DIPLOMA A DISTANZA IN INGEGNERIA ELETTRICA

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Emma Colli
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1 DPLOMA A DSTANZA N NGEGNERA ELETTRCA CORSO D ELETTRONCA NDUSTRALE D POTENZA Lezione 7 Controllo di corrente di invertitori trifase a tensione impressa Docente: Luigi Malesani Dipartimento di ngegneria Elettrica Universitá di Padova Controllo di corrente di invertitori trifase a tensione impressa con centro stella non isolato o isolato Controllo analogico di corrente trifase ad isteresi deadbeat con centro stella non isolato o isolato l controllo delle correnti di un invertitore trifase a tensione impressa può essere fatto semplicemente con tre controlli di corrente monofase indipendenti se il centro stella del carico è nonisolato, cioè è connesso al centro delle tensioni di alimentazione E/ e E/ dell invertitore. E E Centro stella del carico non isolato v 0 =0 v v v Centro stella del carico non isolato Tre controlli analogici indipendenti PWM PWM PWM U U U

deadbeat con centro stella non isolato o isolato l controllo delle correnti di un invertitore trifase a tensione impressa può essere fatto semplicemente con tre controlli di corrente monofase

2 Se il centro stella del carico è isolato (oppure se il carico è connesso a triangolo o in casi analoghi) le correnti nelle tre fasi non sono più indipendenti ed il funzionamento dei diversi sistemi di controllo di corrente risulta alterato in vario modo. E E v v v v 0 Se il centro stella del carico è isolato (oppure se il carico è connesso a triangolo o in casi analoghi) le correnti nelle tre fasi non sono più indipendenti ed il funzionamento dei diversi sistemi di controllo di corrente risulta alterato in vario modo. Ogni variazione di tensione in una fase produce variazioni di corrente anche nelle altre. Si ha cioè interferenza tra le fasi. Effetti di una tensione di fase sulle altre fasi v i = i = i / Z i i Z i Z L interferenza produce ondulazione nella tensione di centro stella v 0, che è la risultante delle ondulazioni delle tensioni di fase v, v, v, dovute alla modulazione. Per l interferenza, l ondulazione delle correnti di fase risulta deformata rispetto all andamento triangolare caratteristico dei controlli PWM monofase. i(t) v(t) med v 0

Ogni variazione di tensione in una fase produce variazioni di corrente anche nelle altre. Si ha cioè interferenza tra le fasi.

3 Se il carico è equilibrato, cioè se le impedenze nelle tre fasi sono uguali e le f.c.e.m. U sono simmetriche con somma istantanea nulla... Carico resistivo/induttivo, con f.c.e.m., connesso a stella L L R R U U 0 L R U Col centro stella isolato vale la condizione i i i = 0 Se il carico è equilibrato si ha U U U = 0 Le equazioni del carico sono v L di = Ri U v0 v L di = Ri U v0 v L di = Ri U v0 e, per le condizioni precedenti v0 = ( v v v) / Scindendo le tensioni v, v, v, prodotte dall invertitore, nel loro andamento medio v med ed in un termine di ondulazione v r v = vmed vr v = vmed vr v = vmed vr e analogamente per le correnti di fase... si può scrivere per i valori medi v L di med med = Rimed U v0med v L di med med = Rimed U v0med v L di med med = Rimed U v0med dove v0med = ( vmed vmed vmed) /

4 e per i termini di ondulazione v L di r r = Rir v0r v L di r r = Rir v0r v L di r r = Rir v0r dove v0r = ( vr vr vr ) / Risulta anche v0 = v0med v0r Nelle relazioni precedenti si è tenuto conto che, per le f.c.e.m., U med = U, non essendovi in esse termini di ondulazione dovuta alla modulazione. Controllo analogico di corrente trifase Controllo analogico di corrente trifase Anche nel caso di carico con centro stella isolato l impiego di tre controlli analogici di corrente dà un buon funzionamento. L interferenza tra le fasi, che altera l andamento delle correnti istantanee, non altera sostanzialmente il funzionamento dei regolatori P che controllano le correnti. Controllo analogico di corrente trifase Dovendo essere i i i = 0 anche i riferimenti delle correnti dovranno soddisfare la condizione * * * = 0 Controllo analogico di corrente trifase * * *=0 PWM PWM PWM U U U 0

Controllo analogico di corrente trifase Controllo analogico di corrente trifase Anche nel caso di carico con centro stella isolato l impiego di tre controlli analogici di corrente dà un buon

5 Controllo analogico di corrente trifase l controllo analogico di corrente trifase dà errori non trascurabili delle correnti medie, analogamente al controllo monofase, dovuti alle limitazioni di guadagno proporzionale poste dalle condizioni per assicurare la stabilità. ad isteresi l controllo di corrente ad isteresi per i sistemi trifase si può fare, come per i sistemi monofase, a banda fissa e frequenza variabile o a banda variabile e frequenza fissa. Nel caso di carico con centro stella non isolato, si possono usare senza ulteriori problemi tre controlli monofase ad isteresi, sia a banda fissa sia a banda variabile, operanti senza interferenza l uno con l altro. Nel caso di carico con centro stella isolato, l interferenza tra le fasi altera il regolare andamento dell ondulazione di corrente. iene così alterato il regolare funzionamento del controllo ad isteresi, che si basa sulla intersezione tra la corrente ed i limiti della banda. * * *=0 centro stella isolato ST ST ST U U U 0 Nel controllo di corrente ad isteresi a banda fissa, l interferenza provoca irregolari e vistose variazioni della frequenza di commutazione...

ad isteresi l controllo di corrente ad isteresi per i sistemi trifase si può fare, come per i sistemi monofase, a banda fissa e frequenza variabile o a banda variabile e frequenza fissa.

6 nstabilità causata dalla interferenza i(t) v 0 v(t) Le irregolarità causate dalla interferenza, disturbano il funzionamento dei controlli di frequenza a PLL nei controlli di corrente ad isteresi a banda variabile, e ne rendono impossibile l impiego. L impiego dei controlli di corrente ad isteresi sia a banda fissa sia a banda variabile nei sistemi trifase con carico equilibrato diventa tuttavia possibile, se i controlli agiscono, anzichè sulle effettive forme d onda di corrente delle tre fasi, su forme d onda modificate, depurate dai contributi della interferenza. Le correnti modificate i c, i c, i c si ottengono sommando lo stesso termine correttivo i 0c alle tre correnti di fase ic = i i0c ic = i i0c ic = i i0c l termine correttivo i 0c corrisponde alla corrente che la tensione di centro stella v 0 produrrebbe sulla impedenza di ciascuna fase. Per tale termine vale la relazione v L di 0c 0 = Ri0c Dalle equazioni del carico, scritte prima, si ottiene quindi v L di c = Ric U v L di c = Ric U v L di c = Ric U

L impiego dei controlli di corrente ad isteresi sia a banda fissa sia a banda variabile nei sistemi trifase con carico equilibrato diventa tuttavia possibile, se i controlli agiscono, anzichè sulle

7 Tali equazioni mostrano che le correnti modificate i c, i c, i c dipendono ognuna dalla rispettiva tensione di fase prodotta dall invertitore e dalla f.c.e.m. agente nella stessa fase. Esse sono indipendenti dalle tensioni delle altre fasi, e dalle relative commutazioni. Le correnti modificate sono dunque libere da interferenza e su di esse si possono applicare controlli ad isteresi, sia a banda fissa sia a banda variabile e frequenza fissa, con risultati eguali a quelli ottenibili in controlli monofase. i(t) Compensazione del centro stella con compensazione della v 0 i (t) c i 0c(t) v 0 v(t) media i 0c (slr) ST ST ST 0 i i i U U U 0 deadbeat deadbeat l controllo predittivo di corrente dead beat trifase è un metodo di controllo digitale, che utilizza un microprocessore per determinare i comandi da dare all invertitore. Esso si basa, come quello monofase, sul campionamento delle tre correnti istantanee di fase i, i, i all inizio di ogni periodo di commutazione.

Le correnti modificate sono dunque libere da interferenza e su di esse si possono applicare controlli ad isteresi, sia a banda fissa sia a banda variabile e frequenza fissa, con risultati eguali a

8 deadbeat Durante tale periodo (T ), viene fatto il calcolo delle tensioni medie v med, v med, v med da applicare nel periodo successivo (T ) per portare le correnti delle tre fasi a coincidere con i rispettivi riferimenti alla fine del periodo successivo stesso. Le f.c.e.m. U vengono misurate o possono anche essere stimate in base all evoluzione delle correnti nei periodi precedenti. deadbeat l calcolo predittivo viene spesso fatto utilizzando il metodo vettoriale, che dà anche direttamente i dutycycles da applicare per ottenere le tensioni medie volute. Nel calcolo, viene tenuto conto dell evoluzione presumibile dovuta all applicazione in T delle tensioni medie calcolate nel periodo (T 0 ) precedente al campionamento. deadbeat Φ/αβ D Clock Pred. (T 0) MOD. ETT. U S/H S/H S/H Φ/αβ i i i Z L Z L Z L Φ/αβ U U U 0 deadbeat l calcolo predittivo vettoriale si basa sulle equazioni del carico. Nel caso, abbastanza comune, che le resistenze R si possano trascurare si ha v L di = U v0 v L di = U v0 v L di = U v0 deadbeat ntegrando sul periodo di modulazione T si ottiene v L i med = Umed v0med T v L i med = Umed v0med T v L i med = Umed v0med T Dove i, i, i, sono le variazioni delle correnti tra l inizio e la fine del periodo. deadbeat Applicando la trasformazione vettoriale diretta si ottiene U L L = = T Dove, U, sono i vettori dei valori medi delle tensioni dell invertitore e delle f.c.e.m, L è il vettore delle tensioni totali medie applicate al carico, e è il vettore delle variazioni delle correnti tra l inizio e la fine del periodo.

deadbeat l calcolo predittivo viene spesso fatto utilizzando il metodo vettoriale, che dà anche direttamente i dutycycles da applicare per ottenere le tensioni medie volute.

9 deadbeat deadbeat La relazione vettoriale ricavata mostra che, in ogni periodo di modulazione, il vettore L della totale tensione media di carico e quello della variazione di corrente nel periodo sono tra loro proporzionali, secondo il fattore L/T, ed hanno quindi la stessa direzione. (T 0 ) L U deadbeat Per poter fare i calcoli di previsione, si devono conoscere tutti i parametri del carico e dell invertitore. Si suppone che, durante T e T, i valori delle f.c.e.m. U e dei riferimenti di corrente si possano ritenere costanti. deadbeat Normalmente si assume frequenza di commutazione f c costante, e quindi durata uguale per tutti i periodi T. Si usa di solito la modulazione trifase vettoriale nella sua forma più perfezionata, che dà impulsi centrati nelle tre fasi. n tal modo l ondulazione di corrente nelle tre fasi è la minima possibile. Contenuto della lezione 7 con centro stella non isolato o isolato Controllo analogico di corrente trifase ad isteresi deadbeat

(T 0 ) L U deadbeat Per poter fare i calcoli di previsione, si devono conoscere tutti i parametri del carico e dell invertitore. Si suppone che, durante T e T, i valori delle f.c.e.m. U e dei riferimenti di corrente si possano ritenere costanti.

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