Tratto da N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Elettronica di potenza HOEPLI Capitolo 8
Inverter DC/AC a commutazione:
DCAC sinusoidale PRINCIPALI APPLICAZIONI: convertitori per azionamenti di motori AC e UPS concetti fondamentali sugli inverter a commutazione
inverter monofase
inverter trifase
effetti del tempo morto sulla tensione di uscita negli inverter a PWM
altre tecniche di commutazione
Modalità di funzionamento da raddrizzatore
Tratto da N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Elettronica di potenza HOEPLI Capitolo 8
Inverter DC/AC a commutazione:
DCAC sinusoidale PRINCIPALI APPLICAZIONI: convertitori per azionamenti di motori AC e UPS concetti fondamentali sugli inverter a commutazione
inverter monofase
inverter trifase
effetti del tempo morto sulla tensione di uscita negli inverter a PWM
altre tecniche di commutazione
Modalità di funzionamento da raddrizzatore
Tratto da N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Elettronica di potenza HOEPLI Inverter a tensione e a corrente impressa Si considereranno solo i VSI; i CSI trovano applicazione in particolare per azionamenti di motori AC di elevata potenza inverter a tensione impressa
(VSI: voltage source inverter) inverter a corrente impressa
(CSI: current source inverter)
Tratto da N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Elettronica di potenza HOEPLI Inverter a commutazione in un azionamento per motore AC Schema usato quando il flusso di potenza è per lo più unidirezionale e non è conveniente il recupero (in frenatura la potenza è dissipata su di un banco di resistenze) rete in AC
(freq. di rete) raddrizzatore a diodi condensatore di filtro inverter a commutazione motore AC resistenza di frenatura
Tratto da N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Elettronica di potenza HOEPLI Schema utilizzato quando le fasi di frenatura sono frequenti e l’energia recuperata può essere consistente Inverter a commutazione in un azionamento per motore AC con frenatura a recupero rete in AC
(freq. di rete) condensatore di filtro motore AC convertitore a commutazione convertitore a commutazione
Tratto da N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Elettronica di potenza HOEPLI Inverter monofase a commutazione È indispensabile il funzionamento su quattro quadranti inverter raddrizzatore raddrizzatore inverter inverter a commutaz. monofase
+ filtro Po>0 Po>0 Po<0 Po<0
Tratto da N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Elettronica di potenza HOEPLI Singolo ramo di inverter a commutazione (monofase) questo nodo, generalmente fittizio, è introdotto per semplificazione come riferimento per la tensione vAN vAo TA+(DA+) on
TA-(DA-) off Vd Vd/2 TA+(DA+) off
TA-(DA-) on 0 –Vd/2
Tratto da N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Elettronica di potenza HOEPLI vcontrollo vAo, fondamentale vcontrollovtri Sintesi di una forma d’onda sinusoidale mediante PWM rapporto di modulazione d’ampiezza: rapporto di modulazione di frequenza: armoniche di ordine: j k 1 0,2,4,… 2 1,3,5,… 3 0,2,4,… … … dovrebbe essere intero dispari (solo armoniche dispari)
Tratto da N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Elettronica di potenza HOEPLI vcontrollo Ts vcontrollo vcontrollo Dettaglio di un periodo di commutazione
(ip.: tensione di controllo costante durante tale periodo) se mf>>1, cioé fs>> f1, durante il tempo Ts vcontrollo può essere assunta quasi costante Osservazione:
cioé il contenuto armonico di vAN e vAo è lo stesso
Tratto da N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Elettronica di potenza HOEPLI Armoniche nella tensione di uscita Le armoniche più rilevanti si hanno intorno alla frequenza della portante fs ed alle sue multiple ampiezza normalizzata delle armoniche (ip.: mf>9) fondamentale
Tratto da N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Elettronica di potenza HOEPLI Gestione della PWM Per valori di mf relativamente bassi (mf≤21, generalmente nelle applicazioni di potenza più elevata) si adotta la PWM sincrona, ovvero si fa in modo che mf sia intero, ovvero che il periodo della portante sia contenuto esattamente un numero intero di volte in quello della modulante; è indispensabile per evitare di avere subarmoniche (presenti quando mf non è intero)
Per valori di mf grandi (mf>21) si adotta la PWM asincrona, ovvero si mantiene fs costante al variare di f1 almeno fino a che il rapporto mf= fs/f1 non scende al di sotto di un certo limite. Ciò fa sì che in generale mf non sia intero. Sono quindi presenti subarmoniche di ampiezza piccola fintantoche mf è grande. Tuttavia, in certe condizioni possono comparire subarmoniche a bassa frequenza che, anche se piccole, possono far circolare correnti consistenti che possono creare problemi a motori in AC.
Tratto da N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Elettronica di potenza HOEPLI 0° 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° 360° 0° 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° 360° Esempio di PWM (mf=15, ma=0.8) da queste figure si vede che con mf dispari otteniamo in uscita una forma d’onda con semionde positive e negative uguali tra loro (mancano le armoniche pari)
Tratto da N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Elettronica di potenza HOEPLI Sovramodulazione (mf=15, ma=1.2) 0° 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° 360° 0° 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° 360° con la sovramodulazione si opera con: ovvero con ma>1 si ha un rapporto (l’ampiezza della fondamentale è maggiore di Vd/2 ma non c’è più linearità tra segnale di controllo e tensione di uscita); diventano sensibili anche le armoniche più basse
Tratto da N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Elettronica di potenza HOEPLI Armoniche dovute alla sovramodulazione NB: h=1 rappresenta la fondamentale portante armonica di f1
Tratto da N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Elettronica di potenza HOEPLI lineare sovra-modulazione onda quadra Ampiezza della fondamentale in funzione di ma Dalla sovramodulazione si arriva al limite alla gestione in onda quadra
Tratto da N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Elettronica di potenza HOEPLI armoniche di Funzionamento in onda quadra Vantaggi:
massima ampiezza della fondamentale
minimo numero di commutazioni (va bene per switch lenti o per elevate frequenze)
Svantaggi:
elevato contenuto armonico a frequenze basse
ampiezza della fondamentale non regolabile
Tratto da N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Elettronica di potenza HOEPLI Inverter a mezzo ponte (monofase) I condensatori impediscono il passaggio della corrente continua (importante, se si alimenta un trasformatore); la componente alternata io della corrente vede i due condensatori in parallelo (ammettendo che l’impedenza interna della sorgente di alimentazione in DC sia molto bassa) e quindi si divide in parti uguali; perciò la componente alternata vc~ della tensione ai capi dei condensatori (uguali) è la stessa per cui è come se vi fosse in serie un condensatore con capacità doppia. io io/2 io/2 vc~ vc~ C C 2C io vc~
Tratto da N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Elettronica di potenza HOEPLI id (filtrata alla 2a arm.) 0.14 0.142 0.144 0.146 0.148 0.15 0.152 0.154 0.156 0.158 0.16 0.14 0.142 0.144 0.146 0.148 0.15 0.152 0.154 0.156 0.158 0.16 A2 + 271 V Vd vcontrol 100μF C7 100μF 0 P2 1 - V(%IN) dA1 dA2 - A1 R8 1mΩ + - 2 Ω Rth 10mH Lth o c s pwm3 fs=3.75kHz C6 P1 P1 P2 0 Inverter a mezzo ponte – forme d’onda vo vo vo (filtrata) vRth io vRth id io (filtrata) io id id0
Tratto da N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Elettronica di potenza HOEPLI Inverter a ponte monofase La struttura è quella del convertitore a ponte; invece di avere una Vcontrollo costante, ora si opera con una vcontrollo sinusoidale. Si può variare sia l’ampiezza (tra ±Vd) che la frequenza della tensione d’uscita. Come nel convertitore DC/DC, la strategia di commutazione può essere bipolare od unipolare.
Tratto da N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Elettronica di potenza HOEPLI PWM con commutazione bipolare vcontrollo ampiezza normalizzata delle armoniche è data ancora dalla tabella
Tratto da N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Elettronica di potenza HOEPLI Corrente assorbita da un inverter monofase Si ipotizza la presenza di filtri tali da eliminare le componenti armoniche attorno a fs e di frequenza superiore, ma non le armoniche vicine alla frequenza f1 filtro filtro inverter a commutazione carico inverter con filtri fittizi valore medio 2a armonica
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