Σχεδιασμός και κατασκευή συστήματος ηλεκτρικής κίνησης με κινητήρα Bldc και τριφασικό αντιστροφέα με εφαρμογή σε ενεργειακά αποδοτικό πρωτότυπο όχημα
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Μορφή: | Πτυχιακή εργασία |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
Α.Ε.Ι. Πειραιά Τ.Τ.
2020
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://okeanis.lib2.uniwa.gr/xmlui/handle/123456789/5414 |
| _version_ | 1780524289607335936 |
|---|---|
| abstract | Η εργασία αυτή πραγματεύεται τον σχεδιασμό, την κατασκευή και την βελτιστοποίηση ενός συστήματος ηλεκτρικής κίνησης που προορίζεται για εφαρμογές ηλεκτρικής κίνησης σε ηλεκτροκίνητα οχήματα χαμηλής ισχύος. Ο στόχος της παρούσας μελέτης είναι η επίτευξη της μέγιστης απόδοσης του συστήματος κίνησης ενός ηλεκτροκίνητου οχήματος. Αυτό με τη σειρά του οδηγεί στο να λυθούν τα βασικά μειονέκτημα των ηλεκτρικών οχημάτων τα οποία είναι η ενεργειακή αυτονομία και ο χρόνος φόρτισης τους. Το εν λόγω σύστημα εφαρμόστηκε στο πρωτότυπο ενεργειακά αποδοτικό ηλεκτρικό όχημα εν ονόματι ORCA και συμμετείχε στους πανευρωπαϊκούς μαραθώνιους οικονομίας Shell Eco-Marathon 2017 και 2018 εκπροσωπώντας το Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής.
Το σύστημα αποτελείται από έναν τριφασικό σύγχρονο κινητήρα μόνιμων μαγνητών με τραπεζοειδή κυματομορφή τάσης εξ’ επαγωγής (Brushless DC Motor) ο οποίος μεταφέρει την κίνηση στον κινητήριο τροχό μέσω ενός μονοβάθμου μειωτήρα ταχύτητας με αλυσίδα . Για την λειτουργία ενός κινητήρα τέτοιου είδους απαιτείται η χρήση ενός κυκλώματος ελέγχου κινητήρα (Motor Controller). Το κύκλωμα αυτό είναι ένας τριφασικός αντιστροφέας ο οποίος ανατροφοδοτείται μέσω ενός μικροελεγκτή. Γίνεται ανατροφοδότηση της θέσης του άξονα του κινητήρα αλλά και των ρευμάτων που διαρρέουν τα τυλίγματα και έτσι γίνεται η μεταγωγή του ηλεκτρικού πεδίου ώστε να κινείται σύγχρονα με τον άξονα του κινητήρα, με την επιθυμητή γωνιακή ταχύτητα.
Ιδιαίτερη έμφαση θα δοθεί στον σχεδιασμό , την κατασκευή και τη βελτιστοποίηση του ηλεκτρικού αντιστροφέα και τη συνεργασία του με τον ηλεκτρικό κινητήρα. Αρχικά θα μελετηθούν οι συνθήκες στις οποίες θα διαγωνίζεται το όχημα και οι κανονισμοί του διαγωνισμού. Δεύτερον θα μελετηθούν οι ηλεκτρικοί κινητήρες τύπου BLDC και θα αποσαφηνιστεί ο όρος τους. Τρίτον θα γίνει η επιλογή του κινητήρα και της σχέσης μετάδοσης της κίνησης ώστε να επιτευχθεί η λειτουργία του κινητήρα στην πιο αποδοτική περιοχή. ‘Στη συνέχεια θα γίνει η μελέτη , ο σχεδιασμός και η εξομοίωση του ελεγκτή του κινητήρα (Motor Controller). Έπειτα θα γίνει η κατασκευή των ηλεκτρονικών πλακετών και θα δοκιμαστούν πρώτα πάνω στον κινητήρα εν κενώ, κι έπειτα στο όχημα σε πραγματικές συνθήκες με σκοπό να μετρηθούν και να βελτιστοποιηθούν . Τέλος το όχημα θα δοκιμαστεί σε συνθήκες πίστας με οδηγό ώστε αναλυθούν τα δεδομένα μέσω data logger ώστε να γίνει βελτιστοποίηση σε συγκεκριμένες συνθήκες . |
| abstracttranslated | This thesis concerns the design, construction, and optimization of an electric drive system used in low power electric vehicles. The goal of this research is to achieve the maximum energy efficiency of an electric vehicle’s electric drive system. This leads to the solution to the main disadvantages of electric vehicles like the range and the recharging time. This system had been used in a prototype energy-efficient electric vehicle named ORCA which participated in the European Shell Eco-Marathon competitions for the years 2017 and 2018 representing the University of West Attica.
The System consists of a Three-Phase Synchronous Permanent Magnet Motor with Trapezoidal BEMF (Brushless DC Motor) which transfers the movement to the moving wheel using a chain drive speed reducer. For the operation of this kind of motor, a motor controller circuit should be used. This Motor Controller consists of a Three-Phase Inverter controlled by a microcontroller. The controller uses feedback for the rotor angular position and the currents flowing in the windings in such a way to commutate the electric field depending on the motor axle position with the desired angular speed.
Specific emphasis will be given in the design, construction, and optimization of the inverter in cooperation with the electric motor. Firstly we will analyze the conditions in which the vehicle will participate in the competition and the competition rules as well. Secondly, we will clarify what is a BLDC motor. In addition, the most appropriate motor and gear ratio combination will be chosen concerning the most efficient working area. Furthermore, the study, design, and simulation of the motor controller board will be done. Moreover, the construction of the PCB will be presented as well as the tests of the board in load conditions with the goal to be analyzed and optimized. Finally, the vehicle will be tested in real race conditions with a driver in order to analyze the data take from a data-logger and optimize the system on specific conditions. |
| advisor | |
| author | Κομπιτσάκης, Κωνσταντίνος |
| author_facet | Κομπιτσάκης, Κωνσταντίνος |
| author_sort | Κομπιτσάκης, Κωνσταντίνος |
| collection | Okeanis Institutional Repository |
| facultydepartment | Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε. |
| format | Πτυχιακή εργασία |
| id | okeanis-123456789-5414 |
| institution | University of West Attica Campus II |
| keyword | BLDC κινητήρες Τριφασικοί αντιστροφείς Συστήματα ηλεκτρικής κίνησης Ηλεκτρικά οχήματα Ηλεκτρικοί κινητήρες BMS Μπαταρίες Orca Shell Eco Marathon Brushless DC κινητήρες Συστήματα ελέγχου Μικροελεγκτές |
| language | Greek |
| physical | 123 |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Α.Ε.Ι. Πειραιά Τ.Τ. |
| record_format | dspace |
| spelling | okeanis-123456789-54142020-10-12T08:35:26Z Σχεδιασμός και κατασκευή συστήματος ηλεκτρικής κίνησης με κινητήρα Bldc και τριφασικό αντιστροφέα με εφαρμογή σε ενεργειακά αποδοτικό πρωτότυπο όχημα Design and construction of electric drive system based on Bldc motor and three phase inverter for prototype energy efficient vehicle Κομπιτσάκης, Κωνσταντίνος Βυλλιώτης, Ηρακλής Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε. TPSH::Τεχνολογία::Ηλεκτρολογία::Ηλεκτρικές Μηχανές TPSH::Τεχνολογία::Οχήματα - Αυτοκίνητα::Κινητήρες BLDC κινητήρες Τριφασικοί αντιστροφείς Συστήματα ηλεκτρικής κίνησης Ηλεκτρικά οχήματα Ηλεκτρικοί κινητήρες BMS Μπαταρίες Orca Shell Eco Marathon Brushless DC κινητήρες Συστήματα ελέγχου Μικροελεγκτές Η εργασία αυτή πραγματεύεται τον σχεδιασμό, την κατασκευή και την βελτιστοποίηση ενός συστήματος ηλεκτρικής κίνησης που προορίζεται για εφαρμογές ηλεκτρικής κίνησης σε ηλεκτροκίνητα οχήματα χαμηλής ισχύος. Ο στόχος της παρούσας μελέτης είναι η επίτευξη της μέγιστης απόδοσης του συστήματος κίνησης ενός ηλεκτροκίνητου οχήματος. Αυτό με τη σειρά του οδηγεί στο να λυθούν τα βασικά μειονέκτημα των ηλεκτρικών οχημάτων τα οποία είναι η ενεργειακή αυτονομία και ο χρόνος φόρτισης τους. Το εν λόγω σύστημα εφαρμόστηκε στο πρωτότυπο ενεργειακά αποδοτικό ηλεκτρικό όχημα εν ονόματι ORCA και συμμετείχε στους πανευρωπαϊκούς μαραθώνιους οικονομίας Shell Eco-Marathon 2017 και 2018 εκπροσωπώντας το Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής. Το σύστημα αποτελείται από έναν τριφασικό σύγχρονο κινητήρα μόνιμων μαγνητών με τραπεζοειδή κυματομορφή τάσης εξ’ επαγωγής (Brushless DC Motor) ο οποίος μεταφέρει την κίνηση στον κινητήριο τροχό μέσω ενός μονοβάθμου μειωτήρα ταχύτητας με αλυσίδα . Για την λειτουργία ενός κινητήρα τέτοιου είδους απαιτείται η χρήση ενός κυκλώματος ελέγχου κινητήρα (Motor Controller). Το κύκλωμα αυτό είναι ένας τριφασικός αντιστροφέας ο οποίος ανατροφοδοτείται μέσω ενός μικροελεγκτή. Γίνεται ανατροφοδότηση της θέσης του άξονα του κινητήρα αλλά και των ρευμάτων που διαρρέουν τα τυλίγματα και έτσι γίνεται η μεταγωγή του ηλεκτρικού πεδίου ώστε να κινείται σύγχρονα με τον άξονα του κινητήρα, με την επιθυμητή γωνιακή ταχύτητα. Ιδιαίτερη έμφαση θα δοθεί στον σχεδιασμό , την κατασκευή και τη βελτιστοποίηση του ηλεκτρικού αντιστροφέα και τη συνεργασία του με τον ηλεκτρικό κινητήρα. Αρχικά θα μελετηθούν οι συνθήκες στις οποίες θα διαγωνίζεται το όχημα και οι κανονισμοί του διαγωνισμού. Δεύτερον θα μελετηθούν οι ηλεκτρικοί κινητήρες τύπου BLDC και θα αποσαφηνιστεί ο όρος τους. Τρίτον θα γίνει η επιλογή του κινητήρα και της σχέσης μετάδοσης της κίνησης ώστε να επιτευχθεί η λειτουργία του κινητήρα στην πιο αποδοτική περιοχή. ‘Στη συνέχεια θα γίνει η μελέτη , ο σχεδιασμός και η εξομοίωση του ελεγκτή του κινητήρα (Motor Controller). Έπειτα θα γίνει η κατασκευή των ηλεκτρονικών πλακετών και θα δοκιμαστούν πρώτα πάνω στον κινητήρα εν κενώ, κι έπειτα στο όχημα σε πραγματικές συνθήκες με σκοπό να μετρηθούν και να βελτιστοποιηθούν . Τέλος το όχημα θα δοκιμαστεί σε συνθήκες πίστας με οδηγό ώστε αναλυθούν τα δεδομένα μέσω data logger ώστε να γίνει βελτιστοποίηση σε συγκεκριμένες συνθήκες . This thesis concerns the design, construction, and optimization of an electric drive system used in low power electric vehicles. The goal of this research is to achieve the maximum energy efficiency of an electric vehicle’s electric drive system. This leads to the solution to the main disadvantages of electric vehicles like the range and the recharging time. This system had been used in a prototype energy-efficient electric vehicle named ORCA which participated in the European Shell Eco-Marathon competitions for the years 2017 and 2018 representing the University of West Attica. The System consists of a Three-Phase Synchronous Permanent Magnet Motor with Trapezoidal BEMF (Brushless DC Motor) which transfers the movement to the moving wheel using a chain drive speed reducer. For the operation of this kind of motor, a motor controller circuit should be used. This Motor Controller consists of a Three-Phase Inverter controlled by a microcontroller. The controller uses feedback for the rotor angular position and the currents flowing in the windings in such a way to commutate the electric field depending on the motor axle position with the desired angular speed. Specific emphasis will be given in the design, construction, and optimization of the inverter in cooperation with the electric motor. Firstly we will analyze the conditions in which the vehicle will participate in the competition and the competition rules as well. Secondly, we will clarify what is a BLDC motor. In addition, the most appropriate motor and gear ratio combination will be chosen concerning the most efficient working area. Furthermore, the study, design, and simulation of the motor controller board will be done. Moreover, the construction of the PCB will be presented as well as the tests of the board in load conditions with the goal to be analyzed and optimized. Finally, the vehicle will be tested in real race conditions with a driver in order to analyze the data take from a data-logger and optimize the system on specific conditions. 2020-10-06 Πτυχιακή εργασία http://okeanis.lib2.uniwa.gr/xmlui/handle/123456789/5414 el Α.Ε.Ι. Πειραιά Τ.Τ. 123 http://okeanis.lib2.uniwa.gr/xmlui/bitstream/123456789/5414/4/%ce%a0%cf%84%cf%85%cf%87%ce%b9%ce%b1%ce%ba%ce%ae%20%ce%95%cf%81%ce%b3%ce%b1%cf%83%ce%af%ce%b1%20%ce%9a%ce%bf%ce%bc%cf%80%ce%b9%cf%84%cf%83%ce%ac%ce%ba%ce%b7%cf%82.pdf.jpg |
| spellingShingle | TPSH::Τεχνολογία::Ηλεκτρολογία::Ηλεκτρικές Μηχανές TPSH::Τεχνολογία::Οχήματα - Αυτοκίνητα::Κινητήρες Κομπιτσάκης, Κωνσταντίνος Σχεδιασμός και κατασκευή συστήματος ηλεκτρικής κίνησης με κινητήρα Bldc και τριφασικό αντιστροφέα με εφαρμογή σε ενεργειακά αποδοτικό πρωτότυπο όχημα |
| title | Σχεδιασμός και κατασκευή συστήματος ηλεκτρικής κίνησης με κινητήρα Bldc και τριφασικό αντιστροφέα με εφαρμογή σε ενεργειακά αποδοτικό πρωτότυπο όχημα |
| title_full | Σχεδιασμός και κατασκευή συστήματος ηλεκτρικής κίνησης με κινητήρα Bldc και τριφασικό αντιστροφέα με εφαρμογή σε ενεργειακά αποδοτικό πρωτότυπο όχημα |
| title_fullStr | Σχεδιασμός και κατασκευή συστήματος ηλεκτρικής κίνησης με κινητήρα Bldc και τριφασικό αντιστροφέα με εφαρμογή σε ενεργειακά αποδοτικό πρωτότυπο όχημα |
| title_full_unstemmed | Σχεδιασμός και κατασκευή συστήματος ηλεκτρικής κίνησης με κινητήρα Bldc και τριφασικό αντιστροφέα με εφαρμογή σε ενεργειακά αποδοτικό πρωτότυπο όχημα |
| title_short | Σχεδιασμός και κατασκευή συστήματος ηλεκτρικής κίνησης με κινητήρα Bldc και τριφασικό αντιστροφέα με εφαρμογή σε ενεργειακά αποδοτικό πρωτότυπο όχημα |
| title_sort | σχεδιασμός και κατασκευή συστήματος ηλεκτρικής κίνησης με κινητήρα bldc και τριφασικό αντιστροφέα με εφαρμογή σε ενεργειακά αποδοτικό πρωτότυπο όχημα |
| title_translated | Design and construction of electric drive system based on Bldc motor and three phase inverter for prototype energy efficient vehicle |
| topic | TPSH::Τεχνολογία::Ηλεκτρολογία::Ηλεκτρικές Μηχανές TPSH::Τεχνολογία::Οχήματα - Αυτοκίνητα::Κινητήρες |
| url | http://okeanis.lib2.uniwa.gr/xmlui/handle/123456789/5414 |