Schema del
circuito di prova
Prova con motore asincrono:
Andamento delle tensioni e delle
correnti
Prova con motore in corrente continua:
Andamento delle tensioni e delle
correnti
Created by
Losco Roberto; e-mail [email protected]
Forzan Marco; ; e-mail [email protected]
Convertitori
AC-DC, DC-AC e DC-DC
Lo schema rappresenta il circuito del
convertitore. Esso è una semplificazione
della reale configurazione del convertitore,
la quale permette di capire come sia
collegato ogni singolo componente.
Seleziona con il mouse
un componente
per visualizzarne
la descrizione
L’alimentatore rappresentato in figura è
un raddrizzatore a ponte trifase
semicontrollato. E’ costituito da tre
diodi in basso e da tre tiristori in alto. I
tiristori quando sono polarizzati
inversamente si comportano come dei
diodi, mentre possono essere assimilati
a tre interruttori controllati solo in
chiusura quando sono polarizzati
direttamente. Quando il componente è
polarizzato
direttamente
posso
controllare l’istante di chiusura, ma non
quello di apertura. I tiristori ( o SCR,
silicon controlled rectifier) polarizzati
direttamente si spengono se la corrente
nel circuito scende sotto una soglia
determinata dal costruttore. Il tiristore
una volta che si è spento può essere
riacceso da un comando quando è
polarizzato direttamente.
Barra in continua positiva
R
S
T
Comandi dei tiristori
Barra in continua negativa
iA
Il comando per accendere un
tiristore consiste nel dare una
corrente positiva al morsetto di
GATE.
K
G
Poiché i tiristori possono essere
accesi con un ritardo rispetto
all’istante di accensione naturale
ad esempio di un diodo, questo
consente di ottenere una tensione
raddrizzata minore del valore
massimo che si otterrebbe se al
posto dei tiristori ci fossero dei
diodi. Si ottiene una regolazione
della
tensione
in
uscita
all’alimentatore.
A
iA
IH
IBO
vH
vBO vAK
Nel disegno a lato è riportata la
caratteristica statica del tiristore.
Si nota la minima tensione VH per cui posso accendere il tiristore. Ad essa corrisponde la minima corrente IH
detta di holding per cui il componente è in stato di conduzione. La tensione VBO corrisponde alla tensione per cui
il componente entra in conduzione anche se non è stato acceso. Ad essa corrisponde la corrente IBO.
Per tensioni inverse il componente si comporta come un diodo. Esiste una massima tensione di tenuta inversa.
Fino a tale tensione la corrente di fuga è piccola
L’inverter rappresentato in figura è costituito da:
-due sbarre in continua (disegnate in colore blu)
connesse in parallelo a una serie di due
condensatori. I condensatori servono da accumulo
di energia e consentono di considerare costante la
tensione ai capi delle sbarre in continua durante il
funzionamento dell’inverter.
-tre rami con due IGBT (insulated gate bipolar
transistor) per ramo sulla sinistra del disegno.
L’inverter può essere fatto funzionare in vari modi
a seconda del tipo di controllo che si attua sul
medesimo.
Ad esempio tramite un opportuno sistema di
comando di accensione e spegnimento degli IGBT
con frequenze di commutazione elevate consente di
ottenere a bassa frequenza (ovvero dopo aver
filtrato le armoniche superiori) tre tensioni
sinusoidali sfasate di 120° R, S, T ad ampiezza
variabile.
Barra in continua positiva
R
Condensatore di accumulo
S
Condensatore di accumulo
Asincrono
trifase
T
Barra in continua negativa
Comandi degli IGBT
Queste tre tensioni possono variare da una ampiezza nulla fino ad un massimo pari alla tensione sulla serie dei due condensatori.
L’inverter può però anche essere controllato in altri modi ad esempio in corrente: in questo caso si vogliono ottenere delle correnti di
ampiezza e frequenza variabili. L’inverter in uscita genera sempre delle tensioni anche se in tal caso queste tensioni servono a ottenere dei
valori di corrente prefissati.
Il chopper è un convertitore continua
continua. Considerando un periodo di
commutazione T, dell’ordine dei
microsecondi, accendendo un interruttore
per ramo per un intervallo di tempo pari a
una frazione del periodo T, in uscita si ha
una tensione positiva pari al valore
massimo positivo o negativo per la
frazione di periodo in cui gli interruttori
sono accesi. Per la restante frazione del
periodo T tutti gli interruttori sono aperti,
in modo da ottenere una tensione di
uscita nulla. Dunque su un periodo
riusciamo ad avere una tensione media
minore della tensione massima positiva o
negativa. Se il periodo è piccolo rispetto
alle costanti di tempo dei circuiti, la
corrente
può
essere
considerata
approssimativamente costante durante un
singolo periodo di commutazione. Se
l’induttanza del circuito a valle del
chopper è elevata, la tensione di uscita
media è assimilabile ad una tensione
continua di uscita di valore inferiore a
quello in ingresso.
Barra in continua positiva
Condensatore
di accumulo
Condensatore
di accumulo
Condensatore
di accumulo
Condensatore
di accumulo
Tensione
d'uscita
continua
Motore in
corrente
continua
Barra in continua negativa
Comandi degli IGBT
Lo schema a lato rappresenta
un raddrizzatore monofase,
denominato ponte di Graetz. Ai
capi
dell’induttanza
che
rappresenta il circuito di
eccitazione in continua è
applicata una doppia semionda
di tensione. La corrente risulta
abbastanza costante, infatti
l’induttanza fa sì che la corrente
abbia valore medio costante.
v
t
v
t
R
T
Ponte di Graetz
Eccitazione
motore
in
continua
Il motore asincrono è alimentato tramite un inverter.
Gli inverter possono avere vari sistemi di controllo. Lo scopo comune è
comunque quello di ottenere delle tensioni di alimentazione che
impongano una velocità ed una coppia prefissata al motore.
Ricordiamo che la velocità del campo magnetico rotante dipende dalla
frequenza di alimentazione delle tensioni sul motore secondo la nota
formula:
n0
C
60 f
p
dove n0 è detta velocità di sincronismo, f è la frequenza di
alimentazione delle tensioni e p il numero di coppie polari del motore.
Variando dunque la frequenza di alimentazione delle tensioni varia
anche la velocità del campo magnetico rotante e di conseguenza varia la
velocità del rotore.
Nella figura a lato sono rappresentate le caratteristiche
elettromeccaniche di un motore asincrono al variare della frequenza
delle tensioni di alimentazione.
Bisogna considerare anche un altro aspetto della questione: la tensione
applicata al motore è pari alla derivata del flusso, la derivata del flusso è
proporzionale al flusso stesso e al numero di giri del rotore.
Se le tensioni che alimentano il motore rimanessero in ampiezza
costanti e diminuisse solo la frequenza, allora il motore risulterebbe
avere un flusso maggiore di quello per cui è stato progettato. Si avrebbe
di conseguenza una elevata saturazione del lamierino del motore.
Questo comporterebbe l’assorbimento di una corrente reattiva e attiva
molto elevata. Per ovviare a questo inconveniente al diminuire della
frequenza di alimentazione si diminuisce anche l’ampiezza delle
tensioni di alimentazione. In questo modo la caratteristica
elettromeccanica del motore asincrono si sposta verso sinistra senza
cambiare la forma.
N0
N0
N0
Rs
N0
Xs
n
N0
Rsr
Xsr
+
V
R0
X0
Visualizza
motore
asincrono
Rsr(1-s)/s
Canale 1: Corrente
Canale 2: Tensione
Canale 1: Corrente
Canale 2: Tensione
Canale 1: Corrente
Canale 2: Tensione
Consideriamo un motore in corrente continua ad eccitazione indipendente.
Se supponiamo di mantenere costante il flusso di eccitazione, possiamo ricavare dalle equazioni la caratteristica
elettromeccanica del motore.
Equazioni del motore in corrente continua a regime.
Dato lo schema in figura si ricava:
I
E=V+RI
Dove V è la tensione di alimentazione, R è la resistenza del
circuito di alimentazione e del circuito di armatura ( è così
chiamato l’avvolgimento del motore in corrente continua che
si trova sul rotore), e E è la forza controelettromotrice del
motore.
L’equazione della E è:
E k e n
Dove ke è una costante, è il flusso di eccitazione e n è la
velocità angolare del rotore.
L’equazione che lega la corrente con la coppia meccanica
sviluppata è:
C k c I
Dove kc è una costante, la corrente I è quella utilizzata nella
equazione del generatore.
Con queste equazioni è possibile ricavare la caratteristica
elettromeccanica: la coppia sviluppata dal generatore in
funzione della velocità angolare per motori a tensione
impressa.
V
E
k e n V k c k e 2 n k c V
C kc
R
R
R
E’ l’equazione di una retta con coefficiente angolare positivo.
Visualizza
motore
continua
T
Motore
Generatore
I=0
n0 =V/ke
C=kcV/R
n
C
V
n0=V//ke
n
Dalla caratteristica meccanica si
ricava
il
seguente
punto
fondamentali:
-la velocità a vuoto quando la
coppia sviluppata dal motore è
nulla;
Dalla figura è facile rendersi conto
che variando l’ampiezza della
tensione, sposto la caratteristica
meccanica parallelamente a se
stessa.
Nei motori si inverte il senso della
corrente, facilmente si capisce che
la caratteristica meccanica cambia
solo il segno del coefficiente
angolare e anche il segno del
termine
noto
cosicchè
la
caratteristica è semplicemente
simmetrica
rispetto
all’asse
verticale passante per il valore
della velocità a vuoto.
I motori sono progettati per una
tensione oltre la quale gli
isolamenti potrebbero cedere.
Dunque determinata la retta per la
tensione massima, regolando la
tensione a valori minori, questa si
sposta parallelamente a se stessa
verso sinistra.
In genere la coppia di spunto è molto elevata e ad essa è associata una corrente superiore alla portata dei circuiti. Per
avviare quindi un motore a corrente continua bisogna quindi provvedere ad una opportuna regolazione della corrente
tramite regolazione della tensione erogata. Esiste quindi un sistema di controllo che regola la tensione in modo che alla
partenza, la corrente non sia troppo elevata. In genere tale sistema di controllo funziona anche quando si applica al motore
un gradino di tensione, sempre per gli stessi motivi.
La caratteristica della potenza in funzione della velocità è:
k c k e 2 n 2 k c Vn
R
R
Questa è una parabola, dove i due punti in cui si annulla corrispondono, uno al funzionamento con coppia di spunto e
P Cn
rotore fermo, l’altro al funzionamento con coppia nulla e rotore a vuoto.
C
P=Cn
n0=V//ken
n
Canale 1: Corrente
Canale 2: Tensione
Canale 1: Corrente
Canale 2: Tensione
Canale 1: Corrente
Canale 2: Tensione
Canale 3: Tensione
Canale 4: Corrente
Questo tipo di sonda permette
una misura diretta della corrente
in un circuito e può essere
utilizzate per misure di corrente
alternata e continua. Possiede
una pinza che avvolge il cavo,
attraverso il quale si vuole
misurare la corrente e utilizza la
tecnologia ad effetto Hall che gli
permette una buona risposta in
frequenza. Con tale pinza è
possibile
effettuare
misure
accurate di corrente in AC e DC
da 5mA a 30A picco con una
precisione di ±1%.
Campo di corrente: 20A DC /
30A AC
Precisione: ± 1% ± 2mA
Isolamento: 3.7kV, 50Hz, 1min.
Sensibilità: 100mV/A
Campo di frequenza: DC100kHz
Risoluzione: ±1mA
Impedenza: >100kW
Questo tipo di sonda permette
una misura diretta della corrente
in un circuito e può essere
utilizzate per misure di corrente
alternata e continua. Possiede
una pinza che avvolge il cavo,
attraverso il quale si vuole
misurare la corrente e utilizza la
tecnologia ad effetto Hall che gli
permette una buona risposta in
frequenza.
System Bandwidth: DC to 50
MHz
Corrente Max. DC : ±30 A
Max Peak Pulse Current:
±50 A with pulse
width < 10 s.
Sensibilità ( 250 C):
±1% of reading
to 15 A.
±2% of reading to 30 A.
Rise Time: < 7 ns
di/dt Tracking:
>
1.6 A/ns
External Field Rejection: 75
dB at DC.
Insertion Impedance:
<
0.06 ohms at 5 MHz
Queste sonde permettono di
effettuare misure di potenziali
tra due punti, nessuno dei
quali è a massa. E’ utilizzata
per misurazioni su motori
elettrici
e
circuiti
di
alimentazione, senza alcun
pericolo per l'utilizzatore,
questo perchè la maggior
parte
degli
oscilloscopi
misurano
"Single
End”
(potenziale
rispetto
alla
massa dell’oscilloscopio) e
non sono adatti per misure su
potenziali diversi. Spesso
viene tolto il collegamento di
terra,
operazione
molto
pericolosa per chi opera con
lo strumento che inoltre
esclude
da
ogni
responsabilità il costruttore.
Tensione d'ingresso: 1400
VDC+ACpicco
Precisione: ± 2%
Isolamento: 4000V.
Attenuazione: 200:1, 20:1.
Campo di frequenza: DC25MHz
Tempo di salita: 14nS.
Impedenza: 3MW.
