il dimensionamento di un azionamento elettrico con inverter a
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IL DIMENSIONAMENTO DI UN AZIONAMENTO ELETTRICO CON INVERTER A TENSIONE IMPRESSA E MOTORE ASINCRONO 1 – Generalità e Scopo 2 – Schema Elettrico di riferimento 3 – Dati Linea Alimentazione e Prestazioni richieste all’albero del Motore 4 – Calcolo delle grandezze elettriche in ingresso al Motore Asincrono 5 – Dimensionamento del Convertitore 6 – Corrente di Linea e Distorsione in Linea Appendici A1 – Inverter 2 Livelli A2 – Inverter 3 Livelli (NPC) A3 – Inverter Multilivello Enrico Gatti – 18/5/2015 - Rev 27/5/2015 1 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc 1 – GENERALITA’ E SCOPO In questa nota viene presentato il dimensionamento di un azionamento elettrico costituito da un convertitore di frequenza del tipo a tensione impressa e da un motore asincrono; più precisamente il convertitore di frequenza è del tipo a tensione impressa con circuito intermedio in corrente continua; si considera infatti un convertitore elettronico di potenza costituito da un raddrizzatore a diodi e da un inverter a tensione impressa. Il dimensionamento viene presentato con riferimento al caso di un raddrizzatore a diodi del tipo a ponte trifase e da un un inverter a tensione impressa del tipo a due livelli; nelle appendici vengono presentate alcune note per il dimensionamento nei casi di inverter a tensione impressa di tipo 3 livelli (NPC) e di tipo Multilivello. I dati di partenza per il dimensionamento sono : • le prestazioni da garantire all’albero del motore : potenza e velocità, e quindi coppia, con il relativo ciclo di carico (sovraccarichi applicati e loro durata); • tensione, frequenza e potenza di corto circuito della rete di alimentazione; inoltre si conosce il tipo di motore utilizzato con i suoi dati nominali ed i parametri del suo circuito equivalente a 5 parametri. Il dimensionamento presentato si articola nelle seguenti parti : • si calcolano anzitutto le grandezze elettriche ai morsetti del motore (tensione, corrente, frequenza); per questo calcolo si utilizza il circuito equivalente a 4 parametri del motore stesso; • si calcolano la tensione e la corrente nel circuito intermedio in corrente continua; • si verifica il corretto funzionamento dell’inverter (indice di modulazione); • si calcola la corrente assorbita dalla linea di alimentazione; • si calcolano armoniche e distorsione sulla linea di alimentazione. 2 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc 2 – SCHEMA ELETTRICO DI RIFERIMENTO IEC61800-4 3 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc In questa pagina è rappresentato lo schema elettrico utilizzato in queste note con indicazione delle grandezze prese in considerazione per il dimensionamento. UL , fL , Acc IL Ud IINV Id UINV , fINV , cosΦINV P,N ,C 4 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc 3 – DATI DELLA LINEA DI ALIMENTAZIONE E PRESTAZIONI RICHIESTE ALL’ALBERO DEL MOTORE 3.1 – Dati Linea Alimentazione Tensione Nominale : Frequenza Nominale : Potenza di Corto Circuito : 440 V (valore efficace della tensione concatenata) 50 Hz 25 MVA 3.2 - Prestazioni richieste all’albero del Motore PLoad = 450 kW NLoad = 1500 rpm Ciclo di Carico : Sovraccarico (in coppia) pari al 150 % per 1 minuto ogni 10 minuti 2 • π• Ν 2 • π• 1500 = = 157,08 60 60 PLoad 450000 = = = 2864,78 157,08 Ω Load Ω Load = rad/s C Load Nm POverLoad = 1,5 x450 = 675 kW COverLoad = PLoad 675000 = = 4297,17 157,08 Ω Load Nm Rappresentazione del ciclo di carico richiesto all’albero del motore : C = 2865 Nm N = 1500 rpm 1,5 C C 1 min 10 min 5 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc DATI DELLA LINEA DI ALIMENTAZIONE UL , fL , Acc UL = 440 (V) fL = 50 (Hz) Acc = 25 (MVA) GRANDEZZE DA CALCOLARE IL IL = (Arms) Distorsione Armonica (Uh, Ih,THD) GRANDEZZE DA CALCOLARE Ud = (Vdc) Id = (Adc) Id Ud GRANDEZZE DA CALCOLARE IINV UINV = (V) fINV = (Hz) IINV = (Arms) DATI MOTORE UINV , fINV , cosΦINV Dati Nominali Parametri circuito equivalente a 5 parametri DATI CARICO MECCANICO P,N ,C P = 450 kW N = 1500 rpm C = 2865 Nm Sovraccarico : 150 % 1 minuto ogni 10 minuti 6 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc 4 – CALCOLO DELLE GRANDEZZE ELETTRICHE IN INGRESSO AL MOTORE ASINCRONO NELLE CONDIZIONI DI UTILIZZO 4.1 - Dati Motore 4.1.1. - Dati Nominali Tipo : ANSALDO – N400Y4 Potenza Nominale : 500 kW Tensione Nominale (concatenata) : 380 V Frequenza Nominale : 50 Hz Corrente Nominale : 884 A Velocità Nominale : 1484 rpm Fattore di potenza : 0,89 Rendimento : 0,966 Velocità di sincronismo : 1500 Numero poli : 4 Collegamento : Triangolo Corrente a vuoto : 215 A Coppia Nominale : 3218,5 Nm rpm Note : la velocità nominale è 1484 rpm; la potenza nominale è la potenza meccanica fornita all’asse del motore alla velocità nominale; la coppia nominale è la coppia all’asse che alla velocità nominale corrisponde alla potenza nominale. Verifica consistenza dati : Ω= 2 • π • N 2 • π • 1484 = = 155,40 60 60 rad/s P = C • Ω = 3218,5 • 155,40 = 500155 W P = 3 • 380 • 884 • 0,89 • 0,966 = 500222 W 7 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc 4.1.2 - Parametri circuito equivalente a 5 parametri (per avvolgimento - dati forniti dal costruttore) Rs := 0.010 resistenza di statore espressa in ohm Ls := 0.2648 induttanza di dispersione di statore espressa in millihenry Lm := 9.70 induttanza di magnetizzazione espressa in millihenry Lr := 0.2438 induttanza di dispersione di rotore espressa millihenry Rr := 0.0079 resistenza di rotore espressa in ohm il motore è collegato a triangolo; i parametri forniti fanno riferimento ad un avvolgimento di fase del motore, cioè ad un lato del triangolo; si calcolano pertanto i parametri del circuito equivalente di fase (fase del circuito equivalente a stella) : 8 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc K := 3 K = 1 : per collegamento a stella K = 3 : per collegamento a triangolo Rs Rsf := Ls Lsf := Lrf := −5 henry −3 Lm henry Lmf = 3.233333 × 10 1000⋅ K Lr −5 henry −3 ohm Lrf = 8.126667 × 10 1000⋅ K Rrf := ohm Lsf = 8.826667 × 10 1000⋅ K Lmf := −3 Rsf = 3.333333 × 10 K Rr Rrf = 2.633333 × 10 K 4.1.3 – Perdite nel Ferro e Perdite Meccaniche Valori delle perdite nel ferro e delle perdite meccaniche a 380 V - 50 Hz : P ferro := 4550 W := 3340 W P mecc 9 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc 4.2 – Calcolo dei Parametri del Circuito Equivalente a 4 Parametri −3 R4sf = 3.3333333333 × 10 R4sf := Rsf Lmf ⋅ ( Lsf + Lrf) + Lsf ⋅ Lrf L4sf := −4 L4sf = 1.676198 × 10 Lmf + Lrf L4mf := Lmf 2 −3 L4mf = 3.290647 × 10 Lmf + Lrf 2 Lmf ⋅ Rrf Lmf + Lrf −3 R4rf := R4rf = 2.542562 × 10 10 ohm henry henry ohm Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc DATI DELLA LINEA DI ALIMENTAZIONE UL = 440 (V) fL = 50 (Hz) UL , fL , Acc Acc = 25 (MVA) GRANDEZZE DA CALCOLARE IL = IL (Arms) Distorsione Armonica (Uh, Ih,THD) GRANDEZZE DA CALCOLARE Ud = (Vdc) Id = (Adc) GRANDEZZE DA CALCOLARE Id Ud UINV = (V) fINV = (Hz) IINV = (Arms) DATI MOTORE IINV UINV , fINV , cosΦINV Dati Nominali : 500 kW – 380 V – 50 Hz – 1484 rpm Parametri del circuito equivalente a 5 parametri e di quello a 4 parametri DATI CARICO MECCANICO P,N ,C P = 450 kW N = 1500 rpm C = 2865 Nm Sovraccarico : 150 % 1 minuto ogni 10 minuti 11 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc 4.3 - Calcolo delle grandezze del Circuito Equivalente a 4 Parametri nel Punto di Lavoro Nominale Dati Un := 380 volt fn := 50 Hz p := 4 Nn := 1484 giri/min No := 1500 giri/min Calcoli sul circuito equivalente a 4 parametri R4rf sn j ⋅ 2 ⋅ π ⋅ fn ⋅ L4mf ⋅ Z4sn := R4sf + j ⋅ 2 ⋅ π ⋅ fn ⋅ L4sf + R4rf sn Isn := Z4sn = 0.22575 + 0.105365j Z4sn = 0.249128 ohm + j ⋅ 2 ⋅ π ⋅ fn ⋅ L4mf Un Isn = 880.644368 Z4sn ⋅ 3 R4rf sn Zrn = 0.222416 + 0.052731j j ⋅ 2 ⋅ π ⋅ fn ⋅ L4mf ⋅ Zrn := R4rf + j ⋅ 2 ⋅ π ⋅ fn ⋅ L4mf sn Ern := IsTn := A 3 ⋅ Zrn ⋅ Isn Ern ⋅ 3 1 Zrn = 0.228582 ohm Ern = 348.660252 V IsTn = 856.891812 A R4rf sn IsΦn := Ern ⋅ IsΦn = 203.15247 1 3 2 ⋅ π ⋅ fn ⋅ L4mf 2 2 IsΦn + IsTn = 880.644368 verifica : Usn := A Usn = 380 3 ⋅ Z4sn ⋅ Isn 12 A V Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc p Ctn := 3 ⋅ ⋅ L4mf ⋅ IsΦn ⋅ IsTn 2 frn := 3 Ctn = 3.294346 × 10 R4rf IsTn ⋅ 2 ⋅ π L4mf IsΦn 1 ⋅ Ωn := 2 ⋅ π ⋅ fsn := frn + sn := Nn Nm frn = 0.533333 Hz Ωn = 155.404117 rad/sec 60 p Ωn ⋅ 2 2⋅π fsn = 50 frn Hz sn = 0.010667 p.u. fsn 2 1 − sn IsTn Pmn := 3 ⋅ R4rf ⋅ ⋅ sn 1000 Pmun := Pmn − Cun := Pmecc kW Pmun = 508.614898 kW 1000 Pmun ⋅ 1000 2⋅π ⋅ Pmn = 511.954898 Nn 3 Cun = 3.272853 × 10 Nm 60 Si osserva che la corrente di flusso (componente di flusso della corrente di statore) : IsΦn = 203,15247 A è l’unica grandezza che serve, oltre ovviamente ai 4 parametri del circuito equivalente, per calcolare le grandezze elettriche ai morsetti del motore note le condizioni di carico meccanico (coppia e velocità di rotazione all’albero del motore). 13 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc 4.4 – Calcolo delle grandezze elettriche in ingresso al motore asincrono in funzione delle condizioni richieste all’albero del motore 4.4.1 - Calcolo nelle condizioni di carico 450 kW – 1500 g/min Calcolo della Coppia richiesta all’albero del motore : Pmu_Load = 450 kW 3 N_Load = 1.5 × 10 Cu_Load := rpm Pmu_Load ⋅ 1000 2⋅π ⋅ N_Load Ω_Load := 2 ⋅ π ⋅ N_Load Ω_Load = 157.079633 60 3 Cu_Load = 2.864789 × 10 rad /s Nm 60 Cu_Load = 2864,78 Nm Calcolo della Potenza e della Coppia al traferro : Pm_Load := Pmu_Load + Pm_Load = 453.34 Ct_Load := Pmecc 1000 kW Pm_Load ⋅ 1000 2⋅π ⋅ N_Load 3 Ct_Load = 2.886052 × 10 Nm 60 Ct_Load = 2886,05 Nm Calcolo della componente di coppia della Corrente del motore (a flusso di rotore costante e pari al valore nominale) IsT_Load := Ct_Load IsT_Load = 750.690591 p A 3 ⋅ ⋅ L4mf ⋅ IsΦn 2 Calcolo della Corrente del motore (è la corrente che l’inverter deve erogare) : Is_Load := 2 IsΦn + IsT_Load 2 Is_Load = 777.693571 A IINV-Load = 777,69 A 14 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc Calcolo della frequenza di rotore e di statore e dello scorrimento (la frequenza di statore è la frequenza che l’inverter deve applicare al motore) : fr_Load := R4rf IsT_Load ⋅ 2 ⋅ π L4mf IsΦn 1 fs_Load := fr_Load + s_Load := fr_Load = 0.467233 ⋅ Hz fs_Load = 50.467233 p Ω_Load ⋅ 2 2⋅π Hz −3 fr_Load s_Load = 9.25815 × 10 fs_Load fINV-Load = 50,46 Hz Calcolo della tensione di statore (è la tensione che l’inverter deve applicare al motore) e del fattore di potenza : R4rf ⋅ j ⋅ 2 ⋅ π ⋅ fs_Load ⋅ L4mf s _Load Z4s_Load := R4rf s _Load + R4sf + j ⋅ 2 ⋅ π ⋅ fs_Load ⋅ L4sf + j ⋅ 2 ⋅ π ⋅ fs_Load ⋅ L4mf = 0.282883 Z4s_Load Us_Load := ohm 2 3 ⋅ Z4s_Load ⋅ IsT_Load + IsΦn ( ( cosfi_Load := cos arg Z4s_Load )) Us_Load = 381.045256 V cosfi_Load = 0.903276 cosfi_Load Pe_Load := 3 ⋅ Us_Load ⋅ Is_Load ⋅ Qe_Load := Ae_Load − Pe_Load 2 2 1000 2 Pe_Load = 463.624383 kW Qe_Load = 220.223292 kVAR verifica : Pe_Load Ae_Load = 0.903276 nei calcoli fatti non si è tenuto conto delle perdite nel ferro; si ha pertanto : Pe_Load1 := Pe_Load + Ae_Load1 := cosΦn := 2 P ferro Pe_Load1 = 468.174383 1000 2 Qe_Load + Pe_Load1 Pe_Load1 Ae_Load1 = 517.38337 ( kW ) kVA cosΦn = 0.904889 Ae_Load1 UINV-Load = 381,04 V cosφ Load = 0,9049 15 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc 4.4.2 - Calcolo nelle condizioni di Sovraccarico 675 kW – 1500 g/min Calcolo della Coppia richiesta all’albero del motore : Pmu_OverLoad = 675 kW 3 N_OverLoad = 1.5 × 10 Ω_OverLoad := 2 ⋅ π ⋅ Cu_OverLoad:= rpm N_OverLoad Ω_OverLoad = 157.079633 60 3 Pmu_OverLoad⋅ 1000 2⋅π ⋅ rad /s Cu_OverLoad = 4.297183 × 10 Nm N_Load 60 Cu_OverLoad = 4297,18 Nm Calcolo della Potenza e della Coppia al traferro : Pm_OverLoad := Pmu_OverLoad + Ct_OverLoad := Pmecc Pm_OverLoad⋅ 1000 2⋅π ⋅ Pm_OverLoad = 678.34 kW 1000 3 Ct_OverLoad = 4.318447 × 10 Nm N_OverLoad 60 Ct_OverLoad = 4318,44 Nm Calcolo della componente di coppia della corrente del motore (a flusso di rotore costante e pari al valore nominale) IsT_OverLoad := Ct_OverLoad 3 IsT_OverLoad = 1.123271 × 10 p 3 ⋅ ⋅ L4mf ⋅ IsΦn 2 A Calcolo della corrente del motore (è la corrente che l’inverter deve erogare) : Is_OverLoad := 2 IsΦn + IsT_OverLoad 2 3 Is_OverLoad = 1.141494 × 10 A IINV-OverLoad = 1141,49 A 16 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc Calcolo della frequenza di rotore e di statore e dello scorrimento (la frequenza di statore è la frequenza che l’inverter deve applicare al motore) : R4rf IsT_OverLoad ⋅ IsΦn 2 ⋅ π L4mf 1 fr_OverLoad := ⋅ fs_OverLoad := fr_OverLoad + s_OverLoad := p Ω_OverLoad ⋅ 2⋅π 2 fr_OverLoad fr_OverLoad = 0.699129 Hz fs_OverLoad = 50.699129 Hz s_OverLoad = 0.01379 fs_OverLoad fINV-Load = 50,69 Hz Calcolo della tensione di statore (è la tensione che l’inverter deve applicare al motore) e del fattore di potenza : R4rf Z4s_OverLoad := s _OverLoad R4rf s_OverLoad Z4s_OverLoad Us_OverLoad := ⋅ j ⋅ 2 ⋅ π ⋅ fs_OverLoad ⋅ L4mf + R4sf + j ⋅ 2 ⋅ π ⋅ fs_OverLoad ⋅ L4sf + j ⋅ 2 ⋅ π ⋅ fs_OverLoad ⋅ L4mf = 0.198503 ohm V ⋅ IsT_OverLoad 2 + IsΦn 2 3 ⋅ Z4s_OverLoad ( ( cosfi_OverLoad := cos arg Z4s_Load )) Us_OverLoad = 392.465474 cosfi_OverLoad = 0.903276 Is_OverLoad Ae_OverLoad = 775.953247 Ae_OverLoad := 3 ⋅ Us_OverLoad ⋅ Pe_OverLoad := 3 ⋅ Us_OverLoad ⋅ Is_OverLoad ⋅ Qe_OverLoad := Ae_OverLoad − Pe_OverLoad kVA 1000 2 cosfi_OverLoad Pe_OverLoad = 700.900111 kW 1000 2 Qe_OverLoad= 332.930137 Pe_OverLoad verifica : Ae_OverLoad kVAR = 0.903276 nei calcoli fatti non si è tenuto conto delle perdite nel ferro; si ha pertanto : Pe_OverLoad1 := Pe_OverLoad + Ae_OverLoad1 := cosΦn := P ferro 1000 2 Pe_OverLoad1= 705.450111 2 Qe_OverLoad + Pe_OverLoad1 Pe_OverLoad1 Ae_OverLoad1 UINV-OverLoad = 392,46 V ( kW ) Ae_OverLoad1 = 780.065597 kVA cosΦn = 0.904347 cosφ Overload = 17 0,9043 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc DATI DELLA LINEA DI ALIMENTAZIONE UL , fL , Acc UL = 440 (V) fL = 50 (Hz) Acc = 25 (MVA) GRANDEZZE DA CALCOLARE IL IL = (Arms) Distorsione Armonica (Uh, Ih,THD) GRANDEZZE DA CALCOLARE Ud = (Vdc) Id = (Adc) Id Ud GRANDEZZE MOTORE ≡ GRANDEZZE USCITA INVERTER IINV UINV , fINV , cosΦINV UINV_Load UINV_Overload = = 381,04 392,46 (V) (V) fINV_Load fINV_Overoad = = 50,46 50,69 (Hz) (Hz) IINV-Load IINV-Overload = = 777,69 1141,49 (Arms) (Arms) cosφ Load = cosφ Overload = 0,9049 0,9043 DATI MOTORE Dati Nominali : 500 kW – 380 V – 50 Hz – 1484 rpm Parametri del circuito equivalente a 5 parametri e di quello a 4 parametri N,C DATI CARICO MECCANICO P = 450 kW N = 1500 rpm C = 2865 Nm Sovraccarico : 150 % 1 minuto ogni 10 minuti 18 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc 5 – DIMENSIONAMENTO DEL CONVERTITORE 5.1 – Tensione Ud e corrente Id a carico nominale PINV = 3 • U INV • I INV • cos Pd = INV PINV 464449 = = 471522 0,985 ηINV U d0 = = 3 • 381,04 • 777,69 • 0,9049 = 464449 W 3• 2 • UL = 1,35 • 440 = 594 π cdt pu = (rpu + W V 1 • x pu ) • i dpu 2 Poiché i reattori di linea dimensionati al 3% con riferimento ai valori nominali, si considera tipicamente una cdt totale in p.u. pari al 2%; pertanto : Ud = 0,98 • Ud0 = 0,98 • 594 = 582,12 Id = V Pd 471522 = = 810,01 582,12 Ud Adc 5.2 – Tensione Ud e corrente Id in sovraccarico 150 % In sovraccarico 150 % si ha : PINV = 3 • U INV • I INV • cos Pd = INV PINV 701682 = = 712367 ηINV 0,985 U d0 = = 3 • 392,46 • 1141,49 • 0,9043 = 701682 W W 3• 2 • UL = 1,35 • 440 = 594 π V Con sovraccarico 150 % si ipotizza una cdt in p.u. pari a 1,5*2 = 3 %; pertanto si ha : Ud = 0,97 • Ud0 = 0,97 • 594 = 576,18 Id = V Pd 712367 = = 1236,36 Ud 576,18 Adc 19 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc DATI DELLA LINEA DI ALIMENTAZIONE UL , fL , Acc UL = 440 (V) fL = 50 (Hz) Acc = 25 (MVA) GRANDEZZE DA CALCOLARE IL IL = (Arms) Distorsione Armonica (Uh, Ih,THD) GRANDEZZE CIRCUITO INTERMEDIO IN CC Id Ud Ud Load Ud Overload = = 582,12 576,18 (Vdc) (Vdc Id Load Id Overload = = 810,01 1236,36 (Adc) (Adc) GRANDEZZE MOTORE ≡ GRANDEZZE USCITA INVERTER IINV UINV , fINV , cosΦINV UINV_Load UINV_Overload = = 381,04 392,46 (V) (V) fINV_Load fINV_Overoad = = 50,46 50,69 (Hz) (Hz) IINV-Load IINV-Overload = = 777,69 1141,49 (Arms) (Arms) cosφ Load = cosφ Overload = 0,9049 0,9043 DATI MOTORE Dati Nominali : 500 kW – 380 V – 50 Hz – 1484 rpm Parametri del circuito equivalente a 5 parametri e di quello a 4 parametri N,C DATI CARICO MECCANICO P = 450 kW N = 1500 rpm C = 2865 Nm Sovraccarico : 150 % 1 minuto ogni 10 minuti 20 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc 5.3 – Punto di funzionamento dell’inverter a carico nominale UINV_Load IINV-Load = = 381,04 777,69 (V) (Arms) Ud Load = 582,12 (Vdc) VU1rms(max) : valore efficace della fondamentale della tensione concatenata di uscita inverter (valore massimo al limite della sovramodulazione); V VU 1rms (max) = dc 2 quindi con tensione Vdc pari a 582,12 V l’inverter può fornire in uscita una tensione concatenata massima pari a VU 1rms (max) = 582,12 2 = 411,62 Quindi l’inverter è in grado di sviluppare la tensione richiesta e lavorerà con un indice di modulazione pari a : Kmod = 381,04 / 411,62 = 0,926 5.4 – Punto di funzionamento dell’inverter in sovraccarico 150 % UINV_Overload IINV-Overload = = 392,46 1141,49 (V) Ud Overload = 576,18 (Vdc VU1rms(max) : (Arms) valore efficace della fondamentale della tensione concatenata di uscita inverter (valore massimo al limite della sovramodulazione); V VU 1rms (max) = dc 2 quindi con tensione Vdc pari a 576,18 V l’inverter può fornire in uscita una tensione concatenata massima pari a VU 1rms (max) = 576,18 2 = 407,42 Quindi l’inverter è in grado di sviluppare la tensione richiesta e lavorerà con un indice di modulazione pari a : Kmod = 392,46 / 407,42 = 0,963 21 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc 6 – CORRENTE DI LINEA E DISTORSIONE IN LINEA Per il convertitore di frequenza considerato lato linea è presente un raddrizzatore trifase; il funzionamento di tale raddrizzatore è caratterizzato dal fatto che è presente un banco di condensatori di capacità elevata lato corrente continua e che non sono presenti induttanze nel circuito intermedio in corrente continua; sono presenti induttanze lato corrente alternata. Si fa riferimento alla Norma IEC 61800-2 relativa ai PDS (Power Drive System) di Bassa Tensione che presenta alcuni famiglie di curve utili per calcolare le grandezze in oggetto. 22 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc Con reattanza di linea pari al 3%, a corrente di carico 100 %, si ha : IL = 0,87 • Id I L = 0,87 • 810,01 = 704,71 Arms In sovraccarico 150 % si ha un valore 1,5*3=4,5 % per cui si ha : IL −Overload = 0,83 • Id IL Overload = 0,83 • 1236,36 = 1026,18 23 Arms Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc 24 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc 25 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc DATI DELLA LINEA DI ALIMENTAZIONE UL , fL , Acc UL = 440 (V) fL = 50 (Hz) Acc = 25 (MVA) GRANDEZZE DI LINEA IL IL Load = 704,71 (Arms) IL OverLoad = 1026,18 (Arms) GRANDEZZE CIRCUITO INTERMEDIO IN CC Id Ud Ud Load Ud Overload = = 582,12 576,18 (Vdc) (Vdc Id Load Id Overload = = 810,01 1236,36 (Adc) (Adc) GRANDEZZE MOTORE ≡ GRANDEZZE USCITA INVERTER IINV UINV , fINV , cosΦINV UINV_Load UINV_Overload = = 381,04 392,46 (V) (V) fINV_Load fINV_Overoad = = 50,46 50,69 (Hz) (Hz) IINV-Load IINV-Overload = = 777,69 1141,49 (Arms) (Arms) = cosφ Load cosφ Overload = 0,9049 0,9043 DATI MOTORE Dati Nominali : 500 kW – 380 V – 50 Hz – 1484 rpm Parametri del circuito equivalente a 5 parametri e di quello a 4 parametri N,C DATI CARICO MECCANICO P = 450 kW N = 1500 rpm C = 2865 Nm Sovraccarico : 150 % 1 minuto ogni 10 minuti 26 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc A1 – INVERTER 2 LIVELLI 27 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc A2 – INVERTER 3 LIVELLI (NPC) 1800 V 3300 V 1800 V M M 28 M Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc A3 – INVERTER MULTILIVELLO Vstellata Vconcatenata Vstellata : tensione stellata generata dall’inverter multilivello Vconcatenata : tensione concatenata generata dall’inverter multilivello N : numero di ponti ad H in serie Vac : valore efficace della tensione concatenata di alimentazione del singolo ponte ad H Vdc0 : ( Vdc 0 = 1,35 ⋅ Vac ) valore medio della tensione raddrizzata a vuoto del singolo ponte ad H Vdc : valore medio della tensione raddrizzata a carico del singolo ponte ad H ( Vdc = 0,95 ⋅ Vdc 0 ) 4N+1 VUpk : : numero di gradini sulla tensione concatenata valore di picco della tensione concatenata di uscita inverter ( VUpk = 2 ⋅ N ⋅ Vdc ) VU1rms(max) : valore efficace della fondamentale della tensione concatenata di uscita inverter (valore massimo al limite della sovramodulazione); VU1rms(max) = N ⋅ Vdc 2 ⋅ 2 3 ⋅ 3 = 2 ⋅ N ⋅ Vdc ) 29 Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc 2N+1 VUpk fase : : numero di gradini sulla tensione stellata uscita inverter valore di picco della tensione stellata uscita inverter ( VUpkstellata = N ⋅ Vdc ) 4N+1 VUpk conc : : numero di gradini sulla tensione concatenata uscita inverter valore di picco della tensione concatenata di uscita inverter ( VUpkconc = 2 ⋅ N ⋅ Vdc ) Tensione Concatenata di Uscita Inverter Multilivello (N = 5) Vac = 690 V Vdc0 = 1,35 * 690 = 931,5 V Vdc = 0,95 * 931,5 = 885 Vdc; VU1rms(max) = N ⋅ Vdc 2 ⋅ 2 3 ⋅ 3 = 2 ⋅ N ⋅ Vdc = 2 • 5 • 885 = 5731 = 6258 30 V Dimens_Azion_Inv_Mot_Asin_2015_05_27.doc
