CONTROLLO SCALARE V/Hz DEL MOTORE ASINCRONO. Prof. Silvio Stasi Dott. Ing. Nadia Salvatore Dott. Ing. Michele Debenedictis

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1 CONTROLLO SCALARE V/Hz DEL MOTORE ASINCRONO

2 SCHEMA DELL AZIONAMENTO A CATENA APERTA AZIONAMENTO L azionamento a catena aperta comprende il motore asincrono e il relativo convertitore statico che riceve dall esterno l alimentazione elettrica e i comandi necessari a fare in modo che le grandezze di uscita (es. velocità à di rotazione del motore,.) assumano i valori prefissati e possano essere modificate in base alle necessità dell azionamento stesso.

3 SCHEMA DELL AZIONAMENTO A CATENA CHIUSA Quando l azionamento a catena aperta non permette di raggiungere la precisione voluta (a causa di disturbi che modificano il valore delle grandezze di uscita indipendentemente dai comandi di ingresso) si ricorre all azionamento a catena chiusa. AZIONAMENTO

4 SCHEMA DELL AZIONAMENTO A CATENA CHIUSA AZIONAMENTO I controllori attuali sono generalmente di tipo digitale, a microprocessori, e questo comporta la necessità di utilizzare convertitori A/D e D/A per interfacciare sistemi che forniscono segnali analogici con quelli che funzionano con segnali digitali.

5 CONVERTITORE A FREQUENZA VARIABILE E TENSIONE VARIABILE Fino ad ora abbiamo considerato la macchina alimentata da una sorgente a frequenza fissa, ovvero abbiamo considerato ω s costante. Se la macchina è alimentata da una sorgente a frequenza variabile allora essa può ruotare a diverse velocità. Il convertitore consente di regolare la velocità delle macchine asincrone per mezzo del controllo della frequenza di alimentazione, a costi abbastanza contenuti. Per una macchina asincrona alimentata da inverter è possibile effettuare avviamenti senza assorbire correnti elevate.

6 ALIMENTAZIONE A FREQUENZA VARIABILE E FLUSSO AL TRAFERRO COSTANTE Caratteristica nominale del motore asincrono La coppia non dipende dalla pulsazione di alimentazione ma dalla pulsazione delle grandezze rotoriche ω s - ω r. Coppia nominale Le curve di coppia a pulsazioni diverse da ω srated si ottengono traslando verso sinistra la curva di coppia alla pulsazione nominale ω srated di alimentazione.

7 ALIMENTAZIONE A FREQUENZA VARIABILE E FLUSSO AL TRAFERRO COSTANTE La coppia non dipende dalla pulsazione di alimentazione, ma dalla pulsazione delle grandezze rotoriche ω s - ω r. Le curve di coppia a pulsazioni diverse da ω s rated si ottengono traslando verso sinistra la curva di coppia alla pulsazione nominale di alimentazione ω srated.

8 AVVIAMENTO DEL MOTORE INDUZIONE CON CONTROLLO V/Hz La corrente assorbita aumenta con lo scorrimento s, l inverter consente di mantenere s entro limiti accettabili per tutto l avviamento. È possibile far sviluppare al motore la coppia massima all avviamento regolando in modo sufficientemente basso la frequenza. Ad es. all avviamento la pulsazione è pari a 0.1 ω s rated. La coppia iniziale di accelerazione è indicata con T acc in figura. Quando ω s aumenta (con V S, ovviamente) la macchina accelera, il punto di lavoro P dipende dalla pulsazione ω s.

9 OPERAZIONI A BASSI VALORI DI VELOCITÀ DI UN MOTORE INDUZIONE CON CONTROLLO V/Hz A ω s rated, la macchina è progettata per lavorare in P con la coppia di carico nominale. Per bassi valori di velocità, in caso di macchine autoventilate, la circolazione di aria e il raffreddamento sono minori e la macchina non può lavorare con il carico nominale (=> declassamento del motore). La macchina deve lavorare con una coppia di carico ridotta di un 20% a basse velocità come mostrato in figura. La riduzione di coppia è necessaria solo per operazioni continue nel tempo a basse velocità e non per l avviamento. Se la macchina ha una ventilazione separata allora non è necessario ridurre la coppia di carico.

10 OPERAZIONI A VELOCITÀ SUPERIORI A QUELLA NOMINALE CON INDEBOLIMENTO DEL CAMPO Regione a potenza costante Coppia massima Se V s è mantenuta costante al valore nominale V s rated, ω s può essere aumentato solo se la corrente magnetizzante si riduce, cioè quando il campo è indebolito e la coppia massima si riduce in modo inversamente proporzionale a ω 2 s. Se V s =V s rated, I s =I s rated, si ha Tω s = costante (vedi figura). ω ω r rated s rated Se ω s aumenta, P può raggiungere la coppia massima e quindi si è nella regione in cui Tω 2 s =costante.

11 CARATTERISTICA Volt-Hz Per mantenere il flusso al traferro costante, si deve imporre la legge di alimentazione: V s ω = s k Legge Volt/Hz Circuito equivalente di una macchina asincrona. V=R s si+jω s sldsi s+jωslmim E M=-jωsLMIM A basse frequenze c è bisogno di una tensione V s =V b (detta tensione di boost) per compensare la c.d.t. sulla R s, che non è più trascurabile. Caratteristica Volt-Hz

12 REGOLAZIONE DI VELOCITÀ DI UN MOTORE ASINCRONO CON CONTROLLO V/Hz DEL FLUSSO AL TRAFERRO Per avere un controllo di velocità, mantenendo il flusso al traferro costante, si deve imporre la legge di alimentazione: V s =costante Legge ωs Volt/Hz ALIMENTAZIONE AZIONAMENTO PER LA REGOLAZIONE DELLA VELOCITÀ CON CONTROLLO V/Hz (CON INVERTITORE VSI).

13 REGOLAZIONE DI VELOCITÀ DI UN MOTORE ASINCRONO CON CONTROLLO V/Hz DEL FLUSSO AL TRAFERRO Per avere un controllo di velocità, mantenendo il flusso al traferro costante, si deve imporre la legge di alimentazione: V s =costante Legge ωs Volt/Hz ALIMENTAZIONE AZIONAMENTO PER LA REGOLAZIONE DELLA VELOCITÀ CON CONTROLLO V/Hz (CON INVERTITORE PWM).

14 REGOLAZIONE DI COPPIA TRAMITE sω s (FUNZIONAMENTO A COPPIA COSTANTE) CON CONTROLLO V/Hz DEL FLUSSO AL TRAFERRO Se invece di un controllo di velocità, si desidera una regolazione della coppia, il segnale di comando è la pulsazione di alimentazione delle grandezze rotoriche sω s =ω s -ω r. Sommando alla velocità di rotore ω r e un prefissato valore di sω s si ottiene il funzionamento a coppia costante.

15 REGOLAZIONE DI COPPIA TRAMITE sω s (FUNZIONAMENTO A COPPIA COSTANTE) CON CONTROLLO V/Hz DEL FLUSSO AL TRAFERRO Se invece di un controllo di velocità, si desidera una regolazione della coppia,il segnale di comando è la pulsazione di alimentazione delle grandezze rotoriche sω s =ω s -ω r. ALIMENTAZIONE DINAMO TACHIMETRICA AZIONAMENTO PER LA REGOLAZIONE DI COPPIA TRAMITE sω s CON CONTROLLO V/Hz (CON INVERTITORE PWM) COMANDO DI COPPIA

16 REGOLAZIONE DI VELOCITÀ CON COMPENSAZIONE DELLO SCORRIMENTO E CONTROLLO V/Hz DEL FLUSSO AL TRAFERRO Una regolazione più precisa di velocità si ottiene con un controllo a catena chiusa: ALIMENTAZIONE DINAMO TACHIMETRICA COMANDO DI COPPIA REGOLATORE Questa tecnica è implementata sulla maggior parte degli azionamenti commerciali. COMANDO DI VELOCITÀ AZIONAMENTO PER LA REGOLAZIONE DI VELOCITÀ

17 REGOLAZIONE DEL FLUSSO AL TRAFERRO E DI VELOCITÀ CON COMPENSAZIONE DELLO SCORRIMENTO Una regolazione del flusso al traferro e di velocità si ottiene con un controllo a doppio anello: ALIMENTAZIONE DINAMO TACHIMETRICA REGOLATORI COMANDO DI COPPIA COMANDO DI FLUSSO COMANDO DI VELOCITÀ AZIONAMENTO CON CONTROLLO IN RETROAZIONE DEL FLUSSO AL TRAFERRO E DELLA VELOCITÀ