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

2

Principi di funzionamento diinvertitori trifase a tensione impressa

0.

3


• Struttura e funzionamento dell’invertitoretrifase di tensione

0.

4



• Struttura e funzionamento dell’invertitoremonofase a ponte

0.

5




• Tensioni di fase, stellate e concatenate

1.

6




• Tensioni di fase, stellate e concatenate• Modulazioni della tensione di centro stella:

iniezione di terza armonica e “Flat-Top”

1.

7




• 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.

8

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.

9


+E-

+E-

v1 v2 v3

2.

10

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.

11

Invertitore trifase di tensione a PWMV *3

v2

V *1 V *2

v3

v1

V2med

V1med

V3med

4.

12


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.

13

Invertitore di tensione trifase a PWMGenerazione di tre tensioni indipendenti a due livelli

+v1 v2 v3

-E

-E+

5.

14


+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.

15

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.

16

Invertitore di tensione trifase a PWMCarico resistivo/induttivo, con f.e.m., a triangolo

I1V1

I2V2

I3V3

+U12

+ U23+U31

6.

17

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.

18


v12

v23 v31

-E+

-E+

7.

19

V23 V31V =V -V12 1 2

V3

V2

V1


7.

20

-E+

-E+

v1 v2 v3


7.

21

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


-2E+

v1 v2

v12

Con opportuna modulazione si ottiene, trale due fasi, una tensione a tre livelli purusando un’unica tensione di alimentazione

11

25

E

2E

E

v2

V1med

V2med

v12V12med

v1

Invertitore di tensione monofase a PWMGenerazione di tensione a tre livelli

con alimentazione singola

12

26

Generazione di tensione a tre livellicon alimentazione singola


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


Sommando una stessa tensione, costante o variabile, ai riferimenti V* delle tre tensioni di fase:

Modulazione della tensione di centro stella

14

28



• varia la media (tensione di centro stella dellefasi) delle tre tensioni di fase


14

29




• non variano le tensioni concatenate medie


14

30




• non variano le tensioni concatenate medie• variano i “duty-cycle” e le tensioni istantanee

delle fasi


14

31

Invertitore trifase di tensione a PWMTraslazione della tensione del centro stella

V23 V31V =V -V12 1 2

V3

V2

V1V0

V0

V0

15

32

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

33


V0

V1

V23V12 V31

V3

V2

Modulazione di terza armonica della V0 di centro stella

16

34

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

17

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

36

Modulazione di terza armonicadella tensione Vo di centro stella


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%

18

37


Modulazione di terza armonicadella tensione V0 di centro stella

V1

V0

E 1.15 E

19

38

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

39


V0

V1

V23V12 V31

V3

V2

20

40


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

41


v1EV *1

-E

Modulazione “FLAT TOP”

21

42

Tecniche di modulazione degliinvertitori trifase

Si considera ora

l’andamento istantaneo

delle tensioni di fase e concatenate

prodotto dalla modulazione PWM

22

43


v2

V *1 V *2

v3

v1

V2med

V1med

V3med

23

44


v2

V *1 V *2

v3

v1

V2med

V1med

V3med

23

45

Modulazione PWM seno-triangolo

v1+E

v2+E

v3+E

V *3 V *1

V *2

24

46


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


v122Ev23

-2E

v3+E

v2+E

v1+E

v312E-2E

Tensioni istantanee di fase e concatenate

26

48

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


23med

v31med

2E

-2E

v3+E

v2+E

v1+E

2E-2E

v12med

v


27

51


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

52

Modulazione PWM seno-triangoloTensioni istantanee stellate

v104E/3

v20-4E/3

v3+E

v2+E

v1+E

v304E/3

v0E-E

30

53

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

31

54


v104E/3

v20-4E/3

v3+E

v2+E

v1+E

v304E/3

v0E-E

L’andamento dellatensione di centrostella v0 è a quattrolivelli

31

55


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

31

56


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

31

57


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

31

58

Modulazione PWM seno-triangoloTensioni medie stellate

10medv4E/3

-4E/3

v3+E

v2+E

v1+E

4E/3

E-E

v

v0med

30medv20med

31

59

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

32

60

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°

34

61


-2E

-2E

-2E

-E+E V2

V3

V31+2E

V12+2E

23V+2E

+E-E

V1+E-E

35

62


-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

36

63


-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

36

64

-E+E V2

V3

V31+2E-2E

V12+2E-2E

23V+2E-2E

+E-E

V1+E-E


36

65


-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

38

66


4E/3

v104E/3v20

v3+E

v2+E

v1+E

v304E/3

v0E/3

39

67


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

39

68


v10

v20

v3

v2

v1

v30

v10

v20

v3

v2

v1

v30

4E/3

4E/3

+E+E

+E

4E/3

E/3 v0

40

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