Principi di funzionamento di
Corso di
Corso di
invertitori trifase a tensione impressa
ELETTRONICA INDUSTRIALE
ELETTRONICA INDUSTRIALE
" Struttura e funzionamento dell invertitore
trifase di tensione
" Struttura e funzionamento dell invertitore
monofase a ponte
INVERTER TRIFASE
INVERTER TRIFASE
" Tensioni di fase, stellate e concatenate
A TENSIONE IMPRESSA
A TENSIONE IMPRESSA
" Modulazioni della tensione di centro stella:
iniezione di terza armonica e  Flat-Top
" Modulazione ad onda quadra ( six step )
Invertitore trifase di tensione a PWM Invertitore trifase di tensione a PWM
Si ottiene un invertitore
Generazione di tre tensioni indipendenti a due livelli Generazione di tre tensioni indipendenti a due livelli
trifase di tensione a
PWM con tre invertitori
monofase di tensione a
+ +
due livelli che utilizzano
E E
la stessa alimentazione
- -
v1 v1
+ +
v2 v2
v3 v3
E E
- -
Invertitore trifase di tensione a PWM Invertitore trifase di tensione a PWM
V * V * V * V * V * V *
1 2 3 1 2 3
v1 v1
V1med V1med
Per produrre tre tensioni
v2 v2
di fase secondo dati
V2med V2med
riferimenti, ciascuna fase
pu� essere modulata in
v3 v3
modo indipendente V3med V3med
Invertitore trifase di tensione a PWM Invertitore di tensione trifase a PWM
V * V * V *
1 2 3
Generazione di tre tensioni indipendenti a due livelli
+
v1 E
V1med
-
v2 Normalmente per le tre fasi
V2med
si usa la stessa frequenza
+
di modulazione e spesso la
v1 v2
v3 E v3
stessa portante triangolare
V3med
-
Invertitore di tensione trifase a PWM Invertitore di tensione trifase a PWM
Di solito, negli schemi usati negli
Generazione di tre tensioni indipendenti Carico resistivo/induttivo con f.e.m. connesso a stella
azionamenti, il carico Ł connesso a a due livelli
stella, Ł privo di connessione del
I1
+ U
1
+
centro stella ed Ł sensibile solo alle V1
tensioni (concatenate) tra le fasi
E
- I2
U
+ 2
V2
+
I3
U
v1 v2 + 3
E v3
V3
-
Invertitore di tensione trifase a PWM Invertitore di tensione trifase a PWM
Il carico pu� essere connesso
Carico resistivo/induttivo, con f.e.m., a triangolo Carico resistivo/induttivo, con f.e.m., a triangolo
a triangolo; in tal caso il
I2 centro stella non esiste.
I2
V2 V2
Anche tale carico Ł sensibile
solo alle tensioni concatenate
+ +
U U
12 12
I1 I1
V1 V1
+ +
U23 U23
U31+ U31+
I3 I3
V3 V3
Invertitore trifase di tensione a PWM Invertitore trifase di tensione a PWM
Generazione di tre tensioni indipendenti a due livelli
V1
+
E
V2
v12
-
V3
+
V23 V =V -V V31
v23 v31
12 1 2
E
-
Invertitore di tensione trifase a PWM Invertitore di tensione trifase a PWM
Se il carico Ł privo di connessione
Generazione di tre tensioni indipendenti a due livelli Generazione di tre tensioni indipendenti
di centro stella si pu� usarea due livelli
un unica tensione di alimentazione
+
E
-
+
2E
+
-
v2
v1 v2 v1 v3
E v3
-
Invertitore di tensione monofase a PWM Invertitore di tensione monofase a PWM
Generazione di tensione a tre livelli
con alimentazione singola
Con procedimento analogo a quello
usato per l invertitore trifase, si pu�
realizzare un invertitore monofase di
+
tensione (a ponte  ad H ) unendo due
v12
2E
invertitori monofase di tensione a due
-
livelli che utilizzano la stessa
alimentazione v1 v2
Invertitore di tensione monofase a PWM Invertitore di tensione monofase a PWM
Con Generazione di tensione a tre livelli tra
opportuna modulazione si ottiene,
Generazione di tensione a tre livelli
le due fasi, una tensione a tre livelli pur
con alimentazione singola con alimentazione singola
usando un unica tensione di alimentazione
v1
V1med
E
V2med
v2
+
E
v12
2E
-
V12med
2E v12
v1 v2
Invertitore di tensione monofase a PWM Invertitore trifase di tensione a PWM
Le due fasi sono modulate con
Generazione di tensione a tre livelli
tensioni di riferimento uguali ed Modulazione della tensione di centro stella
con alimentazione singola
opposte. Normalmente si usa
v1 portante per le due fasila V1med Sommando una stessa tensione, costante o
stessa
E
variabile, ai riferimenti V* delle tre tensioni di
fase:
V2med
v2
E " varia la media (tensione di centro stella delle
fasi) delle tre tensioni di fase
" non variano le tensioni concatenate medie
V12med
2E v12
" variano i  duty-cycle e le tensioni istantanee
delle fasi
Invertitore trifase di tensione a PWM Invertitore trifase di tensione a PWM
Una tensione
Traslazione della tensione del centro stella Traslazione della tensione del centro stella
costante V0
V1 V1
sommata ai
V0 V0
riferimenti delle tre
V2 V2 tensioni di fase,
V0 V0
ne altera il valore
V3 Vmedio ma non la
3
V0 V0
forma d onda.
Le tensioni
V23 V =V -V V31 V23 V =V -V V31
12 1 2 12 1 2
concatenate non
cambiano
Invertitore trifase di tensione a PWM Invertitore trifase di tensione a PWM
Sommando una
Modulazione di terza armonica della V0 di centro stella Modulazione di terza armonica della V0 di centro stella
tensione Vo variabile
V1 V1
nel tempo, la forma
d onda delle tensioni
V2 V2
di fase cambia,ma le
tensioni concatenate
V3 V3 rimangono invariate
V0 V0
V12 V31 V23 V12 V31 V23
Invertitore trifase di tensione a PWM Invertitore trifase di tensione a PWM
La massima ampiezza della forma A pari valore massimo, sommando una
V0 sinusoidale di
d onda da generare Ł limitata al valore opportuna tensionedi terza armonica terza
Modulazione di terza armonica Modulazione
E della tensione di alimentazione armonica, si pu� aumentare la componente
della tensione Vo di centro stella della tensione Vo di centro stella
fondamentale della tensione di fase del 15%
1.15 E
E
E
V0
V1
V1
Invertitore trifase di tensione a PWM Invertitore trifase di tensione a PWM
Modulazione  FLAT TOP
Sommando una
Modulazione di terza armonica
tensione V0 di
V1
della tensione V0 di centro stella
forma d onda
opportuna, si pu�
V2
1.15 E ottenere che le
E
tensioni di fase
V3
V0
siano uguali, per
V0
60� a +E e per 60�
V12 V31 a -E. (modulazione
V23
V1
 Flat-Top )
Invertitore trifase di tensione a PWM Invertitore trifase di tensionein cui la
a PWM
Negli intervalli
Modulazione  FLAT TOP Modulazione  FLAT TOP
tensione di fase Ł
V1 V1
uguale a +E o -E, gli
interruttori della fase non
V2 V2
fanno commutazioni.
Le tensioni concatenate
V3 V3 rimangono sinusoidali
V0 V0
V12 V31 V23 V12 V31 V23
Invertitore trifase di tensione a PWM
Tecniche di modulazione degli
Modulazione  FLAT TOP
invertitori trifase
Si considera ora
V *
1
v1
E
l andamento istantaneo
delle tensioni di fase e concatenate
prodotto dalla modulazione PWM
-E
Invertitore trifase di tensione a PWM Invertitore trifase di tensione a PWM
V * V * V * V * V * V *
1 2 3 1 2 3
v1 v1
V1med V1med
v2 v2
V2med V2med
v3 v3
V3med V3med
Modulazione PWM seno-triangolo Modulazione PWM seno-triangolo
La portante
V * V *
V * V *
1 1
3 3
triangolare e gli
impulsi di
modulazione
2 2 delle
v1 V * v1 V * tre fasi
+E +E
hanno i massimi
ed i minimi
v2 v2
+E +E
approssimativa-
mente centrati
+E v3 +E v3
Modulazione PWM seno-triangolo Modulazione PWM seno-triangolo
L andamento istantaneo
Tensioni istantanee di fase e concatenate Tensioni istantanee di fase e concatenate
v1 v1 delle tensioni concatenate
+E +E
Ł a tre e di ampiezza
v2 vlivelli
2
+E +E
massima ą2E
v3 v3
+E +E
v12 v12
2E 2E
v23 v23
-2E -2E
v31 v31
2E 2E
-2E -2E
Modulazione PWM seno-triangolo Modulazione PWM seno-triangolo
Nell andamento istantaneo
Tensioni istantanee di fase e concatenate Tensioni istantanee di fase e concatenate
v1 delle tensioni concatenate v1
+E +E
mancano le armoniche di
v2 v2
+E +E
ordine multiplo di 3
v3 v3
+E +E
v12med
v12
2E 2E
v23 v23med
-2E -2E
v31 v31med
2E 2E
-2E -2E
Modulazione PWM seno-triangolo Modulazione PWM seno-triangolo
I tre livelli delle tensioni
Tensioni istantanee di fase e concatenate
Tensioni istantanee stellate
v1 concatenate approssimano
+E
v1
+E
meglio l andamento medio
v2
+E
v2
sinusoidale
+E
v3
+E
v3
+E
v12med
E v0
2E
-E
v23med
v10
4E/3
-2E
-4E/3 v20
v31med
2E
v30
4E/3
-2E
Modulazione PWM seno-triangolo Modulazione PWM seno-triangolo
L andamento della
Tensioni istantanee stellate Tensioni istantanee stellate
Si definisce  tensione di
centro stella del convertitore
v1 v1 tensione di centro
+E +E
stella v0 Ł a quattro
v2 la media istantanea v0 delle v2
livelli
+E +E
tensioni di fase v1, v2, v3
v3 v3
+E +E
E v0 E v0
-E -E
v10 v10
4E/3 4E/3
-4E/3 v20 -4E/3 v20
v30 v30
4E/3 4E/3
Modulazione PWM seno-triangolo Modulazione PWM seno-triangolo
Tensioni istantanee stellate Tensioni istantanee stellate
Un carico senza Se il carico Ł equilibrato ed
v1 connessione di centro v1 a stella, la tensione del suo
+E +E
v2 stella Ł sensibile solo v2 centro stella, anche se
+E +E
alle tensioni concatenate isolato, coincide con v0
v3 v3
+E +E
E v0 E v0
-E -E
v10 v10
4E/3 4E/3
-4E/3 v20 -4E/3 v20
v30 v30
4E/3 4E/3
Modulazione PWM seno-triangolo Modulazione PWM seno-triangolo
Le tensioni di fase del caricostellate
v10, v20,
Tensioni istantanee Tensioni medie stellate
v30, misurate rispetto al centro stella,
v1
v1
+E
+E
sono a cinque livelli e mancano delle
v2
v2
componenti armoniche di ordine multiplo
+E
+E
di tre
v3
v3
+E
+E
v0med
E
E v0
-E
-E
v10med
v10
4E/3
4E/3
-4E/3
-4E/3 v20
v30med v20med
v30
4E/3
4E/3
Modulazione PWM seno-triangolo Modulazione ad onda quadra
L andamento medio sinusoidale delle tensioni
Tensioni medie stellate
di fase del carico Ł ben approssimato
v1
+E Con la modulazione simmetrica ad
dall andamento istantaneo a cinque livelli
v2
+E
onda quadra
v3
+E
v0med
E
le tensioni di fase dell invertitore
-E
hanno andamento rettangolare a due
v10med
4E/3
livelli ąE con durata di 180�
-4E/3
v30med v20med
4E/3
Modulazione ad onda quadra Modulazione ad onda quadra
V1 V1 L andamento
+E +E
-E -E istantaneo delle
V2 V2
+E +E
tensioni concatenate
-E -E
V3 risulta rettangolare a
V3
+E +E
tre livelli con durata
-E -E
V12 V12 di 120 gradi
+2E +2E
-2E -2E
V23 V23
+2E +2E
-2E -2E
V31 V31
+2E +2E
-2E -2E
Modulazione ad onda quadra Modulazione ad onda quadra
V1 Anche in questo V1
+E +E
caso le tensioni
-E -E
V2 V2
+E concatenate sono +E
-E -E
prive delle
V3 V3
+E +E
componenti
-E -E
V12 armoniche di ordine V12
+2E +2E
multiplo di tre
-2E -2E
V23 V23
+2E +2E
-2E -2E
V31 V31
+2E +2E
-2E -2E
Modulazione ad onda quadra Modulazione ad onda quadra
V1 L ampiezza delle v1
+E +E
componenti
-E
V2 v2
fondamentali delle
+E +E
tensioni di fase vale
-E
V3
v3
+E +E
E4/Ą e non pu�
-E
v0
V12 essere variata dalla
+2E
E/3
modulazione
-2E
v10
4E/3
V23
+2E
v20
-2E 4E/3
V31
+2E
v30
4E/3
-2E
ModulazioneLa tensione v0 Ł Modulazione ad onda quadra
ad onda quadra
v1 rettangolare con v1
v1
+E +E
frequenza tripla, ne
v2 v2
v2
+E +E
risultano tensioni di fase
v v3
del carico3 v3
a quattro
+E +E
v0 livelli ( six-step ) con v0
E/3 E/3
elevato contenuto di
v10 armoniche v10
v10
4E/3 4E/3
v20 v20
v20
4E/3 4E/3
v30 v30
v30
4E/3 4E/3