L impatto degli inverter sull efficienza energetica e sulla qualità delle macchine collegate Prof. Francesco Dipartimento di Meccanica Politecnico di Milano
Contributi del Politecnico Dip. Energia Mercato dell energia Master RIDEF Energia per Kyoto (5 edizione) Gruppo eerg: efficienza nell uso finale dell energia Dip. Elettrotecnica Azionamenti industriali Misure per l automazione Compatibilità elettromagnetica Dip. Meccanica Progettazione integrata di attatori elettromeccanici B.E.S.T (Building Environment Sciences and Technology) Edilizia a basso consumo energetico Spin off MCM Energy Lab
Macchina asincrona: vantaggi Si avvia se alimentata direttamente da rete Assorbe corrente sinusoidale Lavora a velocità pressoché costante Costa poco Buon rendimento η cosϕ 1 I 1 P p s 0 100% P n P resa
Macchina asincrona: svantaggi Lavora a velocità pressoché costante Ha bisogno di essere magnetizzata Controllo eseguito mediante variazione della caratteristica del carico meccanico Transitorio di avviamento
Definizione di Azionamento Elettrico Un azionamento elettrico, a velocità controllata, è un apparato che, alimentato da una sorgente di energia elettrica, pilotato mediante segnali o comandi esterni, eroga potenza meccanica con velocità e coppia di valore opportuno
Ulteriori perdite Filtro EMI Convertitore ac/dc Convertitore dc/ac Perdite nel ferro e nel rame
Campo di operatività Ce Cmax Cn Problemi termici V e f costanti ia max Zona a coppia costante ia Zona a potenza costante Cn Ce!n!o!m va n "ae n va Sfruttamento del ferro "ae Alimentatore!b!m max!m
Controllo scalare!rif f(!) Vs j" e Vs% PWM VSI Asincrono # $ " Vs& 220 ia max Zona a coppia costante ia Zona a potenza costante C 2, C 3, C 4, C 5, 200 180 160 Cn Ce C 6, C 7, 140 va n "ae n va C 8, C 9, C 10, C 11, C 12, C 13, 120 100 80 "ae C 14, C 15, C 16, 60 40 C 17, 20!b!m max!m 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 wm, wm, wm, wm, wm, wm, wm, wm, wm, wm, wm, wm, wm, wm, wm, wm 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17,
Controllo vettoriale ψ rif + ω m rif + - - ψ r ω m R ω m R ψ r Crif 1 i d rif nψˆ r + - i d i q rif + - i q R i d R i q θˆ s DISACC. + T Par θ s T (ˆ ) 1 INV PWM T.I M S ψ ) r i d i q ψ ) r OSS. DI STATO i 1,i 2,i 3 ω m
Controllo diretto di coppia
Brushless Perdite nel ferro Corrente magnetizzante Potenza specifica Alto numero di poli Bassa inerzia Ambienti ostili Velocità medio/basse Costo elevato
Macchine a Riluttanza Perdite nel ferro basse Costo limitato Corrente magnetizzante Brevetti
Le principali interfacce Tre sono le principali interfacce dell alimentatore Lato attuatore (macchina elettrica) Lato rete Lato sistema informativo aziendale
Lato macchina: vantaggi Velocità variabile, anche maggiore della nominale Campo di operatività più esteso Massimo rendimento al variare della velocità ia max Cn va n "ae n Zona a coppia costante Ce va ia!b Zona a potenza costante "ae!m max!m
Lato Macchina: svantaggi Derating: in tensione e in potenza Sensore di velocità Sollecitazione sui cuscinetti Isolamento Rumore
Lato rete Gestione del picco in avviamento Rifasamento Qualità dell energia
Lato sistema informativo Monitoraggio Previsione carichi Gestione carichi
Progettazione integrata Integrazione delle conoscenze di controllo, elettronica, misure, macchine elettriche e meccanica applicata Esempi: Inerzia variabile Attuatori elettromeccanici per applicazioni specifiche Semplificazione della catena cinematica
Distribuzione in corrente continua Unico convertitore ac/dc Unico filtro EMI Flussi di potenza in c.c. Integrazione con autoproduzione Lunghezza cavi Filtri EMI G Sezionamento Protezioni Carichi in a.c. M Load M
Conclusioni Per determinate applicazioni il rendimento aumenta L integrazione delle intelligenze può portare a benefici aziendali Ulteriori margini di guadagno si possono ottenere da soluzioni integrate o da integrazione a livello di distribuzione dell energia