Capitolo V MACCHINE SPECIALI

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1 Captl ACCHINE SPECIALI tre asncrn mnfase Il mtre asncrn mnfase è csttut da un statre prvvst d un unc avvlgment, bplare multplare, e da un rtre generalmente a gabba. Almentand l avvlgment statrc cn una crrente alternata snusdale d pulsazne w, s prduce un camp magnetc alternatv, fss nell spaz e d ampezza varable snusdalmente cme la crrente che l prduce. ale camp s può scmprre n due camp rtant avent ampezze ugual, cstant e par alla metà d quella massma del camp alternatv, e rtant cn velctà ugual ed ppste: 60 f n p Quell de due camp rtant che gra secnd l vers d marca del mtre, prende l nme d camp drett, e la sua velctà è: n d n L altr è denmnat camp nvers e la sua velctà d rtazne è: n n d n Per l mtre asncrn mnfase, rtante cn velctà n, s defnsce cme scrrment s quell relatv al camp drett ed è frnt dalla relazne: n d n n n n s s d n d n n L scrrment del camp nvers s valuta nvece cn la relazne: n n n n n + n n s + n n n n Cnfrntand le due relazn s verfca faclmente che rsulta: s s d s Il rtre a gabba può essere assmlat ad un rtre avvlt cn le fas n crtcrcut. I due camp rtant, drett e nvers, nducn n ess due sstem d frze elettrmtrc: l prm sstema, drett, cn frequenza s d f s f, l secnd, nvers, cn frequenza s f ( s ) f.- Il rtre è pertant sede d due sstem d crrent, drett e nvers, che a lr vlta genererann due cppe meccanche, dvute rspettvamente all nterazne delle crrent rtrche cl camp rtante drett e cn quell nvers.- La cppa dretta agsce n md cncrde al mt; la cppa nversa s ppne nvece alla rtazne e qund s sttrae a quella dretta.- L andament d queste due cppe n funzne de relatv scrrment è rprtat nelle fgure seguent: 69

2 g 6 g 6 4 d , 0,4 0,6 0,8,,4,6,8 0 0, 0,4 0,6 0,8,,4,6,8 scrrment drett scrrment nvers La cppa rsultante del mtre è par alla dfferenza della cppa dretta e nversa espresse però n funzne del medesm scrrment: quell drett. enend presente la relazne s essa è rappresentata dalla seguente curva: s d 5 0 d 5 d , 0,4 0,6 0,8,,4,6, s c r r m e n t La curva presenta la peculartà d passare per l rgne degl ass per cu, se l mtre è ferm la cppa è nulla. Cò s spega n quant, cn l rtre mmble, la velctà de due camp drett e nvers, rspett al rtre, sn ugual e cntrare e dann qund rgne a due cppe avv. dr. e che s fann equlbr. Affnché tale equlbr sa rtt bsgna avvare l rtre n un vers avv. nv. nell altr: n quest md la cppa dvuta al camp che ruta nell stess sens del rtre dventa prevalente sulla cppa dvuta all altr camp e nasce una cppa rsultante che agsce nel vers del mt dat al rtre.- La cppa rsultante può anche essere rappresentata n funzne del numer d gr del rtre tenend presente la relazne: 60 f n p ( s) 70

3 g numer d gr n000g/m n'994g/m (la curva è rcavata nel cas partclare d p 3 ed f 50 Hz ) Il mtre mnfase nn ha dunque un vers d rtazne determnat, ma ruta sempre nel sens secnd cu vene avvat. S sserva nltre cme la cppa generata s annull ad una velctà n 0 leggermente nferre a n 0. Ne rsulta che, anche prescndend dalle nevtabl perdte meccanche, la velctà a vut del mtre è un p nferre a quella d sncrnsm.- Per vvare all ncnvenente csttut dal valre null della cppa d spunt e per mettere l mtre mnfase n grad d avvars, s dspne sull statre un pprtun avvlgment auslar spstat d 90 grad elettrc rspett all avvlgment prncpale. Facend percrrere gl avvlgment statrc da due crrent I e I fra d lr sfasate d un angl prssm a 90 s genera un camp rtante, cme n un mtre bfase, che seppure d ntenstà nn cstante è tuttava n grad d trascnare n mt l rtre. È csì rslt l prblema dell avvament n quant, graze alla fase auslara, la cppa d spunt è ra dversa da zer.- Quest mtr sn almentat da un unca srgente mnfase d tensne ; l sfasament della crrente nella fase auslara è ttenut pnendle n sere un cndensatre che può rmanere permanentemente nsert scllegat dalla srgente, medante un nterruttre centrfug, una vlta 7

4 avvat l mtre. S usan anche mtr cn due cndensatr, nserendl entramb all avvament e scllegandne un a mtre avvat.- Se la fase auslara è nserta sltant all avvament, la caratterstca meccanca dventa cme quella della prma fgura. Nel prm tratt, dall spunt fn alla velctà n alla quale la fase auslara vene aperta (ad esemp per mezz d un nterruttre centrfug), la curva è quella usuale d un mtre cn fase auslara permanente; per velctà superr a n la cppa è quella d un mtre mnfase.- I mtr asncrn mnfas trvan vaste applcazn nel camp delle macchne utensl, pmpe, ventlatr ecc., d ptenza fn a qualche kw. La preferenza, data a quest mtr rspett a quell trfas, è dvuta alla pssbltà d almentazne cn una lnea mnfase d cu gn utente è prvvst. Un camp n cu vene quas esclusvamente mpegat l mtre mnfase cn cndensatre permanente è quell delle lavabanchera. I mtr nstallat n tal elettrdmestc sn n genere realzzat cn dpp avvlgment statrc, un cn elevat numer d pl (da, 6 anche 4), l altr cn sl 4 pl. Cò cnsente d avere cn l stess mtre due velctà d lavr necessare per le fas d lavagg (bassa velctà) e d centrfugazne (alta velctà).- Il mtre mnfase del tp a cndensatre permanentemente nsert trva anche mpeg cme servmtre n ecnmc aznament elettrc. Il cntrll della velctà s esegue agend sulla tensne d almentazne tre asncrn a pl schermat Quest tp d mtre è n pratca un mtre asncrn mnfase cn un partclare tp d avvlgment auslar per l avvament.- Il rtre è a gabba e l statre è del tp a pl sprgent su qual sn avvlte le spre cncentrate csttuent l nduttre.- L avvlgment auslar è csttut da alcune spre chuse n crt crcut e dspste n un ntagl ad un estremtà dell espansne plare n md che l fluss alternatv dell avvlgment prncpale v nduca una crrente frtemente sfasata rspett la crrente dell avvlgment prncpale stess; a segut dell sfasament meccanc tra due avvlgment e quell elettrc tra le due crrent nascerà un camp rtante statrc n grad generare la cppa d spunt del mtre.- Il maggr preg del mtre è la sua semplctà cstruttva e qund l su bass cst; d cntr ha un bass valre d cppa d spunt ed un rendment nferre al 5%; la ptenza asse nn supera le decne d Watt.- Il vers d rtazne, cme rsulta dalla fgura, è legat alla pszne degl ntagl sede dell avvlgment auslar.- rva mpeg negl elettrdmestc, pmpe, brucatr.- 7

5 tre mnfase a cllettre Quest tp d mtre derva drettamente dal mtre a crrente cntnua ecctat n sere. È nfatt evdente che l mtre a crrente cntnua cn ecctazne n sere funzna anche se vene almentat cn crrente alternata, perché ad gn nversne della crrente d almentazne s verfca l nversne cntempranea sa del camp nduttre sa della crrente nell ndtt: l vers della cppa mtrce (elettrmagnetca) generata rmane percò nvarat e l mtre s mette n rtazne.- uttava, se s almentasse cn crrente alternata un rdnar mtre n sere per crrente cntnua, l su funznament rsulterebbe assa dfetts. In prm lug la cstruzne masscca della carcassa e de pl, caratterstca delle macchne a crrente cntnua, nn è cmpatble cl fluss nduttre alternat. È ndspensable qund applcare la cstruzne lamnata all nter crcut magnetc. Inltre, per ttenere un fattre d ptenza suffcentemente alt, è necessar rdurre al mnm l nduttanza de due avvlgment nduttre e ndtt n sere fra lr: l prm vene rdtt percò a pche spre per pl, mentre, per rendere trascurable la reattanza dell ndtt, s applcan fra pl del sstema nduttre nt avvlgment cmpensatr att ad annullare quas ttalmente l camp trasvers d ndtt.- Il fenmen della cmmutazne, nel funznament a crrente alternata rsulta assa pù cmpless, per la presenza d una f.e.m. d tp trasfrmatrc (ltre a quella d autnduzne) nelle spre n cmmutazne. Per ttenere un cmprtament sddsfacente è necessar rdurre al mnm l nduttanza delle spre, adttand pass d avvlgment raccrcat nde dmnure l area abbraccata e dspnend cnduttr entr cave aperte: ltre a cò s aumenta la resstenza hmca delle spre n cmmutazne cstruend cllegament al cllettre cn leghe ad alta resstvtà.- utt quest artfc rescn a rendere abbastanza sddsfacente, alle rdnare frequenze ndustral, l funznament de mtr n sere d pccla e meda ptenza, ma sn ancra nsuffcent per le ptenze maggr. Per mtr d grande ptenza s rchede un ulterre rduzne delle vare reattanze n gc, e cò può tteners sl facendl funznare cn frequenza rdtta entr l camp da 5 a 5 Hz.- L schema elettrc d quest mtr e l relatv dagramma vettrale e llustrat n fgura. La f.e.m. che s genera alle spazzle ha andament snusdale ed è rappresentata da un vettre E n fase cn la crrente assrbta I. Se nfatt l equazne d questa crrente è: I senω t l espressne del fluss nduttre per pl rsulta: 73

6 ϕ k I senω t s può allra scrvere: e k n ϕ k n k I senω t Questa f.e.m. può essere rappresentata dal vettre: E k k n I mentre la tensne d almentazne s ttene smmand a tale f.e.m. le cadute d tensne nterne sulla resstenza ttale degl avvlgment ndtt e nduttre, e sulla reattanza X degl stess avvlgment: E + I + Sul dagramma plare che rappresenta questa equazne s tracc la semcrcnferenza OBA avente per dametr la tensne d almentazne. Al varare delle cndzn d carc del mtre, e cè al varare della cppa, della velctà e della crrente assrbta, l punt B s spsta su tale semcrcnferenza. sulta nfatt evdente che per qualsas valre della crrente I l angl a deve cstantemente rsultare d 90.- In partclare s nta che l fattre d ptenza del mtre, espress dal rapprt csf OB/OA OB/, vara al varare del carc prprznalmente alla lunghezza del segment OB. Il su mnm (e qund l massm sfasament fra tensne e crrente, crrspndente all angl f a ) s ha all att dell avvament quand, rsultand n O ed E O, l punt d funznament s prta n B a e l equazne del mtre assume la frma: I a + jx essend I a la crrente assrbta all spunt. Per quest ultma (che rappresenta la massma crrente assrbta dal mtre) e per l crrspndente fattre d ptenza csf a (dell rdne d 0,) s rcavan percò le espressn: I a All aumentare della velctà d rtazne n, cresce l valre della f.e.m. E, e l punt d funznament s spsta sulla semcrcnferenza da B a vers l punt B e l punt A, e pertant la crrente assrbta dmnusce d ntenstà; l sfasament pure dmnusce e aumenta nvece l fattre d ptenza.- Da ultm la cppa svluppata dal mtre. Per gn cndzne d carc essa è ancra data dalla relazne: k F I vsta per mtr a crrente cntnua ma applcata però a valr stantane della crrente e del fluss. Ne segue che l su valre nn è cstante nel temp, ma vara n md pulsante secnd la relazne: che ammette un valre med espress da + X med k ' k I prprznale al quadrat del valre effcace della crrente assrbta.- Cme n un nrmale mtre n sere, la cppa è massma all spunt (la I è massma) e decresce frtemente all aumentare del numer d gr n.- jx I I 74 a csϕ k ' ϕ k ' k I sen ω t a + X

7 La caratterstca meccanca (n) de mtr a cllettre è rprtata n fgura.- Per cnfrnt è rprtata (a trattegg) la caratterstca meccanca che s tterrebbe almentand l stess mtre cn tensne cntnua d valre par al valre effcace d quella alternata. La mnre cppa che s ttene (a partà d gr) nel funznament n alternata è mputable alla reattanza (che determna una mnre crrente a par f.e.m.) e alla saturazne del crcut magnetc (per valr pù alt della crrente).- spett a mtr n cntnua, mtr mnfas presentan l ntevle vantagg che per l avvament e per la reglazne della velctà nn è necessar rcrrere all mpeg d restat, ptends ttenere gl stess rsultat cn maggr rendment, regland la tensne d almentazne medante trasfrmatr a rapprt varable.- I mtr mnfas n sere trvan applcazne per le pccle ptenze nel cmand d ventlatr, aspratr, lucdatrc, pmpe ecc.; le ptenze maggr trvan nvece applcazn pù mprtant nella trazne elettrca cl sstema a crrente alternata mnfase (frequenza d 50/3 ppure 5 Hz) tr unversal I mtr mnfas a cllettre d pccla pcclssma ptenza vengn quas sempre realzzat per pter perare sa n crrente alternata sa n crrente cntnua cn funznament pressché dentc cn le due almentazn. I mtr csì cncept vengn denmnat cme mtr unversal. La lr caratterstca fndamentale è l elevata velctà nel funznament a vut (fn a gr/mn). Questa velctà decresce rapdamente all aumentare del carc, e vceversa. L mpeg d quest mtr è mlt dffus n quelle applcazn che rchedn pccl sfrz alle alte velctà e sfrz ntevl alle velctà pù basse (trapan, aspratr ecc.). Cstruttvamente sn mprntat alla massma semplctà e realzzan un elevat rapprt ptenza/pes: mancan gl avvlgment cmpensatr; l avvlgment d ecctazne è sempre cncentrat n due pl sltant.- 75

8 Captl I CONEIOI SAICI 6..0 Generaltà La tecnca attuale ffre la pssbltà d generare cn facltà l energa elettrca stt frma d crrente alternata trfase che, attravers pprtune lnee d trasmssne, vene prtata all ngress delle vare utenze ( Il trasprt, per questn d rendment, vene fatt cn valr d tensne ntevlmente maggr a quelle d prduzne, mentre alle utenze, per questn d scurezza ed slament, vene frnta a valr ntevlmente nferr a quell d trasprt e generazne; all up vengn utlzzat trasfrmatr statc precedentemente studat).- La scelta del sstema trfase derva dalla sua maggr ecnmctà rspett tutt gl altr.- Esstn però dverse applcazn che necesstan d tensn d almentazne dverse dalla trfase alternata alla frequenza fssa d rete: nasce qund la necesstà d cnvertre la tensne e la frequenza della rete stessa d rettfcare la tensne alternata n md da ttenere una tensne cntnua d valre pprtun eventualmente reglable tal vlta anche la rcnversne della tensne cntnua n alternata d frequenza e valre effcace pprtun e varabl.- La rspsta a tal necesstà vene frnta da cnverttr statc basat sull mpeg d nterruttr elettrnc all stat sld ( Dd, rstr, ransstr bplar d ptenza, sfet ) capac d cmmutare crrent dell rdne de ka stt tensn d alcun k n temp dell rdne de mcr secnd).- I cnverttr statc cmprendn qund un pù nterruttr statc le cu aperture e chusure vengn pltate n md da ttenere la cnversne desderata; prncpal tp d cnverttr sn: ADDIZZAOI che cnvertn la Crrente alternata n Crrente cntnua INEE che cnvertn la Crrente cntnua n Crrente alternata EGOLAOI che cnvertn la Crrente alternata n Crrente alternata d valre e frequenza dvers CHOPPE che cnvertn la Crrente cntnua n Crrente cntnua d valre dvers ---- Il DIODO è n bpl nn lneare che, tercamente, ffre una resstenza nfnta al passagg della crrente quand è plarzzat nversamente cè cn A < K e una resstenza nulla quand e plarzzat drettamente cn A > K. 76

9 In realtà l dd entra n cnduzne per una tensne A > K + s ve s è una tensne d sgla che per dd al slc vale 0,6, dp d che presenta una certa resstenza al passagg della crrente per cu s avrà una dsspazne d ptenza che prta al surrscaldament del dspstv e qund ad una lmtazne della crrente spprtable par a I ax.- In ltre quand è plarzzat nversamente cn A < K se la tensne nversa supera l valre lmte ax nv s nta un brusc ed ncntrllat passagg d crrente n sens nvers che perfra l dspstv rendendl nutlzzable Il IISOE SC (Slcn Cntrlled ectfer) è un trpl che dffersce dal dd spra vst per la presenza d un terz elettrd dett GAE Prta.- L SC è un dspstv che nrmalmente mpedsce l passagg della crrente n entrambe le drezn ( s cmprta cè cme un nterruttre apert) sn a quand nn vene applcat un brevssm mpuls pstv d tensne al Gate dp d che, se la tensne andca e maggre d quella catdca, entra n cnduzne (s cmprta cè cme un nterruttre chus) fn a quand rsulta A > K I ANSISO Bplar d Ptenza sn dspstv trplar che rescn cmmutare n alcun mcrsecnd crrent d centnaa d ampere stt tensn d qualche klvlt rmanend n stat d cnduzne fn a che, plarzzat drettamente, la base d cntrll cntnua a rcevere un pprtun segnale d cnsens.- 77

10 6..0 addrzzatr I raddrzzatr sn dspstv adatt ad esegure la cnversne da una tensne alternata d ngress ad una tensne cntnua d uscta.- Se l crcut permette la reglazne della tensne d uscta, prende l nme d addrzzatre cntrllat n cas cntrar prende l nme d addrzzatre nn cntrllat addrzzatr nn cntrllat a grupp d cmmutazne: 6... nfase: Il raddrzzatre mnfase nn cntrllat a grupp d cmmutazne presenta l schema d fgura: Durante l semperd pstv della tensne alternata d almentazne, l dd rsulta plarzzat drettamente per cu s cmprta cme un nterruttre chus, la crrente l attraversa dall and vers l catd e alla resstenza è applcata la tensne uguale alla tensne d almentazne; durante l semperd negatv della tensne d almentazne, l dd è plarzzat nversamente per cu nn è attraversat da alcuna crrente, la tensne a cap della è nulla e l ntera tensne applcata cade a cap del dd che sarà sttpst ad una tensne nversa l cu valre massm è uguale al valre massm della tensne alternata.- A cap della resstenza d carc s avrà una tensne pulsante, cme ndcat n fgura, l cu valre med rsulterà: π senω t dt cs t 0 ω 0 eff ed 0, 45 π π S defnsce csì l rapprt d cnversne: ed π Il fattre d ndulazne è dat da: ax mn ax 0 π r% % ed ax π eff 78 eff

11 La tensne massma nversa applcata al dd rsulterà: ax. nv. ax ax nv ax Da cu s rcava: π 3, 4 ed ed fgura: 6... Plfase : Il raddrzzatre plfase nn cntrllat a grupp d cmmutazne presenta l schema d Essend dd, quand sn n cndzne d cnduzne, pratcamente de crt crcut, l punt A assume l ptenzale d uscta del generatre cllegat al dd che n quel mment sta cnducend.- Pché A nn può essere cntempraneamente a ptenzal dvers, rsulta che può essere n fase d cnduzne un sl dd alla vlta; cò avvene se n gn stante cnduce slamente quel dd che rsulta cllegat al mrsett del generatre che n quell stante è a tensne maggre rspett agl altr.- La tensne sul carc cncderà n gn stante cn la tensne del ram pst n cnduzne, cè quel ram che l quell stante frnsce la tensne maggre.- Cascun ram rmarrà n cnduzne per un ntervall d temp par al perd della tensne alternata dvs per l numer d ram pst n parallel: /q.- Il valre med della tensne pulsante a cap del carc rsulterà: ed + q q + q t dt [ t] csω sen ω ω q q q π π sen + sen π q q q π q sen π q π eff π sen q q 79

12 ed q π Il rapprt d cnversne rsulta essere : sen π q Nel cas partclare d raddrzzatr trfas nn cntrllat a grupp d cmmutazne, rsulta: ed ef eff. 3 π sen, 7 π 3 La tensne raddrzzata vara tra un valre massm par a ax e un mnm mn par a: π mn csω cs q q S defnsce cme fattre d ndulazne : π π ax ax cs cs ax mn q π q π r% q q q tg π π ed π q ax sen sen π q q Nel cas partclare d raddrzzatr trfas nn cntrllat a grupp d cmmutazne, rsulta: π π r % 00 tg 30,% 6 6 La massma tensne nversa cu è sttpst cascun dd crrspnde al valre massm della tensne cncatenata; se q è par, la tensne cncatenata è uguale al dpp della tensne d fase: ed ax. nv. ax. cnc. ax. fase eff. q π sen π q ax. nv. π per : q par ed q π sen q Se q è dspar, la tensne cncatenata rsulta: cnc. eff ax. nv. ax. nv. ed. ax π q eff.. cnc. π sn q eff π sn q π ed sn q q π sen π q Nel cas partclare d raddrzzatr trfas nn cntrllat a grupp d cmmutazne, rsulta: ax. nv. π, 09 3 med 80

13 La tensne all uscta del raddrzzatre, scmpsta nelle sue cmpnent n base all svlupp n sere d Furer, sarà csttuta dalla smma d un termne cstante d valre par a ed pù delle armnche snusdal d ampezza decrescente delle qual la prma fndamentale ha frequenza par q.f addrzzatr nn cntrllat a pnte: 6... nfase : Il raddrzzatre mnfase nn cntrllat a pnte presenta l schema d fgura (Pnte d Greetz); durante l semperd pstv della tensne d ngress v dd D e D 3 rsultan plarzzat drettamente, mentre D e D 4 sn nterdett: la crrente entrerà nella resstenza d carc attravers l mrsett A ; durante l semperd negatv della tensne d ngress v dd D e D 4 rsultan plarzzat drettamente, mentre D e D 3 sn nterdett: la crrente entrerà nella resstenza d carc sempre per l medesm mrsett A per cu la tensne a cap della resstenza d carc avrà l andament d fgura, sarà cè raddrzzata e pulsante.- Il valre med della tensne raddrzzata sarà: ed t dt t π senω cs π π π 0 0 eff ed Il rapprt d cnversne è: 0, 9 π Il fattre d ndulazne rsulta essere: eff mn π r% 00 00, % ed π La massma tensne nversa applcata a cascun dd quand è n fase d nterdzne rsulterà par al valre massm della tensne alternata che s vul raddrzzare: 8

14 ax. nv. ax π ax. nv. ax.,57 ax π La tensne all uscta del raddrzzatre, scmpsta nelle sue cmpnent n base all svlupp n sere d Furer, sarà csttuta dalla smma d un termne cstante d valre par a eda pù delle armnche snusdal d ampezza decrescente delle qual la fndamentale ha frequenza par a.f : ax ax cs ωt ax cs 4ωt... cs k t (cn k par) ax ω π 3π 5π ( k ) π 6... rfase: Il raddrzzatre nn cntrllat a pnte trfase presenta l schema d fgura: ess è csttut da due grupp d cmmutazne che peran n ppszne d fase almentat dalle medesme tensn d ngress v, v, v 3, csttuent un sstema trfase smmetrc.- Il grupp d cmmutazne superre, csttut da dd D, D, D 3 cnness a catd cmune, frnsce rspett al centr stella O la tensne AO (cme gà vst nel paragraf relatv a grupp d cmmutazne plfas) ndcata n grssett nella fgura.- Il grupp d cmmutazne nferre, csttut da dd D, D, D 3 cnness ad and cmune, frnsce rspett al centr stella O la tensne BO che, a partà d altre cndzn rsulta ppsta a quella del grupp superre.- La tensne raddrzzata rsultante applcata al carc sarà: AO - BO eda Il calcl analtc del valre stantane della tensne v ptrà essere fatt cn rferment a valr stantane delle tre tensn v, v, v 3 : π π v csωt v cs ωt v3 cs ωt nell ntervall cmpres tra 0 e p/3 : π v v v3 csωt cs ωt π v csωt + csωt + snωt 3 csωt + snωt 3 cs ωt 6 La tensne v avrà valre mnm n t0 par a : v v ( ) mn cs π

15 e valre massm par a : v ax 3 Il su valre med rsulterà nvece essere: 6 π vmed t dt 3 cs ω Per cu: π π sn t 3 ω 6 π π med eff π entre l fattre d ndulazne sarà: 3 ax 3 mn ru % % med 3 50π π Quand l dd D è n stat d cnduzne, l dd D rsulta nterdett ed ha applcata a su mrsett la tensne massma nversa ax. nv. par al valre massm della tensne cncatenata. v v : π π ax. nv. 3eff 6eff 6 meda meda ax. nv. π, 05 meda 3 La tensne all uscta del raddrzzatre, scmpsta nelle sue cmpnent n base all svlupp n sere d Furer, sarà csttuta dalla smma d un termne cstante d valre par a eda pù delle armnche snusdal d ampezza decrescente delle qual la fndamentale ha frequenza par a 6.f.-, 34 eff med eff ax. nv. med r u % f fndamentale Grupp d cmmutazne nfase 0,45 3,4 57 f Bfase 0,90 3,4 78,5 f rfase,7,09 30, 3 f Esafase,35, f Ddecafase,40,09,7 f Pnt nfase 0,90,57 78,5 f rfase,34, f 83

16 6..3. addrzzatr cntrllat a grupp d cmmutazne: Per ttenere la reglazne della tensne cntnua frnta dal grupp raddrzzatre bsgna sstture dd cn degl SC (rstr) n md da pter cntrllare gl stant d nz del perd d cnduzne de dd stess.- Il cntrll della tensne d uscta s ttene semplcemente rtardand d un tempuscl t l stante d accensne d gn SC rspett all stante naturale d cmmutazne (che sarebbe l stante n cu ess vene plarzzat pstvamente cè cn la tensne andca maggre d quella catdca).- Fn a quand nn rceve l mpuls d accensne (l che avverrà t secnd dp l stante naturale d accensne) cntnua a cndurre per cu la tensne del punt A segue l andament della v ; nell stante n cu vene pst n cnduzne, A assume l ptenzale d v che rsulta maggre d v per cu, plarzzat nversamente, s spegne e csì d segut per gl altr trstr.- Cme s vede dagl esemp grafc ndcat d segut, aumentand l valre del rtard d accensne t s ttengn per l andament della tensne d uscta delle frme d nda l cu valre med vara n funzne d t assumend anche valr negatv; ma anche se cò avvene la crrente ergata ptrà crclare sltant nel vers che va dall and al catd cè nel carc l vers della crrente nn può cambare: l raddrzzatre è cmunque undreznale.- 84

17 Il valre med della tensne raddrzzata s rcava n funzne del rtard d accensne t: v csωt med + τ q q π t dt t csω sen ω q + τ q + τ q + τ q q π π τ π π τ sen + sen + ω q q q π π τ sen cs ω q q π eff sen csω τ π q Indcand cn: µ ω τ angl d parzalzzazne s ttene l espressne della tensne raddrzzata m n funzne d m : Indcand cn ed µ q π eff π sen csµ q q π eff sen l valre della tensne raddrzzata cn π q angl d parzalzzazne null µ csµ ed Nel cas d raddrzzatr cntrllat trfas cn q 3: ed 3 π sen eff, 7 π 3 eff µ, 7 eff cs µ Osservand l'andament d µ s sserva che per 0 µ π la tensne frnta è pstva e la crrente ergata sul carc è cncrde per cu la ptenza vene trasferta dalla lnea al carc e qund l cnverttre funzna realmente da raddrzzatre.- Per π µ π la tensne frnta e negatva mentre la crrente mantene l segn pstv per cu la ptenza trasferta al carc rsulta negatva, cè l carc s cmprta da generatre e trasfersce ptenza alla rete: l cnverttre funzna csì da nverttre addrzzatr a pnte ttalmente cntrllat: Il crcut mpegat è dentc a quell vst per raddrzzatr a pnte nn cntrllat dve dd vengn ssttut cn degl SC (trstr) n md da pter cntrllare gl stant d nz del perd d cnduzne de dd stess.- 85

18 Il grupp d cmmutazne superre, csttut da trstr, e 3 cnness a catd cmune, frnsce, rspett al centr stella O, una tensne cntrllata : q π 3 π 3 6 µ µ µ µ π eff sen cs eff sen cs eff cs q π 3 π Il grupp d cmmutazne nferre, csttut da trstr, e 3 cnness ad and cmune, frnsce, rspett al centr stella O, una tensne cntrllata : q π 3 π 3 6 µ µ µ µ π eff sen cs eff sen cs eff cs q π 3 π Essend due grupp almentat dalla stessa tensne effcace e assumend per entramb l medesm valre dell angl d rtard, le due tensn cntrllate rsulterann ugual n mdul.- La tensne d uscta sarà: q π µ µ µ eff sen csµ 3 6 eff cs µ, 34 eff csµ π q π Osservand l'andament d µ s sserva che per 0 µ π la tensne frnta è pstva e la crrente ergata sul carc è cncrde per cu la ptenza vene trasferta dalla lnea al carc e qund l cnverttre funzna realmente da raddrzzatre.- Per π µ π la tensne frnta e negatva mentre la crrente mantene l segn pstv per cu la ptenza trasferta al carc rsulta negatva, cè l carc s cmprta da generatre e trasfersce ptenza alla rete: l cnverttre funzna csì da nverttre.- Il vantagg che l raddrzzatre cntrllat a pnte trfase presenta rspett al grupp d cmmutazne trfase è quell d frnre n uscta una tensne raddrzzata che presenta se mpuls per perd nvece d tre, semplfcand n tal md l fltragg delle armnche; esste n ltre la pssbltà d cllegare drettamente l cnverttre alla rete trfase senza neutr dal mment che la tensne d uscta vene prelevata drettamente da mrsett A e B senza necesstà d cllegars al neutr.- 86

19 enend presente che la eff che cmpare nella espressne d µ è la tensne d fase, ndcand cn c l valre effcace della tensne cncatenata, rsulterà: c 3 eff Il pnte trfase ttalmente cntrllat frn - sce all' uscta una tensne che può varare tra: -, 35, 35 c µ c addrzzatr a pnte semcntrllat: Nel cas sa suffcente un cntrll della tensne sltant per valr pstv tra 0 e eda s può mpegare un pnte semcntrllat nel quale l grupp d cmmutazne superre a catd cmune è csttut da tre pù SC mentre l grupp nferre sarà csttut da tre pù dd nn cntrllat.- Il grupp d cmmutazne superre, cntrllat, a catd cmune, frnrà una tensne varable n funzne dell'angl d parzalzzazne µ : q π µ eff sen csµ π q Il grupp d cmmutazne nferre, nn cntrllat, ad and cmune, frnrà una tensne cstante nn reglable par a: q π µ eff sen π q La tensne ttale sul carc rsulterà: q π c π µ µ µ eff sen ( + cs µ ) 3 sen ( + µ ) c ( + µ ) π q π 3 3 cs 0, 675 cs Il pnte trfase semcntrllat frnrà alla uscta una tensne sempre pstva cm - presa tra : 0 µ 35, c 87

20 6..6. addrzzatr bdreznal: utt tp d raddrzzatr sn ad ra vst, a causa della undreznaltà ntrnseca de dd e degl SC, hann n cmune la prpretà d ergare la crrente n un unca drezne anche se n talun può essere nvertt l sens della tensne.- Pchè per l aznament delle macchne n c.c. è d fndamentale mprtanza pter nvertre sa l sens della crrente che quell della tensne d almentazne, rsulta necessar avere a dspszne de raddrzzatr bdreznal realzzat cllegand n antparallel due raddrzzatr cntrllat dentc cme nell esemp d fgura ve l carc è csttut da un mtre n c.c. e l almentazne da una rete n a.c. : Nel cas venga utlzzat un cnverttre bdreznale a pnte trfase, l schema è l seguente: Esstn dvers md per pltare due grupp d SC per ttenere l nversne della crrente senza generare crtcrcut sulla lnea trfase la nascta d perclse crrent d crclazne all ntern de due grupp n presenza d pssbl smultanee abltazn alla cnduzne de trstr de due grupp stess; la pù usata è quella d abltare all accensne sltant un grupp cn un pprtun angl d parzalzzazne n md da ttenere la crrente I p desderata quand l grupp N è nterdett la crrente I n quand vene nterdett l grupp P.- In quest cas l crcut prende l nme d Cnverttre a Selezne d Banc Inverter Gl Inverter Cnverttr d.c. - a.c.. sn dspstv adatt ad esegure la cnversne da una tensne cntnua d ngress ad una tensne alternata d uscta che, n generale, deve pter essere varata sa n ampezza che n frequenza.- Quest dspstv vengn mpegat per l aznament d mtr n c.a. ve sa rchesta un almentazne varable n ampezza frequenza entrambe, per almentare grupp a cntnutà garantta assluta (spedal, sale peratre... ve, partend da battere d accumulatr d rserva, s debban almentare apparecchature funznant n a.c. ), per l aznament d frn ad nduzne a meda frequenza ecc.- 88

21 6.3.. Inverter mnfase a pnte nter (Full Brdge Inverter): Il funznament d un nverter mnfase può essere spegat sservand l seguente schema d prncp ttenut medante quattr nterruttr deal: Se è l perd della tensne alternata che s vul ttenere, chudend per / secnd due nterruttr S ed S 4 la tensne a cap del carc sarà par a cn la plartà pstva dretta vers A, chudend ne successv / secnd gl nterruttr S ed S 3 la tensne a cap del carc sarà ancra par a ma cn la plartà pstva dretta vers B.- Il carc rsulta cs almentat cn una tensne alternata d frma rettanglare d perd e valre massm par a.- I cmand degl nterruttr dvrann essere studat n md che S ed S 3 cme S ed S4 nn pssan essere ma chus cntempra neamente ad evtare un crt crcut del ge neratre.- arand gl ntervall d apertura e chu sura degl nterruttr n md che rsult: 0 t t t4 s ttene una tensne alternata a frequenza varable : f / In pratca gl nterruttr sn csttut da ransstr bplar d ptenza medante qual s può cntrllare l nterdzne della crrente anche n fase d plarzzazne dretta.- In antparallel a transstr sn pst de dd che hann la funzne d ffrre una va d rchusura alla crrente d carc quand relatv transstr sn nterdett, cme megl s vedrà n segut.- 89

22 Se l carc dell nverter, cme nrmalmente avvene, è hmc-nduttv la crrente avrà andament espnenzale crescente nell ntervall t --- t e decrescente nell ntervall t --- t 4 cn cstante d temp t L / ; pché tale cstante d temp è nrmalmente mlt nferre al perd, la crrente raggungerà l su valre massm I / n un temp nferre a / ed avrà l andament ndcat n fgura.- Nell ntervall t --- t la crrente ha l stess vers della tensne ed essend n tale ntervall pst n cnduzne transstr e 4 ed nterdett e 3 la crrente flurà nrmalmente attravers transstr e 4.- Nell ntervall t --- t la crrente ha segn cntrar a quell della tensne per cu nn può flure attravers due transstr e 4 che n tale ntervall rsultan n cnduzne ne attravers la cppa e 3 nterdetta: dvrà passere attravers due dd D e D 4.- Analgamente nell ntervall t --- t 3 la crrente dvrà passare attravers due dd d cnduzne D e D 3 mentre nell ntervall t t 4 passerà attravers transstr e 3.- Durante gl ntervall d temp n cu la crrente passa attravers transstr, la tensne e la crrente sn equverse per cu s ha un trasferment d energa dalla srgente n cntnua al carc: sn queste le fas attve.- Durante gl ntervall d temp n cu cnducn dd, la tensne e la crrente hann vers cntrar per cu l energa va dal carc al generatre: sn queste le fas d recuper rgeneratve durante le qual l nduttanza resttusce al generatre l energa ( Il carc hmc nduttv n crrente alternata scamba energa reattva).- L nda d tensne che s ttene nn è snusdale bensì ad andament rettanglare per cu avrà un alt cntenut d armnche d frequenza 3.f, 5.f, 7.f ecc. che prrann de grss prblem d fltragg, pena la nn utlzzazne per carch che necesstan d almentazne l pù pssble snusdale.- Una grandezza alternata ad andament rettanglare avente valre med null, valre massm e pulsazne w.p. f s può, n base all anals d Furer, scmprre nella smma d nfnt termn snusdal: senω t + sen3ω t + sen5ω t + sen 7ω t + π 3 π 5 π 7 π Un altr ncnvenente presentat da quest tp d Inverter è che la fndamentale della tensne alternata ttenuta ha valre effcace par a ~ 0, 9 per cu, assegnat un cert valre alla tensne d almentazne nn n valre effcace.-, la tensne applcata al carc può essere reglata n frequenza ma Inverter mnfase a mezz pnte ( Half-Brdge nverter): L nverter mnfase a mezz pnte, avend l schema d fgura, rcalca nel funznament quell a pnte nter; durante l prm mezz perd l transstr rsulta n cnduzne e v nterdett per cu al carc è applcata la tensne cn la plartà pstva vers A ; durante l secnd mezz perd l transstr rsulta nterdett e n cnduzne per cu al carc è applcata la tensne v cn la plartà pstva vers B.- A cap del carc vene csì applcata una tensne alternata ad andament rettanglare avente perd e valre massm.- Per evtare l crt crcut de generatr bsgna fare n md da nn prre cntempraneamente n cnduzne due transstr.- 90 v

23 Anche nell Inverter a mezz pnte due dd hann la funzne d permettere la rchusura della crrente negl ntervall ne qual essa ha segn cntrar alla tensne ( Fas d recuper): Nell ntervall t -- t cnduce D ; la crrente va B vers A ; è nterdett Nell ntervall t -- t cnduce e è nterdett ; la crrente va da A vers B Nell ntervall t -- t 3 cnduce D ; la crrente va da A vers B ; è nterdett Nell ntervall t 3 -- t 4 cnduce e è nterdett ; la crrente va da B vers A La frma d nda dell Inverter a mezz pnte è uguale a quella dell Inverter a pnte nter v sltant che a partà d tensne ttale d ngress : v + v frnsce all uscta una tensne uguale alla metà d quella frnta dal pnte nter per cu, a partà d altre cndzne, erga una ptenza par alla metà d quella frnble da un nverter a pnte nter.- Quest tp d crcut trva vasta applcazne ne sstem trfas Inverter mnfase n Push-pull: Quest Inverter rchede sempre per l su funznament un trasfrmatre mnfase cn l prmar a presa centrale, cme rsulta dall schema d fgura: Per l bun funznament dell'nverter è ndspensable che le due metà dell' av vlgment prmar san perfettamente smmetrche ed accppate cn l secnda r; n tal cas quand l crcut d c mand de transstr pne n cnduzne e n blcc la tensne è applca ta alla metà nferre del prmar per cu al secndar nasce la tensne: N u N Quand nel semperd successv l transstre vene pst n cnduzne e n blcc la tensne è applcata alla metà superre dell avvlgment prmar per cu al secndar s genera una tensne: u N N che, per la smmetra degl avvlgment, e uguale n mdul alla precedente ma ppsta d vers.- S ttene n tal md sul carc un nda d tensne alternata dentca a quella vsta ne cas precedent; l crcut presenta un ntevle preg rspett a crcut a pnte e a mezz pnte e cè l perfett 9

24 slament tra l generatre d ngress ed l carc n uscta.- Un altr vantagg del crcut è che gl emetttr de due transstr sn equptenzal (sn entramb cllegat a O) per cu le bas d cntrll rsultan rferte al medesm ptenzale rendend csì mlt pù semplce, dal punt d vsta crcutale, l fltragg e l slament.- Cme cnseguenza della dffcltà d cstrure trasfrmatr a presa centrale cn un adeguat accppament magnetc tra due sem avvlgment prmar per ptenze med-elevate, l crcut vene nrmalmente utlzzat sltant per ptenze fn ad alcun kw; per ptenze superr s prefersce la cnfgurazne a pnte nter, mentre la cnfgurazne a mezz pnte vene usata per gl nverter trfas Inverter trfase a pnte nter: L nverter trfase a pnte nter è realzzata cllegand tre dentc nverter mnfas sempre a pnte nter n md tale da pter essere almentat dalla medesma tensne cntnua; l carc d cascun nverter è csttut dalla fase prmara d un trasfrmatre trfase l cu secndar, cllegat a stella, almenta a sua vlta l carc; la presenza del trasfrmatre è legata alla necesstà d evtare de crt crcut su mrsett d almentazne attravers cllegament a stella a trangl del carc.- Le bas de tre grupp d transstr che ssttuscn gl nterruttr nel crcut reale vengn gestte cn un sfasament d: n md che le tre tensn alternate n uscta dell nverter rsultn sfasate d un terz d perd csì da cstture un sstema trfase smmetrc. La presenza del trasfrmatre mpedsce l' mpeg del cr - cut negl aznament a fre - quenza varble.- Quest tp d nverter trfase trva nr - malmente mpeg ne grupp statc d cntnutà assluta (Ospedal) Inverter trfase a mezz pnte: Quest tp d nverter è mlt pù dffus del precedente n quant nn rchede l'mpeg del trasfrmatre, ptends cllegare l carc drettamente a tre mrsett d' uscta.- Le bas de tre grupp d ransstr vengn gestte cn un sfasament d: n md da ttenere n uscta dell'nverter tre tensn: v A v B vc sfasate tra lr d un terz d perd.- Ssttuend agl nterruttr deal S de transstr d ptenza cn n antparallel relatv dd d lbera crclazne e tenend presente che nrmalmente l carc nn necessta d essere 9

25 cllegat al neutr per cu l punt d mezz dell almentazne pu essere elmnat, l crcut dventa: Se l carc dell nverter è d tp hmc-nduttv (cme nrmalmente avvene) e cn cllegament a stella equlbrata, la tensne del centr stella v può essere calclata facend rferment alle tensn d fase v, v, v 3 applcate alle sngle fas del carc: v v v L d A + dt v v v L d B + dt v v v L d 3 3 C 3 + dt e smmand membr a membr: v A + v + v v ( + + ) + L d d d3 B C dt dt dt a essend l carc cllegat a stella senza neutr rsulterà: d d d da cu segue: per cu: dt dt dt v + + v A + v B + vc A v B vc 3 v 0 v0 3 Essend le tre tensn v A, v B, v C ad andament rettanglare, cn frequenza f e sfasate tra d lr d un terz d perd, la tensne v, cn andament par a quell ndcat n fgura, avrà valre massm uguale ad un terz delle v A, v B, v C e frequenza 3.f.- La tensne v s rcava qund cme dfferenza tra v A e v ed avrà l andament tpc dell nda a se gradn ndcata n fgura.- Le tensn v e v 3 avrann l medesm andament della v cn un sfasament d un terz d perd.- Cme cnseguenza della presenza d un carc hmc-nduttv cn cstante d temp L nrmalmente nferre a 6, la crrente avrà, n crrspndenza d cascun gradn 93

26 della tensne, un andament espnenzale assumend glbalmente la caratterstca frma a cresta d gall.- utt crcut vst permettn d varare la frequenza della tensne alternata n uscta dell nverter ma nn l su valre effcace.- Per varare l valre della tensne n uscta esstn due pssbltà: eglare la tensne cntnua d ngress mdfcare la tecnca d cntrll de transstr d ptenza.- La va pù semplce è la prma: partend dalla tensne alternata d rete, mpegare un raddrzzatre cntrllat che frnsca una tensne cntnua varable cn la quale almentare un nverter n md da ttenere una tensne alternata varable sa n ampezza che n frequenza.- Quest sstema nn può venre però mpegat negl aznament ve sa rchesta una varazne rapda delle grandezze n uscta a causa della presenza de cndensatr d grande capactà pst a valle de raddrzzatr per l fltragg delle armnche.- Il secnd sstema sfrutta nvece la pssbltà d cntrllare transstr d ptenza n md d avere pù aperture e chusure del crcut nel medesm semperd csì da varare l valre effcace della tensne alternata n uscta eglatr I eglatr Cnverttr a.c. - a.c. sn dspstv att a trasfrmare la tensne alternata avente un cert valre effcace e frequenza n un altra tensne sempre alternata ma d valre effcace ed eventualmente anche frequenza dverse.- Nel cas pù generale n cu s necesst d avere n uscta una tensne alternata varable sa n ampezza che, sprattutt n frequenza, s mpegan Sncrcnverttr : dspstv csttut da un addrzzatre cntrllat che trasfrma la tensne alternata d rete n una tensne cntnua d valre varable (eventualmente bdreznale se è rchesta l nversne del sens dell energa) ppure nn cntrllat se è rchesta sltant la varazne della frequenza e nn del valre effcace dell alternata, segut n cascata da un Inverter che almenterà l carc a frequenza varable.- Nel cas nvece s rcheda sltant una reglazne del valre effcace della tensne e nn della frequenza cme nel camp delle reglazn termche, lumnse e d pccl mtr unversal, trva larg mpeg l eglatre d a.c. csttut fndamentalmente da due trstr cllegat n antparallel pù crcut d cntrll.- Nel cas pù semplce d carc puramente resstv, cn la cr - rente n fase cn la tensne al - ternata applcata, se al pst de due trstr c fsser due dd, la crrente sul carc avrebbe an dament snusdale n quant due dd sarebber alternatva - mente pst n cnduzne : l dd durante la semnda p - stva ed l durante la negatva.- In presenza de rstr, regland l rtard t del temp d nnesc, s regla l stante d nz del passagg della crrente sa pstva che negatva alternatvamente attravers due trstr per cu la crrente sul carc hmc avrà l andament ndcat n fgura.- 94

27 Negl ntervall d temp t durante qual trstr sn nterdett, la tensne d almentazne cadrà nteramente su d ess mentre sul carc sarà nulla.- arand l temp d nnesc t rspett l naturale stante d cmmutazne de trstr, s parzalzza la tensne a cap del carc rducend csì l valre effcace della crrente assrbta.- Nel cas d carc Ohmc - nduttv, essend la crrente n rtard sulla tensne, le frme d nda rsultan pù cmplesse e l annullament della crrente rsulta pstcpat rspett l azzerament della tensne, pur rmanend nvarata la pssbltà d reglazne del valre effcace della crrente n funzne dell angl d parzalzzazne.- Nel cas d applcazn trfas, è suffcente cllegare tre cppe d trstr n antparallel, una per cascuna fase, sfasand pprtunamente gl mpuls d Gate.- 95

28 Captl II AZIONAENI INDUSIALI Generaltà Per aznament ndustrale s ntende quell nseme d apparecchature elettrmeccanche che sn atte a trasfrmare l energa elettrca frnta da un dstrbutre (ENEL) n una mtrzzazne aznament d un dspstv meccanc del tp pù var.- In base alle necesstà della acchna Aznata (Ptenza, cpa, velctà e lr camp d reglazne, cndzn d mpeg ecc.) s scegle un pprtun tp d tre Elettrc n grad d frnre la ptenza, cpa e velctà rcheste.- In base al tp d Srgente d Energa Elettrca dspnble e al tp d tre elettrc necessar e alle eglazn a lu rcheste dall utenza, s scelgn crcut adatt a cllegare la Srgente d energa elettrca al mtre.- Agl nz della tecnca degl aznant elettrc, la tendenza era quella d esegure l aznament d tutta l ffcna cn un unc grande mtre (mpant elettrc cncentrat perché percls e naffdabl) per p dstrbure la ptenza meccanca medante lnee d dstrbuzne meccanche dalle qual, medante cnghe, pulegge ed ngranagg, venva dervata alle sngle macchne peratrc.- Il grad d scurezza ed affdabltà raggunt attualmente negl mpant elettrc e la pssbltà d ttenere reglazn elettrnche ttmal dfferenzate a secnda delle esgenze delle sngle macchne peratrc hann spnt vers l nstallazne d pù mtr d mnre ptenza, adatt alle sngle utenze all ntern nelle mmedate vcnanze delle utenze stesse Struttura generale d un aznament L aznament è l nseme d cmpnent elettrmeccanc ed elettrnc che cnsente la trasfrmazne d energa elettrca n energa meccanca avente cppa, velctà e pszne cntrllabl secnd un cert prgramma.- L aznament va cnsderat cme un nseme d element nteragent n md autmatc: 96

29 -- tre elettrc: rasfrma l energa elettrca frnta dal cnverttre statc n energa meccanca: è cè l Attuatre d ptenza.- alvlta l mtre ncrpra un trasduttre d velctà d pszne.- -- Cnverttre statc: Frnsce l energa elettrca al mtre elettrc prelevandla dalla rete d dstrbuzne e cnvertendla n manera pprtuna.- L almentazne può essere n crrente alternata cntnua a secnda del tp d dstrbuzne.- L uscta del cnverttre può essere n crrente cntnua ad ampezza cstante varable, n crrente alternata a frequenza ed ampezza cstant varabl: varand quest parametr l mtre è frzat a segure le struzn d velctà, accelerazne e pszne frnte va va dall elabratre che csttusce l sstema d cntrll.- Il cnverttre deve avere un Sstema d prtezn : la fndamentale è quella d assma crrente.- --Dspstv d cntrll: Può essere analgc, dgtale, a mcrprcessr ed attua la stratega d cntrll delle grandezze d cmand del cnverttre n base alle rcheste del sstema e le legg d cntrll prempstate.- Il dspstv d cntrll è csttut da:. Generatre d rferment che fssa n gn stante l valre della grandezza d cmand.. Blcc d msura cmprendente trasduttr della grandezze elettrche e meccanche prvenent da tutt l sstema ed esegue la lr elabrazne che nva al blcc legge d cntrll. 3. Blcc legge d cntrll rceve valr msurat, l cnfrnta cn quell del generatre d rferment e, n base alle esgenze stablte dalla stratega d cntrll, nva al cnverttre gl mpuls necessar affnché quest ultm frnsca al mtre la tensne e crrente necessare ad attuare l aznament vlut.- La legge d cntrll deve permettere d raggungere le cndzn d funznament desderate sa n regme transtr che permanente.- A tale scp s può rcrrere a sstem a catena aperta, nel cas d aznament cn regm prevalentemente staznar avent mment d nerza e transtr trascurabl, altrment a sstem a catena chusa.- 97

30 7... Sstem d cntrll a catena aperta: Sn sstem ne qual l azne d cntrll è ndpendente dall uscta.- Pchè n quest sstem nn è prevst alcun cnfrnt tra la grandezza d uscta e quella desderata, s pssn verfcare ntevl varazn all uscta senza che vengan crrette.- L esemp seguente mstra un sstema d cntrll a catena aperta ve, varand la ensne d rferment l almentatre vara la crrente d ecctazne della dnam e qund la tensne d almentazne del mtre per cu, a partà d cppa frenante, vara la velctà del mtre Ω.- Le equazn d funznament del mtre sn: E I U E k Φ Ω k Φ Ω k Φ k Φ U I Ω U k Φ kk Φ Pchè la velctà del mtre dpende dal valre della cppa frenante, dal fluss d ecctazne del mtre, dalla tensne delle dnam che, a sua vlta, dpende dalla velctà del mtre asncrn ltre che dalla crrente d ecctazne della dnam stessa, una qualsas azne d dsturb su un d tal parametr può far varare la velctà del mtre Ω n md ndesderat a prescndere dalla varazne vluta che s ttene agend su.- La rappresentazne a blcch d quest sstema può essere la seguente: Il rapprt tra la grandezza n uscta e quella n ngress, prende l nme d Funzne d trasferment Uscta( t ) G Ω ( t Ingress( t ) ) G v r ( t ) 98

31 7... Sstem d cntrll a catena chusa: Se nel sstema d cntrlla a catena aperta vst al punt precedente s nsersce sull asse del mtre una Dnam tachmetrca e s nva la sua tensne d uscta (prprznale alla velctà Ω del mtre) all ngress, chudend l anell d cntrll n md che all almentatre A rsult applcata la tensne: d b s realzza una retrazne negatva a sstema d cntrlla a catena chusa.- b Se la velctà del mtre Ω aumenta per un qualsas mtv, la tensne b frnta dalla dnam tachmetrca aumenta per cu la tensne d b applcata all amplfcatre dmnusce determnand la rduzne della crrente d ecctazne della dnam e della tensne applcata al mtre cn la cnseguenza d rdurre la velctà del mtre rcnducendla al valre nzale legat al valre della tensne d reglazne.- La rappresentazne a blcch d quest sstema è: µ d µ r µ b 99

32 Espressne analtca della rspsta d un sstema a catena chusa Dat un sstema avente funzne d trasferment G, s nsersca una reazne negatva H u G ε b H u ε r b u G ε G ( r b ) G r G b G r G H u u ( + G H ) G r G u r + G H E questa l espressne generale che frnsce l uscta u n funzne dell ngress r d un Sstema cntrllat a reazne negatva.- La Funzne d trasferment equvalente vale: G e + G G H Se l prdtt G.H (guadagn ad anell apert) è mlt grande, rsulta: G G u r r r + G H G H H per cu l segnale d uscta nn rsente d eventual varazn d G (legat a mlt element : Almentatre, Cnverttre, tre e lr almentazn) ma sltant d quelle d H csttut generalmente da un sl element che deve essere scelt accuratamente.- Esemp : Le funzn d trasferment san: Amplfcatre - Dnam A 00 tre: gr 5 mn Dnam achmetrca: H 0, gr mn g g mn G 000 mn G A 000 G e 9, G H , Applcand una tensne d reglazne v r 50, 5 la velctà del mtre rsulterà: 00

33 n G,, g e v r mn Se, per la presenza d un qualsas dsturb, l valre d G vara dell % passand a: g mn G 00 la presenza della reazne negatva fa s che la velctà pass al valre d: 00 n 50, 5 500, 049 g , mn cn una varazne percentuale: 500, n% 00 0, 0098% 500 Il sstema a catena chusa cnfersce al sstema una cstanza del guadagn cmplessv se G.H>> In defntva l Aznament a catena aperta s adtta quand le caratterstche del grupp Amplfcatre-Almentazne-Cnverttre-tre sn suffcentemente stabl e affdabl da cnsentre, a regme, una precsne (scstament nel temp tra velctà, cppa, pszne desderate e quelle ttenute) ne lmt vlut.- In cas cntrar s rcrre ad un Aznament a catena chusa nel quale n gn stante la grandezza d cntrll del cnverttre è calclata n base al cnfrnt tra l segnale d rferment e quell prvenente dal trasduttre che legge l valre della grandezza n uscta.- 0

34 Esemp d aznament d un mtre a c.c. cn cntrll d Cppa, elctà, Pszne Nel cas pù generale nel quale l aznament preveda un cntrll cmplet del mt : e cè d pszne, velctà e cpa sarann necessar tre dstnt anell d reazne: Il psznament dell rgan cntrllat è prmar rspett agl altr e qund è l pù estern: Il rferment d pszne vene cnfrntat cn l segnale f frnt dal rasduttre d pszne p p e frnsce l errre d pszne ε p che, amplfcat dall Amplfcatre d pszne A p cmanda gl stad successv.- La velctà ha cme segnale d rferment v frnt dall amplfcatre d pszne vene cnfrntat cn l segnale Ω frnt dal rasduttre d velctà, s ttene csì l errre d velctà ε v che cntene anche l errre d pszne frnt da ε v, amplfcat dall Amplfcatre d velctà crrente.- A asseme ad p v A p e v ; l errre d velctà A v cmanda l stad successv del cntrll d Essend la cppa all asse del mtre prprznale alla crrente assrbta : k Φ I l cntrll d tale crrente frnsce l cntrll d cppa I che, cnfrntat cn l segnale d rferment I, determna l errre d cppa ε I cntenete anche l errre d velctà e d pszne frnt dagl stad precedent ; l errre ε I, amplfcat dall Amplfcatre d cppa A I, frnsce l segnale d rferment per l cntrll de Cmand del Cnverttre. C Il crcut d Cmand del cnverttre cntrllan gl SC del Cnverttre che, almentat da una rete trfase, frnsce la ptenza al tre, cntrllat ad una tensne pprtuna.- Esemp d aznament avente sltant l cntrll d pszne 0

35 Aznament cn mtr a crrente cntnua Negl aznament a crrente cntnua s usan prevalentemente tr a crrente cntnua cn ecctazne separata n quant cnsentn un ampa reglazne della velctà agend sa sulla tensne d almentazne che sulla crrente d ecctazne separatamente n cmbnazne.- Pché la srgente d almentazne che s ha nrmalmente a dspszne è una rete n crrente alternata trfase, l prblema della generazne d una tensne cntnua d ampezza varable necessara per la varazne della velctà vene rslt cn l mpeg d addrzzatr cntrllat che usan dd, trstr e transstr d ptenza.- Equazne del tre a crrente cntnua cn ecctazne separata: Dalla tera de mtr n crrente cntnua s ttengn le seguent equazn che frnscn: La velctà del mtre (W) E I Ω che, trascurand la caduta nterna k Φ k Φ k Φ rspett la tensne d almentazne, rsulta drettamente prprznale alla tensne applcata ed nversamente prprznale al fluss d ecctazne La cppa generata () k Φ I che e prprznale al fluss d ecctazne e alla crrente assrbta Se la varazne d velctà è ttenuta mantenend l fluss cstante e varand la tensne, la cppa mtrce ptrà, se rchesta dal carc, crrspndere alla massma nmnale a tutte le velctà determnand una relatva varazne della ptenza assrbta: Se la varazne della velctà è ttenuta mantenend cstante la tensne e varand l fluss, la cppa massma ttenble alle vare velctà rsulterà: n I n k cè nversamente prprznale alla velctà Ω Ω essend la ptenza cstante In mlte applcazn s attua la reglazne msta cè a Fluss cstante sn a raggungere la ptenza nmnale per p lavrare a ensne cstante Caratterstche de Cnverttr per gl aznament de mtr a c.c.: Per l aznament d mtr d pccla ptenza pssn essere mpegat cnverttr mnfas, altrment vengn nrmalmente usat grupp d cmmutazne cntrllat, pnt semcntrllat ttalmente cntrllat trfas che frnscn una tensne pù lvellata.- A secnda 03