Σχεδιασμός και έλεγχος συστήματος ανύψωσης ηλεκτρικής τάσης

Λεβεντάκης, Νικόλαος; Leventakis, Nikolaos

dc.contributor.author	Λεβεντάκης, Νικόλαος	el
dc.contributor.author	Leventakis, Nikolaos	en
dc.date.accessioned	2019-05-15T08:50:29Z
dc.date.available	2019-05-15T08:50:29Z
dc.date.issued	2019-05-15
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48731
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.9103
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Συστήματα Αυτοματισμού”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Ηλεκτρονικά Ισχύος	el
dc.subject	Αυτόματος Έλεγχος	el
dc.subject	Ανύψωση Τάσης	el
dc.subject	Power Electronics	en
dc.subject	Control	en
dc.subject	Boost Converter	en
dc.title	Σχεδιασμός και έλεγχος συστήματος ανύψωσης ηλεκτρικής τάσης	el
dc.title	Design and control of a boost converter	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΣΧΥΟΣ	el
heal.classification	POWER ELECTRONICS	en
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/be03342f832a0fa2631519bdb0c8682807cd1e1b
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/be03342f832a0fa2631519bdb0c8682807cd1e1b
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-10-25
heal.abstract	Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία αφορά στο σχεδιασμό ηλεκτρονικού συστήματος ανύψωσης τάσης (DC to DC step up / boost converter) για χρήση σε εφαρμογές ανάκτησης ενέργειας. Οι ανυψωτές τάσης εντάσσονται στον ευρύτερο τομέα των ηλεκτρονικών ισχύος και παρέχουν τη δυνατότητα μετασχηματισμού συνεχούς τάσης και συνεχούς ρεύματος σε συνεχή τάση και συνεχές ρεύμα με μεταβαλλόμενο και ελεγχόμενο λόγο μετασχηματισμού - μεγαλύτερο της μονάδας σε ό,τι αφορά την τάση - και με υψηλό βαθμό απόδοσης. Οι ανυψωτές τάσης παρουσιάζουν αξιοσημείωτα πλεονεκτήματα, σε σχέση με άλλα ηλεκτρικά συστήματα μετασχηματισμού ισχύος. Ενδεικτικά οι συνήθεις ηλεκτρομαγνητικοί μετασχηματιστές επιτρέπουν το μετασχηματισμό εναλλασσόμενης τάσης και ρεύματος μόνο με σταθερή αναλογία, ενώ από την άλλη οι διαιρέτες τάσεις και οι διαιρέτες ρεύματος, παρότι μπορούν να μεταβάλλουν δυναμικά το λόγο διαίρεσης της τάσης ή ρεύματος, εντούτοις δεν μπορούν να ανυψώσουν αλλά μόνο να υποβιβάσουν την τάση ενώ ταυτόχρονα παρουσιάζουν εκ φύσεως υψηλές απώλειες. Οι ανυψωτές τάσεις υλοποιούνται με τη χρήση ημιαγωγών, κυρίως τρανζίστορ και διόδων, καθώς και παθητικών στοιχείων, συγκεκριμένα πυκνωτών και πηνίων. Ο βαθμός απόδοσής τους θεωρείται υψηλός, γεγονός που προκύπτει από το ότι οι ημιαγωγοί (τρανζίστορ και δίοδοι) λειτουργούν σε μόνο δύο καταστάσεις: είτε πλήρως κλειστοί (on) είτε πλήρως ανοικτοί (off) με αποτέλεσμα, ιδανικά να μην υπάρχουν απώλειες. Στην πραγματικότητα, υπάρχουν απώλειες αγωγής και διακοπτικής λειτουργίας που οδηγούν σε απώλειες της τάξης του 20% ή λιγότερο. Οι ανυψωτές τάσης, χρησιμοποιούνται ιδιαίτερα σε εφαρμογές ανάκτησης ενέργειας από πηγές χαμηλής σχετικά ισχύος στο περιβάλλον, ιδίως στη φόρτιση συσσωρευτών ή υπερπυκνωτών από πηγές χαμηλής τάσης. Επιπρόσθετα οι ανυψωτές τάσης είναι μη γραμμικά, χρονικά μεταβαλλόμενα συστήματα, και συνεπώς η αποδοτική λειτουργία τους προϋποθέτει ειδικά σχεδιασμένο σύστημα αυτομάτου ελέγχου. Ο αυτόματος έλεγχος τέτοιου είδους συστημάτων, προϋποθέτει σωστή μαθηματική μοντελοποίηση, σωστή διαστασιολόγησή καθώς και ειδικές τεχνικές ελέγχου. Η εργασία αυτή καλύπτει μεθοδικά όλα τα ανωτέρω βήματα σχεδιασμού και προτείνει συγκεκριμένες μεθοδολογίες, για ειδικές περιπτώσεις. Συγκεκριμένα παρουσιάζονται μεθοδολογίες μαθηματικής περιγραφής ανυψωτών τάσεις, διαστασιολόγησης ανυψωτή τάσης συγκεκριμένων προδιαγραφών, υλοποίησης πειραματικής διάταξης και σχεδιασμού συστήματος ελέγχου, τόσο με βάση τα μαθηματικά μοντέλο όσο και με βάση πειραματικές μετρήσεις σε κυκλώματα ανυψωτών τάσης με άγνωστα δυναμικά χαρακτηριστικά.	el
heal.abstract	This master thesis, discusses in detail the procedure of designing a boost (or step up) switching converter for energy harvesting or regeneration applications. Boost converters belong to the wide sector of power electronics and provide the capability of transforming a DC voltage to a DC voltage of a higher voltage and therefore DC current to DC current of a lower amperage, in a controllable manner and with relatively high efficiency. Comparing with other means of transforming electrical power, boost converters present several considerable advantages. For instance, regular electromagnetic transformers, in contrast to boost converters, only transform AC voltage and current with a fixed ratio. On the other hand, voltage and current dividers, may have controllable ratio over a certain range, however they cannot step up voltage but only step it down and with significant power losses. Practical implementations of boost converters include the use of semiconductors, mainly transistors (MOSFET, IGBT) and diodes along with passive elements such as capacitors and inductors. Efficiency can be relatively high since the semiconductors switch from fully closed (on) to fully open (off) thus ideally working with a 100% efficiency. In common boost converters, conduction losses and switching losses do exist and account for losses of 20% and even smaller. Boost converters are commonly employed for energy harvesting from ambient sources of low power for charging batteries or supercapacitors from low voltage sources. Furthermore, boost converters are nonlinear, time dependent systems, thus to operate in an effective way, a specially designed closed loop controlling scheme must be properly designed. To control boost converters efficiently, proper mathematical formulation of system dynamics, proper dimensioning and special controlling schemes need to be considered. This study describes in a systematic way all the steps required to design a boost converter and furthermore suggests design methodologies for certain cases. Specifically, this study presents methodologies for mathematical formulation, dimensioning against certain requirements, hardware prototyping, and control design of boost converters, according both to theoretical models and experimental measurements of boost converter circuit with known or unknown dynamics.	en
heal.advisorName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Κυριακόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	113 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true