DIPLOMA A DISTANZA IN INGGNRIA LTTRICA CORSO DI LTTRONICA INDUSTRIAL DI POTNZA II Lezione 1 Introduzione al Corso Docente: Paolo Tenti Dipartimento di lettronica e Informatica Universitá di Padova CONTNUTI DL CORSO Sez.1: Alimentatori switching (cc/cc) Sez.2: Alimentatori da rete e PFC Sez.3: Convertitori cc/cc softswitching Sez.4: Inverter: tecniche di controllo e strutture softswitching Sez.5: Applicazioni industriali Sez.6: Sistemi di compensazione armonica e reattiva Sezione 1 (Lezioni 21) Alimentatori Switching cc/cc (SMPS: SwitchMode Power Supplies) Docente: Paolo Tenti Strutture fondamentali dei convertitori cc/cc Trasformatori ad alta frequenza Convertitori isolati e multiuscita Sezione 2 (Lezioni 1115) Alimentatori da rete e PFC (Power Factor Correctors) Docente: Simone Buso Alimentatori con regolatori lineari Alimentatori con regolatori switching Raddrizzatori con filtro capacitivo Normative che limitano l impatto sulla rete (IC 132) Circuiti di correzione del fattore di potenza (PFC) u g Alimentatori da rete U i regolatore lineare Alimentatore di tensione con regolatore lineare I o U o Sezione 2 (Lezioni 1115) Alimentatori da rete e PFC (Power Factor Correctors) Docente: Simone Buso Alimentatori con regolatori lineari Alimentatori con regolatori switching Raddrizzatori con filtro capacitivo Normative che limitano l impatto sulla rete (IC 132) Circuiti di correzione del fattore di potenza (PFC)
u g Alimentatori da rete U i U o convertitore filtro cc/cc (trasformatore AF) Alimentatore con regolatore switching (Switched Mode Power Supply, SMPS) Sezione 2 (Lezioni 1115) Alimentatori da rete e PFC (Power Factor Correctors) Docente: Simone Buso Alimentatori con regolatori lineari Alimentatori con regolatori switching Raddrizzatori con filtro capacitivo Normative che limitano l impatto sulla rete (IC 132) Circuiti di correzione del fattore di potenza (PFC) Raddrizzatore a diodi con filtro capacitivo I g Raddrizzatore a diodi con filtro capacitivo Forme d onda tipiche u g Ui V A U grms = 22 V 311 7.6 u g 1 3 I 2 g I grms = 1.9 A I g1 = 1 A P 22 W 4 t [ms] Sezione 2 (Lezioni 1115) Alimentatori da rete e PFC (Power Factor Correctors) Docente: Simone Buso Alimentatori con regolatori lineari Alimentatori con regolatori switching Raddrizzatori con filtro capacitivo Normative che limitano l impatto sulla rete (IC 132) Circuiti di correzione del fattore di potenza (PFC) 1 [dba] 1 2 3 sempio di carico in classe D limite classe D 4 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 P = 423 W V = 217 V I = 3.24 A I 1 = 1.96 A PF =.6 THD = 1.3 DF =.857 Spettro armonico della corrente del raddrizzatore a filtro capacitivo e limiti armonici per la classe D
Sezione 2 (Lezioni 1115) Alimentatori da rete e PFC (Power Factor Correctors) Docente: Simone Buso Alimentatori con regolatori lineari Alimentatori con regolatori switching Raddrizzatori con filtro capacitivo Normative che limitano l impatto sulla rete (IC 132) Circuiti di correzione del fattore di potenza (PFC) u g i g PFC Boost i r u r Raddrizzatore a doppia semionda L S D C Filtro U o I o Forme d onda del PFC u g : THD = 3.2% i g : THD = 4.2% U g Sezione 3 (Lezioni 1623) Convertitori cc/cc softswitching Aspetti di compatibilità elettromagnetica Docente: Giorgio Spiazzi i g PF:.998 Perdite di commutazione e circuiti snubber Convertitori quasirisonanti ZCS e ZVS Convertitori risonanti Aspetti di compatibilità elettromagnetica 4 8 12 16 [ms] u S U off switch I on diodo id A B B i S sempio: Accensione I on Incremento della potenza dissipata nell interruttore e nel diodo all accensione (Aree A & B) i D U i S Turnoff Snubber RCD D i S R S i S I o D S i Cs i Cs u Cs C S i D U i
Sezione 3 (Lezioni 1623) Convertitori cc/cc softswitching Aspetti di compatibilità elettromagnetica Docente: Giorgio Spiazzi Perdite di commutazione e circuiti snubber Convertitori quasirisonanti ZCS e ZVS Convertitori risonanti Aspetti di compatibilità elettromagnetica U i L r S HW C r D C o Buck ZCSQRC Commutazione a corrente nulla L o u o i Lr u GS I o u Cr U i Forward ZCSQRC HalfWave C r L r L d S FW D U o Utilizzazione degli elementi parassiti Sezione 3 (Lezioni 1623) Convertitori cc/cc softswitching Aspetti di compatibilità elettromagnetica Docente: Giorgio Spiazzi Perdite di commutazione e circuiti snubber Convertitori quasirisonanti ZCS e ZVS Convertitori risonanti Aspetti di compatibilità elettromagnetica Convertitore risonante serie u C i L U o il u C t Sezione 3 (Lezioni 1623) Convertitori cc/cc softswitching Aspetti di compatibilità elettromagnetica Docente: Giorgio Spiazzi Perdite di commutazione e circuiti snubber Convertitori quasirisonanti ZCS e ZVS Convertitori risonanti Aspetti di compatibilità elettromagnetica
Origine dei disturbi sempio: impulsi di corrente ad elevata di/dt e terminali ad elevata du/dt Sezione 4 (Lezioni 243) Controllo degli inverter monofase e trifase Inverter softswitching Docente: Luigi Malesani C p i n Tecniche di modulazione degli inverter a tensione impressa Controllo di corrente degli inverter a tensione impressa Inverter softswitched Tecniche di modulazione di invertitori a tensione impressa Modulazione PWM Random senotriangolo Modulazione random Modulazione sigmadelta Modulazione flattop Modulazione del centrostella Modulazione vettoriale 2 2 V med V* v(t) t t Spettro armonico PWM Random senotriangolo DB V 1 1 Modulazione SigmaDelta (ad impulsi discreti) Int t 2 3 4 2 2 V med Clock v(t) t 5 1 2 3 4 5 khz t
DB V 1 1 2 3 Spettro armonico Modulazione SigmaDelta 2 Invertitore di tensione trifase Modulazione FLAT TOP V * 1 v 1 4 5 1 2 3 4 5 khz 2 2 Modulazione di terza armonica L addizione di un termine di terza armonica consente di incrementare la componente fondamentale della tensione d uscita del 15% a parità di tensione di alimentazione 1.15 2 V V 1 Modulazione Vettoriale di Tensione (digitale) V δ 3 T/2 V 1 V 2 V 3 V 1 V 11 V 111 V 11 V 1 δ δ 3 T 2 T δ 1 T δ 1 T δ 2 T T T V δ 3 T/2 Controllo di corrente di invertitori monofase e trifase a tensione impressa Controllo di corrente PWM Controllo analogico senotriangolo Controllo a isteresi Controllo deadbeat i(t) v(t) I* Tr I med V*
C o n tro llo d i c o rrente ad is teresi a banda fissa e frequenza variabile Controllo di corrente ad isteresi a banda variabile e frequenza fissa i(t) I* i(t) I* v(t) v(t) Controllo di corrente DeadBeat i(t) t s Calcolato in T I* Calcolato in T 1 v(t) T T 1 T 2 Tecniche e schemi di modulazione softswitching di invertitori trifase a tensione impressa Polo ausiliario con commutazione risonante Invertitore con risonanza sul ramo a cc e limitazione attiva della tensione Invertitore con ramo a cc quasirisonante Polo Ausiliario a Commutazione Risonante ARCP (Auxiliary Resonant Commutated Pole) C cl Invertitore con ramo a c.c. risonante e limitazione attiva T cl V cl L r D cl C T 1 I D r 1 L I r Cr /2 C A 1 A 2 T 2 C r /2 D 2 V r L r U O I r Vdc C r T s T 1a V1 Ds T 1b T 2a T 3a V 2 V 3 T 2b T 3b
D s T s Invertitore con ramo a c.c. quasirisonante i s T r V dc L r C e i i D r T i i r Ve v i T 1a D i T 1b V 1 T 2a V 2 T 2b T 3a V 3 T 3b Sezione 5 (Lezioni 333) Applicazioni industriali Docente: Leopoldo Rossetto Gruppi di alimentazione di continuità (UPS) Convertitori per saldatura Riscaldamento a induzione Raddrizzamento trifase a PWM Schema di base di UPS monofase RT CARICA BATTRIA BYPASS Circuito di controllo di UPS monofase I inv C.B. I ac I* max I* inv CARICO PWM e logica Reg I Reg V V ac V*ac Circuito di ricarica delle batterie di un UPS Sezione 5 (Lezioni 333) Applicazioni industriali Docente: Leopoldo Rossetto I b I b V b Gruppi di alimentazione di continuità (UPS) Convertitori per saldatura Riscaldamento a induzione Raddrizzamento trifase a PWM V b Corrente Tensione costante costante
Saldatrice elettronica Schema di base RADDRIZZ.CONVRTITOR TRASFORMATOR RADDRIZZATOR FILTRO Sezione 5 (Lezioni 333) Applicazioni industriali Docente: Leopoldo Rossetto Gruppi di alimentazione di continuità (UPS) Convertitori per saldatura Riscaldamento a induzione Raddrizzamento trifase a PWM Forno a induzione RADDRIZZ. CONVRTITOR FILTRO CIRCUITO RISONANT Sezione 5 (Lezioni 333) Applicazioni industriali Docente: Leopoldo Rossetto Gruppi di alimentazione di continuità (UPS) Convertitori per saldatura Riscaldamento a induzione Raddrizzamento trifase a PWM CROGIOLO Raddrizzamento trifase a PWM Funzionamento a quattro quadranti Convertitore indiretto ca/ca PWM CONVRTITOR RADDRIZZATOR INVRTR RT Acceleraz. Frenatura MOTOR RT CARICO Potenza
Sezione 6 (Lezioni 344) Compensazione armonica e reattiva Docente: Paolo Mattavelli Compensatori statici di potenza reattiva Fluttuazione di tensione Flicker Filtri passivi per la compensazione delle armoniche prodotte da carichi distorcenti Filtri attivi per la compensazione delle armoniche prodotte da carichi distorcenti Sezione 6 (Lezioni 344) Compensazione armonica e reattiva Docente: Paolo Mattavelli Compensatori statici di potenza reattiva rifasamento e riequilibrio di carichi sbilanciati e tempovarianti utilizzo di capacità e induttanze variabili Compensatori statici di potenza reattiva Thyristor Switched Capacitors (TSC) Compensatori statici di potenza reattiva Thyristor Controlled Reactors (TCR) i σ U s C C C Regolazione a gradini della potenza reattiva u s i L π 2 π ωt Sezione 6 (Lezioni 344) Compensazione armonica e reattiva Docente: Paolo Mattavelli Compensatori statici di potenza reattiva Fluttuazione di tensione Flicker Filtri passivi per la compensazione delle armoniche prodotte da carichi distorcenti Filtri attivi per la compensazione delle armoniche prodotte da carichi distorcenti Fluttuazione di tensione Flicker Tipo sinusoidale a 1 Hz, V/V=1% [ V ] 3 2 1 1 2 3.5.1.15.2.25.3 [ s ]
Fenomeno del Flicker Le variazioni della tensione si ripercuotono sulle lampade, causando una variazione dell intensità luminosa Per variazioni ripetitive si ha uno sfarfallio della luce (flicker) Compensazione delle fluttuazioni di tensione (potenza reattiva) Rete Carico Q C Q TCR Q L Sezione 6 (Lezioni 344) Compensazione armonica e reattiva Docente: Paolo Mattavelli Compensatori statici di potenza reattiva Fluttuazione di tensione Flicker Filtri passivi per la compensazione delle armoniche prodotte da carichi distorcenti Filtri attivi per la compensazione delle armoniche prodotte da carichi distorcenti Armoniche di corrente Carichi distorcenti BT Rete AT Z cc MT Filtri passivi Alimentazione e compensazione di un forno ad arco a c.a. Rete AT 33kV 22kV L d Induttanza antiflicker Alimentazione e compensazione di un forno ad arco a c.a. 11MVA 11MVA 96MVA TCR L d TCR L d 2 3 4 5 6 BT Filtri passivi Forno 2 3 4 5 6 BT Filtri passivi Forno
Sezione 6 (Lezioni 344) Compensazione armonica e reattiva Docente: Paolo Mattavelli Rete Carico distorcente Compensatori statici di potenza reattiva Fluttuazione di tensione Flicker Filtri passivi per la compensazione delle armoniche prodotte da carichi distorcenti Filtri attivi per la compensazione delle armoniche prodotte da carichi distorcenti i F *. i F Controllo di corrente Filtro attivo Filtro attivo Testi consigliati Tensione di linea Corrente di linea Corrente del filtro Corrente del carico Mohan, Undeland, Robbins: Power lectronics: Converters, Applications, and Design, 1995, Wiley & Sons Kassakian, Schlecht, Verghese: Principles of Power lectronics, 1991, Addison & Wesley Materiale del corso ftp://ftp.dei.unipd.it/pub/di/corsi/ nettuno/elpot2 zip files (elpot_xx.zip), leggibili con Acrobat Reader dopo la decompressione link da homepage NTTUNO (http://nettuno.agora.it)