Generatore eolico con motore asincrono ed inverter matriciale

Inverter Matriciale

Questo articolo descrive il funzionamento di un inverter matriciale (matrix converter) partendo dal principio di funzionamento di un inverter classico, verranno presentate le soluzioni adottate per la parte di potenza, i driver, le alimentazioni ausiliarie ed il controllo a microcontrollore effettuato utilizzando un modulo STM32VLDISCOVERY sul quale è stato implementato il software di pilotaggio degli IGBT per la generazione del campo magnetico rotante, la gestione di una tastiera PS2, un display LCD 16x2 caratteri ed una microSD per la parametrizzazione ed eventuale registrazione di dati. L'idea è quella di utilizzare questo dispositivo nel campo dei generatori eolici, mediante l'impiego di un motore asincrono trifase che possa funzionare sia da motore per il lancio delle pale (attingendo energia da un accumulatore) sia da generatore, trasformando direttamente l’energia meccanica associata alla rotazione del motore a n giri, in energia elettrica disponibile in un sistema trifase a 50Hz.

Descrizione del principio di funzionamento di un inverter matriciale

Per capire il funzionamento del sistema matriciale è necessario avere ben chiaro il funzionamento di un inverter normale, il quale, a partire da una tensione continua (DC bus), ricostruisce, attraverso sei interruttori, una terna di correnti sinusoidali sfasate di 120° (sistema trifase) alla frequenza desiderata mediante lo schema di principio indicato in figura.

Analizziamo quindi come vengono pilotati gli interruttori per la generazione del campo rotante. Se t [sec] è il tempo impiegato per compiere un giro, dividiamo questo tempo in sei parti uguali da t1 a t6

In t1, Q4 e Q6 sono chiusi e Q1 è modulato in PWM in modo da controllare la corrente nella fase U ( da notare che durante la fase di modulazione PWM quando Q1 è aperto la corrente che scorre nella fase U, essendo il motore un carico fortemente induttivo, scorre nel diodo D2).

In sintesi:

  • t1: Q4/Q6 chiusi, Q1/D2 in PWM controlla la corrente in U
  • t2: Q1/Q5 chiusi, Q4/D3 in PWM controlla la corrente in V
  • t3: Q2/Q4 chiusi, Q5/D6 in PWM controlla la corrente in W
  • t4: Q3/Q5 chiusi, Q2/D1 in PWM controlla la corrente in U
  • t5: Q2/Q6 chiusi, Q3/D4 in PWM controlla la corrente in V
  • t6: Q1/Q3 chiusi, Q6/D5 in PWM controlla la corrente in W

in questo modo, controllando la corrente nel sesto di periodo con legge sinusoidale, si genera all’interno del motore un campo magnetico rotante con frequenza di 1/t [Hz]. Nel sistema matriciale il bus in continua non esiste, ma il positivo ed il negativo, vengono presi istante per istante tra due dei tre conduttori della terna di alimentazione trifase (R, S, T).

La struttura circuitale che consente di fare una cosa del genere è indicata in Fig2

Come si può osservare dalla tabella1 (ricavata per un sistema trifase a 380Veff a 50Hz, nella prima colonna è indicato il tempo in ms, nella terza colonna è riportato il valore istantaneo della tensione concatenata tra le fasi indicate nella colonna centrale), esiste sempre, in ogni istante, una coppia di fasi per cui [...]

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Una risposta

  1. Nollo Nollo 24 marzo 2015

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