Corso di ELETTRONICA INDUSTRIALE INVERTER TRIFASE A TENSIONE IMPRESSA
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- Uberto Rosa
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1 Corso di ELETTRONICA INDUSTRIALE INVERTER TRIFASE A TENSIONE IMPRESSA
2 Principi di funzionamento di invertitori trifase a tensione impressa
3 Principi di funzionamento di invertitori trifase a tensione impressa Struttura e funzionamento dell invertitore trifase di tensione
4 Principi di funzionamento di invertitori trifase a tensione impressa Struttura e funzionamento dell invertitore trifase di tensione Struttura e funzionamento dell invertitore monofase a ponte
5 Principi di funzionamento di invertitori trifase a tensione impressa Struttura e funzionamento dell invertitore trifase di tensione Struttura e funzionamento dell invertitore monofase a ponte Tensioni di fase, stellate e concatenate
6 Principi di funzionamento di invertitori trifase a tensione impressa Struttura e funzionamento dell invertitore trifase di tensione Struttura e funzionamento dell invertitore monofase a ponte Tensioni di fase, stellate e concatenate Modulazioni della tensione di centro stella: iniezione di terza armonica e Flat-Top
7 Principi di funzionamento di invertitori trifase a tensione impressa Struttura e funzionamento dell invertitore trifase di tensione Struttura e funzionamento dell invertitore monofase a ponte Tensioni di fase, stellate e concatenate Modulazioni della tensione di centro stella: iniezione di terza armonica e Flat-Top Modulazione ad onda quadra ( six step )
8 Invertitore trifase di tensione a PWM Generazione di tre tensioni indipendenti a due livelli + E - Si ottiene un invertitore trifase di tensione a PWM con tre invertitori monofase di tensione a due livelli che utilizzano la stessa alimentazione + E - v 1 v2 v3
9 Invertitore trifase di tensione a PWM Generazione di tre tensioni indipendenti a due livelli + E - + E - v 1 v2 v3
10 Invertitore trifase di tensione a PWM V 1 * V 2 * V * 3 v 1 v 2 v 3 V 1med Per produrre tre tensioni di fase secondo dati riferimenti, ciascuna fase può essere modulata in modo indipendente V 2med V 3med
11 Invertitore trifase di tensione a PWM V 1 * V 2 * V * 3 v 1 V 1med v 2 V 2med v 3 V 3med
12 Invertitore trifase di tensione a PWM V 1 * V 2 * V * 3 v 1 v 2 v 3 V 1med Normalmente per le tre fasi si usa la stessa frequenza di modulazione e spesso la stessa portante triangolare V 2med V 3med
13 Invertitore di tensione trifase a PWM Generazione di tre tensioni indipendenti a due livelli + E - + E - v 1 v 2 v 3
14 Invertitore di tensione trifase a PWM Di solito, negli schemi usati negli Generazione di tre tensioni indipendenti a due livelli azionamenti, il carico è connesso a stella, è privo di connessione del centro + stella ed è sensibile solo alle tensioni E (concatenate) tra le fasi - + E - v 1 v 2 v 3
15 Invertitore di tensione trifase a PWM Carico resistivo/induttivo con f.e.m. connesso a stella V 1 I 1 + U 1 V 2 I 2 + U 2 V 3 I 3 + U 3
16 Invertitore di tensione trifase a PWM Carico resistivo/induttivo, con f.e.m., a triangolo V 2 I 2 + V 1 I 1 U 12 V 3 I 3 U U23
17 Invertitore di tensione trifase a PWM Il carico può essere connesso a triangolo; in tal caso il centroistella 2 non esiste. V Anche 2 tale carico è sensibile solo alle tensioni concatenate + Carico resistivo/induttivo, con f.e.m., a triangolo V 1 I 1 U 12 V 3 I 3 U U23
18 Invertitore trifase di tensione a PWM + E - v 12 + E - v 23 v 31
19 Invertitore trifase di tensione a PWM Generazione di tre tensioni indipendenti a due livelli V 1 V 2 V 3 V 23 V 12=V 1-V 2 V 31
20 Invertitore di tensione trifase a PWM Generazione di tre tensioni indipendenti a due livelli + E - + E - v 1 v 2 v 3
21 Invertitore di tensione trifase a PWM Se il carico è privo di connessione di centro stella si può usare un unica tensione di alimentazione Generazione di tre tensioni indipendenti a due livelli + 2E - v 1 v 2 v 3
22 Invertitore di tensione monofase a PWM Con procedimento analogo a quello usato per l invertitore trifase, si può realizzare un invertitore monofase di tensione (a ponte ad H ) unendo due invertitori monofase di tensione a due livelli che utilizzano la stessa alimentazione
23 Invertitore di tensione monofase a PWM Generazione di tensione a tre livelli con alimentazione singola + 2E - v 12 v 1 v 2
24 Invertitore di tensione monofase a PWM Con Generazione opportuna modulazione di tensione a si tre ottiene, livelli tra le due fasi, con alimentazione una tensione singola a tre livelli pur usando un unica tensione di alimentazione + 2E - v 1 v 2 v 12
25 E Invertitore di tensione monofase a PWM Generazione di tensione a tre livelli v 1 con alimentazione singola V 1med E v 2 V 2med 2E v 12 V 12med
26 E Invertitore di tensione monofase a PWM Le due fasi sono modulate con Generazione tensioni di riferimento di tensioneuguali a tre ed livelli opposte. con alimentazione Normalmentesingola usa la stessa portante per le due fasi v 1 V 1med E v 2 V 2med 2E v 12 V 12med
27 Invertitore trifase di tensione a PWM Modulazione della tensione di centro stella Sommando una stessa tensione, costante o variabile, ai riferimenti V* delle tre tensioni di fase:
28 Invertitore trifase di tensione a PWM Modulazione della tensione di centro stella Sommando una stessa tensione, costante o variabile, ai riferimenti V* delle tre tensioni di fase: varia la media (tensione di centro stella delle fasi) delle tre tensioni di fase
29 Invertitore trifase di tensione a PWM Modulazione della tensione di centro stella Sommando una stessa tensione, costante o variabile, ai riferimenti V* delle tre tensioni di fase: varia la media (tensione di centro stella delle fasi) delle tre tensioni di fase non variano le tensioni concatenate medie
30 Invertitore trifase di tensione a PWM Modulazione della tensione di centro stella Sommando una stessa tensione, costante o variabile, ai riferimenti V* delle tre tensioni di fase: varia la media (tensione di centro stella delle fasi) delle tre tensioni di fase non variano le tensioni concatenate medie variano i duty-cycle e le tensioni istantanee delle fasi
31 Invertitore trifase di tensione a PWM Traslazione della tensione del centro stella V 1 V 0 V 2 V 0 V 3 V 0 V 23 V 12=V 1-V 2 V 31
32 Invertitore trifase di tensione a PWM Una tensione Traslazione della tensione del centro stella costante V 0 V 1 sommata ai V riferimenti delle tre 0 V 2 tensioni di fase, V ne altera il valore 0 Vmedio 3 ma non la V forma d onda. 0 V 23 V 12=V Le 1-V tensioni 2 V 31 concatenate non cambiano
33 Invertitore trifase di tensione a PWM Modulazione di terza armonica della V 0 di centro stella V 1 V 2 V 3 V 0 V 12 V 31 V 23
34 Invertitore trifase di tensione a PWM Modulazione di terza armonica della V 0 di centro stella V 1 V 2 V 3 V 0 Sommando una tensione V o variabile nel tempo, la forma d onda delle tensioni di fase cambia,ma le tensioni concatenate rimangono invariate V 12 V 31 V 23
35 Invertitore trifase di tensione a PWM La massima ampiezza della forma d onda Modulazione da generare di terza è limitata armonica al valore E della dellatensione tensionedi Valimentazione o di centro stella E V 1
36 Invertitore trifase di tensione a PWM A pari valore massimo, sommando una opportuna Modulazione tensionedi V 0 terza sinusoidale armonicadi terza armonica, dellasitensione può aumentare V o di centro la componente stella fondamentale della tensione di fase del 15% E 1.15 E V 0 V 1
37 Invertitore trifase di tensione a PWM Modulazione di terza armonica della tensione V 0 di centro stella E 1.15 E V 0 V 1
38 V 1 V 2 V 3 V 0 Invertitore trifase di tensione a PWM Modulazione FLAT Sommando TOP una tensione V 0 di forma d onda opportuna, si può ottenere che le tensioni di fase siano uguali, per 60 a e per 60 a -E. (modulazione V 23 Flat-Top ) V 12 V 31
39 Invertitore trifase di tensione a PWM Modulazione FLAT TOP V 1 V 2 V 3 V 0 V 12 V 31 V 23
40 V 1 V 2 V 3 Invertitore trifase di tensione a PWM Negli intervalli in cui la Modulazione FLAT TOP tensione di fase è uguale a o -E, gli interruttori della fase non fanno commutazioni. Le tensioni concatenate rimangono sinusoidali V 0 V 12 V 31 V 23
41 Invertitore trifase di tensione a PWM Modulazione FLAT TOP E V * 1 v 1 -E
42 Tecniche di modulazione degli invertitori trifase Si considera ora l andamento istantaneo delle tensioni di fase e concatenate prodotto dalla modulazione PWM
43 Invertitore trifase di tensione a PWM V 1 * V 2 * V * 3 v 1 V 1med v 2 V 2med v 3 V 3med
44 Invertitore trifase di tensione a PWM V 1 * V 2 * V * 3 v 1 V 1med v 2 V 2med v 3 V 3med
45 Modulazione PWM seno-triangolo V 3 * V 1 * v 1 V * 2 v 2 v 3
46 Modulazione PWM seno-triangolo La portante V 3 * V 1 * triangolare e gli impulsi di modulazione v V 2 * 1 delle tre fasi hanno i massimi ed i minimi v 2 approssimativa mente centrati v 3
47 Modulazione PWM seno-triangolo Tensioni istantanee di fase e concatenate v 1 v 2 v 3 2E v 12-2E 2E -2E v 23 v 31
48 Modulazione PWM seno-triangolo Tensioni istantanee L andamento di fase e istantaneo concatenate v 1 delle tensioni concatenate è a tre v livelli e di ampiezza massima 2 ±2E v 3 2E v 12-2E 2E -2E v 23 v 31
49 Modulazione PWM seno-triangolo Tensioni istantanee Nell andamento di fase e concatenate istantaneo v 1 delle tensioni concatenate mancano v le armoniche di ordine multiplo 2 di 3 v 3 2E v 12-2E 2E -2E v 23 v 31
50 2E -2E 2E -2E Modulazione PWM seno-triangolo Tensioni istantanee di fase e concatenate v 1 v 12med v 2 v v 3 23med v 31med
51 Tensioni istantanee I tre livelli di fase dellee tensioni concatenate v 1 concatenate approssimano meglio v l andamento medio sinusoidale 2 2E -2E 2E -2E Modulazione PWM seno-triangolo v 12med v v 3 23med v 31med
52 Modulazione PWM seno-triangolo Tensioni istantanee stellate v 2 E -E v 1 v 3 v 0 v 10 4E/3 v20-4e/3 4E/3 v 30
53 Modulazione PWM seno-triangolo Tensioni Si definisce istantanee tensione stellatedi v 1 centro stella del convertitore la media istantanea v v 0 delle 2 tensioni di fase v 1, v 2, v 3 v 3 v 0 E -E 4E/3 v 10 v20-4e/3 4E/3 v 30
54 Modulazione PWM seno-triangolo Tensioni istantanee L andamento stellate della v 1 tensione di centro stella v v 0 è a quattro 2 livelli v 3 v 0 E -E 4E/3 v 10 v20-4e/3 4E/3 v 30
55 Modulazione PWM seno-triangolo v 2 Tensioni Un istantanee carico senza stellate v 1 v 3 v 0 connessione di centro stella è sensibile solo alle tensioni concatenate E -E 4E/3 v 10 v20-4e/3 4E/3 v 30
56 Modulazione PWM seno-triangolo Tensioni Se istantanee il carico è stellate equilibrato ed v 1 a stella, la tensione del suo centro stella, anche se v 2 isolato, coincide con v 0 v 3 v 0 E -E 4E/3 v 10 v20-4e/3 4E/3 v 30
57 Modulazione PWM seno-triangolo Le tensioni Tensioni di faseistantanee del caricostellate v 10, v 20, v 30, misurate v 1 rispetto al centro stella, sono a cinque livelli e mancano delle v componenti 2 armoniche di ordine multiplo di tre v 3 v 0 E -E 4E/3 v 10 v20-4e/3 4E/3 v 30
58 E -E 4E/3 Modulazione PWM seno-triangolo v 2 Tensioni medie stellate v 1 v 3 v 0med v 10med -4E/3 4E/3 v 30med v 20med
59 Modulazione PWM seno-triangolo L andamentotensioni medio sinusoidale medie stellate delle tensioni di fase del carico v 1 è ben approssimato dall andamento istantaneo a cinque livelli v 2 E -E 4E/3 v 3 v 0med v 10med -4E/3 4E/3 v 30med v 20med
60 Modulazione ad onda quadra Con la modulazione simmetrica ad onda quadra le tensioni di fase dell invertitore hanno andamento rettangolare a due livelli ±E con durata di 180
61 -E Modulazione ad onda quadra V 1 V 2 -E V 3 -E +2E V 12-2E +2E V 23-2E +2E V 31-2E
62 Modulazione ad onda quadra V 1 L andamento -E istantaneo delle V tensioni 2 concatenate -E risulta rettangolare V 3 a -E tre livelli con durata +2E V 12 di 120 gradi -2E +2E V 23-2E +2E V 31-2E
63 Modulazione ad onda quadra V 1 Anche in questo -E caso le tensioni concatenate V 2 sono -E prive delle V 3 -E componenti +2E V 12 armoniche di ordine -2E multiplo di tre +2E V 23-2E +2E V 31-2E
64 -E Modulazione ad onda quadra V 1 V 2 -E V 3 -E +2E V 12-2E +2E V 23-2E +2E V 31-2E
65 Modulazione ad onda quadra L ampiezza delle V 1 -E componenti fondamentali V 2 delle -E tensioni di fase vale V E4/π e non 3 può -E +2E V essere variata dalla 12 modulazione -2E +2E V 23-2E +2E V 31-2E
66 E/3 Modulazione ad onda quadra v 1 v 2 v 3 v 0 v 10 4E/3 v 20 4E/3 4E/3 v 30
67 E/3 Modulazione ad onda quadra v 0 v 10 v 1 4E/3 v 20 La tensione v 0 è rettangolare con frequenza v tripla, ne 2 risultano tensioni di fase del caricov 3 a quattro livelli ( six-step ) con elevato contenuto di armoniche 4E/3 4E/3 v 30
68 Modulazione ad onda quadra v 1 v 2 v 3 E/3 4E/3 v 0 v 10 4E/3 4E/3 v20 v 30
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