Cos'è ElectroYou | Login Iscriviti

ElectroYou - la comunità dei professionisti del mondo elettrico

Motore DC inverter vs PWM

Trasformatori, macchine rotanti ed azionamenti

Moderatori: Foto UtenteSandroCalligaro, Foto Utentemario_maggi, Foto Utentefpalone

1
voti

[1] Motore DC inverter vs PWM

Messaggioda Foto UtenteDuffr » 12 ott 2020, 11:16

Salve a tutti,
ripulendo il climatizzatore, mi accorgo della dicitura "DC inverter" sull'unitá esterna.
La dicitura mi risuona in mente e, per pura curiositá, chiedo a voi di che tipo potrebbe essere il motore, e perché si utilizza un inverter per un motore in continua (e non magari comandato con PWM).
Grazie.
Regalo una fotocopiatrice VEDI QUI l'annuncio sul mercatino di ƎlectroYou


Se in futuro i computer dovessero diventare troppo potenti,
potremmo organizzarli in un comitato: questo dovrebbe sistemarli.

- Soluzione di Bradley -
Avatar utente
Foto UtenteDuffr
542 3 11
Stabilizzato
Stabilizzato
 
Messaggi: 400
Iscritto il: 11 set 2015, 11:19

1
voti

[2] Re: Motore DC inverter vs PWM

Messaggioda Foto UtenteSandroCalligaro » 12 ott 2020, 22:31

Quasi certamente è un "brushless DC".

Il termine "brushless DC" è nato dal fatto che, in certe applicazioni (ad esempio nei droni o nei modelli di automobile, per fare esempi moderni), si alimentano i motori sincroni a magneti permanenti (trifase) con corrente costante a tratti (idealmente), cioè positiva per un terzo del periodo, nulla per un sesto, negativa per un terzo e di nuovo nulla per un sesto.
La corrente assorbita dalla sorgente (ad esempio dalla batteria) è costante.
Con questo tipo di controllo, se le tensioni indotte del motore ("back-EMF") sono trapezoidali, a regime la potenza convertita da elettrica in meccanica è costante, quindi lo è anche la coppia.

Nella realtà, spesso le back-EMF non sono trapezoidali e la corrente non può essere variata a gradino, perciò converrebbe controllare quei motori "come Dio comanda", ossia con corrente sinusoidale (come credo si faccia in buona parte dei climatizzatori, da un po' di anni).

Se la dicitura "brushless DC" è già abbastanza discutibile, "DC inverter" è un controsenso, un ossimoro tecnico, direi. :-)
In elettronica di potenza, infatti, "inverter" è un convertitore DC-AC, perciò come fa ad essere "DC"?!
Purtroppo, bisognava distinguere commercialmente i climatizzatori con motore sincrono a magneti permanenti
(tendenzialmente più efficienti) da quelli con inverter e motore asincrono. :cry:
Avatar utente
Foto UtenteSandroCalligaro
2.470 2 4 5
Master EY
Master EY
 
Messaggi: 1033
Iscritto il: 6 ago 2015, 19:25

1
voti

[3] Re: Motore DC inverter vs PWM

Messaggioda Foto UtenteSandroCalligaro » 12 ott 2020, 22:42

Ah, dimenticavo...
Anche un ponte ad H è un "inverter" (monofase), per cui in realtà anche coi motori in continua si usano "inverter", se serve invertire il senso di rotazione e la coppia (per potenze basse). :D
Avatar utente
Foto UtenteSandroCalligaro
2.470 2 4 5
Master EY
Master EY
 
Messaggi: 1033
Iscritto il: 6 ago 2015, 19:25

0
voti

[4] Re: Motore DC inverter vs PWM

Messaggioda Foto UtenteDuffr » 13 ott 2020, 16:59

SandroCalligaro ha scritto:Il termine "brushless DC" è nato dal fatto che[...]
Grazie, spiegazione molto utile. Me la conservo :D.

SandroCalligaro ha scritto:Se la dicitura "brushless DC" è già abbastanza discutibile, "DC inverter" è un controsenso, un ossimoro tecnico, direi.
In elettronica di potenza, infatti, "inverter" è un convertitore DC-AC, perciò come fa ad essere "DC"?!
Chiaro, immaginavo fossero dei termini messi lí per funzioni di mercato. In me hanno fatto effetto, visto che poi ci ho pensato su per un po'!



Foto UtenteSandroCalligaro, ho alcuni quesiti, sorti leggendo la tua risposta. Purtroppo non ho conoscenza tecnica su questo tipo di motori, ho solo le basi di elettrotecnica dell'universitá e su internet trovo informazioni disorganiche.

  1. Pensando a una ventola per PC (o uno stepper, o un video drum per VCR), anche quella ha un motore brushless DC con scheda di pilotaggio, e tale scheda viene chiamata controller. Andrebbe chiamata propriamente inverter? Tra l'altro, le ventole per PC (anche quelle a 2 fili) sono controllabili in PWM accendendo e spegnendo tutto il controller secondo il duty cycle.
  2. La differenza sostanziale che c'é tra il motore del climatizzatore e la ventola del PC, oltre che la potenza in gioco, é nel tipo di corrente in uso (continua o alternata sinusoidale)?
  3. In riferimento al punto precedente, ho trovato questo articoletto di Foto Utenteadmin, a proposito della CEMF, dal quale mi verrebbe da dire che la ventola viene alimentata in DC perché non serve avere coppia costante, cosa che serve in un motore per climatizzatore dato lo sforzo compiuto superiore.
  4. QUINDI:
    Non potendo avere la trifase, la corrente viene prima raddrizzata e trasformata secondo il bisogno (quasi sicuramente l'unitá esterna del climatizzatore ha un SMPS per alimentare anche gli split interni), poi nuovamente "invertita" (= resa alternata) dall'inverter, controllando questa fase con PWM in base al carico di lavoro.
    Suppongo, a questo punto, che dopo l'inverter ci sia un controller per costruire le 3 correnti sfasate a partire da una sola corrente, simile a quello per la ventola. Cosa ne pensi?
Regalo una fotocopiatrice VEDI QUI l'annuncio sul mercatino di ƎlectroYou


Se in futuro i computer dovessero diventare troppo potenti,
potremmo organizzarli in un comitato: questo dovrebbe sistemarli.

- Soluzione di Bradley -
Avatar utente
Foto UtenteDuffr
542 3 11
Stabilizzato
Stabilizzato
 
Messaggi: 400
Iscritto il: 11 set 2015, 11:19

2
voti

[5] Re: Motore DC inverter vs PWM

Messaggioda Foto UtenteSandroCalligaro » 23 ott 2020, 23:46

Duffr ha scritto:
  1. Pensando a una ventola per PC (o uno stepper, o un video drum per VCR), anche quella ha un motore brushless DC con scheda di pilotaggio, e tale scheda viene chiamata controller. Andrebbe chiamata propriamente inverter?
"Controller" è un qualcosa che permette il controllo. In generale, per me un controllore dovrebbe essere solo la parte che lavora su segnali, per comandare un'interfaccia di attuazione verso la potenza. Poi, magari, per fare il controllo si include nella stessa "scatola" anche un inverter, ma si tratta sempre di termini.
Nella maggior parte dei casi tendiamo a semplificare, ad usare "una parte per il tutto" (che è anche una figura retorica). L'esempio duale rispetto a quello che fai tu è "inverter" usato per indicare un sistema che include raddrizzatore dalla rete, inverter trifase, scheda di controllo, sensori ed interfacce varie, magari anche qualche filtro verso la rete...
Duffr ha scritto:Tra l'altro, le ventole per PC (anche quelle a 2 fili) sono controllabili in PWM accendendo e spegnendo tutto il controller secondo il duty cycle.
Che io sappia (ma non mi sono mai messo a guardare bene le forme d'onda), in quei circuiti pilotano le fasi del motore (bifase o trifase) semplicemente commutando la tensione che arriva in ingresso, dandola di volta in volta alla fase giusta e con il verso giusto per far girare il motore. Nota che ho detto qui tensione e non corrente, perché secondo me in questi circuiti non c'è alcun controllo di corrente. Usano delle sonde di Hall (come si fa normalmente per il controllo brushless DC), solo per sapere come far commutare l'inverter. Probabilmente molti "controller" per BLDC funzionano così, perché la logica è semplicissima, basterebbero probabilmente poche porte logiche. Quello che ho notato anch'io, come risultato, è che il comportamento del motore (visto dall'esterno) è molto simile a quello di un DC: la velocità a regime dipende direttamente dalla tensione di ingresso (perché corrisponde quasi alla velocità alla quale la back-EMF tra fase e fase uguaglia la tensione di ingresso.
Duffr ha scritto:
  1. La differenza sostanziale che c'é tra il motore del climatizzatore e la ventola del PC, oltre che la potenza in gioco, é nel tipo di corrente in uso (continua o alternata sinusoidale)?
Credo che, al giorno d'oggi, nessuno si sogni di far funzionare un climatizzatore come "brushless DC", perché produrlo con back-EMF quasi sinusoidali e controllarlo in sinusoidale costa quasi uguale, e ha qualche vantaggio (non ultimo il funzionamento più regolare e meno rumoroso, specie a bassa velocità). Nel caso della ventola per PC, se immagini che il microcontrollore che fa il controllo costi quasi come quello usato nel climatizzatore, è chiaro che un controllo complicato non è sostenibile.
Duffr ha scritto:
  1. In riferimento al punto precedente, ho trovato questo articoletto di Foto Utenteadmin, a proposito della CEMF, dal quale mi verrebbe da dire che la ventola viene alimentata in DC perché non serve avere coppia costante, cosa che serve in un motore per climatizzatore dato lo sforzo compiuto superiore.
E' vero che se tutto è sinusoidale, è possibile erogare coppia praticamente costante, mentre nel caso trapezoidale non è possibile, in quanto non è fisicamente possibile far variare a gradino la corrente (c'è di mezzo l'induttanza). E' anche vero che la coppia necessaria per avviare una ventola per PC è molto bassa e il traferro del motore ha un diametro relativamente grande rispetto alla ventola stessa (la cosa è abbastanza diversa in una ventola per climatizzatore. In realtà, però, il problema dei brevi istanti in cui non viene prodotta coppia (pilotando in BLDC) è più che altro legato all'irregolarità del movimento a bassa velocità (che magari non è un grosso problema per una ventola) e alla rumorosità (vibrazioni).
Duffr ha scritto:
  1. QUINDI:
    Non potendo avere la trifase, la corrente viene prima raddrizzata e trasformata secondo il bisogno (quasi sicuramente l'unitá esterna del climatizzatore ha un SMPS per alimentare anche gli split interni), poi nuovamente "invertita" (= resa alternata) dall'inverter, controllando questa fase con PWM in base al carico di lavoro.
    Suppongo, a questo punto, che dopo l'inverter ci sia un controller per costruire le 3 correnti sfasate a partire da una sola corrente, simile a quello per la ventola. Cosa ne pensi?
Di solito c'è un raddrizzatore (monofase o trifase, a seconda della rete e della potenza), che genera una continua a tensione alta, vicina al picco della tensione di rete concatenata. In ambiente domestico, in realtà, quasi certamente il raddrizzatore è un convertitore che innalza la tensione, questo non perché serva tensione più alta, ma per poter controllare la corrente assorbita dalla rete, in modo da renderla sinusoidale e in fase con la tensione (Power Factor Corrector). La tensione raddrizzata è presente su un banco di condensatori (DC bus o DC link), dal quale preleva la potenza l'inverter, per erogarla in modo controllato al motore. Il controllo, nel suo livello più "basso", è un controllo di corrente. La tensione in uscita dall'inverter è PWM, i cui duty-cycle vengono scelti (istante per istante) in modo da avere correnti sinusoidali, di ampiezza e fase desiderata, facendo retroazione sulle misure di corrente. La corrente desiderata viene scelta in funzione della velocità da raggiungere (facendo retroazione sulla velocità misurata o stimata), in quanto la corrente è legata alla coppia erogata.
Non so quanto sono stato chiaro... in caso cercherò qualche schema di principio.
Avatar utente
Foto UtenteSandroCalligaro
2.470 2 4 5
Master EY
Master EY
 
Messaggi: 1033
Iscritto il: 6 ago 2015, 19:25

0
voti

[6] Re: Motore DC inverter vs PWM

Messaggioda Foto UtenteDuffr » 1 nov 2020, 21:56

SandroCalligaro ha scritto:Che io sappia (ma non mi sono mai messo a guardare bene le forme d'onda), in quei circuiti pilotano le fasi del motore (bifase o trifase) semplicemente commutando la tensione che arriva in ingresso, dandola di volta in volta alla fase giusta e con il verso giusto per far girare il motore. Nota che ho detto qui tensione e non corrente, perché secondo me in questi circuiti non c'è alcun controllo di corrente. Usano delle sonde di Hall (come si fa normalmente per il controllo brushless DC), solo per sapere come far commutare l'inverter.
Ok che il controller della ventolina commuti semplicemente le due fasi. Il controllo PWM avviene probabilmente a monte della ventola. Per le ventole a 2 fili, molte schede madri consentono quel controllo (oltre all'inefficiente controllo lineare di tensione), per consentire la rotazione anche a regimi bassissimi senza stallo, e allungando l'impulso PWM iniziale per avere il segnale tachimetrico. Allego un'interessante articolo sull'argomento (vedere le ventole a 4 pin, con i loro numerosi vantaggi).
SandroCalligaro ha scritto:Credo che, al giorno d'oggi, nessuno si sogni di far funzionare un climatizzatore come "brushless DC", perché produrlo con back-EMF quasi sinusoidali e controllarlo in sinusoidale costa quasi uguale, e ha qualche vantaggio (non ultimo il funzionamento più regolare e meno rumoroso, specie a bassa velocità).
Chiaro! :D
SandroCalligaro ha scritto:Di solito c'è un raddrizzatore (monofase o trifase, a seconda della rete e della potenza), che genera una continua a tensione alta, vicina al picco della tensione di rete concatenata. In ambiente domestico, in realtà, quasi certamente il raddrizzatore è un convertitore che innalza la tensione, questo non perché serva tensione più alta, ma per poter controllare la corrente assorbita dalla rete, in modo da renderla sinusoidale e in fase con la tensione (Power Factor Corrector).
Non mi é chiara quest'ultima frase in grassetto, evidentemente perché non ho le competenze per comprendere come funzioni un convertitore DC-DC. Usando un trasformatore (prima di raddrizzare), o altri metodi, si sfaserebbero tensione e corrente?

Grazie!
Allegati
how-to-control-fan-speed.pdf
(109.89 KiB) Scaricato 3 volte
Regalo una fotocopiatrice VEDI QUI l'annuncio sul mercatino di ƎlectroYou


Se in futuro i computer dovessero diventare troppo potenti,
potremmo organizzarli in un comitato: questo dovrebbe sistemarli.

- Soluzione di Bradley -
Avatar utente
Foto UtenteDuffr
542 3 11
Stabilizzato
Stabilizzato
 
Messaggi: 400
Iscritto il: 11 set 2015, 11:19

2
voti

[7] Re: Motore DC inverter vs PWM

Messaggioda Foto UtenteSandroCalligaro » 1 nov 2020, 22:30

Un trasformatore a frequenza di rete (50-60 Hz) è molto voluminoso, pesante e costoso, già per potenze di qualche kW. Tra l'altro, per i prodotti come trasformatori e motori, il peso non è un fattore secondario, perché peso significa materiale, ferro e rame, che significano costo.
In ogni caso, non risolverebbe la questione di cui parlo qui di seguito.

In ambito domestico, per stare dentro i limiti di armoniche sulla corrente assorbita dalla rete, buona parte dei carichi (che ormai hanno quasi tutti un raddrizzatore in ingresso), ha bisogno di qualche accorgimento. Questo è quasi sempre vero anche in ambito industriale, tra l'altro, magari per potenze più alte.
Si può usare un filtro (induttanza in serie e capacità in parallelo), che però diventa voluminoso (e pesante e costoso), oppure usare un convertitore per fare in modo che la corrente assorbita dalla rete risulti quasi sinusoidale e in fase con la tensione. Il convertitore usato in questo modo (quasi sempre un raddrizzatore comune seguito da un boost) si chiama PFC (Power Factor Corrector).
Sui PFC trovi sicuramente informazioni in rete.
Il "trucco" è quello di controllarlo in modo che la corrente in ingresso al boost sia una sinusoide raddrizzata (più delle componenti a frequenza di switching).
Ovviamente, non si può avere la tensione in uscita perfettamente continua, anche con carico costante.

Rispetto ad usare un'induttore in serie al raddrizzatore, con il PFC si deve filtrare la frequenza di switching (decine o centinaia di kHz), e non la frequenza di rete, quindi basta molta meno induttanza.
Avatar utente
Foto UtenteSandroCalligaro
2.470 2 4 5
Master EY
Master EY
 
Messaggi: 1033
Iscritto il: 6 ago 2015, 19:25

0
voti

[8] Re: Motore DC inverter vs PWM

Messaggioda Foto Utentelelerelele » 2 nov 2020, 10:39

SandroCalligaro ha scritto:a regime la potenza convertita da elettrica in meccanica è costante, quindi lo è anche la coppia.
Avrei detto che la coppia fosse proporzionale alla corrente e non alla potenza.

SandroCalligaro ha scritto:oppure usare un convertitore per fare in modo che la corrente assorbita dalla rete risulti quasi sinusoidale e in fase con la tensione. Il convertitore usato in questo modo (quasi sempre un raddrizzatore comune seguito da un boost) si chiama PFC (Power Factor Corrector).
Bene a sapersi, questo mi mancava. :ok:

saluti.
Avatar utente
Foto Utentelelerelele
2.569 3 7 9
Expert EY
Expert EY
 
Messaggi: 2920
Iscritto il: 8 giu 2011, 8:57
Località: Reggio Emilia

0
voti

[9] Re: Motore DC inverter vs PWM

Messaggioda Foto UtenteSandroCalligaro » 2 nov 2020, 11:32

lelerelele ha scritto:
SandroCalligaro ha scritto:a regime la potenza convertita da elettrica in meccanica è costante, quindi lo è anche la coppia.
Avrei detto che la coppia fosse proporzionale alla corrente e non alla potenza.
Sì, la coppia è proporzionale alla corrente DC, in funzionamento "brushless DC" (back-EMF trapezoidale, corrente ad onda "quadra" in fase con la back-EMF).

A velocità costante, comunque, la potenza meccanica è proporzionale alla coppia, quindi...

Per dimostrare quanto sia la coppia in BLDC (e che è costante), analizzavo le forme d'onda di back-EMF e corrente a velocità costante. Il prodotto corrisponde alla potenza convertita da meccanica ad elettrica.
Con il pilotaggio di cui stiamo parlando, la potenza in questione è costante ed è pari all'ampiezza della BACK-EMF divisa per la velocità e moltiplicata per la corrente.

Vediamo se trovo delle forme d'onda.
Avatar utente
Foto UtenteSandroCalligaro
2.470 2 4 5
Master EY
Master EY
 
Messaggi: 1033
Iscritto il: 6 ago 2015, 19:25

0
voti

[10] Re: Motore DC inverter vs PWM

Messaggioda Foto Utentelelerelele » 2 nov 2020, 12:28

no metto in dubbio quanto affermi, Foto UtenteSandroCalligaro, non ho conoscenze specifiche in merito!

saluti. :ok:
Avatar utente
Foto Utentelelerelele
2.569 3 7 9
Expert EY
Expert EY
 
Messaggi: 2920
Iscritto il: 8 giu 2011, 8:57
Località: Reggio Emilia

Prossimo

Torna a Macchine elettriche

Chi c’è in linea

Visitano il forum: Nessuno e 14 ospiti