Corso di ELETTRONICA INDUSTRIALE

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1 Corso di ELETTROICA IDUSTRIALE Introduzione al Corso Elettronica Industriale Conversione di energia Conversione elettrica Alim. i, f i Conv. o, f o Statico η 1 Carico Elettrico Le grandezze elettriche erogate al hanno caratteristiche di ampiezza e frequenza diverse da quelle dell alimentazione Il statico ha rendimento molto alto poiché é realizzato con componenti a basse perdite Elettronica Industriale Conversione di energia Conversione elettrica Conversione elettromeccanica Azionamenti Alim., I i, f i Conv., I o, f o Carico Statico Mecc. η 1 Motore La grandezza di uscita é meccanica (coppia, velocitá, posizione) Il statico eroga le tensioni e le correnti opportune (in ampiezza, fase e frequenza) ) per controllare il motore Altre conversioni: Elettronica Industriale Conversione di energia Conversione elettrica Conversione elettromeccanica Azionamenti elettrotermica termica (trattamenti termici: fusione, tempra, ecc.) elettrochimica (processi elettrochimici: elettrolisi, elettrodeposizione, ecc.) elettroluminosa luminosa (regolazione luminosa, alimentazione di lampade fluorescenti, ecc.) Tipi di convertitori Per le conversioni di energia si usano prevalentemente convertitori statici: ca/cc raddrizzatori ca/ca cc/ca invertitori Alim. i, f i Conv. o, f o Statico η 1 Carico Tipi di convertitori Per le conversioni di energia si usano prevalentemente convertitori statici: ca/cc raddrizzatori ca/ca ca/cc invertitori Tutti i convertitori impiegano interruttori elettronici che consentono elevata velocitá di operazione e buon rendimento energetico

2 Alimentatori circuiti elettronici lampade riscaldamento elettrico impianti elettrochimici Alimentatori Interfacce di rete rifasamento statico correzione attiva del fattore di potenza convertitori di frequenza filtri attivi Alimentatori Interfacce di rete Azionamenti applicazioni industriali laminatoi trafile continue per carta, plastica, tessuti,,... macchine utensili (torni, frese, ecc.) macchine operatrici (aspi, nastri trasportatori, fusi,,...) Alimentatori Interfacce di rete Azionamenti applicazioni industriali applicazioni civili elettrodomestici (utensili, lavatrici, lavastoviglie, rasoi, phon, ecc.) ambiente (ventilazione, condizionamento, riscaldamento, pompe, ecc.) consumer (CD, registratori, telecamere, ecc.) Alimentatori Interfacce di rete Azionamenti applicazioni industriali applicazioni civili applicazioni per trazione treni, metropolitane, filobus autoveicoli elettrici, carrelli elevatori ascensori e montacarichi carri ponte e gru funivie, cabinovie, skilift Rete Esempio di applicazione: Gruppo di continuitá (UPS, Uninterruptible Power Supply) Raddrizzatore Bypass Batteria Il viene alimentato anche in assenza di rete prelevando energia dalla batteria L inverter fornisce tensioni molto stabili in frequenza, ampiezza e forma d onda Il bypass consente l alimentazione diretta dalla rete in caso di guasto dell inverter o sovrac Inverter Carico Protetto

3 Esempio di applicazione: Forno ad induzione Rete Raddrizzatore L inverter genera una corrente ad AF nell induttore Il pezzo metallico viene riscaldato dalle correnti di Focault Lo spessore del trattamento termico dipende dalla frequenza della corrente impressa nell induttore Il induttivo viene rifasato capacitivamente (inverter con risonante) Inverter Pezzo Induttore ALIMETATORI ELETTROICI Alimentatori elettronici non regolati Alimentatori con regolatori lineari Alimentatori con regolatori switching (SwitchedMode Power Supplies, SMPS) Impatto sulla rete degli alimentatori Alimentatori con stadio di ingresso ad alto fattore di potenza (Power Factor Correctors, PFC) Funzioni del Isolamento tra alimentazione e Funzioni del Adattamento di tensione Funzioni del Funzioni del Possibilitá di generare diverse tensioni tra loro isolate (sistemi( multiuscita) Isolamento tra alimentazione e Adattamento di tensione Possibilitá di generare diverse tensioni tra loro isolate (sistemi( multiuscita)

4 Struttura del raddrizzatore (a doppia semionda) raddrizzatore a ponte di Graetz u o raddrizzatore u o raddrizzatore con a presa centrale raddrizzatore raddrizzatore dell alimentatore non regolato Rendimento elevato dell alimentatore non regolato Tensione di uscita non regolata varia se varia (10%, 0%) dipende dal raddrizzatore raddrizzatore dell alimentatore non regolato Corrente d ingresso deformata dell alimentatore non regolato Trasformatore a 50Hz (ingombrante( e costoso)

5 dell alimentatore non regolato Rendimento elevato Tensione di uscita non regolata varia se varia (10%, 0%) dipende dal Corrente d ingresso deformata Trasformatore a 50Hz (ingombrante( e costoso) Alimentatore di tensione con regolatore lineare U regolatore lineare Uscita stabilizzata ad un valore fisso I o Alimentatore di tensione con regolatore lineare Alimentatore di tensione con regolatore lineare U regolatore lineare I o Semplice ed economico (IC commerciali) U regolatore lineare Rendimento basso (regolatore( dissipativo) U U > 3V P d UI o é proporzionale a I o I o Alimentatore di tensione con regolatore lineare U regolatore lineare I o Utilizzabile per piccole potenze di uscita Uscita stabilizzata ad un valore fisso Semplice ed economico (IC commerciali) Rendimento basso (regolatore( dissipativo) U U > 3V P d U U I o é proporzionale a I o Utilizzabile per piccole potenze di uscita

6 Esempio Specifiche: Ug 0V rms ± 0% Esempio Scelta del rapporto spire 1 del min imin U min V 1V I o 1A Uimin Ugmin Esempio Ui Ug 19V± 0% 15 3 V 1 U Ui Uo 3 11V P U I 3 11W d o P η o 77 54% Po Pd Limitazione della temperatura dei componenti Pd R th T P d potenza dissipata R th resistenza termica T T sovratemperatura T componente T ambiente Tc omponente Tmax ( C) R th dipende da contenitore dissipatore refrigerazione ( ( Manca il a 50 Hz Tensione d uscita stabilizzata e regolabile

7 ( ( Rendimento elevato Trasformatore ad AF (piccolo ed economico) ( ( Un solo puó fornire piú uscite isolate Utilizzabile per potenze anche elevate ( Circuito complesso Manca il a 50Hz Tensione d uscita stabilizzata e regolabile Rendimento elevato Trasformatore ad AF (piccolo ed economico) Un solo puó fornire piú uscite isolate Utilizzabile per potenze anche elevate Circuito complesso

8 Forme d onda tipiche dei raddrizzatori a diodi I g Ui Forme d onda tipiche dei raddrizzatori a diodi V A Ug 0 V I g I grms 1.9 A I g1 1 A P 0 W 40 t [ms] I g I 1 gn Impatto sulla rete Distorsione armonica totale (Total Harmonic Distortion, THD) THD I g armoniche Ig1 Ign Ig1 Fattore di potenza (Power Factor, PF) 1.61 potenza attiva Ug Ig1 cosϕ 1 PF 0.53 potenza apparente Ug Ig Alimentatore con Power Factor Corrector PFC Power Convertitore Factor Corrector Filtro del PFC Migliora il comportamento lato rete riduce la distorsione armonica aumenta il fattore di potenza Alimentatore con Power Factor Corrector PFC Power Factor Corrector Convertitore Filtro del PFC Richiede uno stadio switching anche in ingresso abbassa il rendimento complica il circuito Alimentatore con Power Factor Corrector PFC Power Convertitore Factor Corrector Filtro del PFC Puó essere necessario per garantire la conformitá alle normative che limitano l emissione armonica

9 del PFC Migliora il comportamento lato rete riduce la distorsione armonica aumenta il fattore di potenza Richiede uno stadio switching anche in ingresso abbassa il rendimento complica il circuito Puó essere necessario per garantire la conformitá alle normative che limitano l emissione armonica Forme d onda tipiche dei Power Factor Corrector V A U g 0 V 10 i g THD PF I g I g1 1 A P 0 W 0 t [ms] Conclusioni Principali problematiche degli alimentatori elettronici Rendimento e dissipazione di potenza Ingombro e peso Impatto sulla rete di alimentazione Impatto sull ambiente (EMC) Costo Costo Costo.