1 Corso di ELETTRONICA INDUSTRIALE - DEIpel/2012 Elettronica Industriale - VI/Colore/16... · medio...
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INVERTER TRIFASEINVERTER TRIFASEA TENSIONE IMPRESSAA TENSIONE IMPRESSA
Corso diELETTRONICA INDUSTRIALE
Corso diELETTRONICA INDUSTRIALE
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Principi di funzionamento diinvertitori trifase a tensione impressa
• Struttura e funzionamento dell’invertitoretrifase di tensione
0.
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Principi di funzionamento diinvertitori trifase a tensione impressa
• Struttura e funzionamento dell’invertitoretrifase di tensione
• Struttura e funzionamento dell’invertitoremonofase a ponte
0.
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Principi di funzionamento diinvertitori trifase a tensione impressa
• Struttura e funzionamento dell’invertitoretrifase di tensione
• Struttura e funzionamento dell’invertitoremonofase a ponte
• Tensioni di fase, stellate e concatenate
1.
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Principi di funzionamento diinvertitori trifase a tensione impressa
• Struttura e funzionamento dell’invertitoretrifase di tensione
• Struttura e funzionamento dell’invertitoremonofase a ponte
• Tensioni di fase, stellate e concatenate• Modulazioni della tensione di centro stella:
iniezione di terza armonica e “Flat-Top”
1.
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Principi di funzionamento diinvertitori trifase a tensione impressa
• Struttura e funzionamento dell’invertitoretrifase di tensione
• Struttura e funzionamento dell’invertitoremonofase 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”)
1.
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Invertitore trifase di tensione a PWMGenerazione di tre tensioni indipendenti a due livelli
+E-
+E-
v1 v2 v3
Si ottiene un invertitoretrifase di tensione a PWM con tre invertitorimonofase di tensione a due livelli che utilizzanola stessa alimentazione
1.
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Invertitore trifase di tensione a PWMGenerazione di tre tensioni indipendenti a due livelli
+E-
+E-
v1 v2 v3
2.
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V *3
v2
V *1 V *2
v3
v1
V2med
V1med
V3med
Invertitore trifase di tensione a PWM
Per produrre tre tensionidi fase secondo datiriferimenti, ciascuna fasepuò essere modulata in modo indipendente
2.
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Invertitore trifase di tensione a PWMV *3
v2
V *1 V *2
v3
v1
V2med
V1med
V3med
Normalmente per le tre fasisi usa la stessa frequenzadi modulazione e spesso la stessa portante triangolare
5.
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Invertitore di tensione trifase a PWMGenerazione di tre tensioni indipendenti a due livelli
+v1 v2 v3
-E
-E+
5.
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Invertitore di tensione trifase a PWMGenerazione di tre tensioni indipendenti a due livelli
+v1 v2 v3
-E
-E+
Di solito, negli schemi usati negliazionamenti, il carico è connesso a stella, è privo di connessione del centro stella ed è sensibile solo alletensioni (concatenate) tra le fasi
6.
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Invertitore di tensione trifase a PWMCarico resistivo/induttivo con f.e.m. connesso a stella
+ U
+ U
+ UI1
I2
I3
V1
V2
V3
1
2
3
6.
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Invertitore di tensione trifase a PWMCarico resistivo/induttivo, con f.e.m., a triangolo
I1V1
I2V2
I3V3
+U12
+ U23+U31
6.
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Invertitore di tensione trifase a PWMCarico resistivo/induttivo, con f.e.m., a triangolo
I1V1
I2V2
I3V3
+U12
+ U23+U31
Il carico può essere connessoa triangolo; in tal caso ilcentro stella non esiste. Anche tale carico è sensibilesolo alle tensioni concatenate
6.
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V23 V31V =V -V12 1 2
V3
V2
V1
Invertitore trifase di tensione a PWMGenerazione di tre tensioni indipendenti a due livelli
7.
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-E+
-E+
v1 v2 v3
Invertitore di tensione trifase a PWMGenerazione di tre tensioni indipendenti a due livelli
7.
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Generazione di tre tensioni indipendenti a due livelli
-2E+
v1 v2 v3
Invertitore di tensione trifase a PWMSe il carico è privo di connessionedi centro stella si può usareun’unica tensione di alimentazione
8.
22
Invertitore di tensione monofase a PWM
Con procedimento analogo a quellousato per l’invertitore trifase, si puòrealizzare un invertitore monofase di tensione (a ponte “ad H”) unendo due invertitori monofase di tensione a due livelli che utilizzano la stessaalimentazione
9.
23
Invertitore di tensione monofase a PWMGenerazione di tensione a tre livelli
con alimentazione singola
-2E+
v1 v2
v12
10
24
Generazione di tensione a tre livellicon alimentazione singola
Invertitore di tensione monofase a PWM
-2E+
v1 v2
v12
Con opportuna modulazione si ottiene, trale due fasi, una tensione a tre livelli purusando un’unica tensione di alimentazione
11
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E
2E
E
v2
V1med
V2med
v12V12med
v1
Invertitore di tensione monofase a PWMGenerazione di tensione a tre livelli
con alimentazione singola
12
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Generazione di tensione a tre livellicon alimentazione singola
Invertitore di tensione monofase a PWM
E
2E
E
v2
V1med
V2med
v12V12med
v1
Le due fasi sono modulate con tensioni di riferimento uguali ed opposte. Normalmente si usa la stessa portante per le due fasi
13
27
Invertitore trifase di tensione a PWM
Sommando una stessa tensione, costante o variabile, ai riferimenti V* delle tre tensioni di fase:
Modulazione della tensione di centro stella
14
28
Invertitore trifase di tensione a PWM
Sommando una stessa tensione, costante o variabile, ai riferimenti V* delle tre tensioni di fase:
• varia la media (tensione di centro stella dellefasi) delle tre tensioni di fase
Modulazione della tensione di centro stella
14
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Invertitore trifase di tensione a PWM
Sommando una stessa tensione, costante o variabile, ai riferimenti V* delle tre tensioni di fase:
• varia la media (tensione di centro stella dellefasi) delle tre tensioni di fase
• non variano le tensioni concatenate medie
Modulazione della tensione di centro stella
14
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Invertitore trifase di tensione a PWM
Sommando una stessa tensione, costante o variabile, ai riferimenti V* delle tre tensioni di fase:
• varia la media (tensione di centro stella dellefasi) delle tre tensioni di fase
• non variano le tensioni concatenate medie• variano i “duty-cycle” e le tensioni istantanee
delle fasi
Modulazione della tensione di centro stella
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31
Invertitore trifase di tensione a PWMTraslazione della tensione del centro stella
V23 V31V =V -V12 1 2
V3
V2
V1V0
V0
V0
15
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Invertitore trifase di tensione a PWMTraslazione della tensione del centro stella
V23 V31V =V -V12 1 2
V3
V2
V1V0
V0
V0
Una tensionecostante V0sommata airiferimenti delle tretensioni di fase, ne altera il valoremedio ma non la forma d’onda.Le tensioniconcatenate non cambiano
16
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Invertitore trifase di tensione a PWM
V0
V1
V23V12 V31
V3
V2
Modulazione di terza armonica della V0 di centro stella
16
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Modulazione di terza armonica della V0 di centro stellaInvertitore trifase di tensione a PWM
V0
V1
V23V12 V31
V3
V2
Sommando unatensione Vo variabilenel tempo, la forma d’onda delle tensionidi fase cambia,ma le tensioni concatenate rimangono invariate
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35
Modulazione di terza armonicadella tensione Vo di centro stella
Invertitore trifase di tensione a PWMLa massima ampiezza della forma d’onda da generare è limitata al valoreE della tensione di alimentazione
V1
E
17
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Modulazione di terza armonicadella tensione Vo di centro stella
Invertitore trifase di tensione a PWM
V1
V0
E 1.15 E
A pari valore massimo, sommando unaopportuna tensione V0 sinusoidale di terzaarmonica, si può aumentare la componentefondamentale della tensione di fase del 15%
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Invertitore trifase di tensione a PWM
Modulazione di terza armonicadella tensione V0 di centro stella
V1
V0
E 1.15 E
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Invertitore trifase di tensione a PWMModulazione “FLAT TOP”
V0
V1
V23V12 V31
V3
V2
Sommando unatensione V0 di forma d’ondaopportuna, si puòottenere che le tensioni di fasesiano uguali, per 60° a +E e per 60°a -E. (modulazione“Flat-Top”)
20
40
Invertitore trifase di tensione a PWMModulazione “FLAT TOP”
V0
V1
V23V12 V31
V3
V2
Negli intervalli in cui la tensione di fase è uguale a +E o -E, gliinterruttori della fase non fanno commutazioni.Le tensioni concatenate rimangono sinusoidali
21
42
Tecniche di modulazione degliinvertitori trifase
Si considera ora
l’andamento istantaneo
delle tensioni di fase e concatenate
prodotto dalla modulazione PWM
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46
Modulazione PWM seno-triangolo
v1+E
v2+E
v3+E
V *3 V *1
V *2
La portantetriangolare e gliimpulsi di modulazionedelle tre fasihanno i massimied i minimiapprossimativamente centrati
24
47
Modulazione PWM seno-triangolo
v122Ev23
-2E
v3+E
v2+E
v1+E
v312E-2E
Tensioni istantanee di fase e concatenate
26
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Tensioni istantanee di fase e concatenateModulazione PWM seno-triangolo
v122Ev23
-2E
v3+E
v2+E
v1+E
v312E-2E
L’andamento istantaneodelle tensioni concatenateè a tre livelli e di ampiezzamassima ±2E
26
49
Tensioni istantanee di fase e concatenateModulazione PWM seno-triangolo
v122Ev23
-2E
v3+E
v2+E
v1+E
v312E-2E
Nell’andamento istantaneodelle tensioni concatenatemancano le armoniche di ordine multiplo di 3
26
50
Modulazione PWM seno-triangolo
23med
v31med
2E
-2E
v3+E
v2+E
v1+E
2E-2E
v12med
v
Tensioni istantanee di fase e concatenate
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51
Tensioni istantanee di fase e concatenate
23med
v31med
2E
-2E
v3+E
v2+E
v1+E
2E-2E
v12med
v
Modulazione PWM seno-triangoloI tre livelli delle tensioniconcatenate approssimanomeglio l’andamento mediosinusoidale
27
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Modulazione PWM seno-triangoloTensioni istantanee stellate
v104E/3
v20-4E/3
v3+E
v2+E
v1+E
v304E/3
v0E-E
30
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Tensioni istantanee stellateModulazione PWM seno-triangolo
v104E/3
v20-4E/3
v3+E
v2+E
v1+E
v304E/3
v0E-E
Si definisce “tensione di centro stella” del convertitorela media istantanea v0 delletensioni di fase v1, v2, v3
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Tensioni istantanee stellateModulazione PWM seno-triangolo
v104E/3
v20-4E/3
v3+E
v2+E
v1+E
v304E/3
v0E-E
L’andamento dellatensione di centrostella v0 è a quattrolivelli
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Tensioni istantanee stellateModulazione PWM seno-triangolo
v104E/3
v20-4E/3
v3+E
v2+E
v1+E
v304E/3
v0E-E
Un carico senzaconnessione di centrostella è sensibile solo alle tensioni concatenate
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Tensioni istantanee stellateModulazione PWM seno-triangolo
v104E/3
v20-4E/3
v3+E
v2+E
v1+E
v304E/3
v0E-E
Se il carico è equilibrato ed a stella, la tensione del suocentro stella, anche se isolato, coincide con v0
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Tensioni istantanee stellateModulazione PWM seno-triangolo
v104E/3
v20-4E/3
v3+E
v2+E
v1+E
v304E/3
v0E-E
Le tensioni di fase del carico v10, v20, v30, misurate rispetto al centro stella, sono a cinque livelli e mancano dellecomponenti armoniche di ordine multiplodi tre
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Modulazione PWM seno-triangoloTensioni medie stellate
10medv4E/3
-4E/3
v3+E
v2+E
v1+E
4E/3
E-E
v
v0med
30medv20med
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Tensioni medie stellateModulazione PWM seno-triangolo
10medv4E/3
-4E/3
v3+E
v2+E
v1+E
4E/3
E-E
v
v0med
30medv20med
L’andamento medio sinusoidale delle tensionidi fase del carico è ben approssimatodall’andamento istantaneo a cinque livelli
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Modulazione ad onda quadra
Con la modulazione simmetrica ad
onda quadra
le tensioni di fase dell’invertitorehanno andamento rettangolare a due
livelli ±E con durata di 180°
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Modulazione ad onda quadra
-2E
-2E
-2E
-E+E V2
V3
V31+2E
V12+2E
23V+2E
+E-E
V1+E-E
L’andamentoistantaneo delletensioni concatenate risulta rettangolare a tre livelli con duratadi 120 gradi
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Modulazione ad onda quadra
-2E
-2E
-2E
-E+E V2
V3
V31+2E
V12+2E
23V+2E
+E-E
V1+E-E
Anche in questocaso le tensioniconcatenate sonoprive dellecomponentiarmoniche di ordinemultiplo di tre
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Modulazione ad onda quadra
-E+E V2
V3
V31+2E-2E
V12+2E-2E
23V+2E-2E
+E-E
V1+E-E
L’ampiezza dellecomponentifondamentali delletensioni di fase vale E4/πe non puòessere variata dallamodulazione
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Modulazione ad onda quadra
4E/3
v104E/3v20
v3+E
v2+E
v1+E
v304E/3
v0E/3
La tensione v0 è rettangolare con frequenza tripla, nerisultano tensioni di fasedel carico a quattrolivelli (“six-step”) con elevato contenuto di armoniche
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