Azionamenti elettrici

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1 zionamenti elettrici Modulazione e modulatori a cura di lberto onielli Professore ssociato di ecnologie dei Sistemi di Controllo DEIS Universitá di ologna iale Risorgimento, ologna el. + Fax ( )

2 Indice mplificatori di potenza caratteristiche di commutazione dei transistori tipologie di transistori di potenza modulazione PWM simmetrica e non simmetrica realizzazione carichi tipici confronto tra le due modulazioni caratteristiche generali di un amplificatore di potenza 2.2

3 mplificatore di potenza I ransistori sono interruttori non ideali I Pcomm off t 2.3

4 mplificatore di potenza I ransistori sono interruttori non ideali I Pcomm Pon off on on t 2.4

5 mplificatore di potenza I ransistori sono interruttori non ideali I Pcomm Pon Pcomm on off on off t 2.5

6 mplificatore di potenza I ransistori sono interruttori non ideali I Pcomm Pon Pcomm P d off tcomm = P on + on on 2.6 t tcomm off 2 ( ) on 2 2 max max = + P comm on I max I 2 t t comm

7 mplificatore di potenza Principali semiconduttori di potenza ipo Potenza Frequenza Corrente ensione ipolare < 400KW 5-8KHz < 500 <

8 mplificatore di potenza Principali semiconduttori di potenza ipo Potenza Frequenza Corrente ensione ipolare < 400KW 5-8KHz < 500 < 1400 MOS-FE < 10KW KHz < 50 <

9 mplificatore di potenza Principali semiconduttori di potenza ipo ipolare MOS-FE IG Potenza < 400KW < 10KW < 600 KW Frequenza 5-8KHz KHz 12-20KHz Corrente < 500 < 50 < 600 ensione < 1400 < 800 <

10 Componenti di un zionamento Convertitore di potenza supply voltage power converter output voltage supply output control input control input Non si riesce a costruire amplificatori di potenza a controllo continuo (lineari) 2.10

11 Componenti di un zionamento Modulazione a Larghezza di Impulso (PWM) E 2.11

15 Componenti di un zionamento Modulazione a Larghezza di Impulso (PWM) out = +20% E 2.15

16 Componenti di un zionamento Modulazione a Larghezza di Impulso (PWM) out = +20% out = 0 out = -20% out > 0 out = 0 out <

17 Problemi di controllo Controllo di tensione modulazione PWM amplificatore lineare per frequenze << f mod regolatori standard analogici o digitali Controllo di corrente modulazione ad isteresi amplificatore ideale per frequenze prossime a f mod regolatori a struttura variabile pilotaggio diretto dell inverter mplificatore di potenza 2.17

18 Problemi di controllo Modello generale del carico carico monofase mplificatore di potenza i R L e di dt = = Ri + R L di L dt 1 i L + e e + 1 L forza controelettromotrice è presente nei motori è funzione della velocità 2.18

19 Problemi di controllo Modello generale del carico carico trifase collegato a stella mplificatore di potenza 1 ib 2 R ia L e c R L b a C R L 3 ic di dt R L a a a di dt b di dt di c R = L R = L = = R L b b a a b b R = L solito c c i i i a b c = R = L c c 1 L 1 L b 1 L c a e e e b c a 1 + L 1 + L b 1 + L c a b c a 2.19

20 2.20 mplificatore di potenza Problemi di controllo Relazione tra tensioni di Inverter e di fase occorre introdurre la tensione di neutro 1 C va vb vc n ( ) ( ) sommando 0 v v v v v v v v v n c b a n c n b n a n c b a + + = = = = = =

21 2.21 mplificatore di potenza Problemi di controllo Relazione tra tensioni di Inverter e di fase usando la tensione di neutro ( ) v v v n c n b n a n + + = = = = = C E v v v c b a 2/3 1/3 1/3 1/3 2/3 1/3 1/3 1/3 2/3 Segnali logici di pilotaggio dei rami,, C

22 mplificatore di potenza Controllo di tensione modulazione PWM caso monofase E 1 2 v1 a v=v1 - v2 +E -E modulazione asimmetrica v2 0E 0 E 0 modulazione simmetrica 2.22

23 mplificatore di potenza modulazione simmetrica modulazione asimmetrica =0 =0 Confronto 2.23

24 mplificatore di potenza modulazione simmetrica =+20% Confronto modulazione asimmetrica =+20% 2.24

31 mplificatore di potenza modulazione simmetrica modulazione asimmetrica Confronto 2.31

32 mplificatore di potenza modulazione simmetrica =-20% Confronto modulazione asimmetrica =-20% 2.32

36 mplificatore di potenza Confronto tra le modulazioni Esempio: R = 1Ω, L = 1mH, i = 10, E = 100, e = 50 di dt = R i L a regime 1 e+ L L 1 = L Ri e+ ( ) = Ri + e = = 60 i R L e di dt = 10 3 ρ = 0.6 ( i e+ E) 2.36

37 mplificatore di potenza Confronto tra modulazioni di dt = 3 10 di dt i e + E ( ) on di dt off simmetrica = 40/ms = -60/ms 2.37

38 mplificatore di potenza Confronto tra modulazioni di dt = 3 10 di dt i e + E ( ) on di dt off simmetrica = 40/ms = -60/ms non simm = 40/ms = -160/ms 2.38 e ed E si sommano

39 Confronto tra modulazioni mplificatore di potenza i

40 Confronto tra modulazioni mplificatore di potenza i imedia fisso 2.40

41 mplificatore di potenza Confronto tra modulazioni i imedia fisso ripple dimezzato punto di simmetria delle correnti fisso più complessa 2.41

42 mplificatore di potenza Confronto tra modulazioni i i imedia fisso ripple dimezzato punto di simmetria delle correnti fisso più complessa 2.42

43 mplificatore di potenza Confronto tra modulazioni i i imedia fisso variabile ripple dimezzato punto di simmetria delle correnti fisso più complessa 2.43 imedia

44 mplificatore di potenza Confronto tra modulazioni i i imedia fisso variabile ripple dimezzato punto di simmetria delle correnti fisso più complessa 2.44 imedia ripple doppio punto di simmetria delle correnti variabile più semplice da realizzare

45 Struttura completa del Convertitore di Potenza E C/DC DC/C 2.45

46 Struttura completa del Convertitore di Potenza E I Corrente non sinusoidale ac E C/DC DC/C 2.46

47 Struttura completa del Convertitore di Potenza E I Corrente non sinusoidale ac E distorsione armonica sulla rete 1 3 Problemi: rendimento energetico malfunzionamenti condensatori di rifasamento trasformatori media tensione C/DC 2 4 DC/C 2.47

48 mplificatore di potenza Schemi concettuali di modulatori in Comparatore fin generat. triangol. analogico non simmetrico 2.48

49 mplificatore di potenza Schemi concettuali di modulatori in Comparatore fin generat. triangol. analogico non simmetrico 2.49

50 mplificatore di potenza Schemi concettuali di modulatori in Comparatore Logica + tempi morti fin generat. triangol. analogico non simmetrico 2.50

53 mplificatore di potenza Schemi concettuali di modulatori in Comparatori fin generat. triangol. analogico simmetrico 2.53

54 mplificatore di potenza Schemi concettuali di modulatori in Comparatori fin generat. triangol. analogico simmetrico 2.54

55 mplificatore di potenza Schemi concettuali di modulatori in Comparatori Logica + tempi morti fin generat. triangol. analogico simmetrico 2.55

59 mplificatore di potenza clk down f = 2 n * f Schemi concettuali di modulatori on contatore ton Parallel Load f = 1/ contatore periodo digitale non simmetrico 2.59

60 mplificatore di potenza Schemi concettuali di modulatori clk down f = 2 n * f on on contatore ton Parallel Load f = 1/ contatore periodo digitale non simmetrico 2.60

61 mplificatore di potenza Schemi concettuali di modulatori clk down f = 2 n * f on Parallel Load contatore ton on Logica + tempi morti f = 1/ contatore periodo digitale non simmetrico 2.61

64 mplificatore di potenza Schemi concettuali di modulatori clk down f = 2 n * f on contatore 1- on contatore Parallel Load f = 2/ contatore periodo digitale simmetrico 2.64

65 mplificatore di potenza Schemi concettuali di modulatori clk down f = 2 n * f on contatore 1- on contatore Parallel Load on 1- on 1- on on f = 2/ contatore periodo digitale simmetrico 2.65

66 mplificatore di potenza Schemi concettuali di modulatori clk down f = 2 n * f on contatore 1- on contatore on 1- on l o g i c a Parallel Load 1- on on f = 2/ contatore periodo digitale simmetrico 2.66

70 mplificatore di potenza dispositivo non ideale: impone limiti su massima corrente ciclo continuo (Inom) extracorrente per tempo limitato Inom per 1s - 30 s comportamento dinamico dell azionamento non ideale durante la fase di limitazione di corrente massima tensione limitazione di coppia alle alte velocità degrado delle prestazioni del sistema di controllo 2.70

71 zionamenti elettrici a cura di lberto onielli Professore ssociato di ecnologie dei Sistemi di Controllo DEIS Universitá di ologna iale Risorgimento, ologna el. + Fax ( )