληφθούν τα πειραματικά αποτελέσματα και να συγκριθούν με τα θεωρητικά, ώστε να εντοπιστούν και να δικαιολογηθούν τυχόν διαφορές μεταξύ της θεωρητικής ανάλυσης και των μετρήσεων στην πραγματική διάταξη, καθώς και για να εκτιμηθεί η απόδοση του συστήματος. / This thesis deals with the design and construction of a torque simulator device for an electrcic drive system. The thesis was conducted in the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion, Department of Electrical and Computer Engineering of the University of Patras. The aim is to build a full-bridge converter, which will properly control a separately fed dc-machine, which is connected via a transmission system with a motor. The final goal is to load the engine with the desirable torque, in order to study it’s functional behavior. Initially we analyzed an electric drive system and studied the individual parts that make it up. We presented various kinds of loads with their corresponding torque-speed characteristic and applications in which they are used. We also analyzed, succinctly, the functional behavior of a DC machine. Then we analyzed the full-bridge inverter and it’s modes of operation, through which the DC machine can be controlled and operate in all four quadrants. Afterwards, methods for the proper pulse-control strategy of switching elements were studied. The next step was the simulation of both, subsystems as long as the overall system, in order to check the proper operation before construction. The simulations were performed using the software Simulink of Matlab. Finally the experimental setup was constructed, in order to obtain the experimental results and to compare them with the theoretical, to identify and justify any differences between the theoretical analysis and measurements on the real device, and to evaluate the system performance.

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας ήταν: ο σχεδιασμός και η υλοποίηση (σε γλώσσα περιγραφής υλικού VHDL) ενός πλήρως pipeline CBC-HMAC συστήματος που εξασφαλίζει τις κρυπτογραφικές υπηρεσίες της εμπιστευτικότητας, της ακεραιότητας και της επικύρωσης. Το κίνητρο αυτής της υλοποίησης ήταν οι πολλές διαδεδομένες υπηρεσίες όπου χρησιμοποιείται το CBC-HMAC σύστημα όπως: IPsec, ΙΕΕΕ 802.11i (CCMP), TLS πρωτόκολλο, ΙΕΕΕ P1619.1, SRTprotocol κ.τ.λ. Το Advanced Encryption Standard (AES) και το CBC-AES256 κρυπτογραφικό σύστημα βελτιστοποιήθηκαν όσο αφορά την ταχύτητα και τον παράγοντα area και υλοποιήθηκαν με pipeline τεχνική με την οποία, μπορούν να επεξεργάζονται ταυτόχρονα μέχρι και 7 διαφορετικά μηνύματα εισόδου. O μηχανισμός HMAC με pipeline αρχιτεκτονική βελτιστοποιήθηκε επίσης χρησιμοποιώντας ως κρυπτογραφικό πυρήνα τον SHA-256 αλγόριθμο. Το CBC-HMAC σύστημα εξομοιώθηκε πλήρως και ελέγχθηκε χρησιμοποιώντας τον προσομοιωτή ModelSim. Το εργαλείο σύνθεσης της VHDL υλοποίησης, στις FPGA τεχνολογίες (οικογένεια συσκευών Xilinx- Virtex) ήταν η μηχανή σύνθεσης LeonardoSpectrum. Το υλοποιημένο CBC-HMAC σύστημα σχεδιάστηκε με pipeline αρχιτεκτονική, με αποτέλεσμα να μπορεί να επεξεργάζεται ταυτόχρονα μέχρι και 11 διαφορετικά μηνύματα εισόδου και με εξαγωγή αποτελέσματος ανά 20 clk. Τα αποτελέσματα της σύνθεσης (Xilinx-VirtexE) είναι για τη συχνότητα 46.0 MHz και για το throughput 1177.6 Mbps. Αυτά δείχνουν ότι το υλοποιημένο σύστημα έχει αποδοτική συχνότητα και υψηλό ρυθμό εξυπηρέτησης (throughput) που είναι πολύ μεγαλύτερος σε σύγκριση με τη τυπική υλοποίηση του ιδίου συστήματος. / -

Το 1987 στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστήμιου Πατρών και συγκεκριμένα στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας, στα πλαίσια εκπαιδευτικών και ερευνητικών σκοπών, εγκαταστάθηκε ένα πλήρες αυτοματοποιημένο σύστημα παραγωγής και παροχής ηλεκτρικών τάσεων. Το σύστημα εξελίχθηκε, κατασκευάστηκε και τοποθετήθηκε από την εταιρεία ΑSEA-ABB. Σκοπός του συστήματος ήταν η παροχή 10 διαφορετικών τύπων τάσεων σε 12 συγκεκριμένες θέσεις εργασίας στο χώρο του Εργαστηρίου. Το σύστημα ήταν πλήρως αυτοματοποιημένο, καθώς χρησιμοποιήθηκαν Προγραμματιζόμενοι Λογικοί Ελεγκτές (PLCs) για τον έλεγχο, την εποπτεία και την διαχείριση του συστήματος. Επίσης, υπήρχε Προσωπικός Ηλεκτρονικός Υπολογιστής (PC) άμεσα συνδεμένος στο σύστημα, βοηθώντας το χειριστή του συστήματος να παρακολουθεί, να διαχειρίζεται και να διανέμει τον κάθε τύπο από τις προσφερόμενες παροχές στις θέσεις εργασίας του εργαστηρίου. Με την πάροδο του χρόνου, το αυτοματοποιημένο αυτό σύστημα, εμφάνισε βασικά λειτουργικά προβλήματα με αποτέλεσμα να μειωθεί δραστικά ο αριθμός των παρεχόμενων τύπων τάσεων, αλλά και η ικανότητα διαχείρισης και διανομής αυτών που παρέχονταν. Ουσιαστικά οι παροχές Ε9 και Ε10 δεν λειτούργησαν ποτέ. Η ανάγκη, όμως, για άμεση αποκατάσταση της λειτουργίας του εργαστηρίου οδήγησε στην κατασκευή αυτόνομης κονσόλας, η οποία με την χρήση κλασσικών διακοπτών διαχειρίζονταν και διένειμε τις Ε1, Ε2 και Ε3 παροχές του αρχικού συστήματος. Αποτέλεσμα αυτού ήταν η μείωση των τύπων των τάσεων που παρέχονταν στο εργαστήριο, αλλά και η πλήρης έλλειψη ελέγχου και εποπτείας της λειτουργίας του συστήματος. Για την λύση των προβλημάτων του προαναφερθέντος συστήματος, με τελικό αποτέλεσμα την κανονική και ομαλή λειτουργία του προτάθηκε η υλοποίηση ενός σύγχρονου δικτύου αυτοματισμού με τη χρήση σύγχρονου PLC, καθώς και η ενσωμάτωση ενός συστήματος εποπτικού και διαχειριστικού ελέγχου με τη χρήση λογισμικού τύπου SCADΑ(Supervisory Control And Data Acquisition). Την πρωτοβουλία για την υλοποίηση αυτής της πρότασης ανέλαβε ο Καθηγητής Δρ. – Μηχανικός Αθανάσιος Ν. Σαφάκας, ο οποίος ανέθεσε την υλοποίηση αυτού του έργου σε προπτυχιακούς φοιτητές, στα πλαίσια της εκπόνησης της διπλωματικής τους εργασίας. Έτσι, η υλοποίηση πραγματοποιήθηκε σε τρία στάδια. Πιο αναλυτικά, στην πρώτη φάση, πραγματοποιήθηκαν η πλήρης καταγραφή του συστήματος και η υλοποίηση των παροχών Ε1 και Ε2. Στη δεύτερη φάση, πραγματοποιήθηκε η υλοποίηση των Ε3, Ε4 και Ε5 παροχών Έτσι, στην τρίτη φάση, πραγματοποιήθηκε η υλοποίηση των υπόλοιπων παροχών του συστήματος, δηλαδή των παροχών Ε6, Ε7, Ε8, Ε9 και Ε10. Στη συνέχεια, γίνεται λεπτομερής καταγραφή και ανάλυση της τρίτης φάσης υλοποίησης και ολοκλήρωσης του συστήματος παροχής ηλεκτρικών τάσεων στο εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας. / -

Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ασύρματης Τηλεπικοινωνίας του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Ο στόχος της εργασίας αυτής ήταν η μελέτη της προκαλούμενης βελτίωσης στην απόδοση εύρους ζώνης με χρήση πολλαπλών συστημάτων HAPS σε κοινή περιοχή κάλυψης. Με γνώμονα τη συνεχώς αυξανόμενη ανάγκη του σύγχρονου ανθρώπου για ευρυζωνικές υπηρεσίες υψηλών ταχυτήτων σε περιοχές οι οποίες είναι φτωχές σε τηλεπικοινωνιακή κάλυψη καθώς και σε περιοχές με αυξημένη τηλεπικοινωνιακή κίνηση καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι οι τηλεπικοινωνίες με τη χρήση εναέριων πλατφορμών (HAPS) οι οποίες δρουν σε πολύ χαμηλότερο ύψος από τους δορυφόρους και με σημαντικά μικρότερες ισχείς , αποτελούν μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία για τα επόμενα χρόνια. Σημαντικός παράγων στον οποίο βασίζεται οι τεχνολογία των HAPS είναι η εξοικονόμηση του φάσματος συχνοτήτων με τη χρήση κοινής συχνότητας εκπομπής από όλες τις πλατφόρμες , γεγονός που οδηγεί βαθμιαία σε αύξηση των παρεμβολών που λαμβάνουν οι χρήστες. Στόχος μας ήταν να προσδιορίσουμε τις κατάλληλες συνθήκες και παραμέτρους ώστε ο χρήστης στο έδαφος να λαμβάνει έναν ικανοποιητικό λόγο σήματος προς θόρυβο συν παρεμβολές (CINR) ώστε να υπάρχει επαρκές εύρος ζώνης για τις τηλεπικοινωνιακές του ανάγκες. Για την εξαγωγή των γραφικών παραστάσεων χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα Matlab R2010b. / This diploma thesis was developed at the Laboratory of Wireless Communications, at the Department of Electrical an Computer Engineering. The objective of this work was to study the improvement in the bandwidth efficiency that occurs by using multiple high-altitude-platformsystems (HAPS) serving a common coverage area. Considering the even increasing need of the modern people for high speed broadband applications in areas that have poor telecommunication coverage and also in areas that have an increased telecommunication traffic we came to the conclusion that the use of the HAPS operating in lower altitude comparing to the satellites and using even lower power levels, is a very promising technology for the years to come. A very important factor on which the HAPS technology is based on is the saving of the frequency spectrum by using the same transmission frequency from all the platforms, a fact that leads to an increasing interference level that the users receive. Our goal was to determine the proper conditions and parameters so as to the users on the ground receive a satisfying level of CINR in order to have enough bandwidth efficiency for his telecommunication needs. In order to export the graphics, we used Matlab R2010b.

Στο πλαίσιο αυτής της διπλωματικής εργασίας μελετήθηκε το σύστημα του πλοίου και η απόκρισή του σε διάφορες εισόδους και αναπτύχθηκε κατάλληλη μέθοδο ελέγχου σύμφωνα με τη δεδομένη πειραματική διάταξη. Ο στόχος του ελεγκτή είναι από ένα αρχικό τυχαίο σημείο με αρχικό τυχαίο προσανατολισμό το πλοίο να προσεγγίσει ένα τελικό επιθυμητό σημείο και να σταθεροποιηθεί σε όσο δυνατόν μικρότερη απόσταση από αυτό.Για την επίτευξη αυτού του στόχου υλοποιήθηκε εμπειρικός ελεγκτής πρόσω δράσης. / This thesis adresses the control of a ship vessel. To accomplish this goal, the response of a model vessel to several control actions was recorded and a control algorithm based on this response was developed. The final goal was to approach a desired point on the horizontal plane having started from a random point and having random orientation at the starting point .

Η διπλωματική αυτή εργασία εκπονήθηκε με σκοπό την δημιουργία ενός προγράμματος για τη διαχείριση του δικτύου Δομημένης Καλωδίωσης. Μέσω της εφαρμογής αυτής, δίνεται η δυνατότητα στον χρήστη να έχει μία πλήρη εικόνα της εγκατεστημένης δομημένης καλωδίωσης του κτηρίου και να μπορεί να παρέμβει άμεσα και αποτελεσματικά σε κάθε περίπτωση τροποποίησης ή δυσλειτουργίας. Το πρόγραμμα υλοποιήθηκε στη γλώσσα προγραμματισμού AutoLISP, που λειτουργεί μέσα από την πλατφόρμα του σχεδιαστικού προγράμματος AutoCAD. Χρησιμοποιήθηκαν τα σχέδια των ορόφων του κτηρίου των Ηλεκτρολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών, όπου, στα πλαίσια της επίτευξης του στόχου, σχεδιάστηκε το σύστημα δομημένης καλωδίωσης. Στην εργασία αυτή, παρουσιάζονται τα βασικά στοιχεία ενός συστήματος δομημένης καλωδίωσης, καθώς και τα εργαλεία υλοποίησης του προγράμματος όπως το σχεδιαστικό πρόγραμμα AutoCAD, η γλώσσα προγραμματισμού AutoLISP, και η γλώσσα σήμανσης Dialog Control Language (DCL). Αρχικά, παρουσιάζεται η διαδικασία σχεδίασης του συστήματος δομημένης καλωδίωσης στο AutoCAD. Μετέπειτα, δίδεται μια περιγραφή του προγράμματος και των λειτουργιών του, και ο πηγαίος κώδικας που αναπτύχθηκε, σε συνδυασμό με λογικά διαγράμματα για την καλύτερη κατανόηση του. Στο παράρτημα, αναλύονται τα υποπρογράμματα που σχεδιάστηκαν για να προσφέρουν επιπλέον δυνατότητες, και το εγχειρίδιο χρήσης της εφαρμογής. / The aim of this thesis is to create an application software for the management of a Structured Cabling System (SCS). Through this application, the user is able to have a complete picture of the installed structured cabling network of the building and be able to intervene quickly and effectively in any case of modification or malfunction. The program was implemented using the programming language AutoLISP, which operates through the CAD software platform of AutoCAD. The architectural floor plans used were those of the building of Electrical Engineering Department, at the University of Patras, where, in the context of achieving the target, the structured cabling system was designed. This thesis presents the basic elements of a structured cabling system, and the tools for implementing the program, i.e. the CAD program AutoCAD, the programming language AutoLISP, and the markup language Dialog Control Language (DCL). The design process of the structured cabling system in AutoCAD is presented initially. Thereafter, a description of the program and its features are presented, as well as the source code that was developed, in conjunction with logic diagrams for clarity. In the Annexes, the subroutines designed to offer additional features are analyzed and the manual of the application is included.

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως στόχο την αντιμετώπιση των ηλεκτρομηχανικών ταλαντώσεων οι οποίες εμφανίζονται σε μία σύγχρονη γεννήτρια παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας μετά από διαταραχές. Ο συμβατικός έλεγχος για τη διατήρηση της μηχανής σε συγχρονισμό μετά από ξαφνικές αλλαγές φορτίου, βραχυκυκλωμάτων, κλείσιμο διακοπτών ή οποιασδήποτε κατάστασης που μπορεί να προκαλέσει αστάθεια στο Σύστημα της Ηλεκτρικής Ενέργειας, γίνεται με χρήση ελεγκτικών διατάξεων Σταθεροποιητών Συστημάτων Ισχύος σε συνδυασμό με τον Αυτόματο Ρυθμιστή Τάσης (ΑΡΤ/ΣΣΙ). Σκοπός της εργασίας αυτής είναι να σχεδιαστούν και να ρυθμιστούν κατάλληλα οι διατάξεις αυτές, ώστε να εξασφαλίζεται η απόσβεση των ηλεκτρομηχανικών ταλαντώσεων που εμφανίζονται ανάμεσα στην γεννήτρια και το υπόλοιπο σύστημα. Στην εργασία αυτή, αρχικά γίνεται μια εισαγωγή στα είδη των ηλεκτρομηχανικών ταλαντώσεων και την ευστάθεια για δυναμικά Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας. Στη συνέχεια αναπτύσσεται το δυναμικό μοντέλο ενός απλού συστήματος μιας γεννήτριας άπειρου ζυγού βασισμένο στο απλοποιημένο μοντέλο 4ης τάξης της σύγχρονης μηχανής. Επειδή το μοντέλο αυτό είναι μη γραμμικό προχωράμε στην εξαγωγή του γραμμικοποιημένου μοντέλου που θα μας βοηθήσει για τον σχεδιασμό του κατάλληλου ελεγκτή. Αξιοποιώντας ιδιότητες του μοντέλου παρουσιάζεται μια συστηματική μέθοδος σχεδίασης του Σταθεροποιητή Συστήματος Ισχύος που είναι βασισμένη στη λογική των ολοκληρωτικών υπολοίπων. Τέλος με τη βοήθεια του λογισμικού SIMULINK του MATLAB προσομοιώνεται το σύστημα σύγχρονης γεννήτριας συνδεδεμένης σε άπειρο ζυγό, που ελέγχεται με την χρήση του Αυτόματου Ρυθμιστή Τάσης και του Σταθεροποιητή Συστήματος Ισχύος σε κατάσταση τυπικής φόρτισης. Εφαρμόζοντας διαταραχές στο σύστημα παρατηρείται η απόκριση του συστήματος και εκτιμάται η λειτουργία του ελεγκτή. / This thesis aims to address the electromechanical oscillations which appear in a synchronous generator after disturbances. The conventional control for maintaining the machine synchronized after sudden load changes, short circuits, switching or any condition which may cause instability phenomena, is achieved by the use of control circuits such as Power System Stabilizers combined with the Automatic Voltage Regulator ( PSS / AVR). The purpose of this work is to design and configure properly these control circuits to ensure the reduction of electromechanical oscillations that occur between the generator and the rest of the system. In the beginning this thesis, an introduction of the types of power system electromechanical oscillations and stability is being discussed. Afterwards, the dynamic model of a simple system of a generator infinite-bus based on simplified 4th order of synchronous machine is being developed. Due to the model nonlinearities, we export the linearized model which helps us to design a suitable controller. Taking into account the model properties, we provide a systematic method for designing a Power System Stabilizer based on the residues method. Finally, using the MATLAB-SIMULINK software, the synchronous generator infinite-bus system is simulated which is controlled by an Automatic Voltage Regulator and a Power System Stabilizer. After applying disturbances, the system response is driven and analyzed along with the controller functioning.

Η επίδραση της τεχνολογίας BPL (Broadband over Power Lines) στη ΔΕΗ, αλλά και στους φορείς ρύθμισης και λειτουργίας της -αναμενόμενης- απελευθερωμένης αγοράς ενέργειας, όπως είναι ο Διαχειριστής Ελληνικού Συστήματος Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΔΕΣΜΗΕ), θα είναι άμεση και καταλυτική. Η ευρυζωνική μετάδοση πληροφορίας μέσω των γραμμών ηλεκτρικής ισχύος έχει τη δυνατότητα να προσφέρει υπηρεσίες τόσο στις επιχειρήσεις ηλεκτρικής ενέργειας (στην περίπτωσή μας τη ΔΕΗ) όσο και στους καταναλωτές. Με την εφαρμογή της τεχνολογίας BPL στο δίκτυο της ΔΕΗ οι γραμμές ηλεκτρικής ισχύος, εκτός από τη μεταφορά και τη διανομή ηλεκτρικής ενέργειας, μπορούν ταυτόχρονα να μεταδώσουν πληροφορία με ρυθμό μετάδοσης που φτάνει, προς το παρόν, τα 200 Mbps στο φυσικό επίπεδο. Μερικές από τις υπηρεσίες που προσφέρει η τεχνολογία BPL είναι υπηρεσίες τηλεφωνίας (VoIP), ευρυζωνική πρόσβαση στο διαδίκτυο, υπηρεσία τηλεόρασης (internet TV), υπηρεσία ραδιοφώνου, δυνατότητα φορητότητας και κινητικότητας των υπηρεσιών διαδικτύου, αυτοματοποίηση κατοικίας, απομακρυσμένος έλεγχος και λειτουργία του οικιακού εξοπλισμού, δυναμική ρύθμιση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας, παρακολούθηση για λόγους ασφάλειας, παιχνίδια βασισμένα στο διαδίκτυο, εφαρμογές quadruple play κ.ά. Η πρόσβαση των καταναλωτών πραγματοποιείται με ασύρματο τρόπο (Wi-Fi) από τη γραμμή χαμηλής τάσης (σύνδεση στο μετρητή του χρήστη) ή κατευθείαν από τη γραμμή μέσης τάσης. Ο νέος αυτός τρόπος ευρυζωνικής πρόσβασης στο διαδίκτυο είναι ιδιαίτερα σημαντικός, γιατί δε χρειάζεται επενδύσεις για νέα υποδομή, εφόσον οι γραμμές ηλεκτρικής ισχύος καλύπτουν σχεδόν όλες τις κατοικημένες περιοχές του πλανήτη. Ιδιαίτερα σε περιοχές αραιοκατοικημένες ή με ελάχιστη τηλεπικοινωνιακή υποδομή, η τεχνολογία BPL αποτελεί ίσως τη μοναδική λύση για ευρυζωνικές υπηρεσίες. Στις επιχειρήσεις ηλεκτρικής ενέργειας προσφέρονται πολλαπλές και ιδιαίτερης σημασίας δυνατότητες. Μερικές από αυτές είναι η αυτόματη ανάγνωση μετρητών και η τιμολόγηση, η αυτόματη σύνδεση/αποσύνδεση φορτίων, η μέτρηση και η απεικόνιση των δεδομένων του δικτύου διανομής (τάση, ρεύμα, θερμοκρασία περιβάλλοντος, πραγματική ισχύς, άεργος ισχύς, συντελεστής ισχύος), η διαχείριση της ζήτησης, η μείωση των εκπομπών CO2 λόγω της βελτίωσης της ενεργειακής αποδοτικότητας, η ανίχνευση κλοπής ηλεκτρικής ενέργειας, ο εντοπισμός βλαβών, η απομόνωση και άμεση αποκατάσταση σφαλμάτων, η προληπτική συντήρηση του δικτύου (εναέριο και υπόγειο), η διαχείριση και ο προγραμματισμός του προσωπικού συντήρησης, η διαγνωστική παρακολούθηση του δικτύου, η διαχείριση ασφάλειας του δικτύου. Επιπρόσθετα, προσφέρεται η δυνατότητα στη διοίκηση να αναπτύξει, να ρυθμίσει και να ελέγξει την απελευθερωμένη αγορά ηλεκτρικής ενέργειας. Όλη η πληροφορία για τις συνθήκες λειτουργίας του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας θα διακινείται σε πραγματικό χρόνο και θα αξιοποιείται από τις ρυθμιστικές αρχές, με αποτέλεσμα τη δημιουργία μιας αξιόπιστης και ευέλικτης αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Τα καλώδια του ρεύματος πηγαίνουν παντού και αποτελούνται συνήθως από καλής ποιότητας χαλκό. Επίσης, οι μόνες συχνότητες που χρησιμοποιούνται είναι αυτές του ρεύματος, δηλαδή τα 50 και 60 Hz. Έτσι, η μετάδοση σημάτων πληροφορίας μέσω των γραμμών ηλεκτρικής ισχύος είναι απλή στη σύλληψή της. Τέλος, γίνεται ένας σχολιασμός σε διάφορα μοντέλα εξομοιώσεων σε Matlab για την συμπεριφορά των διαφόρων παραμέτρων που επηρεάζουν το BPL δίκτυο. / -