PROGETTO DI UNO STABILIZZATORE DI TENSIONE

POLITECNICO DI MILANO Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Elettrica Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria PROGETTO DI UNO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE Relatore: Prof. Enrico TIRONI Correlatori: Sig. Giorgio CATTANEO Ing. Giovanni UBEZIO Tesina di Laurea di: Mattia RUPANI Matr. Nr. 823172 Anno Accademico 2014/2015 …alla mia famiglia
Desidero ringraziare inizialmente il Sig. Giorgio Cattaneo per avermi dato la possibilità
di lavorare a questo interessante progetto presso il laboratorio di Ricerca e Sviluppo
dell’azienda Ortea S.p.A.
Ringrazio il Prof. Enrico Tironi per avermi guidato nella stesura di questo elaborato.
Inoltre desidero ringraziare l’ Ing. Giovanni Ubezio e il Dott. Marco Bugliesi per il
supporto professionale, le puntuali indicazioni e i consigli che mi hanno fornito in questo periodo
di collaborazione.
In modo particolare desidero ringraziare l’ Ing. Simone Lottici per la grande
disponibilità, la grande pazienza e l’enorme collaborazione mostrata.
Ringrazio inoltre tutti i colleghi di lavoro con la quale ho stabilito un rapporto di sincera
amicizia e di grande simpatia, lavorando sempre in un clima di serenità e fiducia.
Desidero ringraziare in modo particolare la mia famiglia, papà Bruno e mamma
Donatella, per avermi dato la possibilità di raggiungere questo traguardo, mia sorella
Daniela per il costante supporto morale.
Infine desidero ringraziore Vanessa per essere sempre stata al mio fianco in questo percorso
di studi.
Mattia Rupani
SOMMARIO SOMMARIO 1 INTRODUZIONE ......................................................................................................................... 1 2 LA QUALITA’ DELL’ENERGIA: IL PROBLEMA DELLA VARIAZIONE DELLA TENSIONE ..................... 2 2.1 NORMA CEI EN 50160 .................................................................................................................... 3 2.2 VARIAZIONE DELLA FREQUENZA .................................................................................................... 4 2.3 VARIAZIONE DELL’AMPIEZZA ......................................................................................................... 5 2.3.1 Variazione della tensione di breve durata ......................................................................................... 5 2.3.2 Variazione della tensione di lunga durata ......................................................................................... 5 2.3.3 Interruzioni della tensione ................................................................................................................. 6 2.4 DEFORMAZIONE DELLE FORME D’ONDA ........................................................................................ 7 2.5 DISSIMMETRIA DELLA TENSIONE .................................................................................................... 7 2.6 SOLUZIONI ATTUALI PER LA STABILIZZAZIONE DELLA TENSIONE ..................................................... 9 3 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE ......................................................... 12 3.1 STABILIZZATORE DI TENSIONE DI TIPO SERIE ................................................................................ 12 3.2 STABILIZZATORE DI TENSIONE DI TIPO PARALLELO ....................................................................... 13 3.3 SIMULAZIONI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORI ...................................................... 14 3.3.1 Funzionamento con tensione di linea e di carico di valore nominale Ulinea = Uload a vuoto ............. 16 3.3.2 Funzionamento con tensione di linea e di carico di valore nominale Ulinea=Uload e carico puramente resistivo ........................................................................................................................................................ 19 3.3.3 Funzionamento con tensione di linea minore della tensione nominale Ulinea<Uload a vuoto ........... 22 3.3.4 Funzionamento con tensione di linea minore della tensione nominale Ulinea<Uload e carico puramente resistivo ...................................................................................................................................... 25 3.3.5 Funzionamento con tensione di linea maggiore della nominale Ulinea>Uload a vuoto ...................... 29 3.3.6 Funzionamento con tensione di linea maggiore della nominale Ulinea>Uload e carico puramente resistivo ........................................................................................................................................................ 33 3.3.7 Ulteriori considerazioni ................................................................................................................... 37 3.4 SCELTA DELLA TIPOLOGIA DI STABILIZZATORE .............................................................................. 38 4 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO ..................................................................................................................................... 40 4.1 MODULO DI CONVERSIONE .......................................................................................................... 42 4.1.1 Dimensionamento dell’induttanza di commutazione in uscita all’inverter ..................................... 43 4.1.2 Condensatori in uscita al modulo di conversione ............................................................................ 45 4.2 CONVERTITORE STABILIZZANTE ................................................................................................... 46 4.3 DIMENSIONAMENTO DELL’INDUTTANZA DI DISACCOPPIAMENTO ............................................... 49 4.3.1 Prime simulazioni ............................................................................................................................ 49 4.3.2 Risultati delle simulazioni con tensione di rete pari al valore nominale e variazione della tensione di rete del -­‐20% rispetto al valore nominale. ............................................................................................... 56 4.3.3 Risultati delle simulazioni con variazioni della tensione di rete del -­‐20%, -­‐10%, 0%, +10% e +20% rispetto al valore nominale a vuoto, a carico 50% e a carico 100%. ............................................................. 65 4.3.4 Risultati delle simulazioni per alimentare un carico di potenza maggiore della nominale ............. 71 4.3.5 Risultati delle simulazioni considerando i condensatori in uscita all’inverter ................................. 75 I SOMMARIO 4.4 CONVERTITORE AUSILIARIO ......................................................................................................... 77 4.4.1 Condensatori elettrolitici ................................................................................................................. 80 5 LOGICA DI CONTROLLO ........................................................................................................... 81 5.1 SCHEDA DI SUPERVISIONE ............................................................................................................ 81 5.2 IL DIGITAL SIGNAL PROCESSOR ..................................................................................................... 83 5.3 TECNICA DI CONTROLLO ............................................................................................................... 84 5.3.1 Anello di tensione ............................................................................................................................ 85 5.3.2 Anello di corrente ............................................................................................................................ 86 6 PROVE SPERIMENTALI ............................................................................................................. 89 6.1 STRUMENTI DI MISURAZIONE ...................................................................................................... 92 6.2 PRIMA ACCENSIONE DELLA SINGOLA GAMBA D’INVERTER ........................................................... 93 6.3 INSERIMENTO DELLA GAMBA EQUILIBRATRICE ............................................................................ 96 6.4 VERIFICA TERMICA DELLE INDUTTANZE DI COMMUTAZIONE ..................................................... 101 7 CONCLUSIONI ....................................................................................................................... 106 8 9 APPENDICE ........................................................................................................................... 107 8.1 APPENDICE A: ANDAMENTO DELLE GRANDEZZE ELETTRICHE DURANTE LE SIMULAZIONI PER LA SCELTA DELLA TIPOLOGIA DI STABILIZZATORE DA PROGETTARE ............................................................. 107 8.1.1 Funzionamento con tensione di linea e di carico di valore nominale Ulinea = Uload a vuoto ........... 107 8.1.2 Funzionamento con tensione di linea e di carico di valore nominale Ulinea=Uload e carico puramente resistivo ...................................................................................................................................................... 109 8.1.3 Funzionamento con tensione di linea minore della tensione nominale Ulinea<Uload a vuoto ......... 111 8.1.4 Funzionamento con tensione di linea minore della tensione nominale Ulinea<Uload e carico puramente resistivo .................................................................................................................................... 113 8.1.5 Funzionamento con tensione di linea maggiore della nominale Ulinea>Uload a vuoto .................... 115 8.1.6 Funzionamento con tensione di linea maggiore della nominale Ulinea>Uload e carico puramente resistivo ...................................................................................................................................................... 117 8.2 APPENDICE B: RISULTATI OTTENUTI DALLE SIMULAZIONI PER IL DIMENSIONAMENTO DELL’INDUTTANZA DI DISACCOPPIAMENTO. .......................................................................................... 119 8.2.1 Risultati della prima simulazione ................................................................................................... 119 8.3 APPENDICE C: DATASHEET DEI COMPONENTI DEL MODULO DI CONVERSIONE ........................... 126 8.3.1 Datasheet degli IGBT ..................................................................................................................... 126 8.3.2 Datasheet dei condensatori elettrolitici ........................................................................................ 127 8.3.3 Datasheet del trasduttore di corrente ........................................................................................... 128 8.3.4 Datasheet delle ventole ................................................................................................................. 129 8.3.5 Datasheet dei condensatori in uscita all’inverter .......................................................................... 130 8.4 APPENDICE D: DATI TECNICI DELLE INDUTTANZE DI COMMUTAZIONE E DISACCOPPIAMENTO ... 131 8.4.1 Dati tecnici dell’induttanza di commutazione ............................................................................... 131 8.4.2 Dati tecnici dell’induttanza di commutazione della gamba equilibratrice .................................... 132 8.4.3 Dati tecnici dell’induttanza disaccoppiamento .............................................................................. 133 BIBLIOGRAFIA ....................................................................................................................... 134 II INDICE DELLE FIGURE INDICE DELLE FIGURE Figura 1. Schematizzazione di alcune tipologie di variazione dell'ampiezza della tensione ..................................................... 6 Figura 2. Schema di principio di uno stabilizzatore elettromeccanico di tipo serie .................................................................. 9 Figura 3. Trasformatore booster ............................................................................................................................................. 10 Figura 4. Regolatore di tensione a colonna e toroidale .......................................................................................................... 10 Figura 5. Fase di assemblaggio di uno stabilizzatore elettromeccanico ................................................................................. 11 Figura 6. Schema di principio dello stabilizzatore di tipo serie. .............................................................................................. 12 Figura 7. Schema di principio dello stabilizzatore di tipo parallelo. ........................................................................................ 13 Figura 8. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo serie. ................................................................................... 14 Figura 9. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo. ............................................................................. 15 Figura 10. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea=Uload a vuoto. ....................... 16 Figura 11. Diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea=Uload a vuoto. ............................... 16 Figura 12.Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea=Uload a vuoto. .................. 17 Figura 13. Diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea=Uload a vuoto. ......................... 17 Figura 14. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea=Uload a carico puramente resistivo. .................................................................................................................................................................................. 19 Figura 15. Diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo serie nella condizioneUlinea=Uloada carico puramente resistivo.19 Figura 16. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea=Uload a carico puramente resistivo. .................................................................................................................................................................................. 20 Figura 17. Andamento delle tensioni e delle correnti e diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea=Uload a carico puramente resistivo. .............................................................................................................. 21 Figura 18. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea<Uload a vuoto. ....................... 22 Figura 19. Andamento delle tensioni e delle correnti e diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea<Uload a vuoto. ............................................................................................................................................... 23 Figura 20. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea<Uload a vuoto. ............ 23 Figura 21. Andamento delle tensioni e delle correnti e diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea<Uload a vuoto. ............................................................................................................................................... 24 Figura 22. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea<Uload a carico puramente resistivo. .................................................................................................................................................................................. 25 Figura 23. Andamento delle tensioni e delle correnti e diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea<Uload a carico puramente resistivo. .............................................................................................................. 26 Figura 24. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea<Uload a carico puramente resistivo. .................................................................................................................................................................................. 27 Figura 25. Andamento delle tensioni e delle correnti e diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea<Uload a carico puramente resistivo. .............................................................................................................. 27 Figura 26. Diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea<Uload a carico puramente resistivo e Istab perfettamente in quadratura con la Uload.. ...................................................................................................... 28 Figura 27. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea>Uload a vuoto. ....................... 29 Figura 28. Andamento delle tensioni e delle correnti e diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea>Uload a vuoto. ............................................................................................................................................... 30 Figura 29. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea>Uload a vuoto. ................. 30 Figura 30. Andamento delle tensioni e delle correnti e diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea>Uload a vuoto. ............................................................................................................................................... 31 Figura 31. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea>Uload a carico puramente resistivo. .................................................................................................................................................................................. 33 Figura 32. Andamento delle tensioni e delle correnti e diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea>Uload a carico puramente resistivo. .............................................................................................................. 34 Figura 33. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea>Uload a carico puramente resistivo. .................................................................................................................................................................................. 34 III INDICE DELLE FIGURE Figura 34. Andamento delle tensioni e delle correnti e diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea>Uload a carico puramente resistivo. .............................................................................................................. 35 Figura 35. Diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea>Uload a carico puramente resistivo e Istab perfettamente in quadratura con la Uload. ....................................................................................................... 36 Figura 36. Tipologia circuitale scelta per la progettazione di una nuova linea di stabilizzatori elettronici di tensione. ......... 39 Figura 37. Vista 3D di una gamba d'inverter fornita dall’azienda EC&C s.r.l. .......................................................................... 40 Figura 38. Schema di principio di una gamba d’inverter monofase (configurazione half-­‐bridge). ......................................... 42 Figura 39. Relazione tra il valore di picco-­‐picco e il valore efficace di un'onda triangolare. .................................................. 43 Figura 40.Induttanza di commutazione utilizzata per la prototipazione dello stabilizzatore di tensione elettronico trifase. 44 Figura 41. Condensatore in polipropilene utilizzato per la prototipazione dello stabilizzatore di tensione ........................... 45 Figura 42. Convertitore stabilizzante. ..................................................................................................................................... 46 Figura 43. Schema circuitale dell’apparato in monofase. ....................................................................................................... 46 Figura 44. Diagramma vettoriale corrispondente allo schema circuitale dell’apparato monofase. ....................................... 47 Figura 45. Circuito monofase per la simulazione dello stabilizzatore a vuoto. ....................................................................... 50 Figura 46. Circuito monofase per la simulazione dello stabilizzatore a carico. ....................................................................... 50 Figura 47. Componente continua che si viene a creare durante l’inserzione by-­‐pass, tramite commutatore statico, quando l’angolo δ è maggiore di 60°. ................................................................................................................................................... 56 Figura 48. Andamento dell’angolo di carico δ, della corrente di rete e della corrente dello stabilizzatore con L=1,5mH. .... 58 Figura 49. Andamento dell’angolo di carico δ, della corrente di rete e della corrente dello stabilizzatore con L=2mH. ....... 60 Figura 50. Andamento dell’angolo di carico δ, della corrente di rete e della corrente dello stabilizzatore con L=2,5mH. .... 62 Figura 51. Andamento dell’angolo di carico δ, della corrente di rete e della corrente dello stabilizzatore con L=3mH. ....... 64 Figura 52. Andamento dell’angolo di carico δ, della corrente di rete e della corrente dello stabilizzatore con L=1,5mH. .... 66 Figura 53. Andamento dell’angolo di carico δ, della corrente di rete e della corrente dello stabilizzatore con L=2mH. ....... 68 Figura 54. Andamento dell’angolo di carico δ, della corrente di rete e della corrente dello stabilizzatore con L=2,5mH. .... 69 Figura 55. Andamento dell’angolo di carico δ, della corrente di rete e della corrente dello stabilizzatore con L=3mH. ....... 71 Figura 56. Circuito monofase per la simulazione dello stabilizzatore con i condensatori a vuoto. ........................................ 72 Figura 57. Circuito monofase per la simulazione dello stabilizzatore con i condensatori a carico. ........................................ 72 Figura 58. Induttanza di disaccoppiamento utilizzata per la prototipazione dello stabilizzatore di tensione ........................ 76 Figura 59. Convertitore ausiliario. ........................................................................................................................................... 77 Figura 60. Vista 3D della possibilità di connettere più gambe d'inverter monofase tra loro mediante le bus-­‐bar. ............... 78 Figura 61. Vista dall’alto di un modulo di conversione. .......................................................................................................... 79 Figura 62.Vista laterale di un modulo di conversione. ............................................................................................................ 79 Figura 63. Condensatore elettrolitico utilizzato per la prototipazione dello stabilizzatore elettronico trifase. ..................... 80 Figura 64. Layout della scheda di supervisione fornita dall’azienda SPIB.IT ........................................................................... 81 Figura 65. Scheda di supervisione fornita dall’azienda SPIB.IT utilizzata per la prototipazione dello stabilizzatore di tensione. .................................................................................................................................................................................. 82 Figura 66. Schema a blocchi della tecnica di controllo del convertitore stabilizzante. ........................................................... 84 Figura 67. Regolatore proporzionale integrale. ...................................................................................................................... 85 Figura 68. Legge di Kirchhoff delle tensioni alla maglia. ......................................................................................................... 86 Figura 69. Regolatore predittivo. ............................................................................................................................................ 87 Figura 70.Laboratorio di ricerca e sviluppo Ortea S.p.A in cui si sono svolte le prime prove. ................................................ 89 Figura 71. Circuito equivalente completo dello stabilizzatore di tensione elettronico trifase. .............................................. 90 Figura 72. Inserimento dei componenti magnetici all’interno della macchina. ...................................................................... 91 Figura 73. Inserimento delle gambe d’inverter.. ..................................................................................................................... 91 Figura 74. Vista frontale e vista laterale dello stabilizzatore di tensione elettronico trifase assemblato. ............................. 92 Figura 75. Schema del circuito di prova per la prima accensione della singola gamba d'inverter. ......................................... 93 Figura 76. Prima accensione della gamba d’inverter .............................................................................................................. 94 Figura 77. Spegnimento improvviso della gamba d’inverter. ................................................................................................. 95 Figura 78. Schema del circuito di prova con l’inserimento della gamba equilibratrice. ......................................................... 96 Figura 79. Accensione del dispositivo con anche la gamba equilibratrice inserita ................................................................. 97 Figura 80. Accensione del dispositivo con anche la gamba equilibratrice inserita ................................................................. 97 Figura 81. Accensione del dispositivo con anche la gamba equilibratrice inserita ................................................................. 98 Figura 82. Funzionamento del dispositivo con anche la gamba equilibratrice inserita .......................................................... 98 IV INDICE DELLE FIGURE Figura 83.Ripple della corrente d’uscita della gamba d’inverter. ........................................................................................... 99 Figura 84. Ripple della corrente d’uscita della gamba d’inverter. .......................................................................................... 99 Figura 85. Tensione equamente ripartita sui condensatori elettrolitici. .............................................................................. 100 Figura 86. Andamento della temperatura del nucleo delle induttanze di commutazione. .................................................. 102 Figura 87. Alcune temperature rilevate con la termocamera durante l’arco della giornata. ............................................... 102 Figura 88. Andamento della temperatura del nucleo delle induttanze di commutazione. .................................................. 104 Figura 89. Induttanza di commutazione della gamba dell'inverter con il pacco di lamierini del nucleo maggiorato. .......... 105 Figura 90. Grandezze elettriche della rete. ........................................................................................................................... 107 Figura 91. Grandezze elettriche del carico. ........................................................................................................................... 107 Figura 92. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. ............................................................................................................ 107 Figura 93. Grandezze elettriche della rete. ........................................................................................................................... 108 Figura 94. Grandezze elettriche del carico. ........................................................................................................................... 108 Figura 95. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. ............................................................................................................ 108 Figura 96. Grandezze elettriche dell'induttanza di disaccoppiamento. ................................................................................ 108 Figura 97. Grandezze elettriche della rete. ........................................................................................................................... 109 Figura 98. Grandezze elettriche del carico. ........................................................................................................................... 109 Figura 99. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. ............................................................................................................ 109 Figura 100. Grandezze elettriche della rete. ......................................................................................................................... 110 Figura 101. Grandezze elettriche del carico. ......................................................................................................................... 110 Figura 102. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. .......................................................................................................... 110 Figura 103. Grandezze elettriche dell'induttanza di disaccoppiamento. .............................................................................. 110 Figura 104. Grandezze elettriche della rete. ......................................................................................................................... 111 Figura 105. Grandezze elettriche del carico. ......................................................................................................................... 111 Figura 106. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. .......................................................................................................... 111 Figura 107. Grandezze elettriche della rete. ......................................................................................................................... 112 Figura 108. Grandezze elettriche del carico. ......................................................................................................................... 112 Figura 109. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. .......................................................................................................... 112 Figura 110. Grandezze elettriche dell'induttanza di disaccoppiamento. .............................................................................. 112 Figura 111. Grandezze elettriche della rete. ......................................................................................................................... 113 Figura 112. Grandezze elettriche del carico. ......................................................................................................................... 113 Figura 113. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. .......................................................................................................... 113 Figura 114. Grandezze elettriche della rete. ......................................................................................................................... 114 Figura 115. Grandezze elettriche del carico. ......................................................................................................................... 114 Figura 116. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. .......................................................................................................... 114 Figura 117. Grandezze elettriche dell'induttanza di disaccoppiamento ............................................................................... 114 Figura 118. Grandezze elettriche della rete. ......................................................................................................................... 115 Figura 119. Grandezze elettriche del carico. ......................................................................................................................... 115 Figura 120. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. .......................................................................................................... 115 Figura 121. Grandezze elettriche della rete .......................................................................................................................... 116 Figura 122. Grandezze elettriche del carico .......................................................................................................................... 116 Figura 123. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. .......................................................................................................... 116 Figura 124. Grandezze elettriche dell'induttanza di disaccoppiamento. .............................................................................. 116 Figura 125. Grandezze elettriche della rete. ......................................................................................................................... 117 Figura 126. Grandezze elettriche del carico. ......................................................................................................................... 117 Figura 127. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. .......................................................................................................... 117 Figura 128. Grandezze elettriche della rete .......................................................................................................................... 118 Figura 129. Grandezze elettriche del carico .......................................................................................................................... 118 Figura 130. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. .......................................................................................................... 118 Figura 131. Grandezze elettriche dell’induttanza di disaccoppiamento. .............................................................................. 118 V INDICE DELLE TABELLE INDICE DELLE TABELLE Tabella 1. Classificazione dei problemi di rete fornita dall’ IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) Std. 1159-­‐
1995 .......................................................................................................................................................................................... 8 Tabella 2. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea=Uload a vuoto. .......... 17 Tabella 3. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea=Uload a vuoto. .... 18 Tabella 4. Risultati a confronto delle simulazioni dei due tipi di stabilizzatore nel caso di Ulinea=Uload nel funzionamento a vuoto ....................................................................................................................................................................................... 18 Tabella 5. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea=Uload a carico puramente resistivo. ............................................................................................................................................................... 20 Tabella 6. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea=Uload a carico puramente resistivo. ............................................................................................................................................................... 20 Tabella 7. Risultati a confronto delle simulazioni dei due tipi di stabilizzatore nel caso di Ulinea=Uload nel funzionamento a carico puramente resistivo ...................................................................................................................................................... 21 Tabella 8. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea<Uload a vuoto. .......... 22 Tabella 9. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea<Uload a vuoto. .... 24 Tabella 10. Risultati a confronto delle simulazioni dei due tipi di stabilizzatore nel caso di Ulinea<Uload nel funzionamento a vuoto ....................................................................................................................................................................................... 25 Tabella 11. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea<Uload a carico puramente resistivo. ............................................................................................................................................................... 26 Tabella 12. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea<Uload a carico puramente resistivo. ............................................................................................................................................................... 27 Tabella 13. Risultati a confronto delle simulazioni dei due tipi di stabilizzatore nel caso di Ulinea<Uload nel funzionamento a carico puramente resistivo. ..................................................................................................................................................... 28 Tabella 14. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea>Uload a vuoto. ........ 29 Tabella 15. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea>Uload a vuoto. .. 31 Tabella 16. Risultati a confronto delle simulazioni dei due tipi di stabilizzatore nel caso di Ulinea>Uload nel funzionamento a vuoto. ...................................................................................................................................................................................... 32 Tabella 17. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea>Uload a carico puramente resistivo. ............................................................................................................................................................... 33 Tabella 18. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea>Uload a carico puramente resistivo. ............................................................................................................................................................... 34 Tabella 19. Risultati a confronto dei due tipi di stabilizzatore nel caso di Ulinea<Uload nel funzionamento a carico ........... 36 Tabella 20. Valori delle induttanze di disaccoppiamento considerati per le simulazioni. ...................................................... 49 Tabella 21. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=0,5mH nelle condizioni in cui Vrete=0.8Vload e Vrete= Vload a vuoto e a carico 100%. ............................................................................................................................................................................ 52 Tabella 22. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=1mH nelle condizioni in cui Vrete=0.8Vload e Vrete= Vload a vuoto e a carico 100%. ....................................................................................................................................................................................... 52 Tabella 23. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=1,5mH nelle condizioni in cui Vrete=0.8Vload e Vrete= Vload a vuoto e a carico 100%. ............................................................................................................................................................................ 53 Tabella 24. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=2mH nelle condizioni in cui Vrete=0.8Vload e Vrete= Vload a vuoto e a carico 100%. ....................................................................................................................................................................................... 53 Tabella 25. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=2,5 mH nelle condizioni in cui Vrete=0.8Vload e Vrete= Vload a vuoto e a carico 100%. ............................................................................................................................................................................ 53 Tabella 26. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=3mH nelle condizioni in cui Vrete=0.8Vload e Vrete= Vload a vuoto e a carico 100%. ....................................................................................................................................................................................... 54 Tabella 27. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=3,5mH nelle condizioni in cui Vrete=0.8Vload e Vrete= Vload a vuoto e a carico 100%. ............................................................................................................................................................................ 54 VI INDICE DELLE TABELLE Tabella 28. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=4mH nelle condizione in cui Vrete=0.8Vload e Vrete= Vload a vuoto e a carico 100%. ....................................................................................................................................................................................... 55 Tabella 29. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=4,5mH nelle condizioni in cui Vrete=0.8Vload e Vrete= Vload a vuoto e a carico 100%. ............................................................................................................................................................................ 55 Tabella 30. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=5mH nelle condizioni in cui Vrete=0.8Vload e Vrete= Vload a vuoto e a carico 100%. ....................................................................................................................................................................................... 55 Tabella 31. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=1,5mH considerando variazioni della Vrete del -­‐20%,-­‐10%,0%, +10% e +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto, a carico 50% e carico 100%. .......................................................................... 57 Tabella 32. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=2mH considerando variazioni della Vrete del -­‐20%,-­‐10%,0%, +10% e +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto, a carico 50% e carico 100%. ................................................................................... 59 Tabella 33. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=2,5mH considerando variazioni della Vrete del -­‐20%,-­‐10%,0%, +10% e +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto, a carico 50% e carico 100%. .......................................................................... 61 Tabella 34. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=3mH considerando variazioni della Vrete del -­‐20%,-­‐10%,0%, +10% e +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto, a carico 50% e carico 100%. ................................................................................... 63 Tabella 35. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=1,5mH considerando variazioni della Vrete del -­‐20%,-­‐10%,0%, +10% e +20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100%. ....................................................................................... 65 Tabella 36. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=2mH considerando variazioni della Vrete del -­‐20%,-­‐10%,0%, +10% e +20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100%. ................................................................................................. 67 Tabella 37. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=2,5mH considerando variazioni della Vrete del -­‐20%,-­‐10%,0%, +10% e +20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100%. ....................................................................................... 68 Tabella 38. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=3mH considerando variazioni della Vrete del -­‐20%,-­‐10%,0%, +10% e +20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100%. ................................................................................................. 70 Tabella 39. Valori ottenuti dalle simulazioni con C=100µF considerando una variazione della Vrete del -­‐20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100% e una variazione della Vrete del +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto. ...................................................................................................................................................................................... 73 Tabella 40. Valori ottenuti dalle simulazioni con C=200µF considerando una variazione della Vrete del -­‐20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100% e una variazione della Vrete del +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto. ...................................................................................................................................................................................... 73 Tabella 41. Valori ottenuti dalle simulazioni con C=300µF considerando una variazione della Vrete del -­‐20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100% e una variazione della Vrete del +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto. ...................................................................................................................................................................................... 73 Tabella 42. Valori ottenuti dalle simulazioni con C=400µF considerando una variazione della Vrete del -­‐20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100% e una variazione della Vrete del +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto. ...................................................................................................................................................................................... 73 Tabella 43. Valori ottenuti dalle simulazioni con C=500µF considerando una variazione della Vrete del -­‐20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100% e una variazione della Vrete del +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto. ...................................................................................................................................................................................... 73 Tabella 44. Valori ottenuti dalle simulazioni con C=600µF considerando una variazione della Vrete del -­‐20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100% e una variazione della Vrete del +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto. ...................................................................................................................................................................................... 74 Tabella 45. Valori ottenuti dalle simulazioni con C=700µF considerando una variazione della Vrete del -­‐20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100% e una variazione della Vrete del +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto. ...................................................................................................................................................................................... 74 Tabella 46. Valori ottenuti dalle simulazioni con C=800µF considerando una variazione della Vrete del -­‐20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100% e una variazione della Vrete del +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto. ...................................................................................................................................................................................... 74 Tabella 47. Valori ottenuti dalle simulazioni con C=900µF considerando una variazione della Vrete del -­‐20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100% e una variazione della Vrete del +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto. ...................................................................................................................................................................................... 74 Tabella 48. Valori ottenuti dalle simulazioni con C=1000µF considerando una variazione della Vrete del -­‐20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100% e una variazione della Vrete del +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto. ...................................................................................................................................................................................... 74 VII INDICE DELLE TABELLE Tabella 49. Valori ottenuti dalle simulazioni con C=1100µF considerando una variazione della Vrete del -­‐20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100% e una variazione della Vrete del +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto. ...................................................................................................................................................................................... 75 Tabella 50. Temperature rilevate, delle induttanze di commutazione della gamba stabilizzante e della gamba equilibratrice, durante l'arco della giornata. ......................................................................................................................... 101 Tabella 51.Temperature rilevate durante l'arco della giornata con la nuova induttanza di commutazione della gamba equilibratrice. ........................................................................................................................................................................ 104 Tabella 53. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=0,5mH nelle condizioni in cui Vrete= Vload e Vrete = 0.8Vload a vuoto e a carico 100%. .......................................................................................................................................................................... 119 Tabella 54. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=1mH nelle condizioni in cui Vrete= Vload e Vrete = 0.8Vload a vuoto e a carico 100%. ..................................................................................................................................................................................... 120 Tabella 55.Valori ottenuti dalle simulazioni con L=1,5mH nelle condizioni in cui Vrete= Vload e Vrete = 0.8Vload a vuoto e a carico 100%. .......................................................................................................................................................................... 121 Tabella 56. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=2 mH nelle condizioni in cui Vrete= Vload e Vrete = 0.8Vload a vuoto e a carico 100%. ..................................................................................................................................................................................... 122 Tabella 57. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=2,5mH nelle condizioni in cui Vrete= Vload e Vrete = 0.8Vload a vuoto e a carico 100%. .......................................................................................................................................................................... 123 Tabella 58. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=3mH nelle condizioni in cui Vrete= Vload e Vrete = 0.8Vload a vuoto e a carico 100%. ..................................................................................................................................................................................... 123 Tabella 59. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=3,5mH nelle condizioni in cui Vrete= Vload e Vrete = 0.8Vload a vuoto e a carico 100%. .......................................................................................................................................................................... 124 Tabella 60. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=4mH nelle condizioni in cui Vrete= Vload e Vrete = 0.8Vload a vuoto e a carico 100%. ..................................................................................................................................................................................... 124 Tabella 61. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=4,5mH nelle condizioni in cui Vrete= Vload e Vrete = 0.8Vload a vuoto e a carico 100%. .......................................................................................................................................................................... 125 Tabella 62. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=5mH nelle condizioni in cui Vrete= Vload e Vrete = 0.8Vload a vuoto e a carico 100%. ..................................................................................................................................................................................... 125 VIII INTRODUZIONE 1 INTRODUZIONE Gli stabilizzatori di tensione sono dei dispositivi che vengono sempre più utilizzati per mantenere costante il valore nominale della tensione elettrica ai capi di un nodo utilizzatore. Questi dispositivi svolgono un ruolo essenziale in tutti quei contesti in cui è necessario garantire una buona qualità dell’energia elettrica nel tempo, a causa della presenza di carichi sensibili alla variazione della tensione di alimentazione. Pertanto gli stabilizzatori di tensione risultano essere necessari all’interno di numerosi contesti industriali in cui una variazione di tensione potrebbe causare problemi a livello produttivo provocando perdite economiche elevate per l’azienda come per esempio nel settore dell’imbottigliamento. In questo progetto si è voluto identificare e progettare presso l’azienda Ortea S.p.A. di Cavenago di Brianza una nuova tipologia di stabilizzatori di tensione elettronici trifase, di potenza compresa tra alcune decine ed alcune centinaia di kVA, in sostituzione agli stabilizzatori elettromeccanici fino ad ora utilizzati. L’utilizzo di uno stabilizzatore di tensione elettronico rispetto a quello già prodotto all’interno dell’azienda Ortea S.p.A. di tipo elettromeccanico potrebbe garantire prestazioni maggiori nella stabilizzazione della tensione elettrica ai capi del nodo utilizzatore (tempo di reazione più veloce a seguito di una variazione della tensione). Questo elaborato è strutturato in due sezioni: nella prima parte ho effettuato delle simulazioni informatiche per poter scegliere la tipologia di stabilizzatore migliore per la realizzazione di una nuova serie di stabilizzatori di tensione elettronici trifase. In particolare ho confrontato due diverse tipologie: la tipologia serie e la tipologia parallelo, analizzandone le caratteristiche elettriche, tensione e corrente, e dedicando particolare attenzione al flusso di potenza attiva e reattiva fra la rete di alimentazione e il nodo utilizzatore. Una volta identificata la tipologia migliore dello stabilizzatore, ho dimensionato i vari componenti costituenti la nuova macchina. In modo particolare ho effettuato delle simulazioni utilizzando il software di programmazione Matlab-­‐
Simulink grazie alle quali ho ottenuto il valore ottimale dell’induttanza di disaccoppiamento. L’induttanza di disaccoppiamento è un componente magnetico di fondamentale importanza per il corretto funzionamento della nuova serie di stabilizzatori di tensione elettronici trifase in quanto permette di controllare il flusso di potenza attiva da fornire al carico. Infine, nella seconda parte, sono state effettuate le prime prove sperimentali sul prototipo dello stabilizzatore di tensione elettronico trifase. Inizialmente si è voluto testare il funzionameto di una singola gamba d’inverter del prototipo verificando che l’implementazione del firmware sul microprocessore sia corretta. I risultati ottenuti rappresentano solamente le prove iniziali effettuate sul dispositivo; ulteriori prove sono attualmente in corso presso il laboratorio di Ricerca e Sviluppo dell’azienza Ortea S.p.A che permetteranno di verificare l’effettiva capacità del dispositivo di stabilizzare la tensione elettrica ai capi del nodo utilizzatore. 1 LA QUALITA’ DELL’ENERGIA: IL PROBLEMA DELLA VARIAZIONE DELLA TENSIONE 2 LA QUALITA’ DELL’ENERGIA: IL PROBLEMA DELLA VARIAZIONE DELLA TENSIONE Al giorno d’oggi con un maggior utilizzo di dispositivi sempre più precisi e performanti grazie all’evolvere delle tecnologie, risulta necessario fornire al nodo utilizzatore una tensione pressoché costante al suo valore nominale, in quanto i carichi risultano essere molto più sensibili alla variazione della tensione. Il problema della qualità dell’energia riveste una notevole importanza in molteplici ambiti della vita quotidiana, come ad esempio uffici, ospedali, processi produttivi e cicli di lavorazione in cui l’interruzione dell’energia può causare gravi danni. Con lo sviluppo tecnologico attuale è si necessario che sia presente la continuità dell’alimentazione elettrica ma non sufficiente: occorre anche che l’energia abbia delle caratteristiche tali per cui non si producano inconvenienti nella conduzione delle attività. Il primo concetto che deve essere fissato per comprendere cosa si debba intendere per qualità dell’alimentazione elettrica o qualità dell’energia elettrica è che l’energia elettrica è un prodotto industriale. In base alle norme ISO (Organizzazione Internazionale per le Standardizzazioni), la qualità è l’insieme delle proprietà e delle caratteristiche di un prodotto o di un servizio che gli conferiscono la capacità di soddisfare le esigenze espresse. Si deve tener presente che gli impianti elettrici sono frequentemente interessati da disturbi di natura elettromagnetica provenienti dalle reti di distribuzione e dai carichi da esse alimentati, disturbi che possono provocare sia malfunzionamenti che guasti su molti componenti dell’impianto. Pertanto le caratteristiche dell’energia elettrica non sempre corrispondono a quelle ideali attese, cioè senza disturbi. Ogni utente desidererebbe disporre sempre ed in ogni punto del proprio impianto di una tensione idealmente immune da disturbi, caratterizzata cioè da parametri pari ai valori nominali di riferimento. In realtà la costanza di questi parametri sarà tanto più desiderabile dall’utente quanto maggiore è la sensibilità del proprio impianto a queste caratteristiche. La qualità dell’energia elettrica che un generico utente ritiene necessaria per la propria attività non è quindi un concetto assoluto, ma dipenderà dalla sensibilità degli utilizzatori verso i disturbi (aspetto tecnico) e dalle conseguenze dei disservizi (aspetto economico) risultando variabile da caso a caso. In questi termini la qualità dell’energia può sembrare in tutto e per tutto simile alla qualità di qualsiasi altro prodotto; occorre però tener presente che mentre tutte le proprietà qualitative di un prodotto tradizionale vengono definite dal produttore dello stesso e dalla propria catena commerciale, nel caso del prodotto energia elettrica, la responsabilità del soddisfacimento dei requisiti qualitativi dipende solo parzialmente dall’azienda produttrice/distributrice; l’utente consumatore è infatti in grado di modificare le caratteristiche qualitative dell’alimentazione nell’istante stesso in cui acquista e quindi consuma il prodotto energia elettrica. Quindi i disturbi che interessano un utente dipendono sia dalle caratteristiche della rete di distribuzione, sia da quelle del proprio impianto e dal comportamento e dalla sensibilità dei propri carichi; le condizioni che si presentano non sono sempre uniformi e l’entità 2 LA QUALITA’ DELL’ENERGIA: IL PROBLEMA DELLA VARIAZIONE DELLA TENSIONE dei problemi può variare da caso a caso fino al raggiungimento di situazioni molto critiche che possono compromettere la funzionalità o la sicurezza delle persone [1]. Le applicazioni elettroniche negli impianti, sia industriali che civili, hanno apportato una evoluzione sia nelle potenzialità che nella facilità di utilizzo di sistemi e apparecchiature. Il sistema però è sempre più sensibile alle perturbazioni della tensione di alimentazione quindi sorge la necessità di prendere provvedimenti per rimanere immuni da questi fenomeni e per evitare danni e malfunzionamenti ai componenti dell’impianto. 2.1 NORMA CEI EN 50160 Nell’ambito della normativa relativa alla qualità del servizio, di fondamentale importanza è la norma "CEI EN 50160: Caratteristiche della tensione fornita dalle reti pubbliche di distribuzione dell’energia elettrica" [2].
Tale norma infatti, nata e sviluppata a livello europeo, prende in considerazione il tema della qualità dell’alimentazione elettrica per fornire condizioni di alimentazione soddisfacenti al funzionamento delle apparecchiature dell’utente e, allo stesso tempo, di evitare aumenti di costo non necessari nella fornitura di energia elettrica. La norma limita il suo campo alla sola “fornitura” di energia elettrica, escludendo la definizione di livelli di compatibilità, di emissione, o di immunità, per le apparecchiature ma, considerando l'energia elettrica come un “prodotto” con particolare natura, definisce e descrive i limiti e i valori massimi attesi entro cui gli utenti possono aspettarsi che rimangano contenute le caratteristiche della tensione fornita dalle reti pubbliche di distribuzione a Media e Bassa Tensione. La norma è applicabile solo in condizioni di esercizio normali cioè quando è in grado di soddisfare l’alimentazione del carico, eliminare i guasti e riprendere il servizio con mezzi e procedimenti ordinari, escludendo ogni condizione al di fuori del controllo del fornitore, quali:
• condizioni climatiche eccezionali ed altri disastri naturali; • interferenze da parte di terzi; • azioni industriali (soggette a obblighi legali); • forza maggiore; • deficit di potenza dovuti ad eventi esterni; • atti delle autorità pubbliche. La norma può temporaneamente essere sospesa per esempio nel caso di indisponibilità all’utenza di parte del sistema di alimentazione a seguito di guasti o per la necessità di eseguire lavori di manutenzione o costruzione (casi in cui è preferibile alimentare il maggior numero possibile di utenti, a costo di un peggioramento delle caratteristiche della tensione, piuttosto che avere una completa interruzione dell’alimentazione). Vanno esclusi infine quei casi in cui le apparecchiature o gli impianti degli utenti non siano conformi alle norme ed alle regolamentazioni. I termini definiti nella norma possono essere però superati in tutto o in parte da regole contrattuali stabilite tra fornitore e Cliente (ad esempio i Contratti di Qualità). 3 LA QUALITA’ DELL’ENERGIA: IL PROBLEMA DELLA VARIAZIONE DELLA TENSIONE In generale la norma contempla le caratteristiche della tensione di alimentazione riguardanti: • frequenza; • ampiezza; • forma d’onda; • simmetria delle tensioni trifase. Queste caratteristiche sono soggette a variazioni durante il normale esercizio di un sistema elettrico a seguito di variazioni del carico, disturbi generati da particolari apparecchiature e dal verificarsi di guasti. Le caratteristiche variano in modo aleatorio sia nel tempo, con riferimento ad uno specifico terminale di consegna, sia nella posizione, con riferimento ad un qualunque istante assegnato [3]. A causa di queste variazioni ci si può aspettare il superamento dei livelli delle caratteristiche in un ridotto numero di casi. La norma CEI EN 50160 non è una “norma EMC”, infatti non stabilisce i livelli di compatibilità per i quali poter valutare l’immunità delle apparecchiature, una volta definiti gli ambienti elettromagnetici di riferimento, ma definisce e descrive i limiti e i valori massimi attesi entro cui gli utenti possono aspettarsi che rimangano contenute le caratteristiche della tensione fornita dalle reti pubbliche di distribuzione, caratteristiche che possono essere oltrepassate per il 5% di un determinato periodo di osservazione, ma che si riferiscono a tutti i terminali di consegna di una rete. Pertanto, per alcune caratteristiche della tensione, i valori forniti dalla norma sono più elevati dei livelli di compatibilità, poiché non si considera la possibilità che tali valori possano essere superati in alcuni punti della rete. 2.2 VARIAZIONE DELLA FREQUENZA Le variazioni di frequenza sono scostamenti della frequenza di alimentazione dalla frequenza nominale
della rete (50 Hz) e dipendono essenzialmente da eventi relativi al sistema di generazione e
trasmissione ed in particolare:
• • • distacco di grossi gruppi generatori; apertura di linee di interconnessione "importanti"; commutazione di grossi carichi. La norma prevede una distinzione tra sistemi con interconnessione sincrona ai sistemi adiacenti e
sistemi isolati più deboli ed in particolare, con riferimento al valore medio misurato in un intervallo di
10 secondi, le variazioni di frequenza indicate sono, per le reti sia MT sia BT:
• sistemi con connessione sincrona ad un sistema interconnesso: 50 Hz ±1% durante il 95% di un anno e 50 Hz +4% / -­‐6% durante il 100% del tempo. • sistemi senza connessione sincrona ad un sistema interconnesso (ad esempio, reti in operazione in isola): 50 Hz ±2%, per il 95% durante una settimana e 50 Hz ±15% durante il 100% del tempo;
4 LA QUALITA’ DELL’ENERGIA: IL PROBLEMA DELLA VARIAZIONE DELLA TENSIONE 2.3 VARIAZIONE DELL’AMPIEZZA L’ampiezza della tensione per le reti BT corrisponde alla tensione nominale pari a 230 V fase-neutro
per sistemi trifase a 4 conduttori e a 230 V fase-fase per sistemi a 3 conduttori.
La variazione dell’ampiezza è l’aumento o la diminuzione del valore ideale di tensione causato da fenomeni transitori (Figura 1). I transitori si classificano in due categorie: • TRANSITORI DI TIPO IMPULSIVO: variazione improvvisa della tensione a frequenza diversa da 50 Hz; è dovuto per esempio ad una sovratensione dovuta a fulminazione. • TRANSITORI DI TIPO OSCILLATORIO: variazione improvvisa oscillatoria, a frequenza diversa da quella di rete, della tensione. A seconda della frequenza a cui avviene il fenomeno si classificano in alta frequenza (maggiore di 500kHz), media frequenza (5-­‐500kHz) e bassa frequenza (inferiore a 5 Hz). Una causa dei fenomeni oscillatori a media e alta frequenza è per esempio l’inserzione di banchi di condensatori mentre a bassa frequenza l’inserzione dei trasformatori. 2.3.1 Variazione della tensione di breve durata Queste variazioni possono essere di tipo istantaneo, momentaneo o temporaneo in funzione del tempo di permanenza del disturbo. Si classificano in: • BUCHI DI TENSIONE (VOLTAGE SAG): è una riduzione della tensione di ampiezza variabile dal 10% al 90% del valore efficace della tensione, alla frequenza di esercizio, per un periodo compreso tra 10 ms ed un minuto. Sono associati a guasti come i cortocircuiti od all’inserzione di grossi carichi. I buchi di tensione sono eventi casuali imprevedibili e la loro frequenza annuale varia fortemente a seconda del tipo di rete di distribuzione e dal punto di osservazione. Nel caso la tensione si annulla completamente non si ha più un buco di tensione ma un’interruzione breve. • SOVRATENSIONI DI BREVE DURATA (VOLTAGE SWEEL): è un aumento della tensione nell’intervallo 110%-­‐180% del valore efficace della tensione o della corrente, alla frequenza di esercizio, per un periodo da 10 ms ad un minuto. Sono associati alla disinserzione di grossi carichi o guasti come i cortocircuiti. 2.3.2 Variazione della tensione di lunga durata Queste variazioni comprendono tutte le modifiche al valore efficace della tensione a frequenza di esercizio che durano più di un minuto. Si possono classificare in: • SOVRATENSIONI (OVERVOLTAGE): è un aumento del valore efficace della tensione maggiore del 110%, a 50 Hz, per più di un minuto. È dovuto al distacco di grossi carichi o inserzioni di condensatori. 5 LA QUALITA’ DELL’ENERGIA: IL PROBLEMA DELLA VARIAZIONE DELLA TENSIONE • SOTTOTENSIONI (UNDERVOLTAGE): è una riduzione del valore efficace della tensione a meno del 90%, a 50 Hz, per più di un minuto. È dovuto a sovraccarichi o inserzione di condensatori. 2.3.3 Interruzioni della tensione • INTERRUZIONI DELLA TENSIONE PROGRAMMATE: quando gli utenti sono preavvisati direttamente o mediante annunci sui mezzi di informazione, per consentire l’esecuzione di lavori programmati. • INTERRUZIONI DELLA TENSIONE ACCIDENTALI: causate da guasti transitori o permanenti per lo più legati ad eventi esterni; queste interruzioni si possono dividere a loro volta in interruzioni brevi (di durata inferiore a tre minuti) ed interruzioni lunghe (di durata superiore a tre minuti). Figura 1. Schematizzazione di alcune tipologie di variazione dell'ampiezza della tensione. (a) buchi di tensione; (b) sovratensioni non impulsive; (c) variazioni lente; (d) sovratensioni impulsive di lunga durata; (e) sovratensioni impulsive di media durata; (f) sovratensioni impulsive di breve durata; (g) transitori di commutazione. 6 LA QUALITA’ DELL’ENERGIA: IL PROBLEMA DELLA VARIAZIONE DELLA TENSIONE 2.4 DEFORMAZIONE DELLE FORME D’ONDA Per deformazione delle forme d’onda si intende lo scostamento permanente della forma d’onda sinusoidale a frequenza di esercizio caratterizzata principalmente dal contenuto spettrale della forma d’onda deformata. Si suddivide in: • OFFSET DC. È la presenza di una componente continua oltre la componente sinusoidale che può causare effetti dannosi come la saturazione dei nuclei magnetici dei trasformatori, con conseguenti sovratemperature. • DISTORSIONE ARMONICA: le armoniche sono tensioni o correnti con frequenza pari ad un multiplo intero della frequenza fondamentale del sistema elettrico, la cui presenza determina una distorsione della forma d’onda dell’alimentazione. Le armoniche sono generate in minima parte dal sistema di distribuzione e per la maggior parte da apparecchi utilizzatori con caratteristica tensione/corrente non lineare. • INTERARMONICHE. Sono componenti di tensione e di corrente sinusoidali che hanno frequenze non multiple intere della frequenza fondamentale di esercizio. • FLICKER. È un effetto delle interarmoniche. Se una serie di variazioni rapide di tensione (anche di ampiezza inferiore al 10% della nominale) si ripresenta periodicamente con una frequenza compresa tra 0,5 e 35 Hz, ha origine il fenomeno del flicker, ovvero della sensazione visiva provocata dalle fluttuazioni dell’intensità di illuminazione delle lampade. • NOTCHING. È un disturbo periodico della tensione causato dal normale funzionamento dei convertitori statici, quando la corrente viene commutata da una fase all’altra. • NOISE. È un segnale di contenuto spettrale di ampia banda in frequenza (fino a 200kHz) sovrapposto alla componente alla frequenza fondamentale. • FLUTTUAZIONE DELLA TENSIONE. È una variazione dell’inviluppo della forma d’onda della tensione, comprese nell’intervallo 90%-­‐110% del valore efficace della tensione. 2.5 DISSIMMETRIA DELLA TENSIONE • VARIAZIONE DELLA FASE: le tensioni sono rappresentate con dei vettori rotanti caratterizzati da un modulo (ampiezza) e una fase, che ne descrive l’andamento nel tempo. Quando la fase subisce degli scostamenti, possono verificarsi dei problemi nei sistemi trifasi, dove i tre vettori di tensione sono sfasati in condizioni ideali di 120°: possono quindi accadere dei problemi legati ad esempio alla commutazione degli interruttori statici dei convertitori, che vengono azionati quando si verifica l’inserzione delle sinusoidi, che non è più fissata ad un determinato valore di fase. 7 LA QUALITA’ DELL’ENERGIA: IL PROBLEMA DELLA VARIAZIONE DELLA TENSIONE • DISSIMMETRIA DELLA TENSIONE DI FASE: si verifica quando le tensioni di fase non sono della stessa ampiezza e non sono sfasate di 120°. Lo squilibrio del carico sulle tre fasi ed alcuni tipi di guasto modificano le ampiezze delle tensioni di fase e alterano il normale sfasamento di 120° tra le fasi per cui il sistema trifase non risulta più simmetrico. Nella seguente tabella (Tabella1) si riporta la classificazione dei problemi di rete fornita dall’ IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) Std. 1159-­‐1995 [4]. CATEGORIA
Transitori
Impulsivi
Nanosecondo
Microsecondo
Millisecondo
Oscillatori
Bassa frequenza
Media frequenza
Alta frequenza
Variazioni di breve durata
Istantanee
Sag (buco di tensione)
Sweel
Momentanee
Interruzioni
Sag (buco di tensione)
Sweel
Temporanee
Interruzioni
Sag (buco di tensione)
Sweel
Variazioni di lunga durata
Interruzioni prolungate
Sottotensioni
Sovratensioni
Dissimmetrie
Distorsioni
DC offset
Armoniche
Interarmoniche
Notching
Noise
Fluttuazioni della tensione
Variazioni della frequenza
SPETTRO
DURATA
5 ns (tempo di salita)
1 ms (tempo di salita)
0,1 ms (tempo di salita)
<50 ns
50 ns - 1 ms
> 1 ms
< 5 kHz
5-500 kHz
0,5-5 MHz
0,3 - 50 ms
20 µs
5 µs
0-4 p.u.
0-8 p.u.
0-4 p.u.
0,5 - 30 periodi
0,5 - 30 periodi
0,1-0,9 p.u.
1,1-1,8 p.u.
0,5 periodi - 3 s
30 periodi - 3 s
30 periodi - 3 s
< 0,1 p.u.
0,1-0,9 p.u.
1,1-1,4 p.u.
3 s - 1 min
3 s - 1 min
3 s - 1 min
< 0,1 p.u.
0,1-0,9 p.u.
1,1-1,4 p.u.
> 1 min
> 1 min
> 1 min
Permanente
0 p.u.
0,8 - 0,9 p.u.
1,1 - 1,2 p.u.
0,5 - 2%
0 -100 kHz
0 - 5 kHz
Larga banda
< 25 Hz
Permanente
Permanente
Permanente
Permanente
Intermittente
< 10 s
AMPIEZZA
0 - 0,1%
0 - 20%
0 - 2%
0 - 1%
0,1 - 7%
Tabella 1. Classificazione dei problemi di rete fornita dall’ IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) Std. 1159-­‐1995. 8 LA QUALITA’ DELL’ENERGIA: IL PROBLEMA DELLA VARIAZIONE DELLA TENSIONE 2.6 SOLUZIONI ATTUALI PER LA STABILIZZAZIONE DELLA TENSIONE Per ovviare ai problemi relativi alla qualità della tensione elettrica molte aziende hanno immesso sul mercato diversi prodotti capaci di stabilizzare la tensione e compensare i buchi di tensione. Un esempio molto diffuso per ovviare a questo problema è quello di collegare a monte del carico un UPS (Uninterruptible Power Supply). Un altro esempio è quello di collegare uno stabilizzatore di tensione a monte del carico. Infatti molte aziende si sono specializzate nel fornire questi tipi di dispositivi in modo tale da mantenere la tensione ai morsetti del carico pari al suo valore nominale. L’azienda dove ho avuto la possibilità di effettuare lo stage, ORTEA S.p.A., è specializzata nella costruzione e produzione di stabilizzatori di tensione elettromeccanici detti di tipo serie. Di sotto si riporta uno schema sintetico del dispositivo (Figura 2): INGRESSO
USCITA
TM
U1
U2
TM
V1
V2
TM
W1
W3
PVI
PVO
VT
VT
VT
N
N
M
M
M
N1
N2
PVI: multimetro digitale ingresso
TM: trasformatore buck/boost
VT: regolatore di tensioner
M: motoriduttore cc
N1: scheda base
N2: scheda LED di segnalazione
PVO: multimetro digitale uscita
Figura 2. Schema di principio di uno stabilizzatore elettromeccanico di tipo serie. 9 LA QUALITA’ DELL’ENERGIA: IL PROBLEMA DELLA VARIAZIONE DELLA TENSIONE Come si vede dallo schema di principio, lo stabilizzatore elettromeccanico è composto principalmente da: • un trasformatore booster in serie alla linea (Figura 3); Figura 3. Trasformatore booster. • un regolatore di tensione elettromeccanico motorizzato (Figura 4), che può essere a forma di colonna oppure a forma toroidale (dipende dalle potenze in gioco); Figura 4. Regolatore di tensione a colonna e toroidale. 10 LA QUALITA’ DELL’ENERGIA: IL PROBLEMA DELLA VARIAZIONE DELLA TENSIONE • un circuito elettronico di controllo. In funzione del valore della tensione di rete, il circuito elettronico di controllo varia la posizione dei carrelli posizionati lungo la colonna del regolatore di tensione, fornendo la tensione ai capi dell’avvolgimento primario del booster in modo tale da ottenere ai morsetti del carico una tensione pari al suo valore nominale [5]. Figura 5. Fase di assemblaggio di uno stabilizzatore elettromeccanico. 11 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE 3 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE L’idea attuale dell’azienda è quella di procedere con lo studio di una nuova serie di stabilizzatori di tensione trifase elettronici, di potenza compresa tra alcune decine ed alcune centinaia di kVA, eliminando così la parte meccanica del prodotto. Lo scopo di questo capitolo è quello di individuare quale tipologia di stabilizzatore seguire per lo studio del nuovo stabilizzatore di tensione elettronico tra le seguenti: • stabilizzatore di tensione tipo serie; • stabilizzatore di tensione tipo parallelo. 3.1 STABILIZZATORE DI TENSIONE DI TIPO SERIE Di seguito viene mostrato lo schema di principio dello stabilizzatore di tensione di tipo serie (Figura 6).
Booster Rete carico Stabilizzatore Batteria di condensatori Convertitore ausiliario Figura 6. Schema di principio dello stabilizzatore di tipo serie. Come si evince dallo schema di principio lo stabilizzatore di tipo serie presenta: • Un trasformatore booster per interconnessione con la linea; • Un convertitore statico con lo scopo di stabilizzare la tensione al carico (stabilizzatore); • Un convertitore ausiliario che oltre a fornire potenza attiva al dispositivo stabilizzante e l’alimentazione necessaria al DC-­‐bus, può funzionare anche da filtro attivo e come rifasatore. 12 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE L’avvolgimento secondario del trasformatore booster è inserito in serie alla linea, mentre all’avvolgimento primario sono collegati il convertitore stabilizzante e il convertitore ausiliario. A seguito di una variazione della tensione di rete, mediante una logica di controllo di tensione ai capi dell’avvolgimento primario del booster, verrà fornito quel valore esatto di tensione, che riportato al secondario sarà sommato o sottratto, in modo tale da ottenere ai morsetti del nodo utilizzatore la tensione nominale desiderata. 3.2 STABILIZZATORE DI TENSIONE DI TIPO PARALLELO Di seguito viene mostrato lo schema di principio dello stabilizzatore di tensione di tipo parallelo (Figura 7). carico Induttanza di disaccoppiamento Rete Stabilizzatore Convertitore ausiliario Batteria di condensatori Figura 7. Schema di principio dello stabilizzatore di tipo parallelo. Come si evince dallo schema di principio lo stabilizzatore di tipo parallelo presenta: • Un’induttanza di disaccoppiamento tra i carichi e la linea; • Un convertitore statico con lo scopo di stabilizzare la tensione al carico e di compensare le distorsioni armoniche di correnti del carico (stabilizzatore); • Un convertitore ausiliario per scambiare potenza reattiva con la rete elettrica in modo da rifasarla. A seguito di una variazione di tensione della rete, la logica di controllo del convertitore stabilizzante permetterà di compensare questa differenza scambiando solo potenza reattiva con la rete (nei capitoli successivi il funzionamento di questa tipologia di stabilizzatore sarà descritto più nel dettaglio). 13 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE 3.3 SIMULAZIONI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORI Per la scelta della tipologia di stabilizzatore da considerare per l’evoluzione del progetto sono state eseguite delle simulazioni dimensionali trascurando il controllo, che verrà analizzato nel capitolo 5 una volta scelta la tipologia. Per effettuare queste prime simulazioni è stato utilizzato l’ambiente di simulazione GeckoCircuits simulation. In questa fase si è preferito schematizzare lo stabilizzatore di tensione come un unico componente senza specificarne la topologia circuitale interna, per cui booster e inverter vengono simulati come un unico componente: generatore ideale. Nella tipologia serie lo stabilizzatore di tensione viene rappresentato mediante un generatore ideale di tensione, mentre nella tipologia parallelo lo stabilizzatore di tensione viene rappresentato mediante un generatore ideale di corrente ed un’induttanza in serie alla linea. Allo stesso modo anche la rete di alimentazione viene considerata come una sorgente ideale di tensione e con potenza di corto circuito di valore infinito. Per semplicità di trattazione delle simulazioni si trascura il convertitore ausiliario in quanto il suo funzionamento risulta ininfluente ai fini dello scopo prefissato (mantenere costante e di valore nominale la tensione al nodo utilizzatore). Di conseguenza, solo per semplificare le simulazioni, non si considera il convertitore ausiliario sapendo che il suo contributo è legato al rifasamento della rete. In seguito, invece, per il dimensionamento completo del dispositivo saranno considerati tutti i componenti. Gli elementi da considerare per la simulazione sono: • Rete di alimentazione; • Stabilizzatore di tensione; • Carico. Di seguito viene mostrato il circuito di simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nel quale, in serie al generatore ideale di tensione Ulinea (rete di alimentazione), viene collegato un altro generatore ideale di tensione Ustab (stabilizzatore di tensione) e il carico Rload (Figura 8). Ustab Uload Ulinea Figura 8. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo serie. 14 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE Di seguito viene mostrato il circuito di simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nel quale, in serie al generatore ideale di tensione Ulinea (rete di alimentazione), viene collegata un’induttanza L1 che disaccoppia la rete di alimentazione dallo stabilizzatore (Figura 9). Nelle simulazioni il valore di L1 è stato calcolato in modo tale da ottenere una caduta di tensione pari al 20% del valore nominale quando il carico è pari al suo valore nominale. Inoltre viene collegato in parallelo al carico Rload un generatore ideale di corrente Istab, con funzione di stabilizzatore di tensione. Uload Urete Ustab Figura 9. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo. In entrambi i circuiti sono state inserite delle resistenze Rshunt per motivi legati alla simulazione. Inizialmente, allo scopo di confrontare le due tipologie di stabilizzatore, si sottoporranno i due circuiti alle seguenti condizioni di funzionamento: • Tensione della linea pari alla tensione del carico (Ulinea = Uload ); • Tensione della linea minore della tensione del carico (Ulinea < Uload ); • Tensione della linea maggiore della tensione del carico (Ulinea > Uload). Infine per ogni ipotetica situazione si effettuerà la simulazione con: • Funzionamento a vuoto; • Carico puramente resistivo. Il confronto avverrà inizialmente mettendo in relazione le caratteristiche elettriche, tensione e corrente, dei due generatori del singolo circuito, dedicando particolare attenzione al flusso di potenza attiva e reattiva tra la rete di alimentazione e lo stabilizzatore (per maggiori dettagli si rimanda all’APPENDICE A: andamento delle grandezze elettriche durante le simulazioni per la scelta della tipologia di stabilizzatore da progettare). Si è voluto inoltre tracciare il diagramma vettoriale per visualizzare in forma grafica le relazioni tra le varie grandezze elettriche ponendo la tensione di linea sull’asse verticale come riferimento. 15 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE Si metteranno poi in relazione tra di loro i risultati e i commenti dei singoli circuiti nelle varie condizioni di funzionamento. Rimane da precisare che queste simulazioni verranno eseguite tralasciando l’autoconsumo, ovvero ipotizzando rendimenti unitari dei singoli generatori, soprattutto dello stabilizzatore di tensione. 3.3.1 Funzionamento con tensione di linea e di carico di valore nominale Ulinea = Uload a vuoto 3.3.1.1 Stabilizzatore di tipo serie Di seguito viene mostrato il circuito di simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea=Uload a vuoto (Figura 10) e il corrispondente diagramma vettoriale (Figura11). Ustab Uload Ulinea Figura 10. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea=Uload a vuoto. Ulinea=Uload Figura 11. Diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea=Uload a vuoto. 16 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE Dalla simulazione, nel caso di funzionamento con tensione di linea pari alla nominale a vuoto, si sono ottenuti i seguenti valori riportati in tabella (Tabella 2): Tensione [V]
Corrente [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Potenza DC-Bus [kW]
Linea
230
0
0
0
/
Stabilizzatore
0
0
0
0
0
Tabella 2. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea=Uload a vuoto. Dai risultati ottenuti si nota che lo stabilizzatore non da nessun contributo. Nella tabella con il termine DC-­‐Bus si intende la sezione in continua che alimenta l’inverter. 3.3.1.2 Stabilizzatore di tipo parallelo Di seguito viene mostrato il circuito di simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea=Uload a vuoto (Figura 12) e il corrispondente diagramma vettoriale (Figura13). Uload Ulinea Ustab Figura 12.Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea=Uload a vuoto. Ulinea=Uload Figura 13. Diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea=Uload a vuoto. 17 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE Dalla simulazione, nel caso di funzionamento con tensione di linea pari alla nominale a vuoto, si sono ottenuti i seguenti valori riportati in tabella (Tabella 3): Tensione [V]
Corrente [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Potenza DC-Bus [kW]
Linea
230
0
0
0
/
Stabilizzatore
230
0
0
0
0
Tabella 3. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea=Uload a vuoto. Dai risultati ottenuti si nota che, anche in questo caso, lo stabilizzatore non da nessun contributo. Il diagramma vettoriale delle grandezze elettriche è lo stesso del caso precedente. 3.3.1.3 Confronto tra le due tipologie di stabilizzatore Si confrontano ora le due tipologie circuitali nella condizione in cui la tensione di linea coincida con il valore nominale della tensione del carico nel funzionamento a vuoto. In questa situazione tutte e due le tipologie degli stabilizzatori schematizzati si comportano allo stesso modo, ovvero come “spettatori esterni”: • Lo stabilizzatore di tipo serie si comporta come un corto circuito; • Lo stabilizzatore di tipo parallelo si comporta come un circuito aperto. Questo risultato lo si può riscontrare nei risultati riportati nella tabella di seguito in cui si nota che le grandezze elettriche dello stabilizzatore ottenute dalla simulazione sono nulle (Tabella4). Va da sé che il flusso di potenza attiva tra i componenti principali dei circuiti e lo scambio di potenza reattiva con la rete sono nulli. LINEA
STABILIZZATORE
Grandezze
Tensione Ulinea [V]
Corrente Ilinea [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Tensione Ustab [V]
Corrente Istab [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Potenza DC-Bus [kW]
Serie
230
0
0
0
0
0
0
0
0
Parallelo
230
0
0
0
230
0
0
0
0
Tabella 4. Risultati a confronto delle simulazioni dei due tipi di stabilizzatore nel caso di Ulinea=Uload nel funzionamento a vuoto 18 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE 3.3.2 Funzionamento con tensione di linea e di carico di valore nominale Ulinea=Uload e carico puramente resistivo Sia nella simulazione come stabilizzatore di tipo serie che di tipo parallelo si è ipotizzato un carico Rload=1,6Ω (circa 33kW di potenza, corrispondente, nel caso di stabilizzatore trifase, ad una potenza di circa 100kW). 3.3.2.1 Stabilizzatore di tipo serie Di seguito viene mostrato il circuito di simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea=Uload a carico puramente resistivo (Figura 14) e il corrispondente diagramma vettoriale (Figura15). Ustab Uload Ulinea Figura 14.Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea=Uload a carico puramente resistivo.
Ulinea=Uload Ilinea=Istab Figura 15. Diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea=Uload a carico puramente resistivo. 19 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE Dalla simulazione, nel caso di funzionamento con tensione di linea pari alla nominale a carico (Rload=1,6 Ω), si sono ottenuti i seguenti valori riportati in tabella (Tabella 5): Tensione [V]
Corrente [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Potenza DC-Bus [kW]
Linea
230
144
≈ 33
0
/
Stabilizzatore
0
144
0
0
0
Tabella 5. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea=Uload a carico puramente resistivo. Dai risultati ottenuti si nota che lo stabilizzatore non dà nessun contributo. Inoltre in questa situazione di funzionamento, pur con lo stabilizzatore inattivo, l’intera corrente del carico attraversa i componenti elettronici di potenza determinando perdite considerevoli. 3.3.2.2 Stabilizzatore di tipo parallelo Di seguito viene mostrato il circuito di simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea=Uload a carico puramente resistivo (Figura 16). Uload Ulinea Ustab Figura 16.Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea=Uload a carico puramente resistivo. Come si verifica dall’analisi degli andamenti delle grandezze elettriche (per maggiori dettagli si rimanda all’APPENDICE A: andamento delle grandezze elettriche durante le simulazioni per la scelta della tipologia di stabilizzatore da progettare) si osserva che la corrente di linea presenta uno sfasamento rispetto alla tensione di linea (il vettore corrente sarà composto anche da una componente in quadratura) dovuta alla presenza dell’induttanza di disaccoppiamento. Questo significa che vi è uno scambio di potenza reattiva con la rete. Dalla simulazione, nel caso di funzionamento con tensione di rete pari alla nominale a carico (Rload=1,6 Ω), si sono ottenuti i seguenti valori riportati in tabella (Tabella 6): Tensione [V]
Corrente [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Potenza DC-Bus [kW]
Linea
230
144
≈ 33
≈ 6,8
/
Stabilizzatore
230
0
0
0
0
Tabella 6. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea=Uload a carico puramente resistivo. 20 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE Dai risultati ottenuti si nota che lo stabilizzatore non da nessun contributo. Per maggior chiarezza, di seguito, vengono riportate sui medesimi grafici gli andamenti delle tensioni e delle correnti del circuito parallelo nella condizione in cui la tensione del carico coincide con il valore nominale della tensione di linea e con carico puramente resistivo e il corrispondente diagramma vettoriale (Figura 17). JXL*Ilinea Ulinea Uload Ilinea Figura 17. Andamento delle tensioni e delle correnti e diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea=Uload a carico puramente resistivo. 3.3.2.3 Confronto tra i due stabilizzatori Si confrontano i risultati ottenuti dalle simulazioni delle due tipologie circuitali nella condizione in cui la tensione al carico coincide con il valore nominale della tensione di linea e il carico puramente resistivo di valore R=1,6Ω. Anche in questa situazione gli stabilizzatori schematizzati non danno nessun contributo per entrambe le tipologie circuitali. Infatti, dai risultati riportati nella tabella di seguito (Tabella 7), le potenze gestite dallo stabilizzatore sono nulle. Questo è dovuto anche alle ipotesi iniziali di rendimenti unitari. Linea
Stabilizzatore
Grandezze
Tensione Ulinea [V]
Corrente Ilinea [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Tensione Ustab [V]
Corrente Istab [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Potenza DC-Bus [kW]
Serie
230
144
≈ 33
0
0
144
0
0
0
Parallelo
230
144
≈ 33
≈ 6,8
230
0
0
0
0
Tabella 7. Risultati a confronto delle simulazioni dei due tipi di stabilizzatore nel caso di Ulinea=Uload nel funzionamento a carico puramente resistivo. 21 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE Si noti che, nello stabilizzatore di tipo parallelo, oltre che al flusso di potenza attiva tra la rete di alimentazione e il carico, vi è anche lo scambio di una modesta potenza reattiva tra la rete di alimentazione e l’induttanza di disaccoppiamento. Mentre nello stabilizzatore di tipo serie, tutta la corrente del carico attraversa i semiconduttori dell’inverter, il che, rimuovendo l’ipotesi di rendimento unitario, determinerebbe considerevoli perdite. 3.3.3 Funzionamento con tensione di linea minore della tensione nominale Ulinea<Uload a vuoto Sia nella simulazione come stabilizzatore di tipo serie che di tipo parallelo si è imposta una tensione di linea pari al valore nominale ridotto del 10%. Inoltre tutti i diagrammi sotto riportati presentano le stesse scale e l’origine della base dei tempi è stata fatta partire da 40ms per evitare il transitorio iniziale determinato solamente da problemi di simulazione. 3.3.3.1 Stabilizzatore di tipo serie Di seguito viene mostrato il circuito di simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea<Uload a vuoto (Figura 18). Ustab Uload Ulinea Figura 18. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea<Uload a vuoto. Dalla simulazione, nel caso di funzionamento con tensione di linea minore rispetto alla tensione nominale a vuoto, si sono ottenuti i seguenti valori riportati in tabella (Tabella 8): Tensione [V]
Corrente [A]
Potenza Attiva [W]
Potenza Reattiva [VAr]
Potenza DC-Bus [W]
Linea
207
0
0
0
/
Stabilizzatore
23
0
0
0
0
Tabella 8. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea<Uload a vuoto. 22 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE Per maggiore chiarezza di seguito vengono riportate sui medesimi diagrammi gli andamenti delle tensioni e delle correnti del circuito serie nella condizione in cui la tensione di linea è inferiore del 10% rispetto al valore nominale nel funzionamento a vuoto ed il corrispondente diagramma vettoriale (Figura 19). Uload Ustab Ulinea Figura 19. Andamento delle tensioni e delle correnti e diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea<Uload a vuoto. Il contributo fornito dallo stabilizzatore di tipo serie è soltanto di tensione in fase con la tensione esistente di linea per cui non vi è passaggio di corrente nel circuito e quindi neanche scambio di potenza. 3.3.3.2 Stabilizzatore di tipo parallelo Di seguito viene mostrato il circuito di simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea<Uload a vuoto (Figura 20). Uload Ulinea Ustab Figura 20. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea<Uload a vuoto. 23 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE Dalla simulazione, nel caso di funzionamento con tensione di linea minore rispetto alla tensione nominale a vuoto, si sono ottenuti i seguenti valori riportati in tabella (Tabella9): Tensione [V]
Corrente [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Potenza DC-Bus [W]
Linea
207
77 (φ=-90°)
0
≈15,7
/
Stabilizzatore
230
77(φ=90°)
0
≈15,7
0
Tabella 9. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea<Uload a vuoto. Per maggiore chiarezza, di seguito vengono riportate sui medesimi grafici gli andamenti delle tensioni e delle correnti del circuito parallelo nella condizione in cui la tensione di linea sia minore del 10% rispetto al suo valore nominale nel funzionamento a vuoto ed il corrispondente diagramma vettoriale (Figura 21). UL=JXL*Istab Uload Istab Ulinea Ilinea Figura 21. Andamento delle tensioni e delle correnti e diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea<Uload a vuoto. Lo stabilizzatore di tensione di tipo parallelo, per riuscire a fornire il valore nominale della tensione al carico, deve erogare una certa quantità di corrente sfasata di 90° in ritardo rispetto alla tensione di rete Ulinea. In questo modo la corrente che attraversa l’induttanza di disaccoppiamento crea una caduta di tensione che risulta in anticipo rispetto a se stessa e quindi in fase rispetto alla tensione di rete. 3.3.3.3 Confronto tra i due stabilizzatori Si confrontano ora le due tipologie circuitali nella condizione in cui la tensione di linea sia minore del suo valore nominale e funzionamento a vuoto, precisamente si applica una variazione pari al 10%. Nella tabella di seguito sono riportati i risultati delle simulazioni delle due tipologie circuitali (Tabella 10). 24 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE Linea
Stabilizzatore
Grandezze
Tensione Ulinea [V]
Corrente Ilinea [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Tensione Ustab [V]
Corrente Istab [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Potenza DC-Bus [kW]
Serie
207
0
0
0
23
0
0
0
0
Parallelo
207
77(φ =- 90°)
0
≈15,7
230
77(φ= 90°)
0
≈15,7
0
Tabella 10. Risultati a confronto delle simulazioni dei due tipi di stabilizzatore nel caso di Ulinea<Uload nel funzionamento a vuoto Dai risultati si nota che, nel caso di stabilizzatore di tensione di tipo serie, il contributo fornito è soltanto di tensione in fase con la tensione esistente di linea per cui non vi è passaggio di corrente nel circuito e quindi neanche scambio di potenza. Invece nel caso di stabilizzatore di tensione di tipo parallelo il contributo fornito è di corrente reattiva che va ad interagire con l’induttanza serie, ottenendo così la stabilizzazione voluta; tale corrente reattiva viene immessa in linea (dallo stabilizzatore alla rete). Si noti che, nell’ipotesi di rendimento unitario, il DC-­‐Bus non deve fornire potenza attiva dato che lo stabilizzatore genera solamente corrente reattiva. 3.3.4 Funzionamento con tensione di linea minore della tensione nominale Ulinea<Uload e carico puramente resistivo Sia nella simulazione come stabilizzatore di tipo serie che di tipo parallelo si è ipotizzato un carico Rload=1,6Ω (circa 33kW di potenza, corrispondente, nel caso di stabilizzatore trifase, ad una potenza di circa 100kW). 3.3.4.1 Stabilizzatore di tipo serie Di seguito viene mostrato il circuito di simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea<Uload a carico puramente resistivo (Figura 22). Ustab Uload Ulinea Figura 22. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea<Uload a carico puramente resistivo. 25 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE Dalla simulazione, nel caso di funzionamento con tensione di linea minore rispetto alla tensione nominale a carico (Rload=1,6 Ω), si sono ottenuti i seguenti valori riportati in tabella (Tabella 11): Linea
207
144
≈29,8
0
/
Tensione [V]
Corrente [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Potenza DC-Bus [kW]
Stabilizzatore
23
144
≈3,3
0
0
Tabella 11. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea<Uload a carico puramente resistivo. Per maggiore chiarezza, di seguito, vengono riportate sui medesimi grafici gli andamenti delle tensioni e delle correnti del circuito serie nella condizione in cui la tensione di linea sia inferiore del 10% rispetto al valore nominale nel funzionamento a carico puramente resistivo ed il corrispondente diagramma di carico (Figura 23). Ustab Uload Ulinea Ilinea=Istab Figura 23. Andamento delle tensioni e delle correnti e diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea<Uload a carico puramente resistivo. Il contributo fornito dallo stabilizzatore di tipo serie è sempre di tensione in fase con la tensione di linea esistente (comportamento simile allo stabilizzatore serie nel funzionamento a vuoto) ma in questa condizione di funzionamento lo stabilizzatore deve scambiare potenza attiva. 26 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE 3.3.4.2 Stabilizzatore di tipo parallelo Di seguito viene mostrato il circuito di simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea<Uload a carico puramente resistivo (Figura 24). Uload Ulinea Ustab Figura 24. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea<Uload a carico puramente resistivo. Dalla simulazione, nel caso di funzionamento con tensione di rete minore rispetto alla tensione nominale a carico (Rload=1,6 Ω), si sono ottenuti i seguenti valori riportati in tabella (Tabella 12): Linea
207
154 (φ =23°)
≈29,3
≈12,7
/
Tensione [V]
Corrente [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Potenza DC-Bus [kW]
Stabilizzatore
230
88 (φ=90°)
0
≈20,3
0
Tabella 12. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea<Uload a carico puramente resistivo. Per maggiore chiarezza, di seguito vengono riportate sui medesimi diagrammi gli andamenti delle tensioni e delle correnti del circuito parallelo nella condizione in cui la tensione di linea sia minore del 10% rispetto al suo valore nominale nel funzionamento a carico puramente resistivo ed il corrispondente diagramma vettoriale (Figura25). JXL*Ilinea Uload Ulinea Ilinea Iload Istab d Istab Istab q Figura 25. Andamento delle tensioni e delle correnti e diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea<Uload a carico puramente resistivo. 27 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE In questa ipotesi di funzionamento lo stabilizzatore di tensione deve iniettare una corrente in quadratura rispetto alla tensione di linea in modo tale da ottenere ai capi del nodo utilizzatore la tensione nominale. Di conseguenza, rispetto al caso del funzionamento a vuoto, la tensione sul carico non risulta in fase con il vettore Ulinea, per via dell’impedenza composta dall’induttanza di disaccoppiamento XL e dal carico Rload. Quindi il vettore della corrente Istab non può essere contemporaneamente in quadratura con i due vettori di tensione. Nel diagramma vettoriale si riconoscono le componenti in fase Istab d e in quadratura Istab q della corrente Istab rispetto alla tensione del carico Uload, mentre risulta completamente in quadratura rispetto alla tensione di linea Ulinea. Per questo motivo, come si vede nel diagramma vettoriale riportato di seguito (Figura 26), il generatore di corrente dello stabilizzatore ruoterà il proprio angolo di fase fino a riportare il vettore Istab perfettamente in quadratura con il vettore della tensione di carico Uload=Ustab in modo tale che la potenza attiva richiesta dal carico sia totalmente fornita dalla rete di alimentazione. JXL*Ilinea Uload Ulinea Ilinea Iload Istab Figura 26. Diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea<Uload a carico puramente resistivo e Istab perfettamente in quadratura con la Uload.. 3.3.4.3 Confronto tra i due stabilizzatori Si confrontano ora le due tipologie circuitali nella condizione in cui la tensione di linea sia minore del suo valore nominale e carico puramente resistivo, precisamente si applica una variazione pari al 10%. Nella tabella di seguito sono riportati i risultati delle simulazioni delle due tipologie circuitali (Tabella 13). LINEA
STABILIZZATORE
Grandezze
Tensione Ulinea [V]
Corrente Ilinea [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Tensione Ustab [V]
Corrente Istab [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Potenza DC-Bus [kW]
Serie
207
144
≈29,8
0
23
144
≈3,3
0
0
Parallelo
207
154 (φ=- 23°)
≈29,3
≈12,7
230
88 (φ =90°)
0
≈20,3
0
Tabella 13. Risultati a confronto delle simulazioni dei due tipi di stabilizzatore nel caso di Ulinea<Uload nel funzionamento a carico puramente resistivo. 28 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE Dai risultati si nota che, nel caso di stabilizzatore di tensione di tipo serie, il contributo fornito è sempre di tensione in fase con la tensione di linea esistente (comportamento simile allo stabilizzatore serie nel funzionamento a vuoto). In questa tipologia circuitale lo stabilizzatore deve fornire la potenza attiva pari alla differenza del valore di tensione della rete rispetto al suo valore nominale moltiplicato per la corrente del carico. Invece con il contributo della corrente in ritardo di 90° dello stabilizzatore di tipo parallelo, la tensione al carico viene sfasata di qualche grado in ritardo rispetto alla tensione di rete e la linea interagisce con lo stabilizzatore scambiando solamente potenza reattiva. La potenza attiva richiesta dal carico è quindi totalmente fornita dalla rete. 3.3.5 Funzionamento con tensione di linea maggiore della nominale Ulinea>Uload a vuoto Per la simulazione, in entrambi i casi, si è imposta una tensione pari al valore nominale aumentato del 10%. Inoltre tutti i diagrammi sotto riportati presentano le stesse scale e l’origine della base dei tempi è stata fatta partire da 40ms per evitare il transitorio iniziale determinato solamente da problemi di simulazione. 3.3.5.1 Stabilizzatore di tipo serie Di seguito viene mostrato il circuito di simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea>Uload a vuoto (Figura 27). Ustab Uload Ulinea Figura 27. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea>Uload a vuoto. Dalla simulazione, nel caso di funzionamento con tensione di linea maggiore rispetto alla tensione nominale a vuoto, si sono ottenuti i seguenti valori riportati in tabella (Tabella 14): Tensione [V]
Corrente [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Potenza DC-Bus [kW]
Linea
253
0
0
0
/
Stabilizzatore
23
0
0
0
0
Tabella 14. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea>Uload a vuoto. 29 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE Per maggiore chiarezza, di seguito, vengono riportate sui medesimi grafici gli andamenti delle tensioni e delle correnti del circuito serie nella condizione in cui la tensione di linea è maggiore del 10% rispetto al valore nominale nel funzionamento a vuoto ed il corrispondente diagramma vettoriale (Figura 28). Ustab Ulinea Uload Figura 28. Andamento delle tensioni e delle correnti e diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea>Uload a vuoto. Il contributo fornito dallo stabilizzatore di tensione tipo serie è soltanto di tensione in opposizione di fase con la tensione esistente di linea per cui non vi è passaggio di corrente nel circuito e quindi neanche scambio di potenza. 3.3.5.2 Stabilizzatore di tipo parallelo Di seguito viene mostrato il circuito di simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea>Uload a vuoto (Figura 29). Ulinea Uload Ustab Figura 29. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea>Uload a vuoto. 30 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE Dalla simulazione, nel caso di funzionamento con tensione di rete maggiore rispetto alla tensione nominale a vuoto, si sono ottenuti i seguenti valori riportati in tabella (Tabella 15): Tensione [V]
Corrente [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Potenza DC-Bus [kW]
Linea
253
77 (φ =90°)
0
≈17,8
/
Stabilizzatore
230
77 (φ=- 90°)
0
≈17,8
0
Tabella 15. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea>Uload a vuoto. Per maggiore chiarezza di seguito, vengono riportate sui medesimi grafici gli andamenti delle tensioni e delle correnti del circuito parallelo nella condizione in cui la tensione di linea è maggiore del 10% rispetto al suo valore nominale nel funzionamento a vuoto ed il corrispondente diagramma vettoriale (Figura 30). Istab Ulinea UL=JXL*Istab Uload Ilinea Figura 30. Andamento delle tensioni e delle correnti e diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea>Uload a vuoto. Lo stabilizzatore di tensione tipo parallelo, per riuscire a fornire il valore nominale della tensione al carico, deve erogare una certa quantità di corrente sfasata di 90° in anticipo rispetto alla tensione di linea Ulinea. In questo modo la corrente che attraversa l’induttanza di disaccoppiamento crea una caduta di tensione che risulta essere in ritardo rispetto a se stessa e quindi in fase (ma in questo caso in opposizione di fase) rispetto alla tensione di linea. 31 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE 3.3.5.3 Confronto tra i due stabilizzatori Si confrontano ora le due tipologie circuitali nella condizione in cui la tensione di linea sia maggiore del suo valore nominale nel funzionamento a vuoto, precisamente si applica una variazione pari al 10%. Nella tabella di seguito sono riportati i risultati delle simulazioni delle due tipologie circuitali (Tabella 16). LINEA
STABILIZZATORE
Grandezze
Tensione Ulinea [V]
Corrente Ilinea [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Tensione Ustab [V]
Corrente Istab [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Potenza DC-Bus [kW]
Serie
253
0
0
0
23
0
0
0
/
Parallelo
253
77(φ= 90°)
0
≈17,8
230
77 (φ =- 90°)
0
≈17,8
0
Tabella 16. Risultati a confronto delle simulazioni dei due tipi di stabilizzatore nel caso di Ulinea>Uload nel funzionamento a vuoto. Dai risultati si nota che, nel caso di stabilizzatore di tensione di tipo serie, il contributo fornito è soltanto di tensione in opposizione di fase con la tensione esistente di linea per cui non vi è passaggio di corrente nel circuito e quindi neanche scambio di potenza. Invece nel caso di stabilizzatore di tensione di tipo parallelo il contributo fornito è di corrente reattiva che va ad interagire con l’induttanza serie, ottenendo così la stabilizzazione voluta; tale corrente reattiva viene assorbita dalla rete (dalla linea allo stabilizzatore) al contrario rispetto al funzionamento con tensione di rete minore della nominale a vuoto in cui tale corrente era immessa in linea. Nell’ipotesi di rendimento unitario, il DC-­‐Bus non deve fornire potenza attiva dato che lo stabilizzatore genera solamente corrente reattiva. 32 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE 3.3.6 Funzionamento con tensione di linea maggiore della nominale Ulinea>Uload e carico puramente resistivo Sia nella simulazione come stabilizzatore di tipo serie che di tipo parallelo si è ipotizzato un carico Rload=1,6Ω (circa 33kW di potenza, corrispondente, nel caso di stabilizzatore trifase, ad una potenza di circa 100kW). 3.3.6.1 Stabilizzatore di tipo serie Di seguito viene mostrato il circuito di simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea>Uload a carico puramente resistivo (Figura 31). Ustab Uload Ulinea Figura 31. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea>Uload a carico puramente resistivo. Dalla simulazione, nel caso di funzionamento con tensione di linea maggiore rispetto alla tensione nominale a carico (Rload=1,6 Ω), si sono ottenuti i seguenti valori riportati in tabella (Tabella 17): Tensione [V]
Corrente [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Potenza DC-Bus [kW]
Linea
253
144
≈36
0
/
Stabilizzatore
23
144
≈3,3
0
0
Tabella 17. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea>Uload a carico puramente resistivo. Per maggiore chiarezza, di seguito, vengono riportate sui medesimi grafici gli andamenti delle tensioni e delle correnti del circuito serie nella condizione in cui la tensione di linea sia maggiore del 10% rispetto al valore nominale nel funzionamento a carico puramente resistivo ed il corrispondente diagramma vettoriale (Figura 32). 33 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE Ustab Uload Ulinea Ilinea=Istab Figura 32. Andamento delle tensioni e delle correnti e diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo serie nella condizione Ulinea>Uload a carico puramente resistivo. Il contributo fornito dallo stabilizzatore di tipo serie è sempre di tensione in opposizione di fase con la tensione di linea esistente (comportamento simile allo stabilizzatore serie nel funzionamento a vuoto) ma in questa condizione di funzionamento lo stabilizzatore deve scambiare potenza attiva. 3.3.6.2 Stabilizzatore di tipo parallelo Di seguito viene mostrato il circuito di simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea>Uload a carico puramente resistivo (Figura 33). Uload Ulinea Ustab Figura 33. Circuito per la simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea>Uload a carico puramente resistivo. Dalla simulazione, nel caso di funzionamento con tensione di linea maggiore rispetto alla tensione nominale a carico (Rload=1,6 Ω), si sono ottenuti i seguenti valori riportati in tabella (Tabella 18): Tensione [V]
Corrente [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Potenza DC-Bus [kW]
Linea
253
165 (φ =23°)
≈38,4
≈16,3
/
Stabilizzatore
230
56 (φ =270°)
0
≈12,9
0
Tabella 18. Risultati ottenuti dalla simulazione dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea>Uload a carico puramente resistivo. 34 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE Per maggiore chiarezza, di seguito, vengono riportate sui medesimi grafici gli andamenti delle tensioni e delle correnti del circuito parallelo nella condizione in cui la tensione di linea è maggiore del 10% rispetto al suo valore nominale nel funzionamento a carico puramente resistivo ed il corrispondente diagramma vettoriale (Figura 34). JXL*Ilinea Ulinea Uload Iload Ilinea Istab q Istab Istab d Figura 34. Andamento delle tensioni e delle correnti e diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea>Uload a carico puramente resistivo. In questa ipotesi di funzionamento lo stabilizzatore di tensione deve iniettare una corrente in quadratura rispetto alla tensione di linea in modo tale da ottenere ai capi del nodo utilizzatore la tensione nominale. Di conseguenza, rispetto al caso del funzionamento a vuoto, la tensione sul carico non risulta essere in fase con il vettore Ulinea, per via dell’impedenza composta dall’induttanza di disaccoppiamento XL e dal carico Rload. Quindi il vettore della corrente Istab non può essere contemporaneamente in quadratura con i due vettori di tensione. Nel diagramma vettoriale si riconoscono le componenti in fase Istab d e in quadratura Istab q della corrente Istab rispetto alla tensione del carico Uload, mentre risulta completamente in quadratura rispetto alla tensione di linea Ulinea. Per questo motivo, come si vede nel diagramma vettoriale riportato di seguito (Figura 35),il generatore di corrente dello stabilizzatore ruoterà il proprio angolo di fase fino a riportare il vettore Istab perfettamente in quadratura con il vettore della tensione di carico Uload=Ustab e far sì che la potenza attiva richiesta dal carico sia totalmente fornita dalla rete di alimentazione. 35 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE JXL*Ilinea Ulinea Uload Iload Ilinea Istab Figura 35. Diagramma vettoriale dello stabilizzatore di tipo parallelo nella condizione Ulinea>Uload a carico puramente resistivo e Istab perfettamente in quadratura con la Uload. 3.3.6.3 Confronto tra i due stabilizzatori Si confrontano ora le due tipologie circuitali nella condizione in cui la tensione di linea è maggiore del suo valore nominale e carico puramente resistivo, precisamente si applica una variazione pari al 10%. Nella tabella di seguito sono riportati i risultati delle simulazioni delle due tipologie circuitali (Tabella 19). LINEA
STABILIZZATORE
Grandezze
Tensione Ulinea [V]
Corrente Ilinea [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Tensione Ustab [V]
Corrente Istab [A]
Potenza Attiva [kW]
Potenza Reattiva [kVAr]
Potenza DC-Bus [kW]
Serie
253
144
≈36
0
23
144
≈3,3
0
/
Parallelo
253
165 (φ =23°)
≈38,4
≈16,3
230
56 (φ =270°)
0
≈12,8
0
Tabella 19. Risultati a confronto dei due tipi di stabilizzatore nel caso di Ulinea<Uload nel funzionamento a carico Dai risultati si nota che, nel caso di stabilizzatore di tensione di tipo serie, il contributo fornito è sempre di tensione in opposizione di fase con la tensione di linea esistente (comportamento simile allo stabilizzatore serie nel funzionamento a vuoto). In questa tipologia circuitale lo stabilizzatore deve scambiare potenza attiva pari alla differenza del valore di tensione della rete rispetto al suo valore nominale moltiplicato per la corrente del carico. Invece con il contributo della corrente in anticipo di 90° dello stabilizzatore di tipo parallelo, la tensione al carico viene sfasata di qualche grado in ritardo rispetto alla tensione di rete e la linea interagisce con lo stabilizzatore scambiando potenza reattiva. Rispetto alla situazione in cui la tensione di linea è minore della tensione nominale, per ottenere la stabilizzazione della tensione al carico il circuito deve cedere potenza reattiva alla linea di alimentazione. 36 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE 3.3.7 Ulteriori considerazioni In precedenza sono state simulate le due diverse tipologie circuitali nelle condizioni di funzionamento per valutare i diversi comportamenti mettendo in relazione le caratteristiche elettriche. Si vuole fare ora un ulteriore passo avanti evidenziando i diversi comportamenti delle due tipologie circuitali prendendo in considerazione anche l’esistenza di alcuni componenti reali che costituiscono l’apparato. Verranno di seguito sviluppate alcune considerazioni qualitative riguardante: • IGBT; • Potenza drenata dal DC-­‐Bus; • Rete di alimentazione. Per la conformazione dello stabilizzatore di tensione di tipo serie, tutta la corrente del carico passa nei semiconduttori e questo crea delle perdite. Ovverosia le perdite dello stabilizzatore sono legate alla potenza del carico indipendentemente dal valore della tensione di rete. Per lo stabilizzatore di tensione di tipo parallelo la corrente iniettata è indipendente dalla potenza del carico, ma è proporzionale allo scostamento del valore della tensione di rete rispetto al suo valore nominale. Quindi le perdite negli IGBT sono legate a tale differenza. Considerando che lo scambio di potenza attiva è inevitabile in presenza del carico indipendentemente dal valore di tensione, lo stabilizzatore di tensione di tipo serie scambia una potenza attiva con il DC-­‐
Bus proporzionale allo scarto del valore della tensione di rete moltiplicato per la corrente del carico. Tuttavia questa tipologia ha il vantaggio di non scambiare potenza reattiva con la rete di alimentazione. Lo stabilizzatore di tensione di tipo parallelo non scambia potenza attiva con il DC-­‐Bus ma scambia potenza reattiva con la rete di alimentazione proporzionale allo scarto del valore della tensione di rete. In base a queste considerazioni si deduce che: • Lo stabilizzatore di tipo serie deve avere una fonte esterna che alimenta il DC-­‐Bus in modo tale da avere la possibilità di stabilizzare la tensione al carico al valore nominale e compensare la potenza attiva fornita dallo stabilizzatore, nonché le perdite degli IGBT dovute al passaggio di corrente; • Lo stabilizzatore di tensione di tipo parallelo riesce a riportare il valore di tensione al suo valore nominale creando un angolo di sfasamento tra la tensione di rete e la sua corrente, in modo tale da scambiare solo potenza reattiva con la rete. Va de se che per lo stabilizzatore di tensione tipo parallelo occorre aggiungere al circuito un apparato in grado di rifasare l’impianto, anche se tale dispositivo non è strettamente necessario per il funzionamento del sistema ammesso di tollerare l’immissione in rete di corrente reattiva. 37 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE 3.4 SCELTA DELLA TIPOLOGIA DI STABILIZZATORE Le simulazioni e considerazioni effettuate in precedenza a riguardo delle due possibili tipologie circuitali per la progettazione di una nuova linea di stabilizzatori elettronici evidenziano che: • Lo stabilizzatore di tipo serie risulta essere la tipologia di prodotto più economica rispetto alla tipologia di tipo parallelo. L’economicità del prodotto cresce all’aumentare del rapporto spire del trasformatore booster. Questo perché aumentando il rapporto spire diminuisce il valore massimo di tensione che lo stabilizzatore può compensare, quindi il trasformatore sarà dimensionato per una tensione minore e di conseguenza sarà più economico. Per esempio con un rapporto di trasformazione N=5, si avrà una tensione sul lato primario (in serie alla linea) una tensione pari a 46 V (230/5) (la macchina stabilizzante potrà compensare fino a 46 V), mentre con N=10 una tensione pari a 23 V (230/10), quindi di conseguenza il trasformatore booster dimensionato per un rapporto spire pari a 10 sarà più economico rispetto a quello con N=5. L’utilizzo di un trasformatore booster con un elevato rapporto spire richiede un ulteriore studio per reagire correttamente nel caso di cortocircuito lato a carico. In questa situazione si avrebbe ai capi dell’avvolgimento primario una tensione pari a 230 V che riportata al secondario corrisponderà a 230*N, un valore elevato e inaccettabile sia per il trasformatore booster che per l’elettronica. Un aspetto indubbiamente positivo di questa tipologia di prodotto è che permette la completa sostituzione dell’autotrasformatore e della parte di regolazione degli stabilizzatori elettromeccanici attualmente presenti negli stabilizzatori prodotti e assemblati in ORTEA. Nonostante questi vantaggi, questa configurazione non è in grado di sopperire ai buchi di tensione profondi e alle, sia pur brevi, interruzioni della fornitura dell’energia elettrica. • Lo stabilizzatore con la topologia di tipo parallelo non ha nessuna difficoltà nell’adempiere tutte le funzioni richieste con discrete prestazioni. In aggiunta è la configurazione che consente la massima affidabilità e l’evoluzione del prodotto in altre applicazioni. Di contro presenta l’impatto economico più elevato rispetto alla tipologia serie con trasformatore booster integrato. Dato che, all’aumentare del valore dell’induttanza, si alleggerisce l’impatto dei componenti elettronici, occorrerà identificare la giusta proporzione tra il dimensionamento del componente magnetico e quello dei convertitori. La tipologia circuitale scelta per la progettazione di una nuova linea di stabilizzatori elettronici di tensione è quella di tipo parallelo. Di seguito viene rappresentato lo schema dello stabilizzatore includendo anche il convertitore ausiliario (Figura 36). 38 ANALISI DELLE POSSIBILI TIPOLOGIE DI STABILIZZATORE carico!
Induttanza!di!
disaccoppiamento!
rete!
Convertitore!ausiliario!
Stabilizzatore!
Batteria!di!condensatori!
Figura 36.Tipologia circuitale scelta per la progettazione di una nuova linea di stabilizzatori elettronici di tensione. !
Le frecce nella medesima figura identificano il flusso di potenza che si verifica durante il funzionamento normale. Questa tipologia di stabilizzatore non è dipendente dalla potenza attiva del carico, ma, per svolgere la sua funzione, utilizza solamente flussi di potenza reattiva. La batteria di condensatori è stata inserita poiché è utile, per l’estensione del funzionamento del dispositivo, alla funzione di soppressione dei buchi di tensione da parte della rete di alimentazione. Si noti che nello schema a blocchi il simbolo rappresentante il banco di condensatori è stato sdoppiato, per evidenziare la possibilità di separare completamente i DC-­‐Bus del convertitore ausiliario e dello stabilizzatore; questo non avrà influenza sull’effettivo dimensionamento della capacità. Dai risultati ottenuti dalle precedenti simulazioni e dagli studi eseguiti si è considerata l’idea di associare il convertitore stabilizzante della tipologia parallelo ad un generatore ideale di tensione piuttosto che un generatore di corrente come da considerazioni fino ad ora svolte. Questo cambiamento porta intrinsecamente un vantaggio nel funzionamento: il generatore di tensione è in grado di filtrare le armoniche in presenza di un carico distorcente. 39 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO 4 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO In questo capitolo si vogliono analizzare e dimensionare i componenti principali che costituiscono lo stabilizzatore di tensione elettronico trifase di tipo parallelo. Come si è visto dal capitolo precedente, lo stabilizzatore di tensione elettronico trifase è un dispositivo composto da: • Nr 3 inverter monofase funzionanti da convertitore ausiliario (dispositivo trifase); • Nr 3 inverter monofase funzionanti da convertitore stabilizzante (dispositivo trifase); • Nr 1 inverter monofase funzionante da gamba equilibratrice (si vedrà nel seguito del progetto che occorrerà questo elemento per equilibrare il punto centrale della tensione del DC bus. Per maggiori dettagli si rimanda al paragrafo 6.3); • Nr 3 induttanze di disaccoppiamento. Si intuisce dall’elenco sopra, che l’inverter risulta essere il dispositivo fondamentale e di maggior rilevanza per il funzionamento della macchina intesa come stabilizzatore di tensione trifase. In questa prima fase di prototipazione del dispositivo verranno utilizzati degli inverter del commercio forniti dall’azienda EC&C s.r.l. (Figura 37). Questi moduli di conversione sono inverter monofase con la possibilità di connettersi tra di loro mediante DC-­‐bus. Figura 37. Vista 3D di una gamba d'inverter fornita dall’azienda EC&C s.r.l. 40 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO Quasi tutta la componentistica è contenuta all’interno del modulo di conversione, poi a ciascun inverter verranno associati un’induttanza di commutazione e un gruppo di condensatori funzionanti da filtri armonici. Il dispositivo è stato dimensionato considerando i seguenti parametri elettrici: • Potenza del convertitore stabilizzante Pn = 100 kVA. • Corrente nominale di uscita dell’inverter I =150 A. Conservativamente si è fatta la scelta, per la progettazione del prototipo, di realizzare gruppi di commutazione di potenza Pn = Pload (come si vedrà in seguito, questo non è sempre necessario). • Frequenza di commutazione dell’inverter fsw= 4 kHz. • Tensione nominale in valore efficace V= 400 V. 41 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO 4.1 MODULO DI CONVERSIONE Per modulo di conversione si intende una gamba d’inverter necessaria per il passaggio dal funzionamento in continua al funzionamento in alternata. A questo dispositivo saranno poi associati un’induttanza di commutazione e un condensatore funzionante in alternata per ottenere in uscita dall’inverter una forma d’onda sinusoidale. I due convertitori trifase, che costituiscono lo stabilizzatore di tensione, presentano la medesima configurazione e sono collegati allo stesso DC-­‐Bus. Sono inverter tradizionalmente denominati a tensione impressa o VSI (Voltage Sourge Inverter) infatti al lato continua è presente una sorgente di tensione realizzata tramite due capacità C che hanno sostanzialmente il compito di mantenere costante la tensione di alimentazione nello stadio d’ingresso dell’inverter, in modo tale da generare una tensione o una corrente di uscita controllabile [6]. Il modulo di conversione presenta una configurazione half-­‐bridge, ovvero è formata da due interruttori statici connessi in serie (in questo caso sono interruttori IGBT), ciascuno dei quali munito di un diodo in antiparallelo in modo da rendere l’interruttore unidirezionale in tensione e bidirezionale in corrente. La serie degli interruttori è connessa in parallelo alla serie di due condensatori elettrolitici uguali, la cui capacità deve essere elevata in modo da rendere ragionevole !"#
l’ipotesi che la tensione nel punto centrale rimanga pressoché costante, di valore pari a , rispetto $
al bus in continua [7]. Il carico è connesso tra i punti intermedi dei due rami. Nella figura sottostante viene mostrato lo schema di principio di una gamba d’inverter monofase (Figura 38). Figura 38. Schema di principio di una gamba d’inverter monofase (configurazione half-­‐bridge). 42 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO 4.1.1 Dimensionamento dell’induttanza di commutazione in uscita all’inverter Per induttanza di commutazione si indica il componente magnetico che viene posto all’uscita di ogni gamba dei convertitori. Facendo riferimento ai dati iniziali del progetto, si dimensiona l’induttanza di commutazione per ottenere un ripple di corrente pari al 10% del valore nominale. 𝑖&'(()* % = 10 % Il ripple che si sovrappone al segnale fondamentale presenta un andamento a forma d’onda triangolare (Figura 39) [8]. Ipicco 𝐼&12 =
𝐼('##?
√3
𝐼('##? ('##? = 𝐼('##? ∗ 2 Figura 39. Relazione tra il valore di picco-­‐picco e il valore efficace di un'onda triangolare. Inizialmente si calcola il valore efficace della corrente: 𝑃4 33000 [𝑊]
𝐼&12 = =
= 143,5 [𝐴] 𝑉4
230 [𝑉]
con cui si ricava il valore di picco: 𝐼('##? = 𝐼&12 ∗ 3 = 143,5 ∗ 3 = 248,6 [𝐴] Moltiplicando per 2 il valore di picco si ottiene il valore picco picco della corrente: 𝐼('##? ('##? = 𝐼('##? ∗ 2 = 248,6 ∗ 2 = 497,1 [𝐴] Infine moltiplicando per la corrente di ripple percentuale si ottiene il valore della corrente di ripple da considerare per il dimensionamento dell’induttanza di commutazione: 𝑖𝑟𝑖𝑝𝑝𝑙𝑒%
10
𝐼&'(()* (( =
∗ 𝐼('##? ('##? =
∗ 497,1 = 49,7 [𝐴] 100
100
Tramite il valore della corrente di ripple appena calcolato e la tensione del DC bus si ottiene il valore dell’induttanza di commutazione: 𝑉JK
400
𝐿=
=
= 1,0 [𝑚𝐻] 2 ∗ 𝑓2M ∗ 𝐼&'(()*(( 2 ∗ 4000 ∗ 49,7
43 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO Nella figura seguente (Figura 40) viene mostrata l’induttanza di commutazione utilizzata per la prototipazione dello stabilizzatore di tensione trifase elettronico. Figura 40. Induttanza di commutazione utilizzata per la prototipazione dello stabilizzatore di tensione elettronico trifase. Per maggiori dettagli a riguardo dell’induttanza di commutazione si rimanda all’Appendice D: Dati tecnici induttanze di commutazione e disaccoppiamento. 44 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO 4.1.2 Condensatori in uscita al modulo di conversione Facendo riferimento ai valori elencati sopra, si dimensionano i condensatori all’uscita dell’inverter per ottenere un ripple di tensione pari a 5 V. 𝑉&'(()* = 5 [𝑉] 10
∗ 143,48
𝐼&'(()* &12
100
𝐶=
=
= 114,17 [𝜇𝐹] 2 ∗ 𝜋 ∗ 𝑓2M ∗ 𝑉&'(()* 2 ∗ 𝜋 ∗ 4000 ∗ 5
Si sceglie come taglia unitaria 100 µF in grado di sopportare il ripple dovuto alla commutazione e di compensarlo. Per la prototipazione sono stati utilizzati dei condensatori in polipropilene dotati di dispositivo antiscoppio forniti dalla ICAR (Figura 41). Per maggiori dettagli si rimanda all’Appendice C: Datasheet dei componenti del modulo di conversione. Figura 41. Condensatore in polipropilene utilizzato per la prototipazione dello stabilizzatore di tensione elettronico trifase. Nel proseguo dello studio dello stabilizzatore di tensione elettronico trifase si vedrà che in alcune condizioni di funzionamento occorrerà aumentare la capacità connettendo più elementi in parallelo. 45 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO 4.2 CONVERTITORE STABILIZZANTE Il convertitore stabilizzante è costituito da tre moduli di conversione collegati tra loro attraverso il DC bus (Figura 42) ed è collegato in parallelo al carico. Figura 42. Convertitore stabilizzante. L’inverter stabilizzante è controllato in modo tale da comportarsi da generatore di tensione con il compito di stabilizzare (portare al valore nominale) la tensione al nodo utilizzatore e, di conseguenza, compensare le distorsioni armoniche del carico. Pertanto, facendo riferimento allo schema circuitale dell’apparato in monofase riportato sotto (Figura 43), si possono svolgere le seguenti considerazioni: j XL*IL Irete VRete Rete Icarico IL Iaux Convertitore ausiliario XL Istab Vcarico Figura 43. Schema circuitale dell’apparato in monofase. Carico 46 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO Applicando la legge di Kirchhoff alla maglia, sotto l’ipotesi che: • lo stabilizzatore stia funzionando in parallelo con la rete; • la tensione al nodo utilizzatore sia pari al suo valore nominale (come da obbiettivo dello stabilizzatore); • tutta l’energia reattiva iniettata nel nodo utilizzatore dal convertitore stabilizzante per portare la tensione pari al suo valore nominale, è parimenti scambiata fra il convertitore ausiliario e la rete, ma di segno opposto. In questo modo la corrente prelevata dalla rete sarà solo la componente attiva richiesta dal carico a meno delle perdite dei convertitori. 𝑉 &*U* − 𝑗𝑋Y ∗ 𝐼 Y − 𝑉 #Z&'#? = 0 Dati per noti il valore della corrente richiesta dal carico, il fattore di potenza (quindi l’angolo di sfasamento fra la tensione e la corrente) ed il valore della reattanza dovuta all’ induttanza di disaccoppiamento inserita fra la rete e il carico, dall’ equazione si evidenzia, tramite il diagramma vettoriale di seguito (Figura 44), che l’unica variabile indipendente risulta essere la tensione di rete. Vrete J XL*IL Vcarico δ Irete Icarico IL Istab Figura 44. Diagramma vettoriale corrispondente allo schema circuitale dell’apparato monofase. Il lavoro del convertitore stabilizzante, durante il parallelo con la rete, sarà quello di regolare l’angolo di carico δ “delta” (angolo di sfasamento tra la tensione di rete e la tensione del carico) per garantire istantaneamente il flusso di potenza attiva dalla rete al carico in funzione della variazione della tensione di rete. 47 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO Si analizza ora il circuito rappresentato in precedenza, per ricavare la potenza trasmessa dalla rete al carico [9]. Dalla legge di Kirchhoff delle tensioni alla maglia, 𝑉 &*U* − 𝑗𝑋Y ∗ 𝐼 Y − 𝑉 #Z&'#? = 0 si ricava che la corrente che attraversa l’induttanza di disaccoppiamento è pari a: 𝑉 &*U* − 𝑉 #Z&'#?
𝐼 Y =
𝑗𝑋Y
La potenza complessa risulta essere: 𝑆 = 𝑉𝐼Y = 𝑃 + 𝑗𝑄 e quindi si indica come potenza trasmessa dalla rete al carico: 𝑉&*U* ∗ 𝑉4
𝑃 = sin 𝛿 𝑋Y
Dall’equazione appena ricavata si evince che la potenza trasmessa dalla rete al carico è strettamente dipendente dal valore dell’induttanza di disaccoppiamento. 48 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO 4.3 DIMENSIONAMENTO DELL’INDUTTANZA DI DISACCOPPIAMENTO L’induttanza di disaccoppiamento è quel componente magnetico che viene interposto fra la rete e il carico, oppure fra la rete e il nodo utilizzatore nel caso in cui più carichi sono collegati allo stesso punto. In questo modo creando un angolo di sfasamento tra la tensione di rete e la tensione del carico (dovuto alla caduta di tensione ai capi dell’induttanza di disaccoppiamento) è possibile controllare la potenza attiva da fornire al carico. Infatti tramite il controllo e la variazione di questo angolo è possibile prelevare tutta la potenza attiva utile al carico interamente dalla rete e non dal convertitore stabilizzante, che scambierà quindi solo potenza reattiva con la rete. Tramite il controllo e la variazione di questo angolo si otterrà la stabilizzazione di tensione e la potenza richiesta dal carico, quindi il dimensionamento di questo componente magnetico è di fondamentale importanza per il corretto funzionamento dello stabilizzatore di tensione elettronico trifase. 4.3.1 Prime simulazioni Mediante l’ambiente di programmazione Matlab-­‐Simulink sono state eseguite diverse simulazioni in modo tale da ottenere il valore di “ottimo” del valore induttivo del componente magnetico. Ovvero si cercherà, tra tutti i valori di induttanza possibili, quello che, a fronte di un angolo di sfasamento “ragionevole1” permette di minimizzare la corrente che fluisce attraverso il convertitore stabilizzante. In questo modo il convertitore stabilizzante scambia solo potenza reattiva con la rete per stabilizzare la tensione ai capi del carico. Per determinare il valore dell’induttanza di disaccoppiamento sono stati scelti dei valori induttivi tali che la caduta di tensione ai capi del componente magnetico a carico nominale sia pari al 10%,20%,…100% della tensione nominale come si vede dalla tabella seguente (Tabella 20) con le equazioni di riferimento. ∆𝑣%
∗ 𝑉4
𝑍Y = 100
𝐼
𝑍Y
𝐿=
2∗𝜋∗𝑓
Δv%
L [mH]
10
0,5
20
1
30
1,5
40
2
50
2,5
60
3
70
3,5
80
4
90
4,5
100
5
Tabella 20. Valori delle induttanze di disaccoppiamento considerati per le simulazioni. 1
Considerazioni legate all’opportunità di inserire, in alcuni casi, un commutatore statico nello stabilizzatore elettronico trifase, consigliano di non sfasare eccessivamente la tensione di uscita della macchina rispetto a quella di rete (per maggiori dettagli fare riferimento al paragrafo 4.3.2 risultati delle prime simulazioni). 49 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO Le prime simulazioni sono state eseguite nel funzionamento a vuoto e a carico 100%, nella condizione in cui la tensione di rete sia pari al valore della tensione nominale e nel caso peggiore in cui la tensione di rete è minore del 20% rispetto alla nominale. Siccome la logica di funzionamento dello stabilizzatore di tensione elettronico trifase, è a fasi indipendenti, per comodità si riportano di seguito soltanto i circuiti di simulazione monofase a vuoto (Figura 45) e a carico (Figura 46). • CIRCUITO NEL FUNZIONAMENTO A VUOTO Figura 45. Circuito monofase per la simulazione dello stabilizzatore a vuoto. • CIRCUITO NEL FUNZIONAMENTO A CARICO Figura 46. Circuito monofase per la simulazione dello stabilizzatore a carico. 50 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO Per entrambi i circuiti di simulazione, la rete e lo stabilizzatore sono stati rappresentati come generatori ideali di tensione, mentre il carico come una resistenza di valore 1,6 Ω, pari a 33 kW. Per tutte le condizioni di funzionamento si riportano i valori: • della tensione di rete; • della potenza attiva di rete; • della potenza reattiva di rete; • della corrente di linea; • della tensione ai capi dell’induttanza di disaccoppiamento; • della potenza attiva dello stabilizzatore; • della potenza reattiva dello stabilizzatore; • della tensione ai capi dello stabilizzatore; • della corrente dello stabilizzatore; • del valore dell’angolo di carico δ; • della corrente del carico; • della tensione ai capi del carico; • della potenza attiva del carico; • della potenza reattiva del carico; Si riportano di seguito le tabelle coi valori ottenuti da queste simulazioni in cui si evidenzia il valore dell’angolo di sfasamento δ minimo per cui tutta la potenza attiva del carico viene fornita dalla rete (Tabella 21-­‐30). Nelle tabelle, per convenzione, con Prete e Qrete negativa si intende potenza iniettata dalla rete verso il carico; con Pstab e Qstab negativa si intende potenza iniettata dal convertitore stabilizzante verso la rete, mentre con Pstab e Qstab positiva si intende potenza assorbita dal convertitore stabilizzante. Per maggiori dettagli sui risultati ottenuti si rimanda all’APPENDICE B: Risultati ottenuti dalle simulazioni per il dimensionamento dell’induttanza di disaccoppiamento. 51 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO • INDUTTANZA DA 0,5 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
0
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
0
TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
5,5
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
198,5
-­‐32223
-­‐1547
31,2
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
5,5
10,6
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐784
-­‐1547
325
203,1
33000
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
413,8
0
53792
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
413,8
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐67241
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
7
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
471,4
-­‐32778
51787
74,1
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
7
426,2
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐229
-­‐69244
325
203,1
33000
0
Tabella 21. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=0,5mH nelle condizioni in cui Vrete=0.8Vload e Vrete= Vload a vuoto e a carico 100%. • INDUTTANZA DA 1 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
0
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
0
TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
11
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
198
-­‐32075
-­‐3088
62,3
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
11
19,9
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐932
-­‐3088
325
203,1
33000
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
206,9
0
26896
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
206,9
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐33620
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
14
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
306,1
-­‐32534
22901
96,2
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
14
231,5
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐473
-­‐37615
325
203,1
33000
0
Tabella 22. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=1mH nelle condizioni in cui Vrete=0.8Vload e Vrete= Vload a vuoto e a carico 100%. • INDUTTANZA DA 1,5 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
0
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
0
TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
17
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
203,8
-­‐32765
-­‐4896
96
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
17
30,2
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐242
-­‐4896
325
203,1
33000
0
52 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
137,9
0
17931
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
137,9
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐22413
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO
δ
[gradi]
21
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
263,8
-­‐32129
11976
124,3
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
21
174,7
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐878,1
-­‐28368
325
203,1
33000
0
Tabella 23. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=1,5mH nelle condizioni in cui Vrete=0.8Vload e Vrete= Vload a vuoto e a carico 100%. • INDUTTANZA DA 2 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
0
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
0
TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
23
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
206
-­‐32841
-­‐6681
129,6
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
23
41,1
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐166
-­‐6681
325
203,1
33000
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
103,4
0
13448
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
103,4
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐16810
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
29
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
253,7
-­‐32599
5017
159,4
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
29
155,3
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐408,5
-­‐25241
325
203,1
33000
0
Tabella 24. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=2mH nelle condizioni in cui Vrete=0.8Vload e Vrete= Vload a vuoto e a carico 100%. • INDUTTANZA DA 2,5 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
0
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
0
TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
29
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
207,2
-­‐32599
-­‐8430
162,7
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
29
51,9
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐408,4
-­‐8430
325
203,1
33000
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
82,8
0
10758
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
82,8
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐13448
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO
δ
[gradi]
37
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
249,1
-­‐32373
-­‐73,4
195,6
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
37
149,5
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐634
-­‐24280
325
203,1
33000
0
Tabella 25. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=2,5 mH nelle condizioni in cui Vrete=0.8Vload e Vrete= Vload a vuoto e a carico 100%. 53 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO • INDUTTANZA DA 3 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
0
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
0
TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
35
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
207,4
-­‐32139
-­‐10134
195,4
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
35
62,59
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐867
-­‐10134
325
203,1
33000
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
68,9
0
8965
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
68,9
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐11207
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
47
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
255,5
-­‐32784
-­‐5290
240,7
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
47
156,7
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐223
-­‐25462
325
203,1
33000
0
Tabella 26. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=3mH nelle condizioni in cui Vrete=0.8Vload e Vrete= Vload a vuoto e a carico 100%. • INDUTTANZA DA 3,5 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
0
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
0
TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
41
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
207
-­‐31510
-­‐11761
227,6
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
41
73,1
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐1498
-­‐11761
325
203,1
33000
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
59,1
0
7685
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
59,1
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐9605
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
61
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
267
-­‐32925
-­‐10949
293,6
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
61
173,8
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐72,2
-­‐28239
325
203,1
33000
0
Tabella 27. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=3,5mH nelle condizioni in cui Vrete=0.8Vload e Vrete= Vload a vuoto e a carico 100%. • INDUTTANZA DA 4 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
0
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
0
TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
47
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
206,2
-­‐30735
-­‐13364
259,2
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
47
83,4
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐2271
-­‐13364
325
203,1
33000
0
54 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
51,7
0
6724
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
51,7
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐8405
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
79
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
298,8
-­‐33002
-­‐20481
375,5
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
79
219,2
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐5
-­‐35610
325
203,1
33000
0
Tabella 28. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=4mH nelle condizioni in cui Vrete=0.8Vload e Vrete= Vload a vuoto e a carico 100%. • INDUTTANZA DA 4,5 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
0
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
0
TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
53
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
205,1
-­‐29834
-­‐14874
290,1
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
53
93,6
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐3173
-­‐14874
325
203,1
33000
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
45,9
0
5977
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
45,9
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐7471
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
90
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
294,4
-­‐29885
-­‐23908
416,2
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
90
230,7
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐3122
-­‐37355
325
203,1
33000
0
Tabella 29. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=4,5mH nelle condizioni in cui Vrete=0.8Vload e Vrete= Vload a vuoto e a carico 100%. • INDUTTANZA DA 5 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
0
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
0
TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
60
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
206,9
-­‐29116
-­‐16810
324,9
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
60
106,1
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐3891
-­‐16810
325
203,1
33000
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
41,4
0
5380
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
41,4
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐6724
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
90
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
264,9
-­‐26896
-­‐21517
416,2
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
90
210,3
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐6111
-­‐33620
325
203,1
33000
0
Tabella 30. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=5mH nelle condizioni in cui Vrete=0.8Vload e Vrete= Vload a vuoto e a carico 100%. 55 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO 4.3.2 Risultati delle simulazioni con tensione di rete pari al valore nominale e variazione della tensione di rete del -­‐20% rispetto al valore nominale. Da queste prime simulazioni si evince che il valore induttivo di 4,5 mH e 5 mH, corrispondente rispettivamente ad una caduta di tensione ai capi dell’induttanza di disaccoppiamento pari al 90% e 100% della tensione nominale, sono inaccettabili. Questo perché, a seguito di una variazione del valore di tensione di rete, lo stabilizzatore oltre a fornire la tensione nominale, deve anche fornire una parte di potenza attiva richiesta dal carico. Con le induttanze da 3,5 mH e 4 mH, corrispondenti rispettivamente ad una caduta di tensione ai suoi capi pari al 70% e 80%, invece, il convertitore stabilizzante riesce sia a fornire il valore nominale di tensione al carico che permettere il flusso di potenza attiva solo dalla rete, ma l’angolo di carico che si ottiene è prossimo al valore limite. Con questa affermazione si intende che l’angolo di carico deve essere compreso tra 0° e 60°, ovvero i fasori delle tensioni in gioco formano, al massimo, un triangolo equilatero di valore nominale. Questo a tutela di alcune tipologie di carichi (motori elettrici, trasformatori) che non accettano brusche variazioni di fase della tensione di alimentazione nel passaggio di funzionamento della macchina, tramite commutatore statico, da stabilizzante a by-­‐pass. Nella figura seguente si può osservare che, nella situazione in cui l’angolo δ è maggiore di 60° (in questo caso 70°), la tensione al carico durante la commutazione presenta un’elevata componente continua che porta alla saturazione dei componenti magnetici connessi (Figura 47). 1
0,5
0
-­‐0,5
1
17
33
49
65
81
97
113
129
145
161
177
193
209
225
241
257
273
289
305
321
337
353
TENSIONE [pu]
1,5
-­‐1
-­‐1,5
ANGOLO δ [gradi]
Vrete
Vload
Figura 47. Componente continua che si viene a creare durante l’inserzione by-­‐pass, tramite commutatore statico, quando l’angolo δ è maggiore di 60°. Per questa considerazione anche questi due valori sono inaccettabili. Mentre con le induttanze da 0,5mH e 1mH, corrispondenti rispettivamente ad una caduta ai suoi capi pari al 10% e 20%, il convertitore stabilizzante riesce sia a fornire il valore nominale di tensione al carico che permettere il flusso di potenza attiva solo dalla rete, ma la corrente che passa attraverso l’inverter stabilizzante è superiore al valore nominale di 150 A considerato nelle ipotesi iniziali (213 A di picco).Per questo motivo anche queste due induttanze non sono utili al nostro scopo. Dopo queste prime considerazioni sono state eseguite altre simulazioni sulle induttanze da 1,5 , 2, 2,5 e 3 mH. Per queste prove si considerano variazioni della tensione di rete del -­‐20 %, -­‐10%, 0%, +10% e +20% rispetto al valore nominale, a vuoto, a carico 50% e carico 100%. Si riportano di seguito le tabelle coi valori ottenuti da queste simulazioni (Tabella 31-­‐34) ed i corrispondenti grafici (Figura 48-­‐
51). 56 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO • INDUTTANZA DA 1,5 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 50%
δ
[gradi]
0
8
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
325
96,2
-­‐15597
-­‐1090
45,4
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
101,6
325
8
8,73
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
0
-­‐907
-­‐1090
Vload
PICCO [V]
325
325
Iload
PICCO [A]
101,6
101,6
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
16500
0
16500
0
Iload
PICCO [A]
101,6
101,6
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
16500
0
16500
0
Iload
PICCO [A]
203,1
203,1
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
33000
0
33000
0
Iload
PICCO [A]
101,6
101,6
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
16500
0
16500
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 50%
δ
[gradi]
0
10
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
137,9
0
17931
65
260
174,9
-­‐15595
16569
82,4
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
171,3
325
10
146,4
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
-­‐22413
-­‐935
-­‐23775
Vload
PICCO [V]
325
325
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
19
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
292,5
69
0
10087
32,5
292,5
226,7
-­‐32836
4591
106,6
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
214,5
325
19
102,8
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐33000
-­‐11207
-­‐170
-­‐16702
Vload
PICCO [V]
325
325
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 50%
δ
[gradi]
0
9
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
292,5
69
0
10087
32,5
292,5
123,7
-­‐15778
8844
58,3
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
122,7
325
9
76,7
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
-­‐11207
-­‐725,5
-­‐12446
Vload
PICCO [V]
325
325
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
292,5
69
0
10087
32,5
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
69
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐11207
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
15
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
357,5
69
0
-­‐12327
32,5
357,5
201,1
-­‐31907
-­‐16526
94,7
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
214,5
325
15
43,7
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐33000
11207
-­‐1101
7006
Vload
PICCO [V]
325
325
Iload
PICCO [A]
203,1
203,1
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
33000
0
33000
0
Iload
PICCO [A]
101,6
101,6
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
16500
0
16500
0
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 50%
δ
[gradi]
0
8
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
357,5
69
0
-­‐12327
32,5
357,5
107,8
-­‐17756
-­‐13527
57,6
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
122,8
325
8
61,7
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
11207
652
10005
Vload
PICCO [V]
325
325
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
357,5
69
0
-­‐12327
32,5
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
69
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
11207
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
13
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
390
137,9
0
-­‐26896
65
390
219,7
-­‐30252
-­‐30343
103,5
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
245,5
325
13
118
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐33000
22414
-­‐2750
18967
Vload
PICCO [V]
325
325
Iload
PICCO [A]
203,1
203,1
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
33000
0
33000
0
Iload
PICCO [A]
101,6
101,6
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
16500
0
16500
0
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 50%
δ
[gradi]
0
7
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
390
137,9
0
-­‐26896
65
390
165,9
-­‐16389
-­‐27897
78,2
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
171,3
325
9
131,7
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
22414
-­‐114
21411
Vload
PICCO [V]
325
325
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
390
137,9
0
-­‐26896
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
137,9
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
22414
Tabella 31. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=1,5mH considerando variazioni della Vrete del -­‐20%, -­‐10%,0%, +10% e +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto, a carico 50% e carico 100%. 57 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO 25
VARIAZIONE ANGOLO DELTA IN FUNZIONE DEL CARICO
ANGOLO [gradi] 20
15
VariazioneVrete-­‐20%
10
VariazioneVrete -­‐10%
Vrete=Vstab
5
Variazione Vrete +10%
Variazione Vrete +20%
0
0
5000
10000
15000CARICO [W]20000
25000
30000
35000
300
VARIAZIONE CORRENTE DI RETE IN FUNZIONE DEL CARICO
CORRENTE DI RETE [A] 250
200
150
VariazioneVrete-­‐20%
VariazioneVrete -­‐10%
100
Vrete=Vstab
50
Variazione Vrete +10%
Variazione Vrete +20%
0
0
5000
10000
15000CARICO [W]20000
25000
30000
35000
200
VARIAZIONE CORRENTE DELLO STABILIZZATORE IN FUNZIONE DEL CARICO
CORRENTE STABILIZZATORE [A]
180
160
140
120
100
80
60
VariazioneVrete-­‐20%
VariazioneVrete -­‐10%
Vrete=Vstab
Variazione Vrete +10%
Variazione Vrete +20%
40
20
0
0
5000
10000
15000CARICO [W]20000
25000
30000
35000
Figura 48. Andamento dell’angolo di carico δ, della corrente di rete e della corrente dello stabilizzatore nelle diverse condizioni di funzionamento in funzione del carico, con L=1,5mH. 58 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO • INDUTTANZA DA 2 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 50%
δ
[gradi]
0
11
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
325
99,2
-­‐16038
-­‐1544
62,3
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
101,6
325
11
9,92
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
0
-­‐466
-­‐1544
Vload
PICCO [V]
325
325
Iload
PICCO [A]
101,6
101,6
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
16500
0
16500
0
Iload
PICCO [A]
101,6
101,6
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
16500
0
16500
0
Iload
PICCO [A]
203,1
203,1
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
33000
0
33000
0
Iload
PICCO [A]
101,6
101,6
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
16500
0
16500
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 50%
δ
[gradi]
0
14
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
103,4
0
13448
65
260
153
-­‐16266
11451
96,2
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
145
325
14
115,8
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
-­‐16810
-­‐236,7
-­‐18807
Vload
PICCO [V]
325
325
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
25
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
292,5
51,7
0
7564
32,5
292,5
218,6
-­‐31969
477,2
137,4
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
209,6
325
25
95,5
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐33000
-­‐8405
-­‐1038
-­‐15492
Vload
PICCO [V]
325
325
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 50%
δ
[gradi]
0
12
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
292,5
51,7
0
7564
32,5
292,5
114,9
-­‐15727
5912
72,2
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
113,9
325
12
62,1
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
-­‐8405
-­‐776
-­‐10058
Vload
PICCO [V]
325
325
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
292,5
51,7
0
7564
32,5
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
51,7
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐8405
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
20
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
357,5
51,7
0
-­‐9245
32,5
357,5
195,4
-­‐31622
-­‐14821
122,7
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
209,6
325
20
19,38
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐33000
8405
-­‐1385
2829
Vload
PICCO [V]
325
325
Iload
PICCO [A]
203,1
203,1
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
33000
0
33000
0
Iload
PICCO [A]
101,6
101,6
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
16500
0
16500
0
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 50%
δ
[gradi]
0
10
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
357,5
51,7
0
-­‐9245
32,5
357,5
107,8
-­‐16041
-­‐10556
67,7
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
113,9
325
10
42,7
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
8405
-­‐462
6924
Vload
PICCO [V]
325
325
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
357,5
51,7
0
-­‐9245
32,5
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
51,7
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
8405
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
19
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
390
103,4
0
-­‐20172
65
390
213,7
-­‐32837
-­‐25667
134,3
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
228
325
19
69,7
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐33000
16808
-­‐170
11315
Vload
PICCO [V]
325
325
Iload
PICCO [A]
203,1
203,1
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
33000
0
33000
0
Iload
PICCO [A]
101,6
101,6
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
16500
0
16500
0
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 50%
δ
[gradi]
0
9
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
390
103,4
0
-­‐20172
65
390
136,4
-­‐15778
-­‐21414
85,7
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
144,9
325
9
95,9
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
16808
-­‐726
15568
Vload
PICCO [V]
325
325
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
390
103,4
0
-­‐20172
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
103,4
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
16808
Tabella 32. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=2mH considerando variazioni della Vrete del -­‐20%, -­‐10%,0%, +10% e +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto, a carico 50% e carico 100%. 59 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO 35
VARIAZIONE ANGOLO DELTA IN FUNZIONE DEL CARICO
30
ANGOLO [gradi] 25
20
15
VariazioneVrete-­‐20%
VariazioneVrete -­‐10%
10
Vrete=Vstab
5
Variazione Vrete +10%
Variazione Vrete +20%
0
0
5000
10000
15000CARICO [W]20000
25000
30000
35000
300
VARIAZIONE CORRENTE DI RETE IN FUNZIONE DEL CARICO
CORRENTE DI RETE [A] 250
200
150
VariazioneVrete-­‐20%
VariazioneVrete -­‐10%
100
Vrete=Vstab
50
Variazione Vrete +10%
Variazione Vrete +20%
0
0
5000
10000
15000CARICO [W]20000
25000
30000
35000
180
VARIAZIONE CORRENTE DELLO STABILIZZATORE IN FUNZIONE DEL CARICO
VariazioneVrete-­‐20%
VariazioneVrete -­‐10%
Vrete=Vstab
Variazione Vrete +10%
Variazione Vrete +20%
160
CORRENTE STABILIZZATORE [A]
140
120
100
80
60
40
20
0
0
5000
10000
15000CARICO [W]20000
25000
30000
35000
Figura 49. Andamento dell’angolo di carico δ, della corrente di rete e della corrente dello stabilizzatore nelle diverse condizioni di funzionamento in funzione del carico, con L=2mH. 60 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO • INDUTTANZA DA 2,5 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 50%
δ
[gradi]
0
14
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
390
103,4
0
-­‐20172
65
325
100,9
-­‐16267
-­‐1997
79,2
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
144,9
325
14
12,4
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
16808
-­‐236,7
-­‐1997
Vload
PICCO [V]
325
325
Iload
PICCO [A]
101,6
101,6
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
16500
0
16500
0
Iload
PICCO [A]
101,6
101,6
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
16500
0
16500
0
Iload
PICCO [A]
101,6
203,1
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
16500
0
33000
0
Iload
PICCO [A]
101,6
101,6
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
16500
0
16500
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 50%
δ
[gradi]
0
17
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
390
103,4
0
-­‐20172
65
260
137,2
-­‐15727
8408
107,8
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
144,9
325
17
97,4
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
16808
-­‐776,2
-­‐15796
Vload
PICCO [V]
325
325
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
32
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
390
103,4
0
-­‐20172
65
292,5
220,3
-­‐32069
3144
173
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
144,9
325
32
98,2
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
16808
-­‐938
-­‐15920
Vload
PICCO [V]
325
325
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 50%
δ
[gradi]
0
15
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
390
103,4
0
-­‐20172
65
292,5
110,5
-­‐15663
3990
86,8
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
144,9
325
15
54,3
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
16808
-­‐840
-­‐8786
Vload
PICCO [V]
325
325
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
292,5
41,4
0
6051
32,5
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
41,4
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐6724
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
26
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
390
103,4
0
-­‐20172
65
357,5
199,6
-­‐32424
-­‐14882
156,8
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
144,9
325
26
5,9
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
16808
-­‐583
-­‐761
Vload
PICCO [V]
325
325
Iload
PICCO [A]
101,6
203,1
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
16500
0
33000
0
Iload
PICCO [A]
101,6
101,6
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
16500
0
16500
0
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 50%
δ
[gradi]
0
13
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
390
103,4
0
-­‐20172
65
357,5
106,7
-­‐16630
-­‐9292
83,7
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
144,9
325
13
29,6
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
16808
135
4827
Vload
PICCO [V]
325
325
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
357,5
41,4
0
-­‐7396
32,5
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
41,4
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
6724
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
24
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
390
103,4
0
-­‐20172
65
390
205,8
-­‐32825
-­‐23113
161,7
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
144,9
325
24
39,8
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
16808
-­‐188
6472
Vload
PICCO [V]
325
325
Iload
PICCO [A]
101,6
203,1
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
16500
0
33000
0
Iload
PICCO [A]
101,6
101,6
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
16500
0
16500
0
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 50%
δ
[gradi]
0
12
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
390
103,4
0
-­‐20172
65
390
125,8
-­‐16775
-­‐17901
98,8
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
144,9
325
12
71,9
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
16808
272
11685
Vload
PICCO [V]
325
325
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
390
82,8
0
-­‐16135
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
82,8
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
13448
Tabella 33. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=2,5mH considerando variazioni della Vrete del -­‐20%, -­‐10%,0%, +10% e +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto, a carico 50% e carico 100%. 61 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO 35
VARIAZIONE ANGOLO DELTA IN FUNZIONE DEL CARICO
30
ANGOLO [gradi] 25
20
15
VariazioneVrete-­‐20%
VariazioneVrete -­‐10%
10
Vrete=Vstab
5
Variazione Vrete +10%
Variazione Vrete +20%
0
0
5000
10000
15000CARICO [W]20000
25000
30000
35000
300
VARIAZIONE CORRENTE DI RETE IN FUNZIONE DEL CARICO
CORRENTE DI RETE [A] 250
200
VariazioneVrete-­‐20%
150
VariazioneVrete -­‐10%
100
Vrete=Vstab
50
Variazione Vrete +10%
Variazione Vrete +20%
0
0
5000
10000
15000CARICO [W]20000
25000
30000
35000
160
VARIAZIONE CORRENTE DELLO STABILIZZATORE IN FUNZIONE DEL CARICO
VariazioneVrete-­‐20%
140
CORRENTE STABILIZZATORE [A] VariazioneVrete -­‐10%
120
Vrete=Vstab
Variazione Vrete +10%
100
Variazione Vrete +20%
80
60
40
20
0
0
5000
10000
15000CARICO [W]20000
25000
30000
35000
Figura 50. Andamento dell’angolo di carico δ, della corrente di rete e della corrente dello stabilizzatore nelle diverse condizioni di funzionamento in funzione del carico, con L=2,5mH. 62 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO • INDUTTANZA DA 3 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 50%
δ
[gradi]
0
17
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
325
101,9
-­‐16383
-­‐2448
96,1
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
101,6
325
17
15,1
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
0
-­‐121
-­‐2448
Vload
PICCO [V]
325
325
Iload
PICCO [A]
101,6
101,6
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
16500
0
16500
0
Iload
PICCO [A]
101,6
101,6
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
-­‐16500
0
-­‐16500
0
Iload
PICCO [A]
203,1
203,1
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
33000
0
33000
0
Iload
PICCO [A]
101,6
101,6
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
16500
0
16500
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 50%
δ
[gradi]
0
21
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
68,9
0
8965
65
260
131,9
-­‐16065
5988
124,4
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
122,8
325
21
87,3
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
-­‐11207
-­‐439,1
-­‐14184
Vload
PICCO [V]
325
325
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
40
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
292,5
34,5
0
5043
32,5
292,5
226,4
-­‐32416
6755
213,4
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
206,1
325
40
107,2
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐33000
-­‐5603
-­‐592
-­‐17401
Vload
PICCO [V]
325
325
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 50%
δ
[gradi]
0
19
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
292,5
34,5
0
5043
32,5
292,5
113,4
-­‐16418
2296
106,8
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
107,3
325
19
51,4
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
-­‐5603
-­‐85
-­‐8531
Vload
PICCO [V]
325
325
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
292,5
34,5
0
5043
32,5
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
34,5
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐5603
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
32
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
357,5
34,5
0
-­‐6164
32,5
357,5
202,3
-­‐32663
-­‐15530
190,7
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
206,1
325
32
23,3
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐33000
5603
-­‐345
3762
Vload
PICCO [V]
325
325
Iload
PICCO [A]
203,1
203,1
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
33000
0
33000
0
Iload
PICCO [A]
101,6
101,6
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
16500
0
16500
0
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 50%
δ
[gradi]
0
15
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
357,5
34,5
0
-­‐6164
32,5
357,5
100,5
-­‐15593
-­‐8263
94,7
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
107,3
325
15
21,8
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
5603
-­‐551
3503
Vload
PICCO [V]
325
325
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
357,5
34,5
0
-­‐6164
32,5
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
34,5
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
5603
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
29
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
390
68,9
0
-­‐13448
65
390
201,3
-­‐32599
-­‐21879
189,8
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
214,5
325
29
17,3
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐33000
11207
-­‐409
2776
Vload
PICCO [V]
325
325
Iload
PICCO [A]
203,1
203,1
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
33000
0
33000
0
Iload
PICCO [A]
101,6
101,6
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
16500
0
16500
0
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 50%
δ
[gradi]
0
14
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
390
68,9
0
-­‐13448
65
390
115
-­‐16267
-­‐15445
108,42
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
122,8
325
14
56,5
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐16500
11207
-­‐237
9210
Vload
PICCO [V]
325
325
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
390
68,9
0
-­‐13448
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
68,9
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
11207
Tabella 34. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=3mH considerando variazioni della Vrete del -­‐20%, -­‐10%,0%, +10% e +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto, a carico 50% e carico 100%. 63 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO 50
VARIAZIONE ANGOLO DELTA IN FUNZIONE DEL CARICO
45
ANGOLO [gradi] 40
35
30
25
VariazioneVrete-­‐20%
20
VariazioneVrete -­‐10%
15
Vrete=Vstab
10
Variazione Vrete +10%
5
Variazione Vrete +20%
0
0
5000
10000
15000CARICO [W]20000
25000
30000
35000
300
VARIAZIONE CORRENTE DI RETE IN FUNZIONE DEL CARICO
CORRENTE DI RETE [A] 250
200
150
VariazioneVrete-­‐20%
VariazioneVrete -­‐10%
100
Vrete=Vstab
50
Variazione Vrete +10%
Variazione Vrete +20%
0
0
5000
10000
15000CARICO [W]20000
25000
30000
35000
CORRENTE STABILIZZATORE [A]
180
VARIAZIONE CORRENTE DELLO STABILIZZATORE IN FUNZIONE DEL CARICO
160
VariazioneVrete-­‐20%
140
VariazioneVrete -­‐10%
120
Vrete=Vstab
Variazione Vrete +10%
100
Variazione Vrete +20%
80
60
40
20
0
0
5000
10000
15000CARICO [W]20000
25000
30000
35000
Figura 51. Andamento dell’angolo di carico δ, della corrente di rete e della corrente dello stabilizzatore nelle diverse condizioni di funzionamento in funzione del carico, con L=3mH. 64 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO 4.3.3 Risultati delle simulazioni con variazioni della tensione di rete del -­‐20%, -­‐10%, 0%, +10% e +20% rispetto al valore nominale a vuoto, a carico 50% e a carico 100%. Da queste simulazioni si nota che tutti e quattro i valori induttivi del componente magnetico sono utilizzabili per stabilizzare la tensione ai capi di un carico da 100 kW di potenza. A seguito di questi risultati, si utilizza un ulteriore aspetto per il dimensionamento dell’induttanza di disaccoppiamento. Allo scopo di identificare il valore induttivo ottimale si analizza quale valore induttivo del componente magnetico consente al convertitore stabilizzante di stabilizzare la tensione ai capi di un carico di potenza maggiore della nominale. Appare evidente che, in funzione dei valori induttivi, il convertitore stabilizzante permette di alimentare carichi maggiori di 100 kW. Di conseguenza appare logico identificare il valore dell’induttanza di disaccoppiamento che permetta di alimentare il carico di potenza più elevata possibile. Si riportano di seguito le tabelle coi valori ottenuti da queste simulazioni (Tabella 35-­‐38) ed i corrispondenti grafici (Figura 52-­‐55). • INDUTTANZA DA 1,5 mH TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
δ
[gradi]
29
Vrete
PICCO [V]
260
Irete
PICCO [A]
351,7
δ
[gradi]
31
Vrete
PICCO [V]
292,5
Irete
PICCO [A]
356,4
δ
[gradi]
36
Vrete
PICCO [V]
325
Irete
PICCO [A]
426,5
δ
[gradi]
45
Vrete
PICCO [V]
357,5
Irete
PICCO [A]
557,9
δ
[gradi]
51
Vrete
PICCO [V]
390
Irete
PICCO [A]
664,3
RETE
Prete [W]
-­‐43465
Qrete [Var]
6690
VL
PICCO [V]
159,5
PICCO [V]
325
Vstab
FASE [gradi]
29
Istab
PICCO [A]
207,4
STABILIZZATORE
Pstab[W]
Qstab [Var]
-­‐544
-­‐33654
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
270,8
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
44000
0
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
325
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
52800
0
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
406,3
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
66000
0
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
541,7
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
88000
0
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
650
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
105800
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
RETE
Prete [W]
-­‐51947
Qrete [Var]
-­‐4320
VL
PICCO [V]
168
PICCO [V]
325
Vstab
FASE [gradi]
31
Istab
PICCO [A]
157,7
STABILIZZATORE
Pstab[W]
Qstab [Var]
-­‐864
-­‐25612
TENSIONE DI RETE UGUALE RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
RETE
Prete [W]
-­‐65872
Qrete [Var]
-­‐21403
VL
PICCO [V]
200,8
PICCO [V]
325
Vstab
FASE [gradi]
36
Istab
PICCO [A]
132,5
STABILIZZATORE
Pstab[W]
Qstab [Var]
-­‐143
-­‐21403
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
RETE
Prete [W]
-­‐87167
Qrete [Var]
-­‐47357
VL
PICCO [V]
263
PICCO [V]
325
Vstab
FASE [gradi]
45
Istab
PICCO [A]
153,3
STABILIZZATORE
Pstab[W]
Qstab [Var]
-­‐851
-­‐24896
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
RETE
Prete [W]
-­‐104510
Qrete [Var]
-­‐76645
VL
PICCO [V]
313,35
PICCO [V]
325
Vstab
FASE [gradi]
51
Istab
PICCO [A]
168,9
STABILIZZATORE
Pstab[W]
Qstab [Var]
-­‐1111
-­‐33622
Tabella 35. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=1,5mH considerando variazioni della Vrete del -­‐20%, -­‐10%,0%, +10% e +20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100%. 65 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO 60
VARIAZIONE ANGOLO DELTA IN FUNZIONE DEL CARICO
ANGOLO [gradi] 50
40
VariazioneVrete-­‐20%
30
VariazioneVrete -­‐10%
20
Vrete=Vstab
Variazione Vrete +10%
10
Variazione Vrete +20%
0
0
20000
40000
60000
CARICO [W]
80000
100000
120000
700
VARIAZIONE CORRENTE DI RETE IN FUNZIONE DEL CARICO
CORRENTE DI RETE [A] 600
500
VariazioneVrete-­‐20%
400
VariazioneVrete -­‐10%
300
Vrete=Vstab
200
Variazione Vrete +10%
100
Variazione Vrete +20%
0
0
20000
40000
60000
CARICO [W]
80000
100000
120000
CORRENTE STABILIZZATORE [A]
250
VARIAZIONE CORRENTE DELLO STABILIZZATORE IN FUNZIONE DEL CARICO
200
150
VariazioneVrete-­‐20%
VariazioneVrete -­‐10%
100
Vrete=Vstab
50
Variazione Vrete +10%
Variazione Vrete +20%
0
0
20000
40000
60000
CARICO [W]
80000
100000
120000
Figura 52. Andamento dell’angolo di carico δ, della corrente di rete e della corrente dello stabilizzatore nelle diverse condizioni di funzionamento in funzione del carico, con L=1,5mH. 66 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO • INDUTTANZA DA 2 mH TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
δ
[gradi]
40
Vrete
PICCO [V]
260
Irete
PICCO [A]
332,9
δ
[gradi]
44
Vrete
PICCO [V]
292,5
Irete
PICCO [A]
371,3
δ
[gradi]
51
Vrete
PICCO [V]
325
Irete
PICCO [A]
445,3
δ
[gradi]
54
Vrete
PICCO [V]
357,5
Irete
PICCO [A]
495,3
δ
[gradi]
60
Vrete
PICCO [V]
390
Irete
PICCO [A]
576
RETE
Prete [W]
-­‐43221
Qrete [Var]
-­‐2283
VL
PICCO [V]
209,2
PICCO [V]
325
Vstab
FASE [gradi]
40
Istab
PICCO [A]
200,3
STABILIZZATORE
Pstab[W]
Qstab [Var]
-­‐789
-­‐32542
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
270,8
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
44000
0
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
325
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
52800
0
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
406,3
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
66000
0
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
464,3
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
75440
0
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
541,7
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
88000
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
RETE
Prete [W]
-­‐52248
Qrete [Var]
-­‐13666
VL
PICCO [V]
234
PICCO [V]
325
Vstab
FASE [gradi]
44
Istab
PICCO [A]
182,4
STABILIZZATORE
Pstab[W]
Qstab [Var]
-­‐264
-­‐29636
TENSIONE DI RETE UGUALE RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
RETE
Prete [W]
-­‐65320
Qrete [Var]
-­‐31155
VL
PICCO [V]
279,9
PICCO [V]
325
Vstab
FASE [gradi]
51
Istab
PICCO [A]
191,8
STABILIZZATORE
Pstab[W]
Qstab [Var]
-­‐695
-­‐31156
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
RETE
Prete [W]
-­‐74798
Qrete [Var]
-­‐47357
VL
PICCO [V]
311,2
PICCO [V]
325
Vstab
FASE [gradi]
54
Istab
PICCO [A]
182,9
STABILIZZATORE
Pstab[W]
Qstab [Var]
-­‐647
-­‐29705
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
RETE
Prete [W]
-­‐87347
Qrete [Var]
-­‐70602
VL
PICCO [V]
361,9
PICCO [V]
325
Vstab
FASE [gradi]
60
Istab
PICCO [A]
206,9
STABILIZZATORE
Pstab[W]
Qstab [Var]
-­‐671
-­‐33622
Tabella 36. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=2mH considerando variazioni della Vrete del -­‐20%, -­‐10%,0%, +10% e +20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100%. 70
VARIAZIONE ANGOLO DELTA IN FUNZIONE DEL CARICO
60
ANGOLO [gradi] 50
VariazioneVrete-­‐20%
40
VariazioneVrete -­‐10%
30
Vrete=Vstab
20
Variazione Vrete +10%
10
Variazione Vrete +20%
0
0
10000
20000
30000
40000
50000
CARICO [W]
60000
70000
80000
90000
100000
700
VARIAZIONE CORRENTE DI RETE IN FUNZIONE DEL CARICO
CORRENTE DI RETE [A] 600
500
VariazioneVrete-­‐20%
400
VariazioneVrete -­‐10%
300
Vrete=Vstab
200
Variazione Vrete +10%
100
Variazione Vrete +20%
0
0
10000
20000
30000
40000
50000
CARICO [W]
60000
70000
80000
90000
100000
67 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO CORRENTE STABILIZZATORE [A]
250
VARIAZIONE CORRENTE DELLO STABILIZZATORE IN FUNZIONE DEL CARICO
200
VariazioneVrete-­‐20%
150
VariazioneVrete -­‐10%
100
Vrete=Vstab
Variazione Vrete +10%
50
Variazione Vrete +20%
0
0
10000
20000
30000
40000
50000
CARICO [W]
60000
70000
80000
90000
100000
Figura 53. Andamento dell’angolo di carico δ, della corrente di rete e della corrente dello stabilizzatore nelle diverse condizioni di funzionamento in funzione del carico, con L=2mH. • INDUTTANZA DA 2,5 mH TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
δ
[gradi]
44
Vrete
PICCO [V]
260
Irete
PICCO [A]
289,3
RETE
Prete [W]
-­‐37367
Qrete [Var]
-­‐4338
VL
PICCO [V]
227,2
PICCO [V]
325
Vstab
FASE [gradi]
44
Istab
PICCO [A]
175,7
STABILIZZATORE
Pstab[W]
Qstab [Var]
-­‐355
-­‐28544
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
232,2
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
37700
0
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
232
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
44000
0
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
325
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
52800
0
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
361,1
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
58650
0
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
406,33
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
66000
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
δ
[gradi]
46
Vrete
PICCO [V]
292,5
Irete
PICCO [A]
310
δ
[gradi]
51
Vrete
PICCO [V]
325
Irete
PICCO [A]
356,3
δ
[gradi]
52
Vrete
PICCO [V]
357,5
Irete
PICCO [A]
382,8
δ
[gradi]
55
Vrete
PICCO [V]
390
Irete
PICCO [A]
426,7
RETE
Prete [W]
-­‐43532
Qrete [Var]
-­‐12427
VL
PICCO [V]
243,1
PICCO [V]
325
Vstab
FASE [gradi]
46
Istab
PICCO [A]
155,1
STABILIZZATORE
Pstab[W]
Qstab [Var]
-­‐478
-­‐25201
TENSIONE DI RETE UGUALE RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
RETE
Prete [W]
-­‐52255
Qrete [Var]
-­‐24924
VL
PICCO [V]
279,9
PICCO [V]
325
Vstab
FASE [gradi]
51
Istab
PICCO [A]
153,4
STABILIZZATORE
Pstab[W]
Qstab [Var]
-­‐556
-­‐24925
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
RETE
Prete [W]
-­‐58285
Qrete [Var]
-­‐35824
VL
PICCO [V]
300,5
PICCO [V]
325
Vstab
FASE [gradi]
52
Istab
PICCO [A]
133,5
STABILIZZATORE
Pstab[W]
Qstab [Var]
-­‐394
-­‐21704
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
RETE
Prete [W]
-­‐66096
Qrete [Var]
-­‐50536
VL
PICCO [V]
335
PICCO [V]
325
Vstab
FASE [gradi]
55
Istab
PICCO [A]
128,9
STABILIZZATORE
Pstab[W]
Qstab [Var]
81,7
-­‐20958
Tabella 37. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=2,5mH considerando variazioni della Vrete del -­‐20%, -­‐10%,0%, +10% e +20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100%. 68 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO 70
VARIAZIONE ANGOLO DELTA IN FUNZIONE DEL CARICO
60
ANGOLO [gradi] 50
40
VariazioneVrete-­‐20%
30
VariazioneVrete -­‐10%
20
Vrete=Vstab
10
Variazione Vrete +10%
Variazione Vrete +20%
0
0
10000
20000
30000CARICO [W]40000
50000
60000
70000
450
VARIAZIONE CORRENTE DI RETE IN FUNZIONE DEL CARICO
400
CORRENTE DI RETE [A] 350
300
VariazioneVrete-­‐20%
250
VariazioneVrete -­‐10%
200
Vrete=Vstab
150
100
Variazione Vrete +10%
50
Variazione Vrete +20%
0
0
10000
20000
30000CARICO [W]40000
50000
60000
70000
200
VARIAZIONE CORRENTE DELLO STABILIZZATORE IN FUNZIONE DEL CARICO
CORRENTE STABILIZZATORE [A] 180
160
140
120
100
80
VariazioneVrete-­‐20%
60
VariazioneVrete -­‐10%
Vrete=Vstab
40
Variazione Vrete +10%
20
Variazione Vrete +20%
0
0
10000
20000
30000CARICO [W]40000
50000
60000
70000
Figura 54. Andamento dell’angolo di carico δ, della corrente di rete e della corrente dello stabilizzatore nelle diverse condizioni di funzionamento in funzione del carico, con L=2,5mH. 69 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO • INDUTTANZA DA 3 mH TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
δ
[gradi]
57
Vrete
PICCO [V]
260
Irete
PICCO [A]
302,3
δ
[gradi]
60
Vrete
PICCO [V]
292,5
Irete
PICCO [A]
328,9
δ
[gradi]
58
Vrete
PICCO [V]
325
Irete
PICCO [A]
334,4
δ
[gradi]
58
Vrete
PICCO [V]
357,5
Irete
PICCO [A]
352,4
δ
[gradi]
60
Vrete
PICCO [V]
390
Irete
PICCO [A]
384,3
RETE
Prete [W]
-­‐37595
Qrete [Var]
-­‐11447
VL
PICCO [V]
284,9
PICCO [V]
325
Vstab
FASE [gradi]
57
Istab
PICCO [A]
194,6
STABILIZZATORE
Pstab[W]
Qstab [Var]
-­‐127
-­‐31619
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
232,2
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
37700
0
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
270,8
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
44000
0
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
295,5
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
48000
0
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
325
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
52800
0
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
361,1
CARICO
Pload [W]
Qload [Var]
58650
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
RETE
Prete [W]
-­‐43674
Qrete [Var]
-­‐20172
VL
PICCO [V]
310
PICCO [V]
325
Vstab
FASE [gradi]
60
Istab
PICCO [A]
189,6
STABILIZZATORE
Pstab[W]
Qstab [Var]
-­‐335
-­‐30818
TENSIONE DI RETE UGUALE RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
RETE
Prete [W]
-­‐47519
Qrete [Var]
-­‐26340
VL
PICCO [V]
315,1
PICCO [V]
325
Vstab
FASE [gradi]
58
Istab
PICCO [A]
162,1
STABILIZZATORE
Pstab[W]
Qstab [Var]
-­‐492
-­‐26338
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 10% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
RETE
Prete [W]
-­‐52271
Qrete [Var]
-­‐35138
VL
PICCO [V]
332,1
PICCO [V]
325
Vstab
FASE [gradi]
58
Istab
PICCO [A]
143,9
STABILIZZATORE
Pstab[W]
Qstab [Var]
-­‐541
-­‐23371
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
RETE
Prete [W]
-­‐58232
Qrete [Var]
-­‐47068
VL
PICCO [V]
361,9
PICCO [V]
325
Vstab
FASE [gradi]
60
Istab
PICCO [A]
137,9
STABILIZZATORE
Pstab[W]
Qstab [Var]
-­‐447,6
-­‐22413
Tabella 38. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=3mH considerando variazioni della Vrete del -­‐20%, -­‐10%,0%, +10% e +20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100%. 70
VARIAZIONE ANGOLO DELTA IN FUNZIONE DEL CARICO
60
ANGOLO [gradi] 50
VariazioneVrete-­‐20%
40
VariazioneVrete -­‐10%
30
Vrete=Vstab
20
Variazione Vrete +10%
10
Variazione Vrete +20%
0
0
10000
20000
30000CARICO [W]40000
50000
60000
70000
450
VARIAZIONE CORRENTE DI RETE IN FUNZIONE DEL CARICO
400
CORRENTE DI RETE [A] 350
300
VariazioneVrete-­‐20%
250
VariazioneVrete -­‐10%
200
150
Vrete=Vstab
100
Variazione Vrete +10%
50
Variazione Vrete +20%
0
0
10000
20000
30000CARICO [W]40000
50000
60000
70000
70 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO CORRENTE STABILIZZATORE [A]
250
VARIAZIONE CORRENTE DELLO STABILIZZATORE IN FUNZIONE DEL CARICO
200
150
VariazioneVrete-­‐20%
100
VariazioneVrete -­‐10%
Vrete=Vstab
50
Variazione Vrete +10%
Variazione Vrete +20%
0
0
10000
20000
30000CARICO [W]40000
50000
60000
70000
Figura 55. Andamento dell’angolo di carico δ, della corrente di rete e della corrente dello stabilizzatore nelle diverse condizioni di funzionamento in funzione del carico, con L=3mH. 4.3.4 Risultati delle simulazioni per alimentare un carico di potenza maggiore della nominale Dai valori ottenuti dalle simulazioni, riportati nelle precedenti tabelle e nei corrispondenti grafici, si evince che con le induttanze da 2,5 mH e 3 mH, il convertitore stabilizzante riesce a stabilizzare la tensione ai capi di un carico al massimo di 37,7 kW monofase (113kW trifase) nella condizione peggiore in cui la tensione di rete è minore della tensione nominale del 20%. Invece, confrontando i valori ottenuti con i valori induttivi di 1,5 mH e 2 mH, si nota che considerando il valore di 2 mH, nella condizione peggiore di funzionamento, il convertitore stabilizzante è attraversato da una corrente minore rispetto al caso in cui si considera il valore induttivo di 1,5 mH. In questo modo un convertitore stabilizzzante da 100 kW nel caso peggiore di tensione di rete minore del 20% rispetto alla tensione nominale, è in grado di alimentare un carico pari a 132 kW di potenza (+32%). Si noti che a tensioni di rete migliori (per esempio -­‐10%) questa potenza si incrementa considerevolmente: Pload = 158,4 kW (+58%). 71 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO Da quest’ultime considerazioni il valore induttivo scelto per l’induttanza di disaccoppiamento è quello di 2 mH. Si effettuano ora ulteriori simulazioni con questo valore induttivo, considerando anche la presenza dei condensatori in uscita dal convertitore stabilizzante e valutando possibili variazioni del valore capacitivo. Si riportano di seguito i circuiti di simulazione con in aggiunta i condensatori uscita inverter a vuoto (Figura 56) e a carico (Figura57) e le tabelle coi valori ottenuti da queste simulazioni (Tabella 39-­‐49). Figura 56. Circuito monofase per la simulazione dello stabilizzatore con i condensatori a vuoto. Figura 57. Circuito monofase per la simulazione dello stabilizzatore con i condensatori a carico. 72 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO • C = 100µF TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
δ
[gradi]
40
Vrete
PICCO [V]
260
Irete
PICCO [A]
332,9
RETE
Prete [W] Qrete [Var]
-­‐43221
-­‐2283
VL
PICCO [V]
209,2
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
40
190,1
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐789
-­‐32542
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
270,8
CARICO
Pload [W] Qload [Var]
44000
0
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
PICCO [V]
390
Irete
PICCO [A]
103,4
RETE
Prete [W] Qrete [Var]
0
-­‐20172
VL
PICCO [V]
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
113,7
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
18468
Tabella 39. Valori ottenuti dalle simulazioni con C=100µF considerando una variazione della Vrete del -­‐20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100% e una variazione della Vrete del +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto. • C=200µF TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
δ
[gradi]
45
Vrete
PICCO [V]
260
Irete
PICCO [A]
368,8
RETE
Prete [W] Qrete [Var]
-­‐47546
-­‐6246
VL
PICCO [V]
231,8
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
45
204,3
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐464
-­‐33185
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
295,5
CARICO
Pload [W] Qload [Var]
48000
0
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
PICCO [V]
390
Irete
PICCO [A]
103,4
RETE
Prete [W] Qrete [Var]
0
-­‐20172
VL
PICCO [V]
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
123,8
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
20125
Tabella 40. Valori ottenuti dalle simulazioni con C=200µF considerando una variazione della Vrete del -­‐20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100% e una variazione della Vrete del +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto. • C = 300µF TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
δ
[gradi]
45
Vrete
PICCO [V]
260
Irete
PICCO [A]
332,9
RETE
Prete [W] Qrete [Var]
-­‐47546
-­‐6246
VL
PICCO [V]
231,8
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
45
194,1
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐464
-­‐33185
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
295,5
CARICO
Pload [W] Qload [Var]
48000
0
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
PICCO [V]
390
Irete
PICCO [A]
103,4
RETE
Prete [W] Qrete [Var]
0
-­‐20172
VL
PICCO [V]
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
134,1
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
21788
Tabella 41. Valori ottenuti dalle simulazioni con C=300µF considerando una variazione della Vrete del -­‐20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100% e una variazione della Vrete del +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto. • C=400µF TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
δ
[gradi]
45
Vrete
PICCO [V]
260
Irete
PICCO [A]
332,9
RETE
Prete [W] Qrete [Var]
-­‐47546
-­‐6246
VL
PICCO [V]
231,8
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
45
183,6
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐464
-­‐29865
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
295,5
CARICO
Pload [W] Qload [Var]
48000
0
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
PICCO [V]
390
Irete
PICCO [A]
103,4
RETE
Prete [W] Qrete [Var]
0
-­‐20172
VL
PICCO [V]
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
144,3
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
23445
Tabella 42. Valori ottenuti dalle simulazioni con C=400µF considerando una variazione della Vrete del -­‐20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100% e una variazione della Vrete del +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto. • C=500µF TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
δ
[gradi]
51
Vrete
PICCO [V]
260
Irete
PICCO [A]
411,6
RETE
Prete [W] Qrete [Var]
-­‐52256
-­‐11477
VL
PICCO [V]
258,6
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
51
205,8
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐555
-­‐33439
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
325
CARICO
Pload [W] Qload [Var]
52800
0
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
PICCO [V]
390
Irete
PICCO [A]
103,4
RETE
Prete [W] Qrete [Var]
0
-­‐20172
VL
PICCO [V]
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
154,5
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
25106
Tabella 43. Valori ottenuti dalle simulazioni con C=500µF considerando una variazione della Vrete del -­‐20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100% e una variazione della Vrete del +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto. 73 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO • C=600µF TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
δ
[gradi]
51
Vrete
PICCO [V]
260
Irete
PICCO [A]
411,6
RETE
Prete [W] Qrete [Var]
-­‐52256
-­‐11477
VL
PICCO [V]
258,6
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
51
195,6
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐555
-­‐31780
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
325
CARICO
Pload [W] Qload [Var]
52800
0
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
PICCO [V]
390
Irete
PICCO [A]
103,4
RETE
Prete [W] Qrete [Var]
0
-­‐20172
VL
PICCO [V]
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
164,7
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
26765
Tabella 44. Valori ottenuti dalle simulazioni con C=600µF considerando una variazione della Vrete del -­‐20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100% e una variazione della Vrete del +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto. • C=700µF TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
δ
[gradi]
51
Vrete
PICCO [V]
260
Irete
PICCO [A]
411,6
RETE
Prete [W] Qrete [Var]
-­‐52256
-­‐11477
VL
PICCO [V]
258,6
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
51
185,4
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐555
-­‐30121
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
325
CARICO
Pload [W] Qload [Var]
52800
0
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
PICCO [V]
390
Irete
PICCO [A]
103,4
RETE
Prete [W] Qrete [Var]
0
-­‐20172
VL
PICCO [V]
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
174,8
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
28425
Tabella 45. Valori ottenuti dalle simulazioni con C=700µF considerando una variazione della Vrete del -­‐20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100% e una variazione della Vrete del +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto. • C=800µF TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
δ
[gradi]
51
Vrete
PICCO [V]
260
Irete
PICCO [A]
411,6
RETE
Prete [W] Qrete [Var]
-­‐52256
-­‐11477
VL
PICCO [V]
258,6
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
51
175,2
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐555
-­‐28461
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
325
CARICO
Pload [W] Qload [Var]
52800
0
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
PICCO [V]
390
Irete
PICCO [A]
103,4
RETE
Prete [W] Qrete [Var]
0
-­‐20172
VL
PICCO [V]
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
185,1
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
30084
Tabella 46. Valori ottenuti dalle simulazioni con C=800µF considerando una variazione della Vrete del -­‐20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100% e una variazione della Vrete del +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto. • C=900µF TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
δ
[gradi]
51
Vrete
PICCO [V]
260
Irete
PICCO [A]
411,6
RETE
Prete [W] Qrete [Var]
-­‐52256
-­‐11477
VL
PICCO [V]
258,6
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
51
165
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐555
-­‐26802
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
325
CARICO
Pload [W] Qload [Var]
52800
0
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
PICCO [V]
390
Irete
PICCO [A]
103,4
RETE
Prete [W] Qrete [Var]
0
-­‐20172
VL
PICCO [V]
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
195,4
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
31742
Tabella 47. Valori ottenuti dalle simulazioni con C=900µF considerando una variazione della Vrete del -­‐20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100% e una variazione della Vrete del +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto. • C=1000µF TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
δ
[gradi]
60
Vrete
PICCO [V]
260
Irete
PICCO [A]
474
RETE
Prete [W] Qrete [Var]
-­‐58232
-­‐20172
VL
PICCO [V]
297,9
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
-­‐60
208,3
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐447
-­‐33835
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
361,1
CARICO
Pload [W] Qload [Var]
58650
0
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
PICCO [V]
390
Irete
PICCO [A]
103,4
RETE
Prete [W] Qrete [Var]
0
-­‐20172
VL
PICCO [V]
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
205,5
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
33402
Tabella 48. Valori ottenuti dalle simulazioni con C=1000µF considerando una variazione della Vrete del -­‐20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100% e una variazione della Vrete del +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto. 74 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO • C=1100µF TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO MAGGIORE 100%
δ
[gradi]
60
Vrete
PICCO [V]
260
Irete
PICCO [A]
474
RETE
Prete [W] Qrete [Var]
-­‐58232
-­‐20172
VL
PICCO [V]
297,9
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
-­‐60
198,1
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
-­‐447
-­‐32179
Vload
PICCO [V]
325
Iload
PICCO [A]
361,1
CARICO
Pload [W] Qload [Var]
58650
0
TENSIONE DI RETE MAGGIORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
PICCO [V]
390
Irete
PICCO [A]
103,4
RETE
Prete [W] Qrete [Var]
0
-­‐20172
VL
PICCO [V]
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
215,8
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
35058
Tabella 49. Valori ottenuti dalle simulazioni con C=1100µF considerando una variazione della Vrete del -­‐20% rispetto alla tensione nominale a carico maggiore del 100% e una variazione della Vrete del +20% rispetto alla tensione nominale a vuoto. 4.3.5 Risultati delle simulazioni considerando i condensatori in uscita all’inverter Dai valori ottenuti si evince che, considerando i condensatori in uscita del convertitore stabilizzante, la situazione migliora nel caso peggiore di tensione di rete minore del 20% rispetto alla nominale sia come corrente che attraversa lo stabilizzatore, sia come potenza massima raggiungibile oltre il valore nominale di 100kW. Nello stesso tempo però peggiora la condizione a vuoto in cui la tensione di rete è maggiore del 20% rispetto al valore nominale: all’aumentare del valore capacitivo dei condensatori, la corrente che attraversa il convertitore stabilizzante aumenta. Il valore limite che si ottiene è pari a 1000µF di condensatori in uscita dallo stabilizzatore in cui si riesce a stabilizzare la tensione nominale ai capi di carico di potenza 58650W per fase (175kW trifase) mantenendo la corrente che attraversa il convertitore minore della nominale e l’angolo di carico al di sotto del valore limite considerato. Questo significa che con un inverter stabilizzante dimensionato a 100 kW, è possibile stabilizzare la tensione ai capi di un carico di potenza maggiore del 75% in tutto il range di variazione della tensione di rete (+-­‐ 20%). Va da sé che se il range di stabilizzazione fosse +-­‐10% sarebbe possibile incrementare la potenza alimentata dal carico. 75 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO Di seguito viene mostrata in figura l’induttanza di disaccoppiamento utilizzata per il progetto dello stabilizzatore di tensione elettronico trifase (Figura 58). Figura 58. Induttanza di disaccoppiamento utilizzata per la prototipazione dello stabilizzatore di tensione elettronico trifase. Per maggiori dettagli si rimanda all’Appendice D: Dati tecnici induttanze di commutazione e disaccoppiamento. 76 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO 4.4 CONVERTITORE AUSILIARIO Come visto in precedenza, il convertitore stabilizzante per fornire la tensione nominale al carico, deve necessariamente scambiare potenza reattiva con la rete. Risulta quindi evidente la necessità di inserire un dispositivo in grado di compensare questo scambio di potenza reattiva. Per questo motivo lo stabilizzatore di tensione elettronico trifase è composto dal convertitore stabilizzante e dal convertitore ausiliario con lo scopo di rifasare l’impianto. È costituito anch’esso da tre moduli di conversione collegati tra loro attraverso il DC bus (Figura 59). Il convertitore ausiliario deve essere dimensionato con una potenza tale da compensare questa corrente reattiva iniettata in rete dal convertitore stabilizzante. Dai risultati delle simulazioni effettuate in precedenza per il dimensionamento dell’induttanza di disaccoppiamento si nota che la corrente iniettata in rete dallo stabilizzatore è al massimo pari a 147 A, quindi si sceglie di comporre il convertitore ausiliari con tre gambe d’inverter delle medesime caratteristiche elettriche e meccaniche del convertitore stabilizzante (stessi componenti). Figura 59. Convertitore ausiliario. L’unica differenza tra i due convertitori, come si vedrà nel capitolo 5, sarà la logica di funzionamento e comando di ciascuno. 77 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO Come si è accennato all’inizio del capitolo 4, i moduli di conversione sono forniti dall’azienda EC&C s.r.l. (Figura60-­‐62) e sono costituiti da: • Nr 2 condensatori elettrolitici della Itelcond da 6800µF l’uno; • Nr 1 Half Bridge Module SKM400GB12T4 Semikron da 400A; • Nr 1 radiatore; • Nr 3 Bus-­‐bar (connessione in continua fra i condensatori elettrolitici e il ponte IGBT nei tre punti – positivo / negativo e punto centrale). • Nr 2 ventole di dissipazione; • Nr 1 scheda driver. • Nr 1 Trasduttore di corrente ad effetto hall per la lettura di corrente in uscita dalla gamba d’inverter (LEM). BUS-­‐BAR + CONNESSIONE MODULI TRAMITE BUS-­‐BAR LEM IGBT BUS-­‐BAR PUNTO CENTRALE (CP) VENTOLE BUS-­‐BAR -­‐ Figura 60. Vista 3D della possibilità di connettere più gambe d'inverter monofase tra loro mediante le bus-­‐bar. 78 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO BUS-­‐BAR IGBT VENTOLE SCHEDA DRIVER Figura 61. Vista dall’alto di un modulo di conversione. CONDENSATORI ELETTROLITICI BUS-­‐BAR IGBT CONDENSATORI ELETTROLITICI RADIATORE Figura 62.Vista laterale di un modulo di conversione. Per maggiori dettagli si rimanda ai vari datasheet inseriti nell’Appendice C: Datasheet dei componenti del modulo di conversione. 79 DIMENSIONAMENTO DELLO STABILIZZATORE DI TENSIONE ELETTRONICO TRIFASE DI TIPO PARALLELO 4.4.1 Condensatori elettrolitici I condensatori elettrolitici sono collocati al DC bus di ogni modulo di conversione. Per ogni inverter vengono collegati due condensatori in serie, uno tra il punto positivo e il punto centrale ed uno tra il punto centrale e il punto negativo. Per la prototipazione sono stati scelti dei condensatori della Itelcond (Figura 63) con i seguenti dati ricavati dal datasheet: • Capacità C=6800 µF; • Il case è indicato con la sigla DJ; • Sono di forma cilindrica con un diametro di 76 mm e un’altezza pari a 220 mm. Figura 63. Condensatore elettrolitico utilizzato per la prototipazione dello stabilizzatore elettronico trifase. Per maggiori dettagli si rimanda all’Appendice C: Datasheet dei componenti del modulo di conversione. 80 LOGICA DI CONTROLLO 5 LOGICA DI CONTROLLO 5.1 SCHEDA DI SUPERVISIONE Allo scopo di spiegare le tecniche di controllo della logica di funzionamento dello stabilizzatore di tensione elettronico trifase, illustrate nei capitoli precedenti, sono stati sviluppati appositi algoritmi finalizzati alla loro implementazione su sistema digitale a microprocessore. Tale sistema per la sua flessibilità di utilizzo e per la possibilità che offre di apprestare innumerevoli modifiche agli algoritmi di controllo implementati, prende il nome di sistema di sviluppo ed è costituito da una scheda di supervisione digitale di controllo prodotta dall’azienda SPIB.IT, equipaggiata con un DSP (Digital Signal Processor) TMS320F28335 della TEXAS INSTRUMENT, ovvero un microprocessore appositamente realizzato per impieghi legati al controllo digitale di motori e applicazioni di potenza che consente di eseguire 150 milioni di istruzioni al secondo, impiegando circa 6,67 ns per completare la maggior parte delle istruzioni. La scheda di supervisione dispone dei principali dispositivi necessari all’analisi dello stato del sistema e alla gestione dei codici di programma caricati sulla memoria del microprocessore, mentre quest’ultimo incorpora al suo interno quelle unità funzionali che sono indispensabili sia per eseguire i calcoli che per gestire i segnali digitali diretti dal mondo esterno verso la scheda e viceversa. Nella figura seguente viene mostrato il layout della scheda di supervisione digitale impiegata per l’implementazione dei programmi di controllo (Figura 64). +15 V CANALI PWM +24 V MODBUS OC RELE’ CAN Figura 64. Layout della scheda di supervisione fornita dall’azienda SPIB.IT INGRESSI NTC DSP JTAG SPI ALIMENTAZIONE 81 VENTOLE LOGICA DI CONTROLLO In essa si evidenziano: • il DSP TMS320F28335; • la porta di comunicazione seriale RS-­‐485 (modbus); • la porta di emulazione di tipo JTAGjet-­‐C2000F; • 4x2 canali PWM; • 17 ingressi tensione corrente; • 2 uscite relè; • 1 can; • 1 spi; • 4 sonde di temperatura NTC; • 2 relè; • 2 alimentazioni ventole; • 4 uscite oc; • alimentazione singola 24 V; • uscite 2x15V 1°,+/-­‐15V 0,5A La scheda di supervisione (Figura 65) è sviluppata per avere piena compatibilità con i moduli di potenza di produzione EC&C nei quali fornisce le informazioni necessarie a comandare gli IGBT e acquisire le misure di tensione e corrente mediante dei sensori per la regolazione. Come visto nei capitoli precedenti ogni convertitore è costituito da tre inverter monofase dotati ciascuno di una scheda driver per il comando degli IGBT. Queste schede driver sono gestite da due schede di supervisione costituite ciascuna da un microprocessore DSP: una per il convertitore ausiliario ed una per il convertitore stabilizzante. Figura 65. Scheda di supervisione fornita dall’azienda SPIB.IT utilizzata per la prototipazione dello stabilizzatore di tensione. 82 LOGICA DI CONTROLLO 5.2 IL DIGITAL SIGNAL PROCESSOR Il DSP TMS320F28335, come si è accennato, è un microprocessore appositamente realizzato per l’impiego nel campo del controllo digitale delle macchine elettriche, il quale grazie all’elevato livello di integrazione dei componenti interni e alla particolare struttura della memoria assicura una elevata velocità di elaborazione e garantisce la possibilità di operare a frequenze di ciclo molto elevate. Inoltre esso è dotato di specifiche unità che consentono di generare in modo automatico modulazioni di tipo PWM con o senza bande d’isteresi, simmetriche oppure asimmetriche, secondo le modalità specificate dal programmatore. Il funzionamento del microprocessore è scandito dal controllore di processo, il quale amministra tutte le operazioni interpretando le varie istruzioni e assegnando i rispettivi compiti alle diverse unità di cui è costituito il DSP. Tutte le operazioni sono sincronizzate da un segnale periodico detto clock del processore di frequenza stabilita [10]. Un particolare registro, il program counter, contiene l’indirizzo di memoria di ogni istruzione successiva a quella in esecuzione e ad ogni passo di programma esso viene incrementato di una unità oppure modificato da istruzioni quali salti, chiamate a subroutine o da attivazione di interrupt esterni. L’unità centrale di elaborazione comprende una unità di calcolo aritmetico-­‐logica a 32 bit (CALU) che si occupa di effettuare tutte le operazioni booleane (AND, OR, NOT,…) nonché le operazioni aritmetiche di somma e sottrazione. I risultati dei calcoli vengono inviati ad un registro accumulatore (ACC), anch’esso a 32 bit, a cui sono affiancati otto registri ausiliari (AR0-­‐AR7) a 16 bit dotati di una unità aritmetica (ARAU) dedicata all’assegnazione indiretta del contenuto delle locazioni di memoria. Tra i vari registri si trovano anche gli stack, i quali consentono, una volta che sia stata eseguita una istruzione o che si sia manifestato un interrupt, il trasferimento su di sé delle informazioni contenute negli altri registri per poi consentirne il recupero al termine dell’elaborazione. Di grande importanza sono anche i registri di stato (status register) che contengono informazioni sullo stato delle unità hardware del processore e consentono di variarne alcune impostazioni. Le operazioni di moltiplicazione vengono compiute per mezzo di un moltiplicatore che esegue il prodotto fra due grandezze a 16 bit, una contenuta nell’apposito registro per la moltiplicazione (TREG) e la seconda contenuta in una certa locazione di memoria, e memorizza il risultato nel registro del prodotto (PREG) a 32 bit. Sono presenti inoltre tre unità di traslazione (Shifter) che permettono di applicare un certo fattore di scala ad un qualsiasi numero che debba essere salvato in una certa locazione di memoria o in un dato registro. L’impiego di celle di memoria a 16 bit in combinazione con registri a 32 bit e opportune operazioni di traslazione sulle grandezze elaborate permette infatti di minimizzare gli errori di discretizzazione e troncamento. 83 LOGICA DI CONTROLLO 5.3 TECNICA DI CONTROLLO Sul DSP di entrambe le schede è implementato un firmware che permette il corretto funzionamento dello stabilizzatore elettronico di tensione trifase. Il convertitore stabilizzante ha lo scopo di stabilizzare la tensione ai capi del nodo utilizzatore facendo in modo che tutta la potenza attiva necessaria al carico sia prelevata interamente dalla rete. All’interno del DSP di questo convertitore è implementato un firmware con la seguente tecnica di controllo: Vref
Vmis
ΔV PI Iref ΔI PREDITTIVO DUTY PWM L
SENSORE I
F
Imis C
TV
N
Figura 66. Schema a blocchi della tecnica di controllo del convertitore stabilizzante. Come si evince dallo schema a blocchi mostrato nella figura precedente (Figura 66) la tecnica di controllo è costituita da una regolazione ad anello chiuso e più precisamente un anello interno di corrente ed un anello esterno di tensione. In un regolatore ad anello chiuso la variabile da controllare è misurata e confrontata con il valore di riferimento, la differenza, o errore (ε), è successivamente elaborata secondo un algoritmo prefissato. Il risultato di questa elaborazione costituisce il valore d’ingresso dell’attuatore [11]. 84 LOGICA DI CONTROLLO 5.3.1 Anello di tensione L’anello di regolazione esterno è un anello di tensione ed è costituito da un regolatore proporzionale integrale (PI). Il regolatore è costituito da due parti: una parte proporzionale e una parte integrativa. La parte proporzionale analiticamente corrisponde a 𝑃 = 𝐾f ∗ ε mentre l’azione integrale analiticamente corrisponde all’espressione U
𝐼 = 𝐾h ∗ k 𝜀𝛿𝑡. Il regolatore PI (Figura 67) riceve in ingresso una differenza di tensione ottenuta dalla lettura della tensione in uscita dall’inverter ed il valore di tensione di riferimento impostato e la trasforma in un valore di corrente di riferimento secondo la seguente equazione: U
𝐼&*l = 𝐾f ∗ 𝜀 + 𝐾h ∗
dove k
U
𝜀𝛿𝑡 = 𝐾f ∗ 𝛥𝑉 + 𝐾h ∗
𝛥𝑉𝛿𝑡 k
𝛥𝑉 = 𝑉&*l − 𝑉1'2
KPε Iref ΔV Vref Vmis U
𝜀𝛿𝑡 k
KI ∫
Figura 67. Regolatore proporzionale integrale. Tarando opportunamente i valori di Kp e KI, rispettivamente costante proporzionale e integrale del regolatore, si fa in modo di ridurre il più possibile il ΔV tra la tensione di riferimento e il valore di tensione misurato. Il valore di corrente che si ricava dal regolatore sarà il riferimento per l’anello interno di corrente. 85 LOGICA DI CONTROLLO 5.3.2 Anello di corrente L’anello interno di controllo del convertitore stabilizzante è un anello di corrente ed è costituito da un regolatore predittivo. Il regolatore predittivo implementa un algoritmo che consente di prevedere direttamente il valore del duty cycle (D) esatto che deve essere applicato al PWM per ottenere la tensione nominale di riferimento. È un regolatore molto semplice che comporta un sensibile miglioramento del controllo nonché una migliore risposta dinamica della macchina rispetto alla variazione del valore di riferimento. In particolare è un regolatore stabile, ovvero evita al sistema di oscillare (non possiede intrinsecamente il fenomeno di overshoot) [12]. 𝑉Y
𝐷𝑉JK
L
𝑉1'2
C
Cel
Cel
Figura 68. Legge di Kirchhoff delle tensioni alla maglia. 𝑉JK
2
𝑉JK
𝑉JK
2
Applicando la legge di Kirchhoff delle tensioni alla maglia rappresentata nella figura precedente (Figura 68), si ricava la seguente equazione: 𝑉JK
𝐷𝑉JK − 𝑉Y − 𝑉1'2 −
= 0 2
da cui sostituendo: 𝐿
𝑉Y = 𝛥𝐼 ∗ 𝑇
si ricava il duty cycle: 1
𝐿
𝑉JK
1
𝐿
𝑉JK
𝐷𝑈𝑇𝑌 =
𝛥𝐼 ∗ + 𝑉1'2 +
= 𝐼&'l − 𝐼1'2 ∗ + 𝑉1'2 +
𝑉JK
𝑇
2
𝑉JK
𝑇
2
Dove: • VDC: tensione del DC bus; • Irif: corrente in uscita dall’anello di regolazione di tensione esterno all’istante n+1; • Imis: corrente letta in uscita dalla gamba dell’inverter all’istante n; • L: valore dell’induttanza di commutazione; 86 LOGICA DI CONTROLLO • T: periodo di commutazione; • Vmis: tensione misurata ai capi dei condensatori d’uscita inverter. 𝑉1'2
𝑉JK
Iref ΔI Imis 𝐿
𝑉JK ∗ 𝑇
DUTY 1
2
Figura 69. Regolatore predittivo. In questo modo al variare del ΔI di corrente in ingresso al regolatore predittivo si regola il duty cycle degli IGBT. Il campionamento viene effettuato ad una frequenza 10 volte superiore rispetto alla frequenza di commutazione. Allo scopo di limitare la banda passante del segnale di filtro, ad un valore tale che possa essere correttamente gestita dal regolatore, viene effettuata la media su 10 campioni acquisiti (in questo modo si massimizza l’immunità ai disturbi inevitabilmente presenti sul segnale di tensione). Nell’implementazione di questo regolatore all’interno del DSP sono state fatte le seguenti approssimazioni: • Il valore dell’induttanza di commutazione è considerato costante a 1 mH. Maggior precisione si otterrebbe se si considerasse la sua curva di variazione. • Il tempo morto durante la commutazione degli IGBT non viene compensato. Queste approssimazioni non incidono pesantemente sulla precisione della regolazione perché comunque al di fuori di questo anello di regolazione è presente l’anello di tensione che riesce a compensarle. 87 LOGICA DI CONTROLLO In conclusione si può dire che, a seguito di una variazione della tensione ai morsetti della rete, varierà il ΔV di tensione in ingresso al regolatore PI (anello esterno di tensione), di conseguenza il valore di corrente di riferimento all’ingresso del regolatore predittivo (anello interno di corrente) e quindi il valore del duty cycle da assegnare al PWM. Infatti al variare della tensione di rete Vrete, dalla seguente formula: 𝑉&*U* ∗ 𝑉2UZs
𝑃=
∗ sin 𝛿 𝑋Y
varierà l’angolo di carico δ impostato nella tensione di riferimento in ingresso Vref al regolatore esterno di tensione: 𝑃 ∗ 𝑋Y
𝛿 = sintu ∗
𝑉&*U* ∗ 𝑉2UZs
𝑉&*l = 𝑉v ∗ sin(𝜔𝑡 + 𝛿) Il convertitore ausiliario ha solo lo scopo di rifasare la rete, quindi all’interno del suo DSP è implementato un firmware con una logica di controllo in corrente predittiva simile a quella mostrata per il convertitore stabilizzante. 88 PROVE SPERIMENTALI 6 PROVE SPERIMENTALI In questo capitolo si vogliono mostrare le prime prove effettuate sul prototipo dello stabilizzatore di tensione trifase elettronico. Le prove sono state eseguite presso il laboratorio di ricerca e sviluppo Ortea SpA (Figura 70). Figura 70.Laboratorio di ricerca e sviluppo Ortea S.p.A in cui si sono svolte le prime prove. Lo stabilizzatore di tensione elettronico trifase, come visto nei capitoli precedenti, è un dispositivo composto da 3 gambe d’inverter monofase costituenti il convertitore ausiliario, tre gambe d’inverter monofase costituenti il convertitore stabilizzante e una gamba d’inverter monofase denominata gamba equilibratrice. Il motivo dell’utilizzo di questa gamba si vedrà nel proseguo di questo capitolo. Di seguito viene mostrato il circuito equivalente completo della macchina trifase (Figura 71) in cui si evidenziano il convertitore ausiliario, il convertitore stabilizzante, le induttanze di disaccoppiamento e la gamba equilibratrice. 89 PROVE SPERIMENTALI N -­‐ C Ce N -­‐ + L1 L2 L3 Lc C Lc C Lc C L Lc C Lc C Lc Ce Lce L1 L2 L3 + Figura 71. Circuito equivalente completo dello stabilizzatore di tensione elettronico trifase. 90 PROVE SPERIMENTALI Di seguito vengono mostrate alcune fasi di assemblaggio del prototipo trifase (Figura 72-­‐74). Figura 72. Inserimento dei componenti magnetici all’interno della macchina. Dall’immagine si evidenziano le induttanze di disaccoppiamento (cerchio bianco) e le induttanze di commutazione (cerchio verde). Figura 73. Inserimento delle gambe d’inverter. Dall’immagine si evidenzia il gruppo di gambe d’inverter che costituiscono il convertitore ausiliario (cerchio bianco), il gruppo di gambe d’inverter che costituiscono il convertitore stabilizzante (cerchio verde), la gamba equilibratrice (cerchio blu) e i condensatori in uscita dalle gambe d’inverter (cerchio rosso). 91 PROVE SPERIMENTALI Figura 74. Vista frontale e vista laterale dello stabilizzatore di tensione elettronico trifase assemblato. 6.1 STRUMENTI DI MISURAZIONE Per le prove sperimentali sul prototipo dello stabilizzatore di tensione elettronico trifase sono stati utilizzati i seguenti strumenti di misura: • Nr. 1 oscilloscopio MD03034 della TEKTRONIX; • Nr. 2 alimentatori in corrente continua GPS-­‐2303 della GWINSTEK; • Nr. 2 multimetri digitali 87V della FLUKE; • Nr. 2 variatori di tensione della VARSAN; • Nr. 2 pinze amperometriche i400S della FLUKE; • Nr. 2 pinze di tensione THDP0200 della TEKTRONIX; • Nr.1 analizzatore di rete 435 della FLUKE dotato di 4 pinze di corrente e 4 pinze di tensione. 92 PROVE SPERIMENTALI 6.2 PRIMA ACCENSIONE DELLA SINGOLA GAMBA D’INVERTER Prima di procedere con le prove sulla macchina trifase, si è preferito inizialmente verificare il funzionamento di una singola gamba d’inverter, in modo tale da verificare il funzionamento del firmware caricato nel microprocessore della scheda di supervisione. Di seguito viene riportato lo schema del circuito di prova (Figura 75). L1 L L1 Var1 + Ce CP Var2 Lc Ce -­‐ N C N Figura 75. Schema del circuito di prova per la prima accensione della singola gamba d'inverter. Nello schema si indica con L l’induttanza di disaccoppiamento, con LC l’induttanza di commutazione, con C il condensatore in uscita della gamba d’inverter e Ce i condensatori elettrolitici. Come si evince dallo schema del circuito di prova sono presenti due variatori di tensione. Il primo, Var1, è stato inserito in modo tale da applicare la tensione di rete a gradini e non direttamente il valore nominale. Questo per motivi precauzionali nel caso di malfunzionamento del dispositivo. Il secondo variatore di tensione, Var2, è stato inserito per precaricare i condensatori elettrolitici in continua del DC-­‐bus. Per ricavare la parte in continua necessaria al DC-­‐bus del modulo di conversione è stato inserito un ponte raddrizzatore monofase all’uscita del secondo variatore. Così facendo si alimentano i condensatori elettrolitici del modulo. 93 PROVE SPERIMENTALI Questa prova consiste nel precaricare, mediante l’utilizzo del variatore di tensione Var2, i condensatori elettrolitici della gamba d’inverter fino ad una tensione pari a 650 V. A questo punto, mediante l’utilizzo del variatore di tensione Var1, si alimenta la gamba d’inverter fino alla tensione nominale di 230 V. Mediante la scheda di supervisione, alimentata a 24V dall’alimentatore in corrente continua, si dà il comando di avvio agli IGBT, a questo punto inizierà la commutazione. Nella figura di seguito si mostra l’immagine ricavata dall’oscilloscopio rappresentante l’inizio della commutazione degli IGBT (Figura 76). In particolare in verde è rappresentata la tensione di rete, in azzurro la tensione in uscita dalla gamba d’inverter ed in rosa la corrente in uscita dalla gamba d’inverter. Figura 76. Prima accensione della gamba d’inverter. In verde viene rappresentata la tensione di rete, in azzurro la tensione in uscita dalla gamba d’inverter ed in rosa la corrente in uscita dalla gamba d’inverter. In particolare si evidenzia l’istante iniziale di commutazione (cerchio bianco). Dopo diversi minuti di funzionamento si è riscontrato un fenomeno di saturazione nell’induttanza di commutazione che ha causato la non simmetria della forma d’onda della corrente in uscita dalla gamba d’inverter e quindi lo spegnimento del dispositivo. Di seguito viene mostrata l’immagine ricavata dall’oscilloscopio rappresentante l’imprevisto appena spiegato (Figura 77) in cui in verde viene mostrata la tensione di rete, in azzurro la tensione in uscita dalla gamba d’inverter e in rosa la corrente in uscita dalla gamba d’inverter. 94 PROVE SPERIMENTALI Figura 77. Spegnimento improvviso della gamba d’inverter. Dopo diversi minuti di funzionamento la gamba d’inverter si spegne inaspettatamente come si vede dalla corrente di uscita della gamba rappresentata in rosa che da un andamento sinusoidale e simmetrico passa ad un andamento non sinusoidale e non simmetrico e successivamente si porta a 0. In verde si mostra la tensione di rete e in azzurro la tensione in uscita dalla gamba d’inverter. Dopo varie prove a riguardo si è verificato che la causa di questo continuo spegnimento riguarda la tensione applicata ai condensatori elettrolitici. Dopo una serie di analisi si è notato che la tensione al DC-­‐bus era si pari al valore nominale di 750 V, ma non equamente ripartita ai capi dei due condensatori elettrolitici. Ovvero la tensione ai capi del condensatore elettrolitico inserito tra il polo positivo (+) e il punto centrale (CP) e la tensione ai capi del condensatore elettrolitico inserito tra il polo negativo (-­‐) e il punto centrale non risultava essere la stessa. In particolare ai capi del condensatore elettrolitico inserito tra + e CP la tensione risultava maggiore rispetto alla tensione ai capi del condensatore elettrolitico inserito tra CP e -­‐. Per questo motivo si dice che il punto centrale dei condensatori elettrolitici non è stabile. Per ovviare a questo inconveniente si è deciso di inserire un’ulteriore gamba d’inverter con solamente lo scopo di mantenere stabile il punto centrale dei condensatori e quindi una tensione su entrambi i condensatori elettrolitici uguale e pari a circa 375 V. 95 PROVE SPERIMENTALI 6.3 INSERIMENTO DELLA GAMBA EQUILIBRATRICE Visto l’inconveniente dell’instabilità del punto centrale dei condensatori elettrolitici (tensione non equamente ripartita tra i due componenti al DC-­‐bus), si è scelto di inserire nel circuito di prova una ulteriore gamba d’inverter con solamente lo scopo di stabilizzare il punto centrale dei condensatori. Nella seguente figura si vuole mostrare lo schema del circuito di prova con l’inserimento di questa nuova gamba d’inverter denominata gamba equilibratrice (Figura 78). L1 L L1 Var1
+ Ce
CP Var2
Ce
Ce
Lce Lc Ce
-­‐ C N N Figura 78. Schema del circuito di prova con l’inserimento della gamba equilibratrice. Nello schema del circuito di prova mostrato nella precedente figura si evidenzia mediante un rettangolo tratteggiato la gamba equilibratrice inserita in parallelo con l’altra gamba d’inverter. Con Lce si intende l’induttanza di commutazione della gamba equilibratrice. Questa prova consiste nel precaricare, mediante l’utilizzo del variatore di tensione Var2, i condensatori elettrolitici della gamba d’inverter fino ad una tensione pari a 650 V. A questo punto, mediante l’utilizzo del variatore di tensione Var1, si alimenta la gamba d’inverter fino alla tensione nominale di 230 V. Mediante la scheda di supervisione, alimentata a 24V dall’alimentatore in corrente continua, si dà il comando di avvio agli IGBT, a questo punto inizierà la commutazione. Nelle figure di seguito si mostrano le immagini ricavate dall’oscilloscopio durante questa prova in cui in verde viene mostrata la tensione di rete, in giallo la tensione in uscita dalla gamba d’inverter e in rosa la corrente in uscita dalla gamba d’inverter (Figura 79-­‐84). 96 PROVE SPERIMENTALI Figura 79. Accensione del dispositivo con anche la gamba equilibratrice inserita. In verde viene rappresentata la tensione di rete, in giallo la tensione in uscita dalla gamba d’inverter ed in rosa la corrente in uscita dalla gamba d’inverter. In particolare si evidenzia l’istante iniziale di commutazione (cerchio bianco). Figura 80. Accensione del dispositivo con anche la gamba equilibratrice inserita. In verde viene rappresentata la tensione di rete, in giallo la tensione in uscita dalla gamba d’inverter ed in rosa la corrente in uscita dalla gamba d’inverter. In particolare si mostra con il cerchio bianco l’istante iniziale di commutazione. 97 PROVE SPERIMENTALI Figura 81. Accensione del dispositivo con anche la gamba equilibratrice inserita. In verde viene rappresentata la tensione di rete, in giallo la tensione in uscita dalla gamba d’inverter ed in rosa la corrente in uscita dalla gamba d’inverter. In particolare si mostra con il cerchio bianco l’istante iniziale di commutazione. Figura 82. Funzionamento del dispositivo con anche la gamba equilibratrice inserita. In verde viene rappresentata la tensione di rete, in giallo la tensione in uscita dalla gamba d’inverter ed in rosa la corrente in uscita dalla gamba d’inverter. Si nota che non si presenta più l’inconveniente della non simmetria della forma d’onda d’uscita della gamba d’inverter e l’inevitabile spegnimento del dispositivo. 98 PROVE SPERIMENTALI Figura 83.Ripple della corrente d’uscita della gamba d’inverter. In rosa si evidenzia il ripple della corrente in uscita dalla gamba d’inverter, in verde viene rappresentata la tensione di rete ed in giallo la tensione d’uscita dalla gamba d’inverter. Figura 84. Ripple della corrente d’uscita della gamba d’inverter. In rosa si evidenzia il ripple della corrente in uscita dalla gamba d’inverter, in verde viene rappresentata la tensione di rete ed in giallo la tensione d’uscita dalla gamba d’inverter. 99 PROVE SPERIMENTALI Dalle immagini ricavate dall’oscilloscopio e mostrate in precedenza si evince che l’imprevisto che portava al fenomeno di saturazione nell’induttanza di commutazione, causando la non simmetria della forma d’onda della corrente in uscita dalla gamba d’inverter, quindi inevitabilmente lo spegnimento del dispositivo, è stato risolto. Verificando infatti, mediante l’utilizzo di un multimetro digitale, la tensione ai capi dei condensatori elettrolitici si nota che ora è equamente ripartita su entrambi (Figura 85). 2 1 Figura 85. Tensione equamente ripartita sui condensatori elettrolitici. In particolare nell’immagine 1 si mostra la tensione rilevata ai capi del condensatore inserito tra il polo positivo (+) del DC-­‐bus e il punto centrale (CP), mentre nell’immagine 2 si mostra la tensione rilevata ai capi del condensatore inserito tra il polo negativo (-­‐) del DC-­‐bus e il punto centrale (CP). 100 PROVE SPERIMENTALI 6.4 VERIFICA TERMICA DELLE INDUTTANZE DI COMMUTAZIONE Dopo avere effettuato la prima accensione della gamba d’inverter (commutazione IGBT) e inserito la gamba equilibratrice si sono svolte delle prove termiche sulle induttanze di commutazione: • induttanza di commutazione della gamba d’inverter; • induttanza di commutazione della gamba equilibratrice. Durante la prova avvenuta per un’intera giornata si è fatto funzionare il dispositivo composto da una gamba d’inverter e la gamba equilibratrice a vuoto, con la tensione di alimentazione coincidente con la tensione di rete. Quindi in questa modalità di funzionamento la temperatura del nucleo è il parametro tenuto sotto osservazione. Lo schema relativo a questa prova è il medesimo rappresentato nella figura 78. Nella seguente tabella si riportano i valori di temperatura ottenuti mediante l’utilizzo di una termocamera delle induttanze di commutazione della singola gamba d’inverter e della gamba equilibratrice (Tabella 50). Ore 9,30 10,00 10,30 11,00 11,30 12,00 12,30 13,00 13,30 14,00 14,30 15,00 15,30 16,00 T nucleo gamba T nucleo gamba singola [°C] equilibratrice[°C] 30 30 36 43 41 73 65 100 80 120 87 131 94 142 97 147 100 152 101 152 104 154 104 154 105 160 105 161 Tabella 50. Temperature rilevate, delle induttanze di commutazione della gamba stabilizzante e della gamba equilibratrice, durante l'arco della giornata. Di seguito si mostra in un diagramma l’andamento temporale della temperatura rilevata durante l’arco della giornata dell’induttanza di commutazione della gamba d’inverter e l’induttanza di commutazione della gamba equilibratrice (Figura 86). 101 PROVE SPERIMENTALI TEMPERATURA [°C]
ANDAMENTO TEMPERATURA
110
105
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
8,30
9,00
9,30 10,00 10,30 11,00 11,30 12,00 12,30 13,00 13,30 14,00 14,30 15,00 15,30
ORE
Figura 86. Andamento della temperatura del nucleo delle induttanze di commutazione. In verde si evidenzia l’andamento della temperatura della singola gamba d’inverter, mentre in rosso si evidenzia l’andamento della temperatura del nucleo della gamba equilibratrice. Figura 87. Alcune temperature rilevate con la termocamera durante l’arco della giornata. 102 PROVE SPERIMENTALI Le misure della temperatura negli avvolgimenti delle bobine non sono state evidenziate perché le misure rilevate non evidenziano problematiche di natura termica. Inoltre si è riscontrato un comportamento diverso delle temperature nelle due induttanze. Infatti durante la prova i valori della temperatura nell’ induttanza della singola gamba d’inverter risultano di valore nettamente inferiore rispetto alla temperatura nel nucleo dell’induttanza all’uscita della gamba equilibratrice (come anche evidenziato dal grafico). Dopo un’intera giornata di prova, la temperatura nel nucleo dell’induttanza di commutazione della gamba equilibratrice si è stabilizzata intorno a 160 °C. Mentre il valore di temperatura di regime del nucleo dell’induttanza di commutazione della singola gamba d’inverter si è fissato intorno a 110°C. Pertanto a seguito di questi risultati di prova si ritiene che: -­‐ l’induttanza della singola gamba d’inverter non presenta problematiche di natura termica anche se soltanto una prova termica con lo stabilizzatore funzionante con il carico può dare una risposta più esaustiva e definitiva. Occorre pertanto tenere sotto osservazione le medesime induttanze nelle future prove; -­‐ la temperatura raggiunta nel nucleo dall’induttanza di commutazione della gamba equilibratrice non è accettabile. È necessario intervenire per ridurre la differenza dalle altre induttanze testate nella medesima prova. Per far fronte a questa situazione di natura termica inizialmente si è scelto di intervenire dal punto di vista meccanico per cercare di ridurre la temperatura di regime del nucleo di almeno 40°C. La modifica che è stata effettuata è quella dell’aumento del pacco dei lamierini del nucleo passando da un valore attuale di 90mm ad un valore di 120mm. Così facendo si lavora ad un valore di induzione più basso (aumenta il traferro) e si riducono le perdite. Di seguito si mostrano in tabella i valori di temperatura ottenuti con la nuova induttanza (Tabella 51) e il diagramma dell’andamento temporale della temperatura rilevata durante l’arco della giornata dell’induttanza di commutazione della gamba d’inverter e la nuova induttanza di commutazione della gamba equilibratrice (Figura 88). 103 PROVE SPERIMENTALI Ore 8,30 9,00 9,30 10,00 10,30 11,00 11,30 12,00 12,30 13,00 13,30 14,00 14,30 15,00 15,30 16,00 16,30 17,00 17,30 T nucleo gamba T nucleo gamba singola [°C] equilibratrice[°C] 27 27 38,7 34,5 52 44,7 65,1 53,4 76 62,4 85,1 68,8 90,3 71,6 95,8 76,6 98,3 77,7 99,5 79,7 101 80 103 81,7 104 83,7 104 84 104 84,3 104 84,3 104 85,1 104 85,1 104 85,2 Tabella 51.Temperature rilevate durante l'arco della giornata con la nuova induttanza di commutazione della gamba equilibratrice. TEMPERATURA [°C]
ANDAMENTO TEMPERATURA
110
105
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
8,30 9,00 9,30 10,00 10,30 11,00 11,30 12,00 12,30 13,00 13,30 14,00 14,30 15,00 15,30 16,00 16,30 17,00 17,30
ORE
Figura 88. Andamento della temperatura del nucleo delle induttanze di commutazione. In verde si evidenzia l’andamento della temperatura della singola gamba d’inverter, mentre in rosso si evidenzia l’andamento della temperatura del nucleo della nuova induttanza di commutazione della gamba equilibratrice. 104 PROVE SPERIMENTALI Dai valori ottenuti si nota che avendo modificato il pacco dei lamierini dell’induttanza di commutazione della gamba equilibratrice la situazione migliora molto, infatti ora la temperatura si stabilizza intorno a 85 [°C]. Di seguito viene mostrata in figura l’induttanza di commutazione utilizzata per la gamba equilibratrice con il pacco di lamierini del nucleo maggiorato (Figura 89). Figura 89.Induttanza di commutazione della gamba dell'inverter con il pacco di lamierini del nucleo maggiorato. Per maggiori dettagli si rimanda all’Appendice D: Dati tecnici induttanze di commutazione e disaccoppiamento. 105 CONCLUSIONI 7 CONCLUSIONI Gli stabilizzatori di tensione elettronici trifase sono dei dispositivi che permettono di mantenere costante la tensione elettrica ai capi del nodo utilizzatore. Rispetto agli attuali stabilizzatori di tensione elettromeccanici prodotti dall’azienda Ortea S.p.A, questi dispositivi rappresentano un forte progresso tecnologico in quanto garantiscono migliori prestazioni a seguito di una variazione della tensione. Grazie al minor tempo di reazione, questi dispositivi permettono un maggiore controllo sul valore della tensione nominale ai capi del nodo utilizzatore. In questo elaborato sono mostrati i dati ottenuti dalle prime prove sperimentali effettuate sul prototipo di stabilizzatore elettronico trifase. Dai risultati ottenuti si evidenzia il corretto funzionamento delle gambe d’inverter presenti all’interno del dispositivo. Inoltre sono state effettuati dei test termici sulle induttanze di commutazione per verificare il valore limite di temperatura del componente magnetico durante il funzionamento dello stabilizzatore elettronico trifase. I risultati ottenuti rappresentano solamente un primo passo nello studio del corretto funzionamento del nuovo dispositivo. Ulteriori prove sperimentali sono in corso all’interno del laboratorio di Ricerca e Sviluppo dell’azienda Ortea S.p.A. In particolare le prossime prove fondamentali saranno quelle di verificare l’effettiva capacità del dispositivo progettato di stabilizzare la tensione ai capi del nodo utilizzatore a seguito di variazioni della tensione nominale. 106 APPENDICE 8 APPENDICE 8.1 APPENDICE A: ANDAMENTO DELLE GRANDEZZE ELETTRICHE DURANTE LE SIMULAZIONI PER LA SCELTA DELLA TIPOLOGIA DI STABILIZZATORE DA PROGETTARE 8.1.1 Funzionamento con tensione di linea e di carico di valore nominale Ulinea = Uload a vuoto 8.1.1.1 Stabilizzatore di tipo serie Figura 90. Grandezze elettriche della rete. Figura 91. Grandezze elettriche del carico. Figura 92. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. 107 APPENDICE 8.1.1.2 Stabilizzatore di tipo parallelo Figura 93. Grandezze elettriche della rete. Figura 94. Grandezze elettriche del carico. Figura 95. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. Figura 96. Grandezze elettriche dell'induttanza di disaccoppiamento. 108 APPENDICE 8.1.2 Funzionamento con tensione di linea e di carico di valore nominale Ulinea=Uload e carico puramente resistivo 8.1.2.1 Stabilizzatore di tipo serie Figura 97. Grandezze elettriche della rete. Figura 98. Grandezze elettriche del carico. Figura 99. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. 109 APPENDICE 8.1.2.2 Stabilizzatore di tipo parallelo Figura 100. Grandezze elettriche della rete. Figura 101. Grandezze elettriche del carico. Figura 102. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. Figura 103. Grandezze elettriche dell'induttanza di disaccoppiamento. 110 APPENDICE 8.1.3 Funzionamento con tensione di linea minore della tensione nominale Ulinea<Uload a vuoto 8.1.3.1 Stabilizzatore di tipo serie Figura 104. Grandezze elettriche della rete. Figura 105. Grandezze elettriche del carico. Figura 106. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. 111 APPENDICE 8.1.3.2 Stabilizzatore di tipo parallelo Figura 107. Grandezze elettriche della rete. Figura 108. Grandezze elettriche del carico. Figura 109. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. Figura 110.Grandezze elettriche dell'induttanza di disaccoppiamento. 112 APPENDICE 8.1.4 Funzionamento con tensione di linea minore della tensione nominale Ulinea<Uload e carico puramente resistivo 8.1.4.1 Stabilizzatore di tipo serie Figura 111. Grandezze elettriche della rete. Figura 112. Grandezze elettriche del carico. Figura 113. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. 113 APPENDICE 8.1.4.2 Stabilizzatore di tipo parallelo Figura 114. Grandezze elettriche della rete. Figura 115. Grandezze elettriche del carico. Figura 116. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. Figura 117. Grandezze elettriche dell'induttanza di disaccoppiamento 114 APPENDICE 8.1.5 Funzionamento con tensione di linea maggiore della nominale Ulinea>Uload a vuoto 8.1.5.1 Stabilizzatore di tipo serie Figura 118. Grandezze elettriche della rete. Figura 119.Grandezze elettriche del carico. Figura 120. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. 115 APPENDICE 8.1.5.2 Stabilizzatore di tipo parallelo Figura 121. Grandezze elettriche della rete Figura 122. Grandezze elettriche del carico Figura 123. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. Figura 124. Grandezze elettriche dell'induttanza di disaccoppiamento. 116 APPENDICE 8.1.6 Funzionamento con tensione di linea maggiore della nominale Ulinea>Uload e carico puramente resistivo 8.1.6.1 Stabilizzatore di tipo serie Figura 125. Grandezze elettriche della rete. Figura 126. Grandezze elettriche del carico. Figura 127. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. 117 APPENDICE 8.1.6.2 Stabilizzatore di tipo parallelo Figura 128. Grandezze elettriche della rete Figura 129. Grandezze elettriche del carico Figura 130. Grandezze elettriche dello stabilizzatore. Figura 131. Grandezze elettriche dell’induttanza di disaccoppiamento. 118 APPENDICE 8.2 APPENDICE B: RISULTATI OTTENUTI DALLE SIMULAZIONI PER IL DIMENSIONAMENTO DELL’INDUTTANZA DI DISACCOPPIAMENTO. 8.2.1 Risultati della prima simulazione • INDUTTANZA DA 0,5 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
0
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
0
TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
1
2
3
4
5
5,5
6
7
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
325
36,1
-­‐5867
-­‐51,2
5,7
325
72,2
-­‐11733
-­‐204,8
11,3
325
108,4
-­‐17595
-­‐460,7
17
325
144,4
-­‐23452
-­‐818,9
22,7
325
180,5
-­‐29302
-­‐1279,3
28,4
325
198,5
-­‐32223
-­‐1547
31,2
325
216,5
-­‐35142
-­‐1842
34
325
252,8
-­‐40973
-­‐2505
39,7
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
203,1
325
1
167
325
2
130,9
325
3
94,8
325
4
59
325
5
24,1
325
5,5
10,6
325
6
17,3
325
7
51,4
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐33000
0
325
203,1
33000
0
-­‐27140
-­‐51,2
325
203,1
33000
0
-­‐21274
-­‐204,8
325
203,1
33000
0
-­‐15412
-­‐460,7
325
203,1
33000
0
-­‐9555
-­‐818,9
325
203,1
33000
0
-­‐3705
-­‐1279,3
325
203,1
33000
0
-­‐784
-­‐1547
325
203,1
33000
0
2135
-­‐1842
325
203,1
33000
0
7966
-­‐2505
325
203,1
33000
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
413,8
0
53792
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
413,8
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐67241
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
1
2
3
5,5
7
8
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
413,8
0
53792
65
260
415,1
-­‐4694
53751
65,2
260
418,8
-­‐9386
53628
65,8
260
425
-­‐14076
53424
66,8
260
450,3
-­‐25779
52554
70,7
260
471,4
-­‐32778
51787
74,1
260
487,7
-­‐37432
51175
76,6
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
460,9
325
1
449,2
325
2
439,5
325
3
432
325
5,5
423,7
325
7
426,2
325
8
430,8
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐33000
-­‐67241
325
203,1
33000
0
-­‐28813
-­‐67281
325
203,1
33000
0
-­‐23621
-­‐67403
325
203,1
33000
0
-­‐18931
-­‐67609
325
203,1
33000
0
-­‐7228
-­‐68478
325
203,1
33000
0
-­‐229
-­‐69244
325
203,1
33000
0
4424
-­‐69858
325
203,1
33000
0
Tabella 52. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=0,5mH nelle condizioni in cui Vrete= Vload e Vrete = 0.8Vload a vuoto e a carico 100%. 119 APPENDICE • INDUTTANZA DA 1 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
0
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
0
TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
325
18
-­‐2934
-­‐25
5,7
325
36
-­‐5860
-­‐102
11,3
325
54
-­‐8798
-­‐230
17
325
72
-­‐11726
-­‐410
22,7
325
90
-­‐14651
-­‐640
28,4
325
108
-­‐17571
-­‐921
34
325
126
-­‐20486
-­‐1253
39,7
325
144
-­‐23395
-­‐1635
45,3
325
162
-­‐26297
-­‐2070
51
325
180
-­‐29191
-­‐2554
56,6
325
198
-­‐32075
-­‐3088
62,3
325
216
-­‐34950
-­‐3673
67,9
325
234
-­‐37814
-­‐4308
73,6
325
252
-­‐40668
-­‐4993
79,2
325
270
-­‐43508
-­‐5727
84,8
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
203,1
325
1
185,1
325
2
167
325
3
149
325
4
131
325
5
113
325
6
95,1
325
7
77,4
325
8
60
325
9
43,2
325
10
28,3
325
11
19,9
325
12
25,574
325
13
39,7
325
14
56,3
325
15
73,6
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐33000
0
325
203,1
33000
0
-­‐30007
-­‐25
325
203,1
33000
0
-­‐27141
-­‐102
325
203,1
33000
0
-­‐24209
-­‐230
325
203,1
33000
0
-­‐21261
-­‐410
325
203,1
33000
0
-­‐18357
-­‐640
325
203,1
33000
0
-­‐15436
-­‐921
325
203,1
33000
0
-­‐12521
-­‐1253
325
203,1
33000
0
-­‐9612
-­‐1635
325
203,1
33000
0
-­‐6710
-­‐2070
325
203,1
33000
0
-­‐3816
-­‐2554
325
203,1
33000
0
-­‐932
-­‐3088
325
203,1
33000
0
1942
-­‐3673
325
203,1
33000
0
4807
-­‐4308
325
203,1
33000
0
7760
-­‐4993
325
203,1
33000
0
10501
-­‐5727
325
203,1
33000
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
206,9
0
26896
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
206,9
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐33620
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
1
2
3
11
14
15
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
206,9
0
26896
65
260
207,5
-­‐2347
26876
65,2
260
209,4
-­‐4693
26815
65,8
260
212,5
-­‐7038
26712
66,8
260
272,5
-­‐25660
24425
85,6
260
306,1
-­‐32534
22901
96,2
260
318,1
-­‐34806
22314
99,9
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
289,9
325
1
280,1
325
2
270,8
325
3
262,3
325
11
226,7
325
14
231,5
325
15
235,4
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐33000
-­‐33620
325
203,1
33000
0
-­‐30660
-­‐33641
325
203,1
33000
0
-­‐28314
-­‐33702
325
203,1
33000
0
-­‐25969
-­‐33805
325
203,1
33000
0
-­‐7347
-­‐36091
325
203,1
33000
0
-­‐473
-­‐37615
325
203,1
33000
0
1799
-­‐38202
325
203,1
33000
0
Tabella 53. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=1mH nelle condizioni in cui Vrete= Vload e Vrete = 0.8Vload a vuoto e a carico 100%. 120 APPENDICE • INDUTTANZA DA 1,5 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
0
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
0
TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
325
12
-­‐1955
-­‐17
5,68
325
24
-­‐3911
-­‐68
11,3
325
36
-­‐5865
-­‐153
17
325
48
-­‐7817
-­‐272
22,7
325
60,1
-­‐9767
-­‐426
28,4
325
72,1
-­‐11714
-­‐613
34
325
84,2
-­‐13658
-­‐835
39,7
325
96,2
-­‐15597
-­‐1090
45,3
325
108,2
-­‐17531
-­‐1379
51
325
120,2
-­‐19460
-­‐1702
56,6
325
132,2
-­‐21383
-­‐2059
62,3
325
144,1
-­‐23300
-­‐2449
67,9
325
156,1
-­‐25210
-­‐2872
73,6
325
168,1
-­‐27111
-­‐3328
79,2
325
180
-­‐29005
-­‐3818
84,8
325
191,9
-­‐30890
-­‐4341
90,5
325
203,8
-­‐32765
-­‐4896
96
325
215,8
-­‐34631
-­‐5484
101,7
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
203,1
325
1
191
325
2
179
325
3
167
325
4
155
325
5
143
325
6
131,1
325
7
119,1
325
8
107,4
325
9
95,6
325
10
84
325
11
72,6
325
12
61,6
325
13
51,1
325
14
41,7
325
15
34
325
16
29,7
325
17
30,2
325
18
35,2
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐33000
0
325
203,1
33000
0
-­‐31052
-­‐17
325
203,1
33000
0
-­‐29096
-­‐68
325
203,1
33000
0
-­‐27142
-­‐153
325
203,1
33000
0
-­‐25190
-­‐272
325
203,1
33000
0
-­‐23240
-­‐426
325
203,1
33000
0
-­‐21294
-­‐613
325
203,1
33000
0
-­‐19350
-­‐835
325
203,1
33000
0
-­‐17410
-­‐1090
325
203,1
33000
0
-­‐15476
-­‐1379
325
203,1
33000
0
-­‐13545
-­‐1702
325
203,1
33000
0
-­‐11624
-­‐2059
325
203,1
33000
0
-­‐9707
-­‐2449
325
203,1
33000
0
-­‐7797
-­‐2872
325
203,1
33000
0
-­‐5895
-­‐3328
325
203,1
33000
0
-­‐4002
-­‐3818
325
203,1
33000
0
-­‐2117
-­‐4341
325
203,1
33000
0
-­‐242
-­‐4896
325
203,1
33000
0
1623
-­‐5484
325
203,1
33000
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
137,9
0
17931
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
137,9
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐22413
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO
δ
[gradi]
0
1
2
3
17
21
22
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
137,9
0
17931
65
260
138,4
-­‐1564
17917
65,2
260
139,7
-­‐3129
17876
65,8
260
141,6
-­‐4692
17808
66,8
260
228,6
-­‐26212
14013
107,8
260
263,8
-­‐32129
11976
124,3
260
272,8
-­‐33585
11402
128,5
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
245,6
325
1
237,7
325
2
230
325
3
222,7
325
17
167,4
325
21
174,7
325
22
178,1
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐33000
-­‐22413
325
203,1
33000
0
-­‐31442
-­‐22427
325
203,1
33000
0
-­‐29878
-­‐22468
325
203,1
33000
0
-­‐28314
-­‐22536
325
203,1
33000
0
-­‐6795
-­‐26331
325
203,1
33000
0
-­‐878,1
-­‐28368
325
203,1
33000
0
577,7
-­‐28942
325
203,1
33000
0
Tabella 54.Valori ottenuti dalle simulazioni con L=1,5mH nelle condizioni in cui Vrete= Vload e Vrete = 0.8Vload a vuoto e a carico 100%. 121 APPENDICE • INDUTTANZA DA 2 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
0
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
0
TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
325
9
-­‐1467
-­‐13
5,68
325
18
-­‐2933
-­‐51
11,3
325
26
-­‐4399
-­‐115
17
325
36
-­‐5860
-­‐205
22,7
325
45
-­‐7325
-­‐320
28,4
325
54
-­‐8785
-­‐462
34
325
63
-­‐10243
-­‐626
39,7
325
72
-­‐11700
-­‐818
45,3
325
81
-­‐13148
-­‐1035
51
325
90
-­‐14595
-­‐1277
56,6
325
99
-­‐16038
-­‐1544
62,3
325
108
-­‐17475
-­‐1840
67,9
325
117
-­‐18907
-­‐2154
73,6
325
126
-­‐20334
-­‐2497
79,2
325
135
-­‐21754
-­‐2864
84,8
325
144
-­‐23167
-­‐3256
90,5
325
153
-­‐24574
-­‐3672
96
325
162
-­‐25973
-­‐4113
101,7
325
171
-­‐27364
-­‐4579
107,3
325
180
-­‐28746
-­‐5068
112,9
325
189
-­‐30121
-­‐5582
118,5
325
198
-­‐31486
-­‐6120
124
325
206
-­‐32841
-­‐6681
129,6
325
215
-­‐34186
-­‐7266
135,1
325
224
-­‐35521
-­‐7875
140,7
325
233
-­‐36845
-­‐8506
146,2
325
241
-­‐38158
-­‐9161
151,7
325
250
-­‐39459
-­‐9838
157,3
325
259
-­‐40748
-­‐10538
162,8
325
268
-­‐42025
-­‐11261
168,2
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
203,1
325
1
194
325
2
185,1
325
3
176,1
325
4
167
325
5
158
325
6
149,1
325
7
140,1
325
8
131,3
325
9
122,4
325
10
113,6
325
11
104,86
325
12
96,3
325
13
87,8
325
14
79,5
325
15
71,5
325
16
63,8
325
17
58,6
325
18
50,1
325
19
44,7
325
20
40,7
325
21
38,7
325
22
38,8
325
23
41,1
325
24
45,3
325
25
50,9
325
26
57,4
325
27
64,7
325
28
72,4
325
29
80,4
325
30
88,8
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐33000
0
325
203,1
33000
0
-­‐31540
-­‐13
325
203,1
33000
0
-­‐30074
-­‐51
325
203,1
33000
0
-­‐28861
-­‐115
325
203,1
33000
0
-­‐27144
-­‐205
325
203,1
33000
0
-­‐25682
-­‐320
325
203,1
33000
0
-­‐24222
-­‐462
325
203,1
33000
0
-­‐22764
-­‐626
325
203,1
33000
0
-­‐21310
-­‐818
325
203,1
33000
0
-­‐19859
-­‐1035
325
203,1
33000
0
-­‐18412
-­‐1277
325
203,1
33000
0
-­‐16970
-­‐1544
325
203,1
33000
0
-­‐15532
-­‐1840
325
203,1
33000
0
-­‐14100
-­‐2154
325
203,1
33000
0
-­‐12674
-­‐2497
325
203,1
33000
0
-­‐11253
-­‐2864
325
203,1
33000
0
-­‐9840
-­‐3256
325
203,1
33000
0
-­‐8433
-­‐3672
325
203,1
33000
0
-­‐7034
-­‐4113
325
203,1
33000
0
-­‐5643
-­‐4579
325
203,1
33000
0
-­‐4260
-­‐5068
325
203,1
33000
0
-­‐2886
-­‐5582
325
203,1
33000
0
-­‐1521
-­‐6120
325
203,1
33000
0
-­‐166
-­‐6681
325
203,1
33000
0
1179
-­‐7266
325
203,1
33000
0
2514
-­‐7875
325
203,1
33000
0
3838
-­‐8506
325
203,1
33000
0
5151
-­‐9161
325
203,1
33000
0
6452
-­‐9838
325
203,1
33000
0
7741
-­‐10538
325
203,1
33000
0
9018
-­‐11261
325
203,1
33000
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
103,4
0
13448
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
103,4
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐16810
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
1
2
3
23
29
30
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
103,4
0
13448
65
260
103,8
-­‐1174
13438
65,1
260
104,7
-­‐2347
13407
65,8
260
106,2
-­‐3519
13356
66,7
260
211,5
-­‐26273
8103
132,8
260
253,7
-­‐32599
5017
159,4
260
260,8
-­‐33620
4439
163,9
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
227,9
325
1
221,7
325
2
215,3
325
3
209,2
325
23
142,5
325
29
155,3
325
30
158,9
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐33000
-­‐16810
325
203,1
33000
0
-­‐31834
-­‐16820
325
203,1
33000
0
-­‐30660
-­‐16851
325
203,1
33000
0
-­‐29488
-­‐16902
325
203,1
33000
0
-­‐6734
-­‐22155
325
203,1
33000
0
-­‐408,5
-­‐25241
325
203,1
33000
0
613
-­‐25820
325
203,1
33000
0
Tabella 55. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=2 mH nelle condizioni in cui Vrete= Vload e Vrete = 0.8Vload a vuoto e a carico 100%. 122 APPENDICE • INDUTTANZA DA 2,5 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
0
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
0
TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
27
28
29
30
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
325
193,2
-­‐30525
-­‐7328
151,8
325
200,2
-­‐31567
-­‐7870
157,2
325
207,2
-­‐32599
-­‐8430
162,7
325
214,2
-­‐33620
-­‐9008
168,2
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
203,1
325
27
47,6
325
28
49,3
325
29
51,9
325
30
55,6
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐33000
0
325
203,1
33000
0
-­‐2480
-­‐7328
325
203,1
33000
0
-­‐1439
-­‐7870
325
203,1
33000
0
-­‐408,4
-­‐8430
325
203,1
33000
0
613
-­‐9008
325
203,1
33000
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
82,8
0
10758
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
82,8
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐13448
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO
δ
[gradi]
0
29
37
38
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
82,8
0
10758
65
260
202,9
-­‐26079
4014
162,7
260
249,1
-­‐32373
-­‐73,4
195,6
260
254,8
-­‐33118
-­‐645
200,1
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
219,3
325
29
131,4
325
37
149,5
325
38
152,9
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐33000
-­‐13448
325
203,1
33000
0
-­‐6928
-­‐20193
325
203,1
33000
0
-­‐634
-­‐24280
325
203,1
33000
0
111
-­‐24852
325
203,1
33000
0
Tabella 56. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=2,5mH nelle condizioni in cui Vrete= Vload e Vrete = 0.8Vload a vuoto e a carico 100%. • INDUTTANZA DA 3 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
0
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
0
TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
34
35
36
37
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
325
201,6
-­‐31334
-­‐9579
190
325
207,4
-­‐32139
-­‐10134
195,4
325
213,11
-­‐32936
-­‐10701
200,9
325
218,9
-­‐33722
-­‐11283
206,2
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
203,1
325
34
59,8
325
35
62,59
325
36
65,85
325
37
69,6
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐33000
0
325
203,1
33000
0
-­‐1674
-­‐9580
325
203,1
33000
0
-­‐867
-­‐10134
325
203,1
33000
0
-­‐72
-­‐10701
325
203,1
33000
0
715
-­‐11283
325
203,1
33000
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
68,9
0
8965
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
68,9
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐11207
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
35
47
48
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
68,9
0
8965
65
260
197,9
-­‐25712
858,5
86,5
260
255,5
-­‐32784
-­‐5290
240,7
260
260,2
-­‐33313
-­‐5867
245,3
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
214,5
325
35
127,1
325
47
156,7
325
48
160,3
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐33000
-­‐11207
325
203,1
33000
0
-­‐7295
-­‐19314
325
203,1
33000
0
-­‐223
-­‐25462
325
203,1
33000
0
306
-­‐26039
325
203,1
33000
0
Tabella 57. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=3mH nelle condizioni in cui Vrete= Vload e Vrete = 0.8Vload a vuoto e a carico 100%. 123 APPENDICE • INDUTTANZA DA 3,5 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
0
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
0
TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
40
41
42
43
44
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
325
202,2
-­‐30872
-­‐11237
222,3
325
207
-­‐31510
-­‐11761
227,6
325
211,8
-­‐32137
-­‐12336
232,9
325
216,7
-­‐32755
-­‐12903
238,2
325
221,5
-­‐33364
-­‐13480
243,5
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
203,1
325
40
70,4
325
41
73,1
325
42
76,1
325
43
79,4
325
44
82,9
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐33000
0
325
203,1
33000
0
-­‐2135
-­‐11237
325
203,1
33000
0
-­‐1498
-­‐11761
325
203,1
33000
0
-­‐870
-­‐12336
325
203,1
33000
0
-­‐252
-­‐12903
325
203,1
33000
0
357
-­‐13480
325
203,1
33000
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
59,1
0
7685
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
59,1
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐9605
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
41
61
62
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
59,1
0
7685
65
260
194,4
-­‐25208
-­‐1740
214
260
267
-­‐32925
-­‐10949
293,6
260
270,9
-­‐33275
-­‐11527
297,9
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
211,5
325
41
126,6
325
61
173,8
325
62
177,3
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐33000
-­‐9605
325
203,1
33000
0
-­‐7799
-­‐19031
325
203,1
33000
0
-­‐72,2
-­‐28239
325
203,1
33000
0
268,2
-­‐28819
325
203,1
33000
0
Tabella 58. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=3,5mH nelle condizioni in cui Vrete= Vload e Vrete = 0.8Vload a vuoto e a carico 100%. • INDUTTANZA DA 4 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
0
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
0
TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
45
46
47
48
49
50
51
52
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
325
197,9
-­‐29715
-­‐12309
248,8
325
202,1
-­‐30230
-­‐12832
253,9
325
206,2
-­‐30735
-­‐13364
259,2
325
210,4
-­‐31231
-­‐13905
264,3
325
214,2
-­‐31717
-­‐14454
269,5
325
218,6
-­‐32193
-­‐15012
274,7
325
222,7
-­‐32660
-­‐15578
279,8
325
226,8
-­‐33116
-­‐16152
284,9
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
203,1
325
45
78,4
325
46
80,8
325
47
83,4
325
48
86,2
325
49
89,3
325
50
92,5
325
51
95,9
325
52
99,4
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐33000
0
325
203,1
33000
0
-­‐3290
-­‐12309
325
203,1
33000
0
-­‐2776
-­‐12832
325
203,1
33000
0
-­‐2271
-­‐13364
325
203,1
33000
0
-­‐1776
-­‐13905
325
203,1
33000
0
-­‐1290
-­‐14454
325
203,1
33000
0
-­‐814
-­‐15012
325
203,1
33000
0
-­‐347
-­‐15578
325
203,1
33000
0
109,1
-­‐16152
325
203,1
33000
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
51,7
0
6724
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
51,7
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐8405
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
47
79
80
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
51,7
0
6724
65
260
191,6
-­‐24588
-­‐3967
240,8
260
298,8
-­‐33002
-­‐20481
375,5
260
301,8
-­‐33109
-­‐21058
379,3
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
209,6
325
47
128,5
325
79
219,2
325
80
222,7
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐33000
-­‐8405
325
203,1
33000
0
-­‐8419
-­‐19097
325
203,1
33000
0
-­‐5
-­‐35610
325
203,1
33000
0
102
-­‐36187
325
203,1
33000
0
Tabella 59. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=4mH nelle condizioni in cui Vrete= Vload e Vrete = 0.8Vload a vuoto e a carico 100%. 124 APPENDICE • INDUTTANZA DA 4,5 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
0
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
0
TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
51
52
53
54
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
325
197,9
-­‐29031
-­‐13847
279,8
325
201,5
-­‐29437
-­‐14357
284,9
325
205,1
-­‐29834
-­‐14874
290,1
325
208,7
-­‐30221
-­‐15399
295,1
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
203,1
325
51
88,6
325
52
91
325
53
93,6
325
54
96,3
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐33000
0
325
203,1
33000
0
-­‐3976
-­‐13847
325
203,1
33000
0
-­‐3570
-­‐14357
325
203,1
33000
0
-­‐3173
-­‐14874
325
203,1
33000
0
-­‐2785
-­‐15399
325
203,1
33000
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
45,9
0
5977
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
45,9
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐7471
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
53
89
90
91
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
45,9
0
5977
65
260
189,2
-­‐23867
-­‐5923
267,5
260
291,8
-­‐29660
-­‐23386
412,7
260
294,4
-­‐29885
-­‐23908
416,2
260
296,9
-­‐29880
-­‐24429
419,8
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
208,3
325
53
131,8
325
89
227,5
325
90
230,7
325
91
233,9
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐33000
-­‐7471
325
203,1
33000
0
-­‐9140
-­‐19371
325
203,1
33000
0
-­‐3127
-­‐36834
325
203,1
33000
0
-­‐3122
-­‐37355
325
203,1
33000
0
-­‐3126
-­‐37865
325
203,1
33000
0
Tabella 60. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=4,5mH nelle condizioni in cui Vrete= Vload e Vrete = 0.8Vload a vuoto e a carico 100%. • INDUTTANZA DA 5 mH TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
0
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
0
TENSIONE DI RETE UGUALE ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
58
59
60
61
62
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
325
0
0
0
0
325
200,6
-­‐28511
-­‐15804
315,1
325
203,7
-­‐28818
-­‐16304
320,1
325
206,9
-­‐29116
-­‐16810
324,9
325
210
-­‐29404
-­‐17321
330,1
325
213,1
-­‐29685
-­‐17836
334,7
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
203,1
325
58
101,2
325
59
103,6
325
60
106,1
325
61
108,9
325
62
111,65
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐33000
0
325
203,1
33000
0
-­‐4495
-­‐15804
325
203,1
33000
0
-­‐4189
-­‐16304
325
203,1
33000
0
-­‐3891
-­‐16810
325
203,1
33000
0
-­‐3602
-­‐17321
325
203,1
33000
0
-­‐3322
-­‐17836
325
203,1
33000
0
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A VUOTO
δ
[gradi]
0
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
41,4
0
5380
65
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
41,4
STABILIZZATORE
Pstab[W] Qstab [Var]
0
-­‐6724
TENSIONE DI RETE MINORE DEL 20% RISPETTO ALLA TENSIONE DELLO STABILIZZATORE A CARICO 100%
δ
[gradi]
0
60
89
90
91
Vrete
Irete
RETE
VL
PICCO [V] PICCO [A] Prete [W] Qrete [Var] PICCO [V]
260
41,4
0
5380
65
260
189,7
-­‐23293
-­‐8069
297,9
260
262,7
-­‐26892
-­‐21048
412,7
260
264,9
-­‐26896
-­‐21517
416,2
260
267,2
-­‐26892
-­‐21987
419,8
Vstab
Istab
PICCO [V] FASE [gradi] PICCO [A]
325
0
207,3
325
60
137,8
325
89
207,5
325
90
210,3
325
91
213,2
STABILIZZATORE
Vload
Iload
CARICO
Pstab[W] Qstab [Var] PICCO [V] PICCO [A] Pload [W] Qload [Var]
-­‐33000
-­‐6724
325
203,1
33000
0
-­‐9714
-­‐20172
325
203,1
33000
0
-­‐6115
-­‐33151
325
203,1
33000
0
-­‐6111
-­‐33620
325
203,1
33000
0
-­‐6115
-­‐34090
325
203,1
33000
0
Tabella 61. Valori ottenuti dalle simulazioni con L=5mH nelle condizioni in cui Vrete= Vload e Vrete = 0.8Vload a vuoto e a carico 100%. 125 APPENDICE 8.3 APPENDICE C: DATASHEET DEI COMPONENTI DEL MODULO DI CONVERSIONE I moduli di conversione utilizzati per questo progetto di tesi sono stati forniti dall’azienda EC&C srl. Di seguito vengono inseriti i dati dei principali componenti che lo costituiscono: 8.3.1 Datasheet degli IGBT 126 APPENDICE 8.3.2 Datasheet dei condensatori elettrolitici 127 APPENDICE 8.3.3 Datasheet del trasduttore di corrente 128 APPENDICE 8.3.4 Datasheet delle ventole 129 APPENDICE 8.3.5 Datasheet dei condensatori in uscita all’inverter 130 APPENDICE 8.4 APPENDICE D: DATI TECNICI DELLE INDUTTANZE DI COMMUTAZIONE E DISACCOPPIAMENTO 8.4.1 Dati tecnici dell’induttanza di commutazione 131 APPENDICE 8.4.2 Dati tecnici dell’induttanza di commutazione della gamba equilibratrice 132 APPENDICE 8.4.3 Dati tecnici dell’induttanza disaccoppiamento SCHEDA TECNICA 133 BIBLIOGRAFIA 9 BIBLIOGRAFIA [1] D. CENNI, L. GAIA. “La qualità dell’energia. I disturbi in rete e sui carichi: valutazioni, misure e soluzioni”. Prima edizione. Milano. Editoriale Delfino 2008. [2] COMITATO ELETTROTECNICO ITALIANO. CEI EN 50160. “Caratteristiche della tensione fornita dalle reti pubbliche di distribuzione dell’energia elettrica”. Milano, Italia. 2011, Maggio. [3] ENEL ENERGIA. “Guida alla qualità dell’alimentazione elettrica negli impianti industriali”. Roma. 2006. [4] IEEE Standards Board. IEEE Std. 1159. IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality A Status Update. Chicago IL, USA. 2008. [5] Documentazione interna Ortea S.p.A. [6] Estratti delle dispense del corso di “Conversione statica negli impianti elettrici. Convertitori totalmente controllati”. [7] A. SPAZZOLI. “Analisi e ottimizzazione di un convertitore multilivello per sistemi fotovoltaici multistringa connessi alla rete”. Tesi di laurea magistrale. Cesena. 2012. [8] Estratti degli appunti alle lezioni di Elettronica di Potenza. [9] E. TIRONI. “Appunti alle lezioni di Impianti Elettrici”. Terza edizione. Milano. Cusl 2011. [10] J. BAUER. “Single-­‐Phase Pulse Width Modulated Rectifier”. Acta Polytechnica. Vol. 48 No. 3/2008. [11] L. ORSINI. “Manuale propedeutico sulle tecniche di regolazione (Le tecniche di regolazione dei processi spiegate tramite esempi)”. Verona. 2007. [12] S. MINISGALLO. “Tecniche digitali per il controllo di coppia dei motori asincroni in applicazioni di trazione elettrica stradale”. Tesi di Dottorato. Bologna. 2002. 134