Ολοκληρώνοντας αυτή τη διπλωματική εργασία, συμπεραίνεται η σημασία του σωστού σχεδιασμού ενός μονωτήρα για την όσο το δυνατόν καλύτερη λειτουργία του. Επιβεβαιώθηκε πως η παρουσία των δίσκων επιδρούν θετικά σε αυτήν, ενώ, παράλληλα, επισημαίνεται η αρνητική επίδραση της επικάθισης, στην επιφάνεια του μονωτήρα, ενός αγώγιμου στρώματος ρύπανσης και γίνεται αντιληπτή η σημασία του σωστού και τακτικού καθαρισμού των μονωτήρων, ειδικά σε περιόδους όπου δεν εμφανίζονται έντονες βροχοπτώσεις. Τέλος, μελετώντας προσεκτικά την κατανομή της έντασης και του δυναμικού κατά το μήκος ερπυσμού των μονωτήρων, επισημαίνεται η προσοχή στις περιοχές της επιφάνειάς τους που αναμένεται να επιφέρουν δυσμενή αποτελέσματα στη λειτουργία τους. Από την ενδελεχή ανάλυση του διαγράμματος, καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι η παρουσία των πτυχώσεων στο κάτω μέρος ενός cap and pin μονωτήρα, βοηθά στη μείωση της έντασης κατά το μήκος ερπυσμού. Πραγματικά, λειτουργούν ανασχετικά στην ανάπτυξη ανεπιθύμητων μεγάλων τιμών της έντασης στο υπόλοιπο τμήμα του μονωτήρα. Διαπιστώθηκε ακόμη, ότι το άκρο του δίσκου είναι ένα σημείο ιδιαίτερα κρίσιμο, καθώς η ένταση εμφανίζει ασυνήθιστα υψηλή τιμή, σε σχέση, πάντα, με την απόσταση του άκρου από το φορτισμένο ηλεκτρόδιο. Επίσης, επισημαίνεται πώς ο προσεκτικός σχεδιασμός ενός cap and pin μονωτήρα συμβάλλει στην αποφυγή ιδιαίτερα υψηλών τιμών της έντασης. Σε αυτό, σημαντικό ρόλο διαδραματίζουν οι πτυχώσεις στην κάτω επιφάνεια του μονωτήρα, αλλά και ο σωστός σχεδιασμός της μεταλλικής θήκης, καθώς πρόκειται για ένα αγώγιμο τμήμα που βρίσκεται εντός της αλυσίδας και ενδεχομένως να επηρεάσει αρνητικά τη συνολική διάταξη. Η εκτενής ενασχόλησή με το πρόγραμμα προσομοίωσης PC OPERA, ανέδειξε την αξιοπιστία και την ικανοποιητική λειτουργία του. Παράλληλα, όμως, επισημαίνονται ορισμένες ιδιαιτερότητες που παρατηρήθηκαν κατά το χειρισμό του. Αν και πρόκειται για δευτερεύουσας σημασίας παρατηρήσεις, πρέπει ωστόσο, να ληφθούν υπόψη από τους μελλοντικούς χρήστες του προγράμματος, με σκοπό να ελαχιστοποιηθεί ο χρόνος προσαρμογής τους στο περιβάλλον του. 1. Ο αριθμός των πεπερασμένων τριγωνικών στοιχείων στα οποία το πρόγραμμα υποδιαιρεί την υπό ανάλυση επιφάνεια ανέρχεται σε 20.000. Αν και ο αριθμός φαίνεται ικανοποιητικός, στην πραγματικότητα, ειδικά αν πρόκειται για πολύπλοκες διατάξεις, όπως, για παράδειγμα, η αλυσίδα των πέντε cap and pin μονωτήρων που σχεδιάστηκε και αναλύθηκε, δεν είναι πάντοτε επαρκής. Για αυτό και η σχεδίαση πρέπει να πραγματοποιείται με ιδιαίτερη προσοχή, ώστε να είναι λεπτομερής στις περιοχές αυξημένης σημασίας για το εκάστοτε μοντέλο και λιγότερο ακριβής σε περιοχές μικρότερης σημασίας. 2. Η εξωτερική περιοχή, που συνιστά τον ατμοσφαιρικό αέρα, πρέπει να είναι ικανοποιητικά μεγάλη. Σε διαφορετική περίπτωση, το δυναμικό της εξωτερικής επιφάνειας, που ορίζεται ίσο με μηδέν εκφράζοντας το άπειρο, θα επηρεάσει τη διάταξη, παρέχοντας ανακριβείς τιμές για τα υπό μελέτη χαρακτηριστικά μεγέθη της διάταξης. Επίσης, εφόσον η περιοχή του ατμοσφαιρικού αέρα που βρίσκεται αρκετά μακριά από τη διάταξη δεν είναι απαραίτητο να έχει μεγάλη ακρίβεια, θα ήταν ορθό να σχεδιαστούν επιπλέον περιοχές του αέρα κοντά στη διάταξη, που να παρέχουν αυξημένη ακρίβεια. 3. Ιδιαίτερα προσεκτικός οφείλει να είναι ο καθορισμός των διαφορετικών υλικών σε μια διάταξη. Εκτός από τον ορισμό ρεαλιστικής τιμής της αγωγιμότητάς τους (σ), είναι απαραίτητος και ο ανάλογος προσδιορισμός της σχετικής διηλεκτρικής σταθεράς (εr). Ορίζοντας μόνο το πρώτο μέγεθος, το πρόγραμμα δεν αντιλαμβάνεται το υλικό που θέλουμε να παραστήσει μία περιοχή. / Simulation of different types of insulators with Opera-2d.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη και κατασκευή του συστήματος τροφοδοσίας του UPSat, ενός δορυφόρου τύπου Cubesat. 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 μελέτη και η κατασκευή των βασικών διατάξεων του συστήματος τροφοδοσίας ώστε να καλύπτονται οι ενεργειακές απαιτήσεις όλων των υποσυστημάτων του δορυφόρου. Αρχικά μελετώνται οι συνθήκες που θα πρέπει να αντιμετωπίσει ο δορυφόρος κατά την αποστολή του. Παρουσιάζονται τα βασικότερα υποσυστήματα του δορυφόρου και οι διαθέσιμες επιλογές τροχιάς, ενώ με βάση στοιχεία προηγούμενων αποστολών επιλέγεται η τοπολογία του συστήματος και γίνεται ο ισολογισμός ισχύος. Στη συνέχεια γίνεται η ανάλυση των τροφοδοτικών που θα κατασκευαστούν, η επιλογή των κατάλληλων τοπολογιών και ο υπολογισμός των απαραίτητων στοιχείων των μετατροπέων. Ακολουθεί η προσομοίωση των κυκλωμάτων με κατάλληλο λογισμικό, το πρόγραμμα PSpice, ώστε τα αποτελέσματά τους να συγκριθούν με τα θεωρητικά αλλά και με αυτά της τελικής κατασκευής. Το επόμενο βήμα είναι η κατασκευή των κυκλωμάτων. Παρουσιάζονται τα τεχνικά χαρακτηριστικά των βασικών εξαρτημάτων και γίνεται η ανάλυση του προγράμματος του μικροελεγκτή για την παραγωγή παλμών. Επιπρόσθετα γίνεται αναφορά και στις διατάξεις μετρήσεων και ελέγχου του συστήματος. Τέλος δίνονται οι μετρήσεις και τα παλμογραφήματα που προέκυψαν από τις διατάξεις για την εξαγωγή συμπερασμάτων. / This diploma thesis deals with the design and construction of the Power Supply System of UPSat, a satellite based on the Cubesat standard. The work was conducted at the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion of the Department of Electrical and Computer Engineering of Engineering School of University of Patras. The aim is to design and construct the main circuits of the Power Supply Unit, in order to cover all the energy required by the subsystems of the satellite. Initially, the conditions to be faced by the satellite during the mission are taken into consideration. The basic subsystems of the satellite and the orbit options are presented and based on data from previous missions, the topology of the whole system is selected. Then follows the theoretical analysis of the power supply unit to be built, choosing the appropriate topologies followed by the calculation of all the necessary components. The next step is to simulate all the circuits with the appropriate software, in this case the PSpice program, in order to compare the results with the theoretical but also with those of the final construction. Following, begins the construction of the circuits. Technical characteristics of the basic components are presented and also the analysis of the program of the microcontroller that generates a pulse for a mosfet. In addition, there is the analysis of the measurements and control circuitry. Finally oscilloscope graphs and measurements, occurred from the experiments transacted after the finalization of the construction, are adduced.

Αυτή η διπλωματική εργασία πραγματεύεται την διάδοση κρουστικών υπερτάσεων που προκαλούνται από κεραυνικά πλήγματα σε ένα δίκτυο χαμηλής τάσης, στο οποίο βρίσκονται εγκατεστημένοι απαγωγοί υπέρτασης. Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων σχετικά με την προστασία που παρέχουν οι απαγωγοί σε ένα τέτοιο δίκτυο, μέσω αποτελεσμάτων που θα προκύψουν από προσομοιώσεις. / This diploma thesis deals with the propagation of impulse overvoltages caused by lightning strikes in a low voltage network, which is supllied with surge protective devices (SPDs). The goal of this thesis is the extraction of useful conclusions regarding the protection that SPDs can offer to such a network, by comparing various results that arise from simulations.

Η εργασία αυτή εχεις ως αντικείμενο την μελέτη και την κατασκευή ενός μετατροπέα συντονισμού για την οδήγηση ενός πιεζοηλεκτρικού κινητήρα οδεύοντος κύματος τύπου Ultrasonic. Αρχικά γίνεται μια θεωρητική αναφορά στους πιεζοηλεκτικούς κινητήρες και τους ηλεκτρονικούς μετατροπείς ισχύος ενώ ακολουθεί η προσομοίωση του μετατροπέα στο Pspice. Ακολούθως αναλύεται η διαδικασία της κατασκευής και ακολουθούν τα πειραματικά αποτελέσματα καθώς και τα συμπεράσματα που λάβαμε. / In this thesis someone can find about designing and manufacturing a resonant inverter in order to control a piezoelectric traveling wave ultrasonic motor. In the first chapters someone can read about the piezoelectric phenomenon, piezoelectric motors and about electronic converters which control the velocity of motors. Next there is a presentation of the Pspice simulation model and results. Furthermore there is the manufacturing procedure of the inverter and at the end there are the results and conclusion of the thesis.

Ο κεραυνός είναι μία ηλεκτρική εκκένωση ατμοσφαιρικής προέλευσης απλή ή πολλαπλή μεταξύ νέφους και γης. Αποτελεί ένα φυσικό φαινόμενο με επικίνδυνα αποτελέσματα για την ασφάλεια των ανθρώπων, των κτιρίων και των ηλεκτρικών συστημάτων. Αν και είναι τόσο παλιό όσο και ο πλανήτης μας, μπόρεσε να εξηγηθεί μόνο κατά τους τελευταίους δύο αιώνες. Από το 1753 όπου ο B. Franklin απέδειξε την ύπαρξη ατμοσφαιρικού ηλεκτρισμού μέχρι σήμερα, με πολλές μοντέρνες μεθόδους και πειράματα έχει αποκτηθεί αρκετή γνώση επάνω στο φαινόμενο αυτό και κατά συνέπεια έχουν αναπτυχθεί αρκετά ασφαλείς τρόποι προστασίας από τους κινδύνους ενός κεραυνού. Όταν ένας κεραυνός πλήξει το έδαφος, το ρεύμα του εκφορτίζεται στη μάζα της γης. Η τελική κατανομή του ρεύματος εξαρτάται κατά πολύ από την ανομοιογένεια του εδάφους, επειδή το ρεύμα θα ρέει όπου είναι πιο εύκολο δηλαδή κατά μήκος αγώγιμων κοιτασμάτων ή γεωλογικών σφαλμάτων που είναι διάχυτα σε έδαφος με μικρή αγωγιμότητα. Εξ αιτίας αυτού του γεγονότος, όταν υπάρχει ένας μεταλλικός αγωγός μεγάλου μήκους , η μεταλλική του επιφάνεια θα βραχυκυκλώσει τμήμα του ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργείται στο έδαφος από πλήγμα κεραυνού. Το ρεύμα του κεραυνού συγκεντρώνεται στην επιφάνεια του αγωγού, ενώ το βάθος διείσδυσης του κεραυνού είναι κυρίως συνάρτηση της επικρατούσας ειδικής αντίστασης του εδάφους. Επίσης, ένας κεραυνός που πλήττει το έδαφος παράγει ένα μεταβαλλόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, το οποίο επάγει τάσεις σημαντικού ύψους στους υπόγειους μεταλλικούς αγωγούς που βρίσκονται σε γειτνιάζουσα περιοχή με το σημείο του πλήγματος, οι οποίες θα καταπονήσουν τους υπόγειους αγωγούς προκαλώντας ακαριαία καταστροφή ή ισχυρή καταπόνηση οδηγώντας σε βαθμιαία φθορά. Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και η ανάλυση των επαγόμενων υπερτάσεων οι οποίες εμφανίζονται σε υπόγειους μεταλλικούς αγωγούς λόγω των κεραυνικών πληγμάτων. Για αυτούς τους λόγους κάνουμε μια εκτενή ανάλυση της δημιουργίας κεραυνών καθώς και των επιπτώσεών τους στη γήινη επιφάνεια. Ακόμη γίνεται αναφορά στο είδος των υπερτάσεων που δημιουργούνται από τους κεραυνούς καθώς και στο τρόπο με τον οποίο προστατεύονται οι υπόγειοι αγωγοί από τις υπερτάσεις. Στη συνέχεια με την χρήση του λογισμικού ATP-EMTP γίνεται ανάλυση των υπερτάσεων που δημιουργούνται στους αγωγούς όταν ένας κεραυνός πλήξει μια γειτονική γραμμή μεταφοράς. Η εργασία ολοκληρώθηκε με παρατηρήσεις επάνω στα αποτελέσματα των εξομοιώσεων. / Lightning is an electrical discharge atmospheric origin single or multiple between cloud and earth. It is a natural phenomenon with dangerous results for the safety of people, buildings and electrical systems. Although it is as old as our planet, could be explained only in the last two centuries. Since 1753 when the B. Franklin proved the existence of atmospheric electricity up to today, with many modern methods and experiments has been acquired enough knowledge on this phenomenon and accordingly have been developed several safe ways to protect against the risks of lightning. When a lightning struck the ground, his current discharged to the mass of earth. The final distribution of current depends by far from the heterogeneity of the soil, because the current flows where it is easier, that is to say at length of conductive deposits or geological faults that are diffuse in the soil with low conductivity. Because of this, when there is a long metal pipeline, his metal surface will fuse department of electric field that is created in the ground by hurt of lightning. The lightning current is concentrated on the surface of the pipeline, while the depth of infiltration of lightning is mainly a function of the prevailing soil resistivity. Also, a lightning that affects the ground produces a altered electromagnetic field, which induces voltages considerable amount of underground metallic pipelines located in nearby locations to point to the shock, which stresses the underground pipes, causing immediate destruction or high stress leading to a gradual deterioration. Aim of this work is the study and analysis of induced voltages that occur in underground metallic pipelines due to lightning strikes. For these reasons, we do an extensive analysis of the creation of lightning and its impact on the earth's surface. Also refers to the type of over voltages caused by lightning and the way protect underground pipes from the over voltages. Afterwards, with the use of ATP-EMTP software becomes analysis of the over voltages that are created in the pipelines when a lightning struck a nearby transmission line. The work was completed with observations on the results of the simulation.

Η αστάθεια τάσης αποτελεί ένα σημαντικό πρόβλημα για τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Ένα σύστημα εισέρχεται σε κατάσταση αστάθειας τάσης λόγω αύξησης της ζήτησης, μιας ξαφνικής, ευρείας κλίμακας διαταραχής ή αλλαγής στην κατάσταση του, που μπορεί να προκαλέσει μια σταδιακή και ανεξέλεγκτη πτώση τάσης. Παρουσιάζει, λοιπόν, ιδιαίτερο ενδιαφέρον η μεταβατική συμπεριφορά του συστήματος σε σχέση με την ευστάθεια της τάσης. Επίσης, κατά τη λειτουργία ενός Σ.Η.Ε., είναι σημαντικό για το χειριστή να γνωρίζει το μέγιστο επιτρεπτό φορτίο του συστήματος χωρίς να κινδυνεύει από αστάθεια τάσης. Η δυναμική ευστάθεια τάσης μπορεί να διαιρεθεί σε βραχυπρόθεσμη και μακροπρόθεσμη. Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα δώσουμε έμφαση στη βραχυπρόθεσμη ευστάθεια τάσης. Για το σκοπό αυτό, αναπτύσσονται δυναμικά μοντέλα που περιγράφουν τη λειτουργία απλών συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας στο περιβάλλον του MATLAB/SIMULINK. Διερευνάται η επίδραση του φορτίου επαγωγικού κινητήρα ενός απλού Σ.Η.Ε., όσον αφορά στη βραχυπρόθεσμη ευστάθεια τάσης, χρησιμοποιώντας τις P-V καμπύλες τόσο του κινητήρα όσο και του δικτύου. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν, κατόπιν επαληθεύονται παρατηρώντας τις καταστάσεις του συστήματος στο πεδίο του χρόνου. Με την ανάλυση φαίνεται ότι με την ανάλυση φαίνεται ότι μετά από βραχυκύκλωμα η τάση του συστήματος μειώνεται δραστικά και αυτό μπορεί να προκαλέσει την κατάρρευση του συστήματος όταν αυτό έχει ως φορτίο επαγωγικό κινητήρα. Η κατάρρευση αυτή μπορεί να αποφευχθεί με την όσο το δυνατόν ταχύτερη εκκαθάριση του σφάλματος. Σημαντικός παράγων γι’ αυτό είναι ο καθορισμός του κρίσιμου χρόνου εκκαθάρισης του σφάλματος με σκοπό την αποφυγή της εμφάνισης αστάθειας. Το πρόβλημα αυτό αναλύεται διεξοδικά και ορίζονται με αναλυτικό τρόπο τόσο ο κρίσιμος χρόνος εκκαθάρισης όσο και η κρίσιμη τιμή της ολίσθησης του επαγωγικού κινητήρα. Χρησιμοποιώντας επιπλέον χωρητική αντιστάθμιση αέργου ισχύος αναλύεται ο τρόπος που αυτή βελτιώνει τα περιθώρια ευσταθούς λειτουργίας κατά τη διάρκεια σφαλμάτων. Στη συνέχεια, για τον καθορισμό ενός δείκτη ευστάθειας τάσης σε σχέση με το μέγιστο επιτρεπτό φορτίο σε ένα δίκτυο, περιγράφεται μία διαδικασία καθορισμού ενός τέτοιου δείκτη, η οποία βασίζεται στη σύνθετη τιμή της τάσης όλων των ζυγών ενός συστήματος. Ο προτεινόμενος δείκτης χρησιμοποιείται για την εκτίμηση της μέγιστης φόρτισης του συστήματος. Επιπροσθέτως, καθορίζονται τα πιο «αδύναμα» τμήματα του συστήματος (κρίσιμος ζυγός και κρίσιμη γραμμή) για κατάλληλη άεργο αντιστάθμιση προς αποφυγή κατάρρευσης της τάσης. / Voltage instability has been a great concern for quite a long time in electric power industry. A system enters a state of voltage instability due to increase in demand, a sudden large disturbance or a change in system condition that causes a progressive and uncontrollable decline in voltage. It is therefore interesting to study both the dynamic and static aspects of voltage stability. Dynamic voltage stability can be divided into short-term and long-term based on the dynamics of the components that affect the voltage stability. In this project, we will emphasize on short-term stability. In this study, dynamic models of various power system components are successfully developed in MATLAB/SIMULINK platform. The effect of induction motor load on short-term voltage stability of a simple power system is investigated using the network and motor P-V curves and the results are found and then verified by observing the system states in time domain. Once the reason of voltage instability is identified, a remedial action using fixed capacitive reactive support is suggested to prevent the voltage instability. During a fault, the system voltage reduces drastically and that may cause to stall the induction motors. Stalling of induction motor can be prevented by clearing the fault as quickly as possible. A technique of determining the critical fault clearing time to prevent stalling of induction motor is also presented. In power system operation, it is important for the dispatcher to have knowledge on the maximum permissible loading of the system without reaching voltage instability. In this study, a method of determining the voltage stability index of a system based on the complex voltage of all buses in the system is described. The proposed index is then used in estimating the maximum loading of the system and is based on the information of present and past operating points. In addition, the weakest segments (critical bus and critical line) of the system are also identified for appropriate reactive compensations to avoid voltage collapse. The correctness of the identified critical bus and critical line is then verified by placing shunt/series capacitors at various locations and comparing the corresponding critical load multiplier factors

Η αστάθεια τάσης αποτελεί ένα σημαντικό πρόβλημα για τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Ένα σύστημα εισέρχεται σε κατάσταση αστάθειας τάσης λόγω αύξησης της ζήτησης, μιας ξαφνικής, ευρείας κλίμακας διαταραχής ή αλλαγής στην κατάσταση του, που μπορεί να προκαλέσει μια σταδιακή και ανεξέλεγκτη πτώση τάσης. Παρουσιάζει, λοιπόν, ιδιαίτερο ενδιαφέρον η μεταβατική συμπεριφορά του συστήματος σε σχέση με την ευστάθεια της τάσης. Επίσης, κατά τη λειτουργία ενός Σ.Η.Ε., είναι σημαντικό για το χειριστή να γνωρίζει το μέγιστο επιτρεπτό φορτίο του συστήματος χωρίς να κινδυνεύει από αστάθεια τάσης. Η δυναμική ευστάθεια τάσης μπορεί να διαιρεθεί σε βραχυπρόθεσμη και μακροπρόθεσμη. Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα δώσουμε έμφαση στη βραχυπρόθεσμη ευστάθεια τάσης. Για το σκοπό αυτό, αναπτύσσονται δυναμικά μοντέλα που περιγράφουν τη λειτουργία απλών συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας στο περιβάλλον του MATLAB/SIMULINK. Διερευνάται η επίδραση του φορτίου επαγωγικού κινητήρα ενός απλού Σ.Η.Ε., όσον αφορά στη βραχυπρόθεσμη ευστάθεια τάσης, χρησιμοποιώντας τις P-V καμπύλες τόσο του κινητήρα όσο και του δικτύου. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν, κατόπιν επαληθεύονται παρατηρώντας τις καταστάσεις του συστήματος στο πεδίο του χρόνου. Με την ανάλυση φαίνεται ότι με την ανάλυση φαίνεται ότι μετά από βραχυκύκλωμα η τάση του συστήματος μειώνεται δραστικά και αυτό μπορεί να προκαλέσει την κατάρρευση του συστήματος όταν αυτό έχει ως φορτίο επαγωγικό κινητήρα. Η κατάρρευση αυτή μπορεί να αποφευχθεί με την όσο το δυνατόν ταχύτερη εκκαθάριση του σφάλματος. Σημαντικός παράγων γι’ αυτό είναι ο καθορισμός του κρίσιμου χρόνου εκκαθάρισης του σφάλματος με σκοπό την αποφυγή της εμφάνισης αστάθειας. Το πρόβλημα αυτό αναλύεται διεξοδικά και ορίζονται με αναλυτικό τρόπο τόσο ο κρίσιμος χρόνος εκκαθάρισης όσο και η κρίσιμη τιμή της ολίσθησης του επαγωγικού κινητήρα. Χρησιμοποιώντας επιπλέον χωρητική αντιστάθμιση αέργου ισχύος αναλύεται ο τρόπος που αυτή βελτιώνει τα περιθώρια ευσταθούς λειτουργίας κατά τη διάρκεια σφαλμάτων. Στη συνέχεια, για τον καθορισμό ενός δείκτη ευστάθειας τάσης σε σχέση με το μέγιστο επιτρεπτό φορτίο σε ένα δίκτυο, περιγράφεται μία διαδικασία καθορισμού ενός τέτοιου δείκτη, η οποία βασίζεται στη σύνθετη τιμή της τάσης όλων των ζυγών ενός συστήματος. Ο προτεινόμενος δείκτης χρησιμοποιείται για την εκτίμηση της μέγιστης φόρτισης του συστήματος. Επιπροσθέτως, καθορίζονται τα πιο «αδύναμα» τμήματα του συστήματος (κρίσιμος ζυγός και κρίσιμη γραμμή) για κατάλληλη άεργο αντιστάθμιση προς αποφυγή κατάρρευσης της τάσης. / Voltage instability has been a great concern for quite a long time in electric power industry. A system enters a state of voltage instability due to increase in demand, a sudden large disturbance or a change in system condition that causes a progressive and uncontrollable decline in voltage. It is therefore interesting to study both the dynamic and static aspects of voltage stability. Dynamic voltage stability can be divided into short-term and long-term based on the dynamics of the components that affect the voltage stability. In this project, we will emphasize on short-term stability. In this study, dynamic models of various power system components are successfully developed in MATLAB/SIMULINK platform. The effect of induction motor load on short-term voltage stability of a simple power system is investigated using the network and motor P-V curves and the results are found and then verified by observing the system states in time domain. Once the reason of voltage instability is identified, a remedial action using fixed capacitive reactive support is suggested to prevent the voltage instability. During a fault, the system voltage reduces drastically and that may cause to stall the induction motors. Stalling of induction motor can be prevented by clearing the fault as quickly as possible. A technique of determining the critical fault clearing time to prevent stalling of induction motor is also presented. In power system operation, it is important for the dispatcher to have knowledge on the maximum permissible loading of the system without reaching voltage instability. In this study, a method of determining the voltage stability index of a system based on the complex voltage of all buses in the system is described. The proposed index is then used in estimating the maximum loading of the system and is based on the information of present and past operating points. In addition, the weakest segments (critical bus and critical line) of the system are also identified for appropriate reactive compensations to avoid voltage collapse. The correctness of the identified critical bus and critical line is then verified by placing shunt/series capacitors at various locations and comparing the corresponding critical load multiplier factors

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.

Les téléphones et tablettes de dernière génération embarquent une puissance de calcul numérique très importante nécessitant une puissance électrique d’alimentation toute aussi significative. Afin de réduire la consommation énergétique des composants numériques complexes des terminaux mobiles, des techniques de modulation dynamique de la tension d’alimentation et de la fréquence de fonctionnement du cœur de calcul numérique sont utilisées. Le convertisseur DC/DC qui assure l’alimentation du cœur numérique doit donc faire face à de forts transitoires de charge, de tension de référence et de tension de source. Le contrôle en mode glissant d’un convertisseur DC/DC permet un bon compromis entre les performances transitoires du convertisseur, la réalisation via des composants analogiques et la puissance dissipée par le contrôleur. C’est pourquoi ce type de contrôle apparait être adapté au contrôle de convertisseurs DC/DC alimentant des cœurs numériques. Cette thèse a pour objet l’étude des alimentations sur carte électronique où le contrôleur et l’étage de puissance sont intégrés sur puce tandis que les composants de puissance passifs sont montés sur le circuit imprimé. Le contrôle en mode glissant à fréquence de découpage fixe d’un convertisseur DC/DC a été démontré avec des résultats significatifs. Cependant les performances transitoires d’un tel convertisseur sont amoindries en raison des délais introduits par une fréquence de découpage fixe. Une nouvelle structure de régulation de fréquence de découpage d’un convertisseur DC/DC contrôlé en mode glissant est proposée dans cette thèse. Cette structure régule la fréquence de découpage moyenne du convertisseur tout en maintenant la réponse transitoire du convertisseur asynchrone par rapport à l’horloge de référence. Une analyse de stabilité qui prend en compte les spécificités d’un tel système est aussi proposée. Le convertisseur a été conçu sur un procédé CMOS 130nm de STMicroelectronics. La fréquence de découpage est maintenue volontairement faible pour conserver un rendement élevé avec des composants passifs externes. Le prototype présente un rendement supérieur à 80% entre 2.4mW et 960mW de puissance de sortie. / Mobile applications necessitate nowadays huge digital-resources. Power management of a digital System-On-Chip (SOC) is based on dynamic voltage scaling. DC/DC converters used to supply the digital SoCs are facing stringent constraints with respect to load-transients, line-transients and reference tracking. Hysteretic control is known as the most convenient control scheme with a fair trade-off between transient performances, analog implementation and power consumption, particularly for one-phase architecture. The thesis focuses on-board DC/DC with a significant constraint on footprint (i.e. on components count and values). Fixed switching-frequency hysteretic control has been experimented with significant results. Transient performances are reduced due to latency introduced in the switching frequency control. The present study focuses on the improvement of the concept as well as its implementation and the analysis of stability. A new analog implementation of the sliding-mode control is presented with switching-frequency control using a particular analog phase-locked-loop but preserve transient performances. The DC/DC converter is implemented in CMOS 130nm by STMicroelectronics. The switching frequency range has been voluntarily limited and excludes the possible integration of passive components for the sake of silicon access. A hybrid demonstrator is presented with efficiency higher than 80\% between 2.4 mW and 960 mW output power.

Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας είναι η σχεδίαση ενός βιοϊατρικού συστήματος που είναι κατάλληλο για την ανίχνευση εμβοών σε ασθενείς. Το σύστημα αυτό αποτελείται από ένα αναλογικό τμήμα το οποίο περιλαμβάνει τους εξαγωγείς ενέργειας ζώνης συχνοτήτων για τα alpha, gamma και theta waves του εγκεφάλου που τροφοδοτούν τα αντίστοιχα κανάλια του συστήματος. Επίσης, το σύστημα περιλαμβάνει και ένα ψηφιακό τμήμα αποτελούμενο από συγκριτές ρεύματος και μια πύλη AND και το οποίο θα χρησιμεύσει για την λήψη της απόφασης σχετικά με το αν πάσχει ή όχι ο ασθενής. Η έξοδος του συστήματος θα οδηγεί ένα σύστημα ανάδρασης, ο οποίος θα προσαρμόζει τα επίπεδα έντασης των αντίστοιχων σημάτων που δέχεται ο ασθενής για την αποφυγή της εμφάνισης του φαινομένου της εμβοής. Η υλοποίηση του συστήματος γίνεται με χρήση MOS transistors τα οποία λειτουργούν στην περιοχή υποκατωφλίου. Η χρήση μικρών ρευμάτων πόλωσης δίνει τη δυνατότητα για σχεδίαση συστημάτων με χαμηλή κατανάλωση ισχύος και ταυτόχρονα επιτρέπει την υλοποίηση μεγάλων τιμών αντιστάσεων, οι οποίες είναι απαραίτητες για την πραγματοποίηση μεγάλων σταθερών χρόνου που απαιτούνται για τη διαχείριση των χαμηλής συχνότητας βιοϊατρικών σημάτων. Στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη πρωτότυπης τοπολογίας για το αναλογικό τμήμα του συστήματος. Αυτό επιτεύχθηκε με την ανάπτυξη νέων δομών φίλτρων τα οποία λειτουργούν στο πεδίο του υπερβολικού ημιτόνου. Οι κύριοι λόγοι υιοθέτησης αυτής της τεχνικής είναι ότι προσφέρει ταυτόχρονα τα παρακάτω: (α) δυνατότητα επεξεργασίας σημάτων τα οποία είναι μεγαλύτερα από το ρεύμα πόλωσης, λόγω της ενσωματωμένης λειτουργίας σε τάξη-ΑΒ, (β) δυνατότητα λειτουργίας με καλή γραμμικότητα σε πολύ χαμηλή τάση τροφοδοσίας, (γ) ηλεκτρονική ρύθμιση των συχνοτικών χαρακτηριστικών τους από το ρεύμα πόλωσης, (δ) υλοποίηση φίλτρων χωρίς αντιστάτες, (ε) υλοποίηση φίλτρων με χρήση μόνο γειωμένων πυκνωτών. Η σχεδίαση των κυκλωμάτων, τόσο σε επίπεδο σχηματικού, όσο και σε επίπεδο μασκών, έγινε με τη χρήση του λογισμικού Cadence και με το Design Kit που παρέχεται από την τεχνολογία AMS CMOS C35 0.35μm. Συγκρινόμενη με την αντίστοιχη ήδη προταθείσα δομή ανιχνευτή εμβοών, η προτεινόμενη τοπολογία προσφέρει τα παρακάτω ελκυστικά χαρακτηριστικά: (α) μειωμένη κατανάλωση ισχύος και (β) λειτουργία του αναλογικού τμήματος σε μικρότερη τάση τροφοδοσίας (0.5V). / Subject of this M. Sc.Τhesis is the design of a biomedical system that is suitable for detecting tinnitus in patients. This system consists of an analog subsystem comprising band energy extractors for alpha, gamma and theta waves of the EEG that feed the channels of the system. The system also includes a digital section composed of current comparator and AND gate, which will serve as a decision on whether or not the suffering patient. The output of the system will drive a feedback system, which will adjust the intensity levels of the respective signals received by the patient to prevent the occurrence of the phenomenon of tinnitus. The system implementation is done using MOS transistors operating in the subthreshold region. The use of low-level bias currents allows for system design with low power consumption and, simultaneously, enables the implementation of large values of resistors that are necessary for the realization of large time constants required for the handling of low frequency biomedical signals. The aim of this thesis is to develop novel topology for the analog subsystem. Tjhis was achieved through the development ddevelopment of novel structures of filters using the concept of filtering in the Sinh-Domain. The main reasons for using this technique is that it simultaneously offers the following attractive characteristics: (a) capability for processing signals which are larger than the bias current, due to the inherent class-AB operation, (b) ability to achieve a relative high linearity at very low power supply voltage, (c) electronic adjustment of frequency characteristics through the bias current, (d) implementation of filters without resistors, and (e) implementation of filters using only grounded capacitors. The design of circuits, both at schematic and post-layout levels was performed using the Cadence software and the Design Kit provided by the AMS CMOS C35 0.35μm technology. Compared with the corresponding already proposed structure tinnitus detector, the proposed topology to offer the following attractive features: (a) reduced power consumption, and (b) operation of the analog section in lower supply voltage (0.5V).