L’impatto degli inverter sull’efficienza energeticae sulla qualità delle macchine collegate

Prof. Francesco Castelli DezzaDipartimento di Meccanica – Politecnico di Milano

Milano, 6 Marzo 2008

Castelli Dezza

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 andTechnology)– Edilizia a basso consumo energetico

• Spin off– MCM Energy Lab

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Macchina asincrona: vantaggi• Si avvia se alimentata direttamente da rete• Assorbe corrente sinusoidale• Lavora a velocità pressoché costante• Costa poco• Buon rendimento

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cosϕ1I1

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Presa0 100%Pn

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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

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Definizione di Azionamento Elettrico• Un azionamento

elettrico, a velocitàcontrollata, è unapparato che,alimentato da unasorgente di energiaelettrica, pilotatomediante segnali ocomandi esterni,eroga potenzameccanica convelocità e coppia divalore opportuno

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Ulteriori perdite

• Filtro EMI• Convertitore ac/dc• Convertitore dc/ac• Perdite nel ferro e nel rame

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Campo di operatività

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Zona a

potenza

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Problemi termici

Sfruttamentodel ferro

Alimentatore

Milano, 6 Marzo 2008

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Controllo scalare

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potenza

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coppia

costante

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Controllo vettoriale

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Controllo diretto di coppia

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Brushless• Perdite nel ferro• Corrente magnetizzante• Potenza specifica• Alto numero di poli• Bassa inerzia• Ambienti ostili

• Velocità medio/basse• Costo elevato

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Macchine a Riluttanza

• Perdite nel ferro basse• Costo limitato

• Corrente magnetizzante• Brevetti

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Le principali interfacce

• Tre sono le principali interfaccedell’alimentatore– Lato attuatore (macchina elettrica)– Lato rete– Lato sistema informativo aziendale

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Lato macchina: vantaggi

• Velocità variabile,anche maggiore dellanominale

• Campo di operativitàpiù esteso

• Massimo rendimentoal variare dellavelocità

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va n

Ce

!m max

Cn

Zona a

potenza

costante

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Zona a

coppia

costante

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Lato Macchina: svantaggi

• Derating: in tensione e in potenza• Sensore di velocità• Sollecitazione sui cuscinetti• Isolamento• Rumore

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Lato rete

• Gestione del picco in avviamento• Rifasamento• Qualità dell’energia

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Lato sistema informativo

• Monitoraggio• Previsione carichi• Gestione carichi

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Progettazione integrata

• Integrazione delle conoscenze di controllo,elettronica, misure, macchine elettriche emeccanica applicata

• Esempi:– Inerzia variabile– Attuatori elettromeccanici per applicazioni

specifiche– Semplificazione della catena cinematica

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Distribuzione in corrente continua• Unico convertitore ac/dc• Unico filtro EMI• Flussi di potenza in c.c.• Integrazione con autoproduzione• Lunghezza cavi

• Sezionamento• Protezioni• Carichi in a.c.

Filtri EMI

M M

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Load

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Conclusioni

• Per determinate applicazioni il rendimentoaumenta

• L’integrazione delle intelligenze puòportare a benefici aziendali

• Ulteriori margini di guadagno si possonoottenere da soluzioni integrate o daintegrazione a livello di distribuzionedell’energia