Slides sugli inverter

Principi della tecnologia degli inverter
Invertitore: generazione della tensione trifase
• Il sistema così creato mostra un
andamento della tensione a
blocchi.
U
U
t
V
t
W
t
0°
• Mediante l'inserzione
temporalmente sfalsata si genera il
sistema a tensione trifase.
• La tensione di uscita dipende dalla
velocità alla quale viene eseguita
la sequenza d'inserzione.
• Questa è una rappresentazione
semplificata. Nel comando
continuo qui rappresentato dei
transistor IGBT, le perdite
sarebbero troppo elevate, infatti la
tensione di uscita viene regolata
mediante modulazione.
60° 120° 180° 240° 300° 360°
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Principi della tecnologia degli inverter
Modulazione / Pulsazione
Rappresentazione della tensione
d'uscita a frequenza variabile
nella fase U, generata in seguito
alla modulazione / pulsazione.
• Il numero di cicli per unità di
tempo determina la frequenza
della tensione di uscita.
• La tensione di uscita aumenta con
l'aumentare della frequenza di
uscita fino al raggiungimento della
tensione nominale del motore.
Osservazione della fase U
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Principi della tecnologia degli inverter
Modulazione della larghezza degli impulsi (PWM)
Osservazione della fase U
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Principi della tecnologia degli inverter
Modo di funzionamento dell'inverter
A seconda dell'impiego, è possibile impostare tramite dei codici i
seguenti modi di funzionamento:
• Controllo caratteristica U/f con U~f 2:
Caratteristica quadratica per impieghi nei settori degli azionamenti per
pompe e ventilatori.
• Controllo vettoriale:
• Controllo sensorless della velocità:
impiego per azionamenti di avvolgimento, dove il valore di riferimento
viene interpretato come valore di riferimento della coppia.
• Controllo caratteristica U/f con U~f: (impostazione Lenze standard)
Impieghi:
Applicazioni con più motori in parallelo, motori a riluttanza,
posizionamento, avanzamento e azionamenti di sollevamento.
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Principi della tecnologia degli inverter
Controllo della caratteristica U / f
Tensione U
Vertice U / f
U Nom
Range regolaz.
armatura
f Nom
Range di deflussaggio del campo
Frequenza f
L'impostazione del vertice U / f (frequenza nominale U/f) è liberamente
selezionabile, però dipende dai dati riportati nella targhetta del motore
trifase. I dati della targhetta rilevanti sono la tensione nominale e la
frequenza nominale.
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Principi della tecnologia degli inverter
Controllo della caratteristica U / f
• Motori trifase con tensione nominale pari a 230/400 V vengono azionati
da inverter a 230 V con collegamento a triangolo e da inverter a 400 V
con collegamento a stella. Frequenza nominale = 50 Hz.
• In caso di impiego dell'inverter all'estero, osservare o calcolare le
impostazioni seguendo le indicazioni riportate nelle istruzioni operative.
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Principi della tecnologia degli inverter
Controllo della caratteristica U / f
Tensione U
400 V
230 V
50 Hz
87 Hz
Frequenza f
Per aumentare il rendimento di potenza degli azionamenti, i motori a
230/400 V con collegamento a triangolo vengono azionati da inverter a
400 V e il vertice U/f viene spostato su 87 Hz. La velocità e la potenza
dell'azionamento di uscita aumentano in questo modo operativo secondo
un fattore di √3.
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Principi della tecnologia degli inverter
Andamento della coppia nel controllo della caratteristica U / f
(funzionamento a 50 Hz)
Tensione U
U Nom
La coppia erogata è
costante solo nel range di
regolazione dell'armatura.
Frequenza f
Coppia M / MN
Potenza P / PN
Nel range di deflussaggio del
campo, la coppia diminuisce,
con fattore.
f Nom
1
M~1/f
Nel range di deflussaggio del
campo la potenza rimane
Range di regolaz. Range di deflussaggio costante.
Frequenza f
armatura
M = cost
del campo
P = cost
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Principi della tecnologia degli inverter
Andamento della coppia nel controllo della caratteristica U / f
(funzionamento a 87 Hz)
La coppia erogata rimane
costante nel range di
regolazione dell'armatura
fino a 87 Hz.
Tensione U
400 V
230 V
Frequenza f
50 Hz
Nel range di deflussaggio del
campo la coppia diminuisce
con fattore
87 Hz
Coppia M / MN
Potenza P / PN
1 √3
M~1/f
Nel range di deflussaggio
del campo la potenza rimane
Range di regolaz. Range di deflussaggio costante.
Frequenza f
armatura
M = cost
del campo
P = const
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Principi della tecnologia degli inverter
Andamento della coppia nel controllo della caratteristica U / f
(funzionamento a 87 Hz)
• A causa della coppia costante fino alla frequenza limite di 87 Hz, il
campo di regolazione aumenta del fattore √3.
• La potenza erogata aumenta del fattore √3.
• La velocità dell'azionamento aumenta del fattore √3.
• Attenzione: anche la corrente del motore aumenta del fattore √3, il
che significa che anche la selezione dell'inverter andrà eseguita
tenendo conto di questa situazione, ovvero si dovrà selezionare una
corrente dell'inverter maggiore o pari alla corrente nominale del
motore.
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Principi della tecnologia degli inverter
L'azionamento trifase in funzione: la corrente del motore
Corrente
attiva
IW
Corrente
apparente Imot
Funz. con
carico nom.
Funz. a
vuoto
Corrente
reattiva I0
La corrente apparente è la
corrente misurabile nei
conduttori del motore.
La corrente del motore
dipende dal carico
applicato al motore.
Indipendentemente dalla
velocità e dal carico, la
componente reattiva della
corrente del motore deve
essere mantenuta
costante.
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Principi della tecnologia degli inverter
Innalzamento di U min (controllo caratteristica U/f)
Tensione U
U Nom
Innalzamento di U min
Frequenza f
f Nom
Alle basse frequenze per compensare le perdite dello statore, si aumenta
artificiosamente la tensione U min. In questo modo si bilanciano le perdite
ohmiche dello statore ed aumenta la coppia erogata. Attenzione nei
motori autoventilati e nel funzionamento a basse velocità, sussiste il
pericolo di riscaldamento eccessivo del motore.
Prevedere ventilatori esterni e/o una protezione termica.
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Principi della tecnologia degli inverter
Modulazione vettoriale / orientamento di campo
Nella modulazione vettoriale viene utilizzato un modello matematico del
motore.
La corrente presente nello statore del motore viene misurata e viene
scomposta nei vettori corrente rotore e corrente reattiva, dove
• la corrente rotore genera la coppia motrice
• la corrente reattiva genera il flusso della macchina.
Con l'aiuto di entrambe queste componenti della corrente, è possibile
intervenire in modo indipendente sia sulla coppia, sia sul flusso
magnetico, ottenendo così una regolazione molto dinamica.
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Principi della tecnologia degli inverter
Modulazione vettoriale / orientamento di campo
ω
U
IS
IW
IM
θ
M ~ IS x ΦL sinθ
ΦL
ω = Velocità angolare
ΦL = Flusso rotore
IS = Corrente statore
IW = Corrente attiva/ Corrente rotore
IB = Corrente creatrice del flusso
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Principi della tecnologia degli inverter
Funzionamento dell'inverter in modo generatore
II
M
-n
m
III
II
n
-M
M
-n
m
III
I
IV
I
n
-M
Funzionamento
in modo
motore
Funzionamento
in modo
generatore
IV
Nel funzionamento in modo generatore, l'energia generata dal carico
viene recuperata nei condensatori del DC bus.
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Principi della tecnologia degli inverter
Direzione dell'energia
direzione dell'energia - modo motore
L1
L2
L3
+UG
Motore
U
V
W
M
3~
-UG
direzione dell'energia - modo generatore
L1
L2
L3
+UG
Motore
U
V
W
-UG
M
3~
Nel funzionamento in modo generatore, il recupero dell'energia determina
un aumento della tensione del DC bus. Poiché il raddrizzatore d'ingresso è
del tipo non controllato, non è possibile eseguire il recupero diretto nella
rete. Affinché nel DC bus non si sviluppi una tensione eccessiva, oltre la
soglia consentita, viene utilizzato un modulo di frenatura.
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Principi della tecnologia degli inverter
Inverter con modulo (chopper) di frenatura
+ Ug
L1
L2
L3
Motore
RB
Bch
U
V
W
M
3~
- Ug
R B = Resistenza di frenatura
Bch = Chopper di frenatura
(transistor di frenatura)
In seguito ad un aumento della tensione del DC bus, interviene il transistor di
frenatura. Il DC bus viene quindi caricato con la resistenza di frenatura.
Nella maggior parte degli inverter il transistor è integrato, bisogna prevedere
la resistenza esterna di frenatura.
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Principi della tecnologia degli inverter
Azionamenti di pompe e ventilatori
Coppia M
M Nom
Curva caratteristica
del carico
M ~ f2
f Nom
Tensione U
Frequenza f
n
U No,m
U ~ f2
Caratteristica U / f
di comando associata
f Nom
Nel caso di pompe e
ventilatori, con la
caratteristica U / f
quadratica è possibile
raggiungere un risparmio
di energia, in quanto la
coppia richiesta
dall'azionamento si riduce
notevolmente nella gamma
di basse frequenze.
U ~ f2
Frequenza f
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Inverter Lenze 8200 vector/ 8200 motec
Breve rassegna sulle serie di
inverter Lenze:
8200 vector
8200 motec
20
Inverter Lenze 8200 vector/ 8200 motec
400
Potenza
[kW]
9300
100
8220
15
10
0,25 - 2,2 kW
1,0
0,25
1~ 230 V
8200 smd
0.25 - 200 kW
0.25 / 0.37 kW
0.55-7.5 kW
1/3~ 230 V
3~ 400 V
1~ 230 V
3~ 400 V
8200/9300
Vector
Motor Inverter 8200 Motec
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Componenti di un sistema
Mains
filter
4
Emodule
4
Mains
filter
Drive
controller
2
V Mains
IMains
fMains
VDC
n,ϕ
ϑ
Mains
filter
4
E/Rmodule
3
Drive
controller
1
4
IAR
4
Mains
Control
Pon
Pback
Brake
chopper
4
Motor
filter
at frequency
inverter V
Motor
IMotor
PMotor
Motor
η Motor
JRotor
Braje
Clutch
n1 M1
P1
Load
Gearbox
i
η Gearbox
JGearbox
n2 M2
P2
JLoad
Braking
resistor
Pbrake
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Tipologie dei drives
Azionamento DC
- Convertitore di potenza
- Motore DC
Azionamento trifase
- con / senza inverter
- Motore asincrono
Servosistema trifase
- servoinverter
- Servomotore sincrono
- Servomotore asincrono
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Caratteristiche dei drives
Caratteristicche
Azionamento DC
Inverter
Servoinverter
Regolazione coppia
++
+
++
Qualità della coppia
++
-
++
Dinamica
+
0
++
Campo regolazione
velocità
+
0
++
Qualità della
velocità
+
-
++
Capacità di
sovraccarico
+
+
++
Recupero in rete
++
+
+
EMC
++
0
0
Costi
++per grandi potenze
+
+
Robustezza
+
+
+
Funzionamento
multimotore
++
++
++
Gruppi di drive
0
++
0
Manutenzione
0
++
++
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Cenno sui motori Brushless
• Il motore Brushless è nato nei primi anni 80
• Esso è derivato dal motore in corrente continua
• La differenza sostanziale è che non ha il collettore
meccanico non ha quindi le spazzole
• I magneti permanenti non sono incollati sullo statore
ma sono nel rotore
• Per via di questo fatto necessita di un trasduttore di
posizione elettronico per sincronizzare la posizione
del rotore con gli avvolgimenti di statore.
• Per il controllo vengono usati Resolver e Ecncoder
incrementali con tacche di sincronizzazione oppure
encoder SinCos
Cenno sui motori Brushless