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

Τα τελευταία 35 χρόνια έχει προκύψει ένα ενεργειακό πρόβλημα το οποίο μας επιβάλει να αλλάξουμε την ενεργειακή μας αντίληψη. Το πετρέλαιο αλλά και άλλα ορυκτά καύσιμα έχουν πεπερασμένα αποθέματα και η χρήση τους επιβαρύνει το περιβάλλον. Επίσης γεωπολιτικά συμφέροντα δεν επιτρέπουν την ανεμπόδιστη διανομή του. Μέσα σε αυτό το κλίμα της ενεργειακής απεξάρτησης από τα ορυκτά καύσιμα αναπτύσσονται τα τελευταία χρόνια τα υβριδικά οχήματα. Τα ηλεκτρικά υβριδικά οχήματα είναι ένα μεταβατικό στάδιο από την πετρελαιοκίνηση στην εξ’ ολοκλήρου κίνηση μέσω ηλεκτρισμού από ενεργειακές κυψέλες. Αποτελούνται από έναν συμβατικό κινητήρα εσωτερικής καύσης και μια ηλεκτρική μηχανή, η οποία τροφοδοτείται από συσσωρευτές. Τα υβριδικά οχήματα χωρίζονται σε διάφορες κατηγορίες ανάλογα με τις τεχνολογίες υβριδοποίησης που διαθέτουν και την διάταξη του ηλεκτρομηχανολογικού τους συστήματος. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας (η οποία είναι η συνέχεια δυο προηγούμενων) είναι η προσπάθεια κατασκευής ενός υβριδικού αυτοκινήτου. Για να γίνει αυτό εφικτό απαιτούνται, ένα όχημα το οποίο να μπορεί να δεχθεί εύκολα μηχανολογικές μετατροπές, ένας ηλεκτρικός κινητήρας και συσσωρευτές. Ο ηλεκτρικός κινητήρας ελέγχεται από έναν αντιστροφέα. Ο αντιστροφέας είναι μια ηλεκτρική συσκευή η οποία μετατρέπει το συνεχές ρεύμα των συσσωρευτών σε εναλλασσόμενο. Βασικό κομμάτι του αντιστροφέα είναι η λογική παλμοδότησής του. Ο αντιστροφέας που κατασκευάστηκε χρησιμοποιεί τον άμεσο έλεγχο ροπής, ο οποίος είναι ένα είδος άμεσου διανυσματικού ελέγχου που χρησιμοποιεί τον μετασχηματισμό Park. / Τα τελευταία 35 χρόνια έχει προκύψει ένα ενεργειακό πρόβλημα το οποίο μας επιβάλει να αλλάξουμε την ενεργειακή μας αντίληψη. Το πετρέλαιο αλλά και άλλα ορυκτά καύσιμα έχουν πεπερασμένα αποθέματα και η χρήση τους επιβαρύνει το περιβάλλον. Επίσης γεωπολιτικά συμφέροντα δεν επιτρέπουν την ανεμπόδιστη διανομή του. Μέσα σε αυτό το κλίμα της ενεργειακής απεξάρτησης από τα ορυκτά καύσιμα αναπτύσσονται τα τελευταία χρόνια τα υβριδικά οχήματα. Τα ηλεκτρικά υβριδικά οχήματα είναι ένα μεταβατικό στάδιο από την πετρελαιοκίνηση στην εξ’ ολοκλήρου κίνηση μέσω ηλεκτρισμού από ενεργειακές κυψέλες. Αποτελούνται από έναν συμβατικό κινητήρα εσωτερικής καύσης και μια ηλεκτρική μηχανή, η οποία τροφοδοτείται από συσσωρευτές. Τα υβριδικά οχήματα χωρίζονται σε διάφορες κατηγορίες ανάλογα με τις τεχνολογίες υβριδοποίησης που διαθέτουν και την διάταξη του ηλεκτρομηχανολογικού τους συστήματος. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας (η οποία είναι η συνέχεια δυο προηγούμενων) είναι η προσπάθεια κατασκευής ενός υβριδικού αυτοκινήτου. Για να γίνει αυτό εφικτό απαιτούνται, ένα όχημα το οποίο να μπορεί να δεχθεί εύκολα μηχανολογικές μετατροπές, ένας ηλεκτρικός κινητήρας και συσσωρευτές. Ο ηλεκτρικός κινητήρας ελέγχεται από έναν αντιστροφέα. Ο αντιστροφέας είναι μια ηλεκτρική συσκευή η οποία μετατρέπει το συνεχές ρεύμα των συσσωρευτών σε εναλλασσόμενο. Βασικό κομμάτι του αντιστροφέα είναι η λογική παλμοδότησής του. Ο αντιστροφέας που κατασκευάστηκε χρησιμοποιεί τον άμεσο έλεγχο ροπής, ο οποίος είναι ένα είδος άμεσου διανυσματικού ελέγχου που χρησιμοποιεί τον μετασχηματισμό Park.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και κατασκευή ενός τριφασικού αντιστροφέα και το συγχρονισμό-σύνδεση αυτού με το τριφασικό δίκτυο. Η εργασία 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 μελέτη και η κατασκευή ενός τριφασικού αντιστροφέα, ο οποίος θα συνδεθεί με το τριφασικό δίκτυο και θα αποτελέσει μέρος ενός συστήματος με πηγή ενέργειας μία συστοιχία κυψελών καυσίμου (fuel cells) και ενός μετατροπέα ανύψωσης συνεχούς τάσης σε συνεχή, με διαδοχική αγωγή δύο παράλληλων κλάδων (interleaved boost converter). Η είσοδος του τριφασικού αντιστροφέα συνδέεται στην έξοδο του μετατροπέα ανύψωσης συνεχούς τάσης σε συνεχή, με διαδοχική αγωγή δύο παράλληλων κλάδων, ο οποίος τροφοδοτεί τον αντιστροφέα με σταθερή τάση 80 V. Στην έξοδο του αντιστροφέα πρόκειται να συνδεθεί ένα φίλτρο LC για την αποκοπή των υψίσυχνων σημάτων της τάσης και στη συνέχεια ένας τριφασικός μετασχηματιστής, ο οποίος προσφέρει γαλβανική απομόνωση και ανυψώνει την τάση στην επιθυμητή τιμή, που είναι και η τιμή της τάσης του δικτύου. Καταρχάς έγινε θεωρητική μελέτη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, του τριφασικού αντιστροφέα, του φίλτρου LC, του τριφασικού μετασχηματιστή, καθώς και μεθόδων συγχρονισμού με το δίκτυο. Επίσης έγινε μελέτη με το πρόγραμμα εξομοίωσης MATLAB/Simulink της διασύνδεσης του αντιστροφέα με το δίκτυο. Τέλος ακολούθησε η κατασκευή της διάταξης και η διεξαγωγή πλήθους πειραματικών δοκιμών. / The present diploma thesis deals with the design and manufacture of a three-phase inverter to synchronize and connect to the three-phase grid. This work was developed in the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion at the Department of Electrical Engineering and Computer Technology of the School of Engineering in the University of Patras, Greece. The purpose of this thesis is the design and manufacture of a three-phase inverter, which will be connected to the three-phase grid and will be part of a system with source of energy a fuel cell stack and an interleaved boost converter, with two parallel branches. The input of the three-phase inverter is connected to the output of the interleaved boost converter with two parallel branches, which feeds the inverter with a dc voltage of 80 V. The output of the inverter is connected to an LC filter, in order to cut off the high frequency voltage signals and subsequently a three-phase transformer, which provides galvanic isolation and lifts the voltage to the appropriate value, which is the voltage value of the grid. At first a theoretical study of the renewable sources of energy, the three-phase inverter, the LC filter, the three-phase transformer, as well as the methods of synchronization with the grid was made. Study was also made with the simulation program MATLAB/Simulink at the interface of the inverter to the grid. Finally the construction of the device followed and numerous experimental trials were conducted.

No description available.

Η θεματολογία της εργασίας αυτής περιλαμβάνει την υβριδική τεχνολογία στην αυτοκίνηση. Γίνεται μία εκτεταμένη ανάλυση των υβριδικών οχημάτων, αρχικά κάνοντας αναφορά στην ιστορία των υβριδικών και μη οχημάτων και έπειτα στα περιβαλλοντικά θεμάτα που τα έφεραν στο προσκήνιο. Η ανάλυση περιλαμβάνει επίσης την μελέτη των διαφόρων κατηγοριών υβριδικών οχημάτων, την εξέταση των κατασκευαστικών μερών τους και κλείνει με την παρουσίαση κάποιων χαρακτηριστικών οχημάτων που βγήκαν στην παραγωγή. Στη συνέχεια, η εργασία περνά στο πειραματικό της στάδιο, που περιλαμβάνει τη μελέτη και κατασκευή ενός ηλεκτροκινητήριου συστήματος για εφαρμογή σε πειραματικό όχημα. Το όχημα μετά τις επεμβάσεις θα είναι υβριδικό, κάνοντας χρήση δύο πηγών ενέργειας, ορυκτά καύσιμα και ηλεκτρισμό. Έγινε η προμήθεια του οχήματος και των απαραίτητων μερών του συστήματος δηλαδή ενός ασύγχρονου ηλεκτροκινητήρα και των μπαταριών, που είναι τύπου οξέος-μολύβδου. Ακολούθησαν μηχανολογικές μετατροπές στο αμάξωμα ώστε να δεχθεί το πρόσθετο σύστημα μετάδοσης κίνησης, οι οποίες και αναλύονται. Παράλληλα βρίσκονταν σε εξέλιξη οι μετατροπείς ισχύος που απαιτούνται στο σύστημα ηλεκτρικής κίνησης για να προσαρμόσουν τα ηλεκτρικά μεγέθη κατάλληλα ώστε να επιτρέψουν την ροή ισχύος από τις μπαταρίες προς τον κινητήρα, κατά την επιτάχυνση του οχήματος, και την επιστροφή ενέργειας στις μπαταρίες από τη μηχανή, που λειτουργεί ως γεννήτρια λαμβάνοντας ενέργεια από την κινητική του οχήματος. Οι απαιτούμενοι μετατροπείς είναι ένας αμφικατευθυντήριος μετατροπέας ανύψωσης – υποβιβασμού συνεχούς τάσης σε συνεχή και ένας μετατροπέας συνεχούς τάσης σε τριφασική εναλλασσόμενη, ή πιο απλά τριφασικός αντιστροφέας. Ο δεύτερος μετατροπέας πραγματοποιεί και τον έλεγχο της ροπής που παράγει σε κάθε στιγμή ο κινητήρας μέσω της μεθόδου του Άμεσου Έλεγχου Ροπής (DTC). Περιγράφονται οι μεθοδολογίες ελέγχου των τριφασικών ασύγχρονων κινητήρων και γίνεται λεπτομερής ανάλυση της χρησιμοποιούμενης μεθόδου. Στο τελευταίο τμήμα περιγράφονται οι πειραματικές μετρήσεις που διεξήχθησαν με το σύστημα που κατασκευάστηκε, στον εργαστηριακό πάγκο και επί του οχήματος της εφαρμογής. Τέλος, γίνεται ανάλυση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν. / The subject of this work includes the use of hybrid technology in automotive. An extensive analysis of hybrid vehicles is carried out, referring to the history of hybrid and other vehicles and then to the environmental matters that brought hybrids to the fore. The analysis also includes the study of different types of hybrid vehicles, examining their components and ends with the presentation of some remarkable vehicles that have been produced. The work then passes into the experimental phase, involving the design and construction of an electric system to be applied in a conventional vehicle. The vehicle is meant to function as a hybrid, using two energy sources, fossil fuels and electricity. For the reason, a vehicle has been supplied along with the necessary parts of the system, which consist of an asynchronous electric motor and lead acid batteries. Mechanical modifications that were made to the chassis to accept the additional drivetrain are discussed in detail. The construction of the necessary power converters is carried out in parallel. Their purpose is to adjust the electrical values in order to allow the flow of power from the batteries to the engine during acceleration of the vehicle and return energy to the batteries from the electrical machine, which acts as generator powered from the vehicle’s wheels.. The required converters are: a bi-directional buck/boost DC to DC converter and a three-phase DC to AC converter, which is simply described as inverter. The second converter also performs the control of the torque produced at any time from the engine, using Direct Torque Control (DTC). Alternate methodologies are also described, while the used technique is fully analyzed. The final section describes the experimental procedures performed to the constructed systems. At first they are tested in the laboratory and afterwards they are applied on the vehicle. Finally, an analysis of the results is performed.

Η παρούσα διπλωματική εργασία, η οποία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών, πραγματεύεται την κατασκευή ενός ηλεκτρικού δικύκλου. Σκοπός είναι η κατασκευή και ο έλεγχος ενός ηλεκτρικού ποδηλάτου και συγκεκριμένα ο σχεδιασμός και η εγκατάσταση ενός κατάλληλου ηλεκτροκινητήριου συστήματος σε ένα συμβατικό ποδήλατο. Αρχικά γίνεται μια σύντομη περιγραφή των συμβατικών και των ηλεκτρικών ποδηλάτων, η οποία περιλαμβάνει την ιστορική εξέλιξή τους, τα μέρη από τα οποία αποτελούνται, τους τύπους στους οποίους διακρίνονται και τα νομικά πλαίσια που διέπουν τη λειτουργία τους. Στη συνέχεια, περιγράφεται το ηλεκτροκινητήριο σύστημα, το οποίο εγκαταστάθηκε στο πλαίσιο του ποδηλάτου που παραχωρήθηκε για το σκοπό αυτό από την εταιρεία Ideal Bikes Μανιατόπουλος Α.Ε., τα κριτήρια επιλογής του κινητήρα, των ηλεκτροχημικών συσσωρευτών και των επιμέρους στοιχείων που το απαρτίζουν. Ακολουθεί η ανάλυση των Brushless μηχανών, τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά και η αρχή λειτουργίας τους. Το επόμενο βήμα είναι η θεωρητική μελέτη του τριφασικού αντιστροφέα τάσης που απαιτείται για την οδήγηση του κινητήρα. Παρατίθενται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την προσομοίωση της λειτουργίας του ηλεκτροκινητήριου συστήματος μέσω του προγράμματος Matlab/Simulink. Κατόπιν, περιγράφεται η κατασκευή του τριφασικού αντιστροφέα τάσης, τα στοιχεία που τον απαρτίζουν και ο λόγος για τον οποίο επιλέχθηκαν. Δίνεται μια σύντομη περιγραφή του μικροελεγκτή που χρησιμοποιήθηκε, των δυνατοτήτων που παρέχει αλλά και η λογική του ελέγχου που υλοποιεί. Τέλος, ακολουθούν οι πειραματικές μετρήσεις και τα συμπεράσματα που προέκυψαν από τη λειτουργία της κατασκευής. / The purpose of this thesis is the construction of an electric two-wheeled vehicle. The work was conducted in the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion, in the Department of Electrical and Computer Engineering at University of Patras. The main aim is the study, the construction and the control of an electric bike. In order to achieve this, it is necessary to design and install a suitable electric motor system to a conventional bicycle. Initially, there is a brief overview of the conventional and the electric bicycles, along with their history, their main parts, the types in which they are divided and the legal frameworks that govern their operation. Secondly, the electric motor system, which was installed in the bicycle frame granted for this purpose by the company Ideal Bikes, Nikos Maniatopoulos S.A., the criteria for the selection of the motor and the batteries are described. In addition, there is a short description of Brushless motors, their types and the principle of their operation. Furthermore, the theoretical study of the three phase inverter required for driving the motor is given. Moreover, the results obtained from the simulation of the operation of the motor system through the Matlab / Simulink are provided. The construction of the three phase inverter, the constituent elements and the reason for their selection are also analyzed. Last but not least, there is a short description of the microcontroller which is used and its capabilities, in order to facilitate the study and design of the structure. Finally, the experimental measurements and the conclusions that derive from the construction and the operation of the electric bike are presented and future improvements concerning the construction are proposed.

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο την μελέτη και τη μοντελοποίηση ενός υβριδικού συστήματος, που αποτελείται από φωτοβολταϊκά και κυψέλες καυσίμου τα οποία τροφοδοτούν ένα μικροδίκτυο. Το φορτίο το οποίο καλείται το σύστημα να καλύψει είναι 30kW και 15kVar. Για τη μοντελοποίηση του συστήματος χρησιμοποιείται το πρόγραμμα σχεδίασης και προσομοίωσης ηλεκτρικών συστημάτων PSCAD. Στην εργασία αυτή το ενδιαφέρον επικεντρώνεται στη συμπεριφορά του συστήματος στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας και στη συμπεριφορά σε κάποια μεταβατατικά φαινόμενα. Τα μεταβατικά φαινόμενα που εξετάζονται είναι τα εξής: - Συμπεριφορά συστήματος σε μεταβολές της ηλιοφάνειας. - Απόκριση συστήματος σε μεταβολές του φορτίου. - Τριφασικό και μονοφασικό βραχυκύκλωμα με τη γη στη γραμμή. Στο κεφάλαιο 1 γίνεται αναφορά στις ανανεώσιμες πηγές, στην εξέλιξή και στην προοπτική τους στο μέλλον. Στη συνέχεια περιγράφονται τα διάφορα είδη των υβριδικών συστημάτων και γίνεται αναφορά για τη διεσπαρμένη παραγωγή και τα μικροδίκτυα. Στο κεφάλαιο 2 περιγράφεται η λειτουργία των φωτοβολταϊκών κυττάρων, παρουσιάζονται οι I-V και P-V χαρακτηριστικές και στη συνέχεια ακολουθεί αναλυτική περιγραφή του μοντέλου της φωτοβολταϊκής συστοιχίας που θα χρησιμοποιήσουμε στην προσομοίωση στο PScad. Στο κεφάλαιο 3 περιγράφεται η λειτουργία των κυψελών καυσίμων και παρουσιάζονται τα διάφορα είδη κυψελών που υπάρχουν στις μέρες μας. Εν συνεχεία ακολουθεί αναλυτική περιγραφή της λειτουργίας της κυψέλης καυσίμου πολυμερούς ηλεκτρολυτικής μεμβράνης PEM FC καθώς αυτό το είδος των κυψελών καυσίμου χρησιμοποιούμε στο σύστημά μας. Τέλος, κατασκευάζεται το μοντέλο της PEM FC και ακολουθεί η αναλυτική περιγραφή του μοντέλου. Στο κεφάλαιο 4 γίνεται αναφορά στους dc/dc μετατροπείς ανύψωσης τάσης και στις περιοχές λειτουργίας τους. Εν συνεχεία γίνεται διαστασολόγηση του ανυψωτή τάσης και παρουσιάζεται το σύστημα ελέγχου του. Επίσης μελετάται η λειτουργία του ανυψωτή ως ανιχνευτή του σημείου μέγιστης ισχύος της φωτοβολταϊκής συστοιχίας και γίνεται προσομοίωση των κυψελών και της φωτοβολταϊκής συστοιχίας με τους dc/dc μετατροπείς που χρησιμοποιούνται. Στο κεφάλαιο 5 ακολουθεί η περιγραφή της λειτουργίας των μονοφασικών και τριφασικών αντιστροφέων DC/AC και παρουσιάζεται αναλυτικά η στρατηγική της διαμόρφωσης εύρους παλμών (PWM). Τέλος, γίνεται υπολογισμός των τιμών του φίλτρου που τοποθετείται στην έξοδο του αντιστροφέα και στη συνέχεια προσομοιώνεται και μελετάται το μοντέλο του αντιστροφέα που χρησιμοποιούμε στο σύστημά μας. Στο κεφάλαιο 6 γίνεται η πλήρη προσομοίωση του συστήματος. Περιγράφονται επίσης και τα μοντέλα του φορτίου, του Μ/Σ, του δικτύου και της μηχανής παραγωγής σφαλμάτων. Τέλος, παρουσιάζονται και περιγράφονται τα αποτελέσματα των μελετών που πραγματοποιούνται στο σύστημα (απόκριση συστήματος σε κανονικές συνθήκες, απόκριση συστήματος για μεταβολή της ηλιοφάνειας, μελέτη συστήματος στη μεταβολή του φορτίου, προσομοίωση συστήματος για σφάλματα στη γραμμή). / The current diploma thesis presents the study and simulation of a hybrid system, which consists of a Photovoltaic Array (PV) and a Fuel Cell stack (FC), which supports a microgrid. The critical load that the system supports is 30kW and 15kVar. For the system modelling the program of designing and simulation of electric systems PSCAD is used. At this project the interest is focused in the behavior of system in the permanent situation of operation and in the behavior in certain transient phenomena. The transient phenomena that are examined are the following: - Behavior of the system in variations in solar insolation. - System’s response to variations of the load. - Fault analysis (single line to ground and three-phase line to ground short circuit). In Chapter 1 there is a description of renewable energy sources, their development and prospects in the future. Afterwards, the different kinds of hybrid systems are mentioned and there is a reference in distributed generation and microgrids. In Chapter 2 the function of photovoltaic cells and different kinds of photovoltaic technologies are described. Furthermore, I-V and P-V characteristic are presented and then follows an analytical description of the photovoltaic model that we use in our simulation in PScad. In Chapter 3 , the function of the Fuel Cells is described and the different kinds of fuel cells are presented. Afterwards, there is an analytical description of the proton exchange membrane fuel cells (PEM FC) as we use this kind of FC in our system. Finally, the PEM FC model is constructed and an analytical description of the model is made. The Chapter 4 entails information for the dc/dc boost converters and their operating modes. Subsequently the control system of the dc/dc boost converter is presented. Finally, the utilization of the boost converter as a maximum power point tracker is examined and the simulation of the FV and PV with the boost converter is presented. In Chapter 5 there is a description of the function of the single-phase and three-phase dc/ac inverters and the technique of the pulse-width modulation (PWM) is presented. Finally, the value of the output filter of the inverter is calculated and then the model of the dc/ac inverter, which we use in our system, is simulated. In Chapter 6 there is a simulation of the whole system. Furthermore, the models of the load, the transformer and the fault generator are described. Finally, the results of the simulations for which the system was tested is presented (system response to normal conditions, system response to changes in the insolation, System’s response to variations of the load, system response to grid faults).

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη ενός συστήματος διασύνδεσης μιας ανεμογεννήτριας ονομαστικής ισχύος 1kW με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Επιπλέον, πραγματεύεται τη σχεδίαση, κατασκευή και έλεγχο ενός τριφασικού αντιστροφέα που αποτελεί την τελευταία βαθμίδα πριν τη σύνδεση με το δίκτυο χαμηλής τάσης. 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 διασύνδεση της ανεμογεννήτριας με το δίκτυο χαμηλής τάσης μέσω δύο βαθμίδων: ενός μετατροπέα ανύψωσης τάσης και ενός τριφασικού αντιστροφέα. Ο μετατροπέας ανύψωσης τάσης αποτελεί αντικείμενο μελέτης της διπλωματικής εργασίας του συνάδελφου Ιωάννη Γκαρτζώνη, ενώ στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται και σχεδιάζεται ο τριφασικός αντιστροφέας. Αμφότερες οι διατάξεις περιλαμβάνουν ελέγχους κλειστού βρόχου, μέσω των οποίων απομαστεύεται η μέγιστη ισχύς από την ανεμογεννήτρια (έλεγχος μετατροπέα ανύψωσης) και διατηρείται σταθερή η τάση μεταξύ των δύο βαθμίδων, παρέχοντας ενεργό ισχύ στο δίκτυο υπό μοναδιαίο συντελεστή ισχύος (έλεγχος τριφασικού αντιστροφέα). Αρχικά παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της χρήσης ανεμογεννητριών για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και αναλύεται ο τρόπος με τον οποίο η αιολική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική. Επιπλέον, γίνεται μια σύντομη αναφορά στους τύπους των ανεμογεννητριών, καθώς και στους τρόπους λειτουργίας τους ως προς τη διασύνδεση με το δίκτυο. Στη συνέχεια γίνεται θεωρητική ανάλυση για κάθε βαθμίδα του συνολικού συστήματος. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στη λειτουργία του τριφασικού αντιστροφέα και στην τεχνική παλμοδότησής του που ονομάζεται Ημιτονοειδής Διαμόρφωση του Εύρους των Παλμών (Sinusoidal Pulse Width Modulation - SPWM). Επίσης, εξάγονται σχέσεις βάσει των οποίων είναι δυνατό να παραμετροποιηθεί ο τριφασικός μετασχηματιστής με μεγάλη επαγωγή μαγνήτισης που έπεται του τριφασικού αντιστροφέα. Το επόμενο βήμα αποτελεί η προσομοίωση στο λογισμικό προσομοίωσης κυκλωμάτων Simulink του Matlab τόσο του τριφασικού αντιστροφέα σε ανοιχτό και σε κλειστό βρόχο, όσο και ολόκληρου του συστήματος διασύνδεσης. Ο κλειστός βρόχος αποτελεί ένα νέο και άμεσο έλεγχο της ισχύος που παρέχεται στο δίκτυο. Επιπρόσθετα, περιγράφεται ο σχεδιασμός και η κατασκευή όλων των κυκλωμάτων που απαιτούνται για τον τριφασικό αντιστροφέα, το φίλτρο και το μετασχηματιστή. Τέλος πραγματοποιούνται πειραματικές δοκιμές για να διαπιστωθεί η ορθή λειτουργία των βαθμίδων που κατασκευάστηκαν, να εντοπιστούν και δικαιολογηθούν τυχόν διαφορές μεταξύ της θεωρητικής ανάλυσης και των μετρήσεων στην πραγματική διάταξη, καθώς και για να εκτιμηθεί η απόδοση του συστήματος. / The present diploma thesis deals with the interconnection of 1kW wind generator to the low voltage grid. A three phase inverter is the last stage of the interconnection system. The design, construction and control of the three phase inverter is studied. This work was developed in the Laboratory of Electromechanical Conversion Energy at the Department of Electrical Engineering and Computer Technology of Polytechnic School in the University of Patras, Greece. The purpose of this thesis is the connection of the wind generator with the low voltage grid through two stages: a boost converter and a three phase inverter. Both stages are closed loop controlled and in this way the maximum power of the wind generator is supplied (control of the boost converter) and the voltage between the two stages remains constant, providing active power to the grid with unity power factor (control of the three phase inverter). Initially, the advantages and disadvantages of the use of wind generator are presented and the way that the wind energy is converted to mechanical energy and finally to electrical energy is analyzed. Moreover, it is given a short reference in the types of the wind generators used for connection to the grid. In addition, every stage of the whole system is analyzed. Especially, the function of the three phase inverter and the Sinusoidal Pulse Width Modulation-sPWM are studied. The three phase transformer, that follows the three phase inverter stage, is parameterized through equations that are described in this work. The next step in this thesis is the simulation with Simulink of Matlab. The three phase inverter is simulated in open and closed loop as well as the whole connection system of the wind generator to the low voltage grid. The closed loop control is a new and direct control of active and reactive power that are supplied to the grid. Furthermore, it is described the design and construction of all the circuits for the three phase inverter, the filter and the transformer. Finally, experiments are conducted in order to confirm the proper function of the stages that are constructed, to find differences between theory and reality and to estimate the efficiency factor of the system.