Page 1. Corso di ELETTRONICA INDUSTRIALE. Principi di funzionamento di invertitori monofase a tensione impressa

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1 Corso di LRCA NDSRAL NROR MOFAS A NS MPRSSA Principi di funzionameno di inveriori monofase a ensione impressa Sruura e funzionameno dell inveriore monofase di ensione Meodi di modulazione a PWM analogici e digiali Modulazioni a bassa frequenza di porane e ad onda quadra Componeni di poenza per inveriori Generazione di due livelli di ensione: posiivo e negaivo 1. 3 Generazione di due livelli di ensione: posiivo e negaivo Due livelli di ensione di uscia Alimenazioni coninue ( e ) a bassa impedenza Carico connesso al puno inermedio delle alimenazioni 1. 4 Generazione di due livelli di ensione: posiivo e negaivo Carico induivo alla frequenza di modulazione Armoniche di modulazione nella correne di uscia filrae dal carico 1. 5 Generazione di due livelli di ensione: posiivo e negaivo Per generare i due livelli di ensione con correni sia enrani che usceni si esende la sruura del converiore Buck 1. 6 Page 1 1

2 (A) Correne di carico uscene ransisor conduore = (A) Correne di carico uscene ransisor inerdeo = (B) Correne di carico enrane ransisor conduore = (B) Correne di carico enrane ransisor inerdeo = (AB) Correne di carico bidirezionale Correne di carico bidirezionale ensione di uscia posiiva = Page 2 2

3 Correne di carico bidirezionale ensione di uscia negaiva = Realizzazione dell inveriore di ensione Ciascun ransisor con il diodo connesso in parallelo cosiuisce un inerruore bidirezionale Modulazione PWM Rappresenazione con inerruori ideali S 1 S 2 Per semplicià si userà la rappresenazione con inerruori ideali Modulazione PWM Rappresenazione con inerruori ideali S 1 S 2 uavia, la reale sruura degli inerruori pone dei vincoli alle modalià di operazione Modulazione PWM Rappresenazione con inerruori ideali S 1 S 2 Ad esempio, la conemporanea chiusura di S 1 ed S 2 provoca un coro circuio sulle alimenazioni Page 3 3

4 nveriore di ensione monofase Sovrapposizione di conduzione dei ransisor nveriore di ensione monofase Sovrapposizione di conduzione dei ransisor La sovrapposizione della conduzione dei due ransisori può essere causaa da riardi e imprecisioni dei comandi nveriore di ensione monofase Sovrapposizione di conduzione dei ransisor Per eviare la conduzione conemporanea dei due inerruori si dà un empo moro fra i due comandi di accensione empo moro di comando empo moro Conduzione dei diodi duraneil empo moro empo moro di comando Durane il empo moro è necessario avere una via di richiusura per la correne di carico uscene < 0 enrane > 0 C S empo moro enrane > 0 Durane il empo moro D SW Page 4 4

5 25 26 Conduzione dei diodi durane La via di richiusura il empo è assicuraa moro dai diodi in aniparallelo. La ensione in uscia dipende dal verso della correne uscene < 0 enrane > 0 nveriore di ensione monofase Sai dell inveriore S 1 S 2 = S 1 S 2 = S 1 S 2 dipende dal segno di S 1 S 2 N AMMSSA nveriore di ensione monofase Rappresenazione con inerruori ideali S 1 S 2 La modulazione PWM verrà sudiaa con riferimeno a inerruori ideali Modulazione PWM δ > 0.5 med > 0 v() = med = (2 δ 1) (1 δ) δ med Nella modulazione PWM, variando il duy cycle δ si varia il valore medio della ensione di uscia Modulazione PWM Modulazione PWM δ > 0.5 med > 0 v() med δ < 0.5 med < 0 v() med (1 δ) δ δ (1 δ) = med = (2 δ 1) = med = (2 δ 1) Page 5 5

6 Modulazione PWM Modulazione PWM Nel complesso, variazioni del duy δ < 0.5 med < 0 cycle (faore di uilizzazione) δ da 0 v() a 1 generano una ensione media di uscia variabile fra e = med = (2 δ 1) δ (1 δ) med La PWM consene di far seguire a med una δ < forma 0.5 d onda * med < 0 v() assegnaa, mediane variazioni nel empo del valore di δ: = med = (2 δ() 1) δ (1 δ) med Si oiene =0 con δ =0.5 = med = (2 δ 1) = med = (2 δ 1) Modulazione PWM Modulazione PWM Forma d onda sinusoidale ensione di uscia variabile v() med med i() v() med = med = (2 δ() 1) Modulazione PWM med e med sono definie Forma come d onda le sinusoidale medie in un periodo di modulazione dei valori isananei di ensione v() e di correne i() med i() v() med Modulazione PWM L ondulazione di correne inorno a med è ridoa dall azione filrane del carico med i() v() med Page 6 6

7 Modulazione PWM Modulazione analogica (con porane riangolare) con il duy cycle v() δ() corrispondene ad una La generazione dei segnali di comando forma d onda di riferimeno * può essere faa per via analogica med o per via digiale * Modulazione PWM Modulazione analogica (con porane riangolare) v() med * Modulazione PWM Modulazione analogica (con porane riangolare) La modulazione analogica è v() normalmene oenua comparando il riferimeno * con una porane riangolare med * (modulazione senoriangolo ) Modulazione PWM Modulazione analogica: schema a blocchi * Modulaore a PWM Logica di comando degli inerruori Conrollo del empo moro Modulazione PWM Modulazione La modulazione digiale a microconrollore digiale calcola direamene gli isani di Memoria μccommuazione, e quindi le (forma d'onda) durae di conduzione degli inerruori, a parire dalla forma Clock C Calcolo S1 Amp. d onda di riferimeno, di solio memorizzaa di * dei in forma numerica Freq. di * Conv. A/D empi di accensione Amp. di * Freq. di * Modulazione PWM Modulazione digiale a microconrollore μ C Clock Conv. A/D Memoria (forma d'onda) Calcolo dei empi di accensione Page 7 7

8 Modulazione PWM L uilizzo di microconrollori o di circuii inegrai dedicai (ASC) consene una realizzazione compaa del conrollo digiale Secondo la endenza auale, si preferisce il conrollo digiale per la sua affidabilià, per l assenza di procedure di araura e per la facilià di aggiornare il conrollo senza modificare il circuio Modulazione ad onda quadra Quando la frequenza di modulazione divena prossima a quella della * da generare (pochi impulsi per periodo) il filraggio del carico si riduce e la forma d onda della correneèmolodisora n alcuni casi le deformazioni sono acceabili. La PWM può consenire ancora di regolare l ampiezza della componene fondamenale della ensione Modulazione ad onda quadra v o / Modulazione ad onda quadra ^ ( o1)/ Con un solo impulso per periodo (modulazione ad onda quadra) l ampiezza della componene fondamenale della ensione generaa è fissa e se ne può regolare solano la frequenza 4/π fondamenale della ensione di uscia 1.4 4/π /2 /2 (a) armoniche (b) h La ensione d uscia è noevolmene deformaa, le armoniche sono molo vicine alla frequenza della fondamenale Modulazione PWM Modulazione analogica (con porane riangolare) nveriore monofase a pone inero Si può realizzare un inveriore monofase di ensione (a pone ad H ) unendo due inveriori monofase di ensione che uilizzano la sessa alimenazione Page 8 8

9 Converiore full bridge (pone inero) Generazione di ensione a re livelli S 1A S 1B i v o dc o v Ao v _ o v Bo _ S 2A (b) MODLAZ A D LLL: gli inerruori del ramo A vengono comandai in modo complemenare rispeo a quelli del ramo B S 2B S1A S2A S1B S2B 2 v med v 2 2med Le due fasi sono modulae con ensioni di riferimeno uguali ed oppose. Normalmene si usa la Generazione sessa porane di ensione per le due a re fasi livelli con alimenazione singola med 1med 2med 1med > ri S 1A 1 = 1med < ri S 2A 1 = S 1A, S 2B 1 = 2 = 12 =2 S 2A, S 1B 1 = 2 = 12 = med ( 1med ) > ri S 1B 2 = S 1A, S 1B 1 = 2 = 12 = 0 ( 1med ) < ri S 2B 2 = S 2A, S 2B 1 = 2 = 12 = 0 Per generare ensioni medie posiive si mudula la ensione isananea vo nveriore ra 0 e di 2 ensionee per generare monofase ensioni a PWM Generazione medie negaive di ra ensione 0 e 2. a re livelli con alimenazione singola 53 La frequenza di commuazione visa dal carico è doppia rispea a quella di nveriore commuazione di ensione degli inerruori. monofase a PWM Generazione di ensione a re livelli con alimenazione singola 54 1med 1med 2med 2med med med Page 9 9

10 nveriore rifase di ensione a PWM Generazione di re ensioni indipendeni Si oiene un inveriore rifase di ensione a PWM con re inveriori monofase di ensione a due livelli che uilizzano la sessa alimenazione nveriore rifase di ensione a PWM 1 * 2 * 3 * 1med v2v3 v 3 2med 3med nveriore rifase di ensione a PWM 1 * 2 * 3 * nveriore rifase di ensione a PWM 1 * 2 * 3 * v 3 1med Per produrre re ensioni di fase secondo dai riferimeni, ciascuna fase 2med può essere modulaa in modo indipendene 3med v 3 1med Normalmene per le re fasi si usa la sessa frequenza 2med di modulazione e spesso la sessa porane riangolare 3med nveriore di ensione rifase a PWM Generazione di re ensioni indipendeni nveriore rifase di ensione a PWM Generazione di re ensioni indipendeni 1 2 v = Page 10 10

11 nveriore di ensione rifase a PWM Generazione di re ensioni indipendeni Se il carico è privo di connessione di cenro sella si può usare un unica ensione di alimenazione 2 v 3 Page 11 11