inverter trifase a tensione impressa

[ira83]

Ciao a tutti

vorrei porvi due domandine facili facile...

perché in un inverter trifase la tensione di alimentazione sul dc link viene sdoppiata?

Cosa significa gestire o non gestire il centro stella ISOLATO di un carico collegato a stella?

Vi ringrazio in anticipo, è da giorni che cerco sui libri queste risposte ma non ho trovato nulla di utile...

[IsidoroKZ]

Per sdoppiata intendi alimentazione duale? In molti casi e` solo una semplificazione di rappresentazione, una ragione didattica. In molti inverter si prende la tensione di rete, la si raddrizza, si ottengono due fili che formano il DC bus e con quelli si alimenta l'inverter, dal quale escono le tre fasi del carico.

SE il carico e` collegato a stella, c'e` anche il centro stella che deve essere collegato al neutro della sorgente (magari perche' il carico trifase e` formato da tre carichi monofasi indipendenti), allora in questo caso l'inverter deve anche generare il neutro, che corrisponde al punto di mezzo di una alimentazione duale sul bus in DC.

Se l'inverter usa la tecnica del centro stella che si muove alla frequenza di terza armonica (per recuperare un po' di tensione in uscita) probabilmente bisogna usare un inverter con 4 gambe, una delle quali per il neutro. Ma di quest'ultima cosa non sono assolutamente sicuro.

[ira83]

ciao IsidoroKZ,
ti ringrazio per la gentile risposta. Di solito, un inverter alimenta motori asincroni trifase. Da quello che so io, il centro stella degli avvolgimenti non viene mai collegato a terra, cosa che viene sempre fatta per la carcassa del motore. Inoltre non ho mai letto su internet o sui libri di inverter 3f che debbano generare anche lo stato di neutro. Hai esempi pratici da presentarmi di casi in cui viene o meno gestito il centro stella così mi faccio un'idea?

ciao e grazie mille di tutto.

[Candy]

Leggendo IsidoroKZ penso che nel generico termine di inverter pensasse ad esempio agli inverter fotovoltaici, che non alimentano motori, ma carichi che possono essere squilibrati e che alle volte è richiesto siano interfacciati alla rete tramite trasformatori Y-D; anche se in questo caso il centro stella del trafo è messo bellamente a terra.

Invece, leggendolo, mi ha incuriosito questo:

Se l'inverter usa la tecnica del centro stella che si muove alla frequenza di terza armonica (per recuperare un po' di tensione in uscita) probabilmente bisogna usare un inverter con 4 gambe, una delle quali per il neutro. Ma di quest'ultima cosa non sono assolutamente sicuro.

Come funziona questo centro stella "mobile"?

[IsidoroKZ]

Il centrostella mobile risolve il problema di come far girare un'elica tripala fra due muri vicini

Supponiamo di avere un'elica tripala con ogni pala lunga L. La vogliamo mettere fra due muri in modo pero` che possa girare. Se il mozzo dell'elica e` fisso, la soluzione e` questa:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Si vede che la distanza fra i due muri deve essere pari al doppio della lunghezza della pala, e il mozzo e` messo fisso in mezzo fra i due muri.

Ovviamente le tre pali rappresentano le tre tensioni di picco di un sistema trifase e i due muri il bus in continua. Se vogliamo ottenere 230V di concatenata, che vogliono dire una tensione di picco di 325V, la tensione stellata di picco deve essere di 188V, e quindi il bus in continua deve essere di 376V.

Pero` se si guarda bene si vede che la terna non tocca mai contemporaneamente i due limiti, anzi, anche quando si e` nel caso peggiore, quello piu` a destra, c'e` ancora spazio sia sopra che sotto per poter avvicinare i due rail di alimentazione.

Se avvicinassi solo i rail di alimentazione, tenenendo il centro stella fisso, capiterebbe questo:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

La tensione continua necessaria per il caso piu` critico sarebbe di soli 325V (il picco della concatenata), ma non ne avrei abbastanza per alimentare correttamente una delle fasi nei primi due casi.

Anche nei primi due casi c'e` ancora spazio per avvicinare i due rail, ma "da una parte sola. Per poter avvicinare le alimentazioni in continua nei primi due casi bisogna spostare tutta la terna, in pratica modulando il potenziale del neutro.

Pero` a un carico trifase senza neutro non interessa di dove va il neutro, posso spostare tuta la terna in su e in giu`, nei primi due casi, in modo da farcela stare fra i due rail e avere sempre la concatenata giusta.

Si ottiene una cosa del genere:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Qui si vede che spostando su e giu` il neutro, con 325V di rail ottengo una concatenata efficace di 230V, e il caso piu` critico e` il terzo, dove le tensioni di ciascuna fase sono pari alle tensioni di rail.

In pratica raddrizzando un 230V monofase e alimentando con questa continua un inverter posso otterene un 230V trifase, cosa che sarebbe impossibile senza spostare il centro stella.

Il centrostella deve essere spostasto su e giu` (in teoria) con una sinusoide a 3 volte la frequenza generata. Le tensioni generate, riferite al centro della continua sono in questa figura (un po' complicata)

FDO inverter con neutro modulato

trifase.jpg (21.03 KiB) Osservato 6455 volte

In rosso blu e nero ci sono le sinusoidi che un inverter con centrostella fisso genererebbe, rispetto al centro della tensione continua di bus.

Sotto le tre sinusoidi si vedono le tre tensioni "ammaccate" effettivamente prodotte dall'inverter. In viola c'e` il segnale che sposta il centro stella: una terza armonica con ampiezza 1/6 della fondamentale. In verde infine c'e` una delle concatenate: anche le stellate sono distorte, le concatenate sono sinusoidali.

E poi come gran finale devo ancora dire che in realta` non si fa cosi` . Se si guardano le tensioni stellate vere si vede che in zona picco positivo e negativo sono quasi piatte. Al posto di sommare una terza armoniza sinusoidale, si chiude ciclicamente uno dei 6 interruttori di continuo per 60 gradi: le forme d'onda vengono spianate vicino ai picchi, ma questo vuol dire che nell'inverter c'e` sempre una gamba che non commuta e le altre due hanno in duty cycle richiesto per far venire la concatenata sinusoidale. Avere una gamba che non commuta vuol dire ridurre di 1/3 le perdite di commutazione.

[Candy]

Se si guardano le tensioni stellate vere si vede che in zona picco positivo e negativo sono quasi piatte. Al posto di sommare una terza armoniza sinusoidale, si chiude ciclicamente uno dei 6 interruttori di continuo per 60 gradi: le forme d'onda vengono spianate vicino ai picchi, ma questo vuol dire che nell'inverter c'e` sempre una gamba che non commuta e le altre due hanno in duty cycle richiesto per far venire la concatenata sinusoidale. Avere una gamba che non commuta vuol dire ridurre di 1/3 le perdite di commutazione.

Allora diremo che non è più il centro stella ad essere "mobile", ma i tre vettori ad avere di lunghezza "variabile"!
In ogni caso, se ho capito bene, il problema da te affrontato è: alimentazione dell'inverter a 230 V monofase, uscita a 230 V trifase. Ma non ho invece capito perché il classico bus c.c. a 325 V c.c., deve divenire un bus a 376 V c.c.?

Mettiamola diversamente: non è che non abbia capito quanto hai scritto. Anni fa, quando si vedevano i primi inverter per MAT, ne ho collaudati centinaia per una ditta che li produceva, ed il bus c.c., per IN monofase ed OUT trifase era banalmente il classico . L'uscita, senza neutro, per motori appunto, però arrivava senza problemi a 320 V di picco, su tutte le fasi, ed il modulatore PWM era sinusoidale senza artifici di sorta.
Ora se io sostituisco mentalmente un triangolo equilatero ai tuoi disegni, lo faccio ruotare, vedo che la minima distanza utile tra i due rail, perché possa ruotare, è di , inteso che L è il valore di picco di tensione concatenata.

Tutto questo mi ricorda però un'altra cosa... (sto scrivendo intanto che ripenso ai ricordi): quelle tensioni concatenate, generate dagli inverter, non erano perfette: anche se deformi, in punta presentavano la cunetta che tu hai rappresentato nell'ultimo grafico. L'avevo sempre associtata all'incapacità ed imprecisione del modulatore PWM, invece ora viene fuori che è la tensione del BUS c.c. ad essere insufficiente...

Buono a sapersi.
Grazie, ottimo intervento il tuo, mi ha aperto gli occhi giusto ora che scrivevo una risposta, ho meditato sul fenomeno osservandola da una angolazione che mi era sfuggita... (Ho scritto "sfuggita" per farmi bello; in verità l'ho sempre ignorata).