Corso di ELETTRONICA INDUSTRIALE MODULAZIONE VETTORIALE. CONTROLLO DI CORRENTE DI INVERTITORI A TENSIONE IMPRESSA

Transcript

1 Corso di ELETTRONICA INDUSTRIALE MODULAZIONE ETTORIALE. CONTROLLO DI CORRENTE DI INERTITORI A TENSIONE IMPRESSA

2 Modulazione vettoriale e controllo di corrente di invertitori a tensione impressa

3 Modulazione vettoriale e controllo di corrente di invertitori a tensione impressa Rappresentazione vettoriale

4 Modulazione vettoriale e controllo di corrente di invertitori a tensione impressa Rappresentazione vettoriale Trasformazioni diretta ed inversa

5 Modulazione vettoriale e controllo di corrente di invertitori a tensione impressa Rappresentazione vettoriale Trasformazioni diretta ed inversa Controllo vettoriale trifase di tensione

6 Modulazione vettoriale e controllo di corrente di invertitori a tensione impressa Rappresentazione vettoriale Trasformazioni diretta ed inversa Controllo vettoriale trifase di tensione Controlli di corrente monofase di invertitori di tensione

7 Modulazione vettoriale e controllo di corrente di invertitori a tensione impressa Rappresentazione vettoriale Trasformazioni diretta ed inversa Controllo vettoriale trifase di tensione Controlli di corrente monofase di invertitori di tensione Controlli di corrente trifase

8 Modulazione vettoriale e controllo di corrente di invertitori a tensione impressa Rappresentazione vettoriale Trasformazioni diretta ed inversa Controllo vettoriale trifase di tensione Controlli di corrente monofase di invertitori di tensione Controlli di corrente trifase Controllo di corrente digitale predittivo

9 Modulazione ettoriale di Tensione L invertitore trifase può generare tre tensioni di fase indipendenti a due livelli

10 Modulazione ettoriale di Tensione L invertitore trifase può generare tre tensioni di fase indipendenti a due livelli Sono possibili otto combinazioni (stati) indipendenti

11 Modulazione ettoriale di Tensione L invertitore trifase può generare tre tensioni di fase indipendenti a due livelli Sono possibili otto combinazioni (stati) indipendenti Con opportuna modulazione è possibile generare una qualsiasi terna di valori medi 1med, 2med, 3med compresi fra +E e -E

12 Modulazione ettoriale di Tensione Un carico con centro stella isolato è sensibile solo alle tensioni concatenate, e non al valore della tensione di centro stella

13 Modulazione ettoriale di Tensione Un carico con centro stella isolato è sensibile solo alle tensioni concatenate, e non al valore della tensione di centro stella Una terna qualsiasi di tensioni può essere rappresentata con un vettore in un piano, a meno dell informazione del valore della tensione di centro stella

14 Modulazione ettoriale di Tensione + 2E - v 1 v 2 v 3

15 Rappresentazione vettoriale di una terna di tensioni 1 b 2 3 a c

16 Rappresentazione vettoriale di una terna di tensioni 1 b 2 3 a c

17 Rappresentazione vettoriale di una terna di tensioni 1 b a c

18 Rappresentazione vettoriale di una terna di tensioni 1 b a c

19 Rappresentazione vettoriale di una terna di tensioni 1 b a c

20 Rappresentazione vettoriale di una terna di tensioni b c a

21 Rappresentazione vettoriale di Si ha così una terna di tensioni Trasformazione ettoriale Diretta tra la 1 terna di tensioni v 1 b, v 2, v 3, e il vettore. 3 Analoga trasformazione si definisce per le 2 correnti 3 c 2 1 a

22 Rappresentazione vettoriale di una terna di tensioni α = β β 3 3 β = 2 ( ) α α

23 Trasformazione vettoriale inversa = α 3 2 = 3 β 2 2 = 3 β 2 α α b c a

24 = = = α β α β α Trasformazione vettoriale inversa a b c 2/3

25 = = = α β α β α Trasformazione vettoriale inversa a b c 2/3

26 Trasformazione vettoriale inversa a b c 2/ = = = α β α β α

27 Rappresentazione vettoriale degli stati di un invertitore trifase di tensione + 1 E 2-3 Ad ogni stato dell invertitore corrisponde una terna di tensioni di uscita che può essere rappresentata da un vettore di stato

28 Rappresentazione vettoriale degli stati di un invertitore trifase di tensione Stato 100: 1 =E 2 =0 3 =0 + E

29 Rappresentazione vettoriale degli stati di un invertitore trifase di tensione Stato 110: 1 =E 2 =E 3 = E

30 Rappresentazione vettoriale degli stati di un invertitore trifase di tensione Stato 010: 1 =0 2 =E 3 =0 + E

31 Rappresentazione vettoriale degli stati di un invertitore trifase di tensione Stato 011: 1 =0 2 =E 3 =E + E

32 Rappresentazione vettoriale degli stati di un invertitore trifase di tensione Stato 001: 1 =0 2 =0 3 =E + E

33 Rappresentazione vettoriale degli stati di un invertitore trifase di tensione Stato 101: 1 =E 2 =0 3 =E + E

34 Rappresentazione vettoriale degli stati di un invertitore trifase di tensione Stato 111: 1 =E 2 =E 3 =E E STATO NULLO

35 Rappresentazione vettoriale degli stati di un invertitore trifase di tensione Stato 000: 1 =0 2 =0 3 =0 + E STATO NULLO

36 Modulazione ettoriale di Tensione La modulazione vettoriale consiste nell applicare in successione nel periodo stati diversi dell invertitore

37 Modulazione ettoriale di Tensione La modulazione vettoriale consiste nell applicare in successione nel periodo stati diversi dell invertitore Per ogni periodo di modulazione, normalmente si impiegano tre stati, di cui uno nullo

38 Modulazione ettoriale di Tensione La modulazione vettoriale consiste nell applicare in successione nel periodo stati diversi dell invertitore Per ogni periodo di modulazione, normalmente si impiegano tre stati, di cui uno nullo Le durate di applicazione dei tre stati devono essere tali che: δ 1 +δ 2 +δ 3 =1

39 Modulazione ettoriale di Tensione *

40 Modulazione ettoriale di Tensione * 100

41 Modulazione ettoriale di Tensione 110 δ * δ δ

42 Modulazione ettoriale di Tensione 110 δ * δ δ

43 Modulazione ettoriale di Tensione * 100

44 Modulazione ettoriale di Tensione * 100 L ordine di applicazione degli stati nel periodo può essere scelto in base a criteri diversi

45 Modulazione ettoriale di Tensione E E E δ 2 T δ 1 T δ 3 T δ 2 T δ 1 T δ 3 T T T

46 E E E Modulazione ettoriale di Tensione δ 2 T T δ 1 T δ 3 T Un criterio molto usato corrisponde ad avere una commutazione in una sola fase per ogni di stato. Questo criterio condiziona la scelta dello δ 2 T statoδ nullo 1 T δ 3 T T

47 Modulazione ettoriale di Tensione E E E δ 2 T δ 1 T δ 3 T δ 3 T δ 1 T δ 2 T T T

48 Modulazione ettoriale di Tensione E E E Per soddisfare il criterio si inverte l ordine di applicazione degli stati in due periodi successivi 100 δ δ δ 3 T δ 2 T 2 T 1 T δ 3 T δ 1 T T T

49 E E E Modulazione ettoriale di Tensione Una maggiore simmetria si ottiene con due stati nulli per periodo, uno all inizio l altro alla fine δ δ δ 3 T δ 2 T 2 T 1 T δ 3 T δ 1 T T T

50 Modulazione ettoriale di Tensione E 1 E E 000 δ 3 T/ δ 2 T δ 1 T δ 3 T δ 1 T δ 2 T 000 δ 3 T/2 T T

51 E E E 000 δ 3 T/2 Modulazione ettoriale di Tensione L andamento δ 2 T δ 1 T δ 3 T δ 1 T istantaneo ottenuto è lo stesso di quello che risulta da una PWM con portante triangolare di periodoδ2t 2 T 000 δ 3 T/2 T T

52 Modulazione ettoriale di Tensione I calcoli relativi alla modulazione vettoriale sono vantaggiosamente svolti dai sistemi di controllo digitale

53 Modulazione ettoriale di Tensione I calcoli relativi alla modulazione vettoriale sono vantaggiosamente svolti dai sistemi di controllo digitale Data la diffusione dei sistemi di controllo digitale, la modulazione vettoriale è attualmente uno dei metodi di modulazione più usati negli azionamenti

54 Controllo monofase di corrente Gli invertitori di tensione possono essere controllati, in modo da dare sul carico una corrente con forma d onda secondo un riferimento I*

55 Controllo monofase di corrente Gli invertitori di tensione possono essere controllati, in modo da dare sul carico una corrente con forma d onda secondo un riferimento I* A tale scopo è necessario usare un controllo a controreazione, che genera opportuni riferimenti per i controlli di tensione già esaminati

56 Controllo monofase di corrente Invertitore di tensione controllato in corrente +E I* Regol. + * Control. di corrente PWM - I -E + U -

57 Controllo monofase di corrente Controllo di corrente analogico Modulatore a PWM +E I* + - Regol. * PI + - Logica I -E + U -

58 Controllo monofase di corrente Realizzazione digitale a microcontrollore Amp. di I* Fase di I* I µc Clock Conv. A/D Memoria sen(x) Calcolo dei tempi di accensione +E -E I + U -

59 Controllo monofase di corrente Il controllo digitale di Realizzazione digitale a microcontrollore corrente adotta Memoria componenti simili a µc sen(x) quello di tensione. Esso utilizza tecniche +E di Amp. Clock Calcolo modulazione di diversa I di I* complessità, dei compresi Fase Conv. metodi predittivi, a tempi di di I* A/D seconda delle accensione prestazioni desiderate+ I -E U -

60 Controllo trifase di corrente Il controllo trifase di corrente, con centro stella del carico isolato, ha il vincolo che la somma delle tre correnti istantanee di fase è nulla

61 Controllo trifase di corrente Il controllo trifase di corrente, con centro stella del carico isolato, ha il vincolo che la somma delle tre correnti istantanee di fase è nulla Tale vincolo produce interazioni tra le ondulazioni di corrente risultanti nelle tre fasi

62 Controllo trifase di corrente I 1 +I 2 +I 3 = 0 + E - I 1 I 2 I U U 1 2 U

63 + E - Controllo trifase di corrente Il controllo di corrente si può realizzare, in linea di principio, controllando separatamente le tre fasi, con tre controllori monofasi, I 1 I 2 purchè le tre corrente di riferimento I 1 *, I 2 * e I 3 * diano somma nulla I 1 +I 2 +I 3 = 0 I U U 1 2 U 3

64 I* I* Controllo trifase di corrente I 1 *+ I 2 *+ I 3 * = 0 I* PWM - + PWM - + PWM I I I U +U +U 1 2 3

65 Controllo trifase di corrente I 1 *+ I 2 *+ I 3 * = 0 I* 1 I* 2 I* Il controllo di corrente digitale 1 predittivo 1 PWMgenera il vettore di riferimento * per il periodo successivo, a partire dal I2 vettore di errore 2 PWMdella corrente I * * * I* 3 L I + 1 = + = + 3 PWM n n n I T +U +U +U 1 2 3

66 Controllo predittivo trifase di corrente Generazione del riferimento di tensione * per il successivo periodo di modulazione I* * n

67 Controllo predittivo trifase di corrente L assegnazione di I* in forma vettoriale assicura che i riferimenti delle tre correnti di fase abbiano somma nulla I* * n

68 Controllo predittivo trifase di corrente Generazione del riferimento di tensione * per il successivo periodo di modulazione I* I * n

69 Controllo predittivo trifase di corrente Generazione del riferimento di tensione * per il successivo periodo di modulazione I* I I * n

70 Controllo predittivo trifase di corrente Generazione del riferimento di tensione * per il successivo periodo di modulazione * * * * L I n+ 1 = n + = n + T I* * I I * n

71 Controllo predittivo trifase di corrente Generazione del riferimento di tensione * per il successivo periodo di modulazione * * * * L I n+ 1 = n + = n + T * n+1 I* * I I * n

72 Controllo predittivo trifase di corrente Il vettore Generazione n+1 * del così riferimento di tensione * ottenuto per il successivo costituisce il periodo di modulazione riferimento* per * * * L I n+ 1 = un n + = n + sistema di modulazione T vettoriale di tensione * n+1 I* * I I * n

73 Controllo predittivo trifase di corrente Sono stati sviluppati anche altri sistemi digitali di controllo di corrente più sofisticati che, a partire da una più precisa conoscenza dei parametri del * n+1 sistema, consentono precisioni e velocità di risposta migliori I I* I * n *