Inverter-Monofase - I blogs dell'ISIS Leonardo da Vinci

INVERTER DC-AC A COMMUTAZIONE: DC H AC SINUSOIDALE237+T.D.A ~++'!'.t..2o~--------d~--,I~-----LNFig.8.10Inverter a mezzo ponte.In un inverter a mezzo ponte, i valori mas simi della tensione e della corrente per gliinterruttori sono i seguenti:eV T= Vd (8.15)(8.16)8.3.2 Inverter a ponte (monofase)La fig. 8.11 rappresenta un inverter a ponte. Questo inverter e formato da due inverter aun ramo, del tipo discusso nel paragrafo 8.2 ed e preferito alle altre configurazioni perpotenze piil elevate.Con la stessa tensione d'ingresso, la massima tensione d'uscita dell'inverter a pontee doppia di quell a dell'inverter a mezzo ponte. Questo comporta che, a parita di potenza,la corrente d'uscita e Ie correnti negli interruttori sono la meta di quelle che si hannonegli inverter a mezzo ponte. Con elevati livelli di potenza, questa e un netto vantaggio,percM e richiesto un numero minore di elementi da collegare in parallelo.8.3.2.1 PWM con tensione bipolareQuesta tecnica PWM e stato discussa in precedenza nel capitolo 7 a proposito dei convertitoridc-dc a ponte.Qui, gli interruttori diagonalmente opposti (TA+ e TBJ e (T A _ e T B +) dei due rami dellafig. 8.11 sono comandati, rispettivamente, come coppie di interruttori 1 e 2.Con questo tipo di commutazione PWM, la forma d'onda della tensione d'uscitadel ramo A e identica a quella d'uscita dell'inverter elementare a un ramo del paragrafo8.2 ed e determinata nello stesso modo, mediante il confronto tra Vcontrollo e Vtridella fig. 8.l2a.L'uscita del ramo B dell'inverter e negativa rispetto dell'uscita del ramo A; per esempio,quando TA+ e chiuso e VAo e uguale a + (l/2)Vd' e chiuso anche TB_ e VBo = (- 1I2)Vd'

238 CAPITOL08+~TA+ADA+Ts +II"0B+DA_NFig. 8.11Inverter monofase a ponte.Vco ntrolloH ~ (i)(a).V o '- -.r- - /- -.... ....... ... v •o / ;1-; I~....... .... -v•'- '--(b)/- -- ,-'-- '-- '- -' '-Fig. 8.12PWM a tensione bipolare.Quindi si ha:vBo(t) = - v Ao(t) (8.17)e(8.18)

INVERTER DC-AC A COMMUTAZIONE: DC HAC SINUSOIDALE 239L'andamento di Vo e rappresentato nella fig. 8.12b. L'analisi fatta nel paragrafo 8.2per l'inverter elementare a un ramo si applica completamente a questa tipo di commutazionePWM.Quindi il valore massimo della prima armonica della tensione d'uscita CV o1 ) puo essereottenuto dalle eqq. 8.7, 8.12 e 8.18 comeeVol = rna Vd per rna :5: 1.0 (8.19)Vd < Vol 1.01tA 4(8.20)Nella fig. 8.12b, si osserva che la tensione d'uscita Vo varia tra i livelli di tensione- Vde + Yd'Questo e il motivo per cui questa tipo di commutazione e chiamato PWM con tensionebipolare.Le ampiezze delle armoniche della tensione d'uscita possono essere ottenute usandola tab. 8.1, come e spiegato nell'esempio che segue.Esempio 8.2Nel circuito del convertitore a ponte della fig. 8.11, Vd = 300 V, rna = 0.8, rnf= 39 e lafrequenza fondamentale e di 47 Hz.CaIcolare il val ore efficace prima armonica e di aIcune arrnoniche dominanti della tensionev 0 quando viene usata una tecnica PWM con tensione bipolare.SoluzioneDall'eq. 8.18, Ie armoniche di Vo possono essere ottenute moltiplicando Ie arrnonichedella tab. 8.1 e dell'esempio 8.1 per un fattore 2. Quindi dall'eq. 8.11 il valore efficacedi ogni armonica h e dato da(V) =_1 .2,vd (VAot = Vd (VAO)h =212.13(V Ao )ho h -J2 2 Vd!2 -J2 Vd 12 Vd!2e i valori efficaci delle tensioni sono:(8.21)fondamentale:Vol =212.13xO.8=169.7V a 47Hz(V O)37 =212.l3x 0.22 = 46.67V a 1739Hz(V O)39 =212.13xO.818=173.52V a 1833Hz(V O)41 =212.l3xO.22=46.67V a 1927Hz(V O)77 =212.l3x0.314 = 66.60V a 3619Hz(V o )79=212.13XO.314=66.60V a 3713Hzecc.

242 CAPITOL08legate alIa elevata frequenza di commutazione.La seconda armonica di corrente produce una tensione di ripple suI condensatore,sebbene quella dovuta alle armoniche, alle alte frequenze di commutazione, sia essenzialmentetrascurabile.8.3.2.2 PWM con tensione unipolareIn un PWM con tensione unipolare, gli interruttori dei due rami dell' inverter a ponte dellafig. 8.11 non sono comandati contemporaneamente, come nella tecnica PWM precedente.Qui, i rami A e B dell'inverter a ponte sono comandati separatamente, confrontandorispettivamente v tri con v controllo e - V controllo'Come mostrato nella fig. 8.15a, dal confronto di vcontrollo con la forma d'onda triangolaresi ottengono i seguenti segnali logici di comando degli interruttori del ramo A:V controllo > V tri :V controllo < V tri :TA+ chiusoT A_ chiusoee(8.29)La tensione d'uscita del ramo A dell' inverter rispetto al morsetto negativo N del busin continua (dc bus), e mostrata nella fig. 8.15b.Per controllare gli interruttori del ramo B, la tensione -vcontrollo e confrontata con lastessa onda triangolare, che permette di ottenere(-Vcontrollo) > v tri : TB+ chiuso e(-V controllo) < v tri : T B_ chiuso e(8.30)A causa dei diodi di ricircolo posti in antiparallelo agli interruttori, Ie tensioni precedentidate dalle eqq. 8.29 e 8.30 non dipendono dalla direzione della corrente d'uscita i o •Le forme d'onda della fig. 8.15 mostrano che ci sono quattro combinazioni degliinterruttori in stato di chi usura, alle quali corrispondono i seguenti livelli di tensione:1) TA+,T B _ chiuso: VAN =Vd, V BN =0; Vo =Vd2) TA_,T B + chiuso: VAN =0, V BN = Vd; Vo =-Vd3) TA+,T B + chiuso: VAN =Vd, V BN =Vd; Vo =04) TA_,T B _ chiuso: VAN =0, V BN =0; Vo =0 (8.31)Si noti che quando entrambi gli interruttori superiori sono chiusi, la tensione d'uscitae zero. La corrente circola nella maglia attraverso TA+ e DB+ oppure D A+ e TB+ in funzionedella direzione di i o •Durante questi intervalli la corrente id e uguale a zero. Si ha una condizione similequando entrambi gli interruttori T A _ e T B _ sono chiusi.In questo tipo di schema PWM, quando si ha la commutazione la tensione d'uscitavaria tra zero e + Vd oppure tra zero e - Yd'Per questa motivo, questa tipo di tecnica PWM e chiamato PWM con tensione unipolaree si contrappone alIa tecnica PWM con tensione bipolare (tra +Vd e -Vd ) descrittain precedenza.

INVERTER DC-AC A COMMUTAZIONE: DC HAC SINUSOIDALE 243VcontroHo(-Vcontrollo»Vtri,j'n/. '-1A+Vcontrollo>Vtri ~ on(a)-....(c),,/ vo '(Vo).Vd1.00.80.6o, ,,; t,-(d)0.4~:~ L'-----l!----.1 I --·Nll-_..L..I...-'.t_JJ-L-1J -.=-, 1-'------1I11------'.1------;1'7-2 _¥I--'tL........Ll...l....1 lL.......JlL.-...:.I.C¥m, t2m, " 3m, 4m,(2m, -1) (2m, +1)armoniche di '1(e)Fig.8.15PWM a tero' Jne unipolare (monofase).

244 CAPITOL08Questa tecnica ha il vantaggio di raddoppiare "effettivamente" la frequenza di commutazioneper quanto riguarda Ie armoniche d'uscita, rispetto alla tecnica che impiegauna tensione bipolare. Inoltre, Ie variazioni della tensione d'uscita in ogni commutazionesono ridotte a Vd rispetto al valore di 2V d della tecnica precedente.Il vantaggio di raddoppiare "effettivamente" la frequenza di commutazione e evidentenella spettro delle armoniche della tensione d'uscita, nel quale Ie armoniche pili basse(nel circuito ideale) sono pre senti in bande intomo alla frequenza doppia di quella dicommutazione. E facile capire questa se si sceglie, per un inverter monofase, un valorepari per il rapporto mf di modulazione di frequenza (mf dovrebbe essere dispari per unaPWM con tensione bipolare). Le forme d'onda VAN e VBN sono sfasate di 180° l'unarispetto all' altra con riferimento alla frequenza fondamentale fl.Quindi, Ie componenti armoniche alla frequenza di commutazione in VAN e VBN hannola stessa fase (