L'inverter NPC in azionamenti di MT per motori asincroni - DimacReD

1.2 Inverter Multilivello (VSI)
L‟inverter multilivello [2-3-4] nasce per soddisfare diverse esigenze, per risolvere problematiche e
limiti tecnici dell‟inverter a due livelli. Va comunque notato come la realizzazione pratica di
strutture multilivello è stata permessa grazie alla continua evoluzione degli interruttori elettronici di
potenza.
A pari tensioni e potenze un inverter multilivello presenta uno spettro armonico delle tensioni
migliore di quello dell‟inverter a due livelli. Avendo infatti più livelli di tensione, riesce a
ricostruire in uscita una forma d‟onda di tensione più vicina alla sinusoide, riducendo così il
contenuto armonico della tensione e della corrente assorbita dal carico. Alcuni effetti della
riduzione del contenuto armonico nelle correnti sono, nel caso di macchine elettriche rotanti come
carico:
- una riduzione delle perdite nel ferro e nel rame;
- una riduzione di interferenze elettromagnetiche (EMI) causate dalle armoniche di corrente;
- delle riduzioni di oscillazioni di coppia che alle basse velocità possono entrare in risonanza con le
oscillazioni proprie degli organi meccanici causando danni alla struttura.
Gli inverter a due livelli se utilizzati in applicazioni di media tensione devono far fronte a diverse
problematiche. L‟alta variazione di tensione (dV/dt) in corrispondenza delle commutazioni degli
interruttori causa effetti negativi al carico; per esempio, se il carico è una macchina elettrica
nascono correnti ai cuscinetti e stress all‟isolamento. L‟uso di inverter multilivello riduce invece i
gradienti di tensione dV/dt; inoltre si possono evitare le difficoltà degli inverter a due livelli legate
all‟uso di connessioni serie delle valvole di potenza: quali la equa divisione di tensione e la
sincronizzazione dei segnali di comando.
Come presentato in precedenza l‟uso di inverter multilivello permette di avere qualità di tensioni in
uscita migliori; ci sono altre motivazioni che favoriscono il loro uso rispetto ai normali due livelli,
queste saranno evidenziate nelle trattazioni successive. Quanto esposto in breve motiva il largo
impiego di inverter multilivello in media tensione.
Nel seguito sono mostrate le principali strutture di inverter multilivello:
Neutral-Point-Clamped Inverter [2-4]
Flying Capacitors [2-4]
Inverter multilivello a cascata [2-4]
Inoltre viene estesa la tecnica di controllo PWM sinusoidale, e un breve accenno alla tecnica SVM
PWM, per gli inverter multilivello di tipo Neutral Point Clamped perché oggetto di studio del
presente lavoro.
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