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ELETTRONICA DI POTENZA (Allievi CdL Ing. Navale) (aggiornato al 5/12/2013) Sistemi elettronici di conversione (conversione ac-dc, ac-ac, dc-dc, dc-ac)

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Presentazione sul tema: "ELETTRONICA DI POTENZA (Allievi CdL Ing. Navale) (aggiornato al 5/12/2013) Sistemi elettronici di conversione (conversione ac-dc, ac-ac, dc-dc, dc-ac)"— Transcript della presentazione:

1 ELETTRONICA DI POTENZA (Allievi CdL Ing. Navale) (aggiornato al 5/12/2013) Sistemi elettronici di conversione (conversione ac-dc, ac-ac, dc-dc, dc-ac)

2 Cenni su alcuni componenti raddrizzanti elementari Diodo, tiristore, contattore statico

3 Diodo Elemento raddrizzatore non controllabile

4 Diodo

5 Diodi

6 Tiristore Elemento raddrizzatore controllabile

7 Tiristore Simbolo tiristore

8 Tiristori Tiristore a viteTiristore a pastiglia (da 70 g a quasi 2 kg)

9 Contattore statico Nel tiristore tradizionale si ha un solo comando destinato ad innescare la conduzione. Nel contattore statico abbiamo un ulteriore comando per lestinzione della i. Si possono usare particolari tiristori a spegnimento controllato o transistori o più tiristori + circuiti ausiliari. Elemento raddrizzatore controllabile

10 Il settore, che ha cominciato a percorrere i primi passi nel 1948 con linvenzione del transistor, è un settore tecnologico in continua crescita ed evoluzione. Nel 1956 venne inventato il transistore PNPN che fu chiamato tiristore o SCR (Silicon Controlled Rectifier, raddrizzatore controllato al silicio). Dopo di allora ci sono stati straordinari progressi dei dispositivi di potenza a semiconduttore realizzati prevalentemente in silicio, ma anche in carburo di silicio. Abbiamo oggi 3 tipi di diodi di potenza, 11 tipi diversi di tiristori a spegnimento non controllato o controllato, 4 tipi di transistor di potenza (ad es. gli IGBT adatti per tensioni e correnti elevate, fino a 1700 V e 2400 A.

11 Classificazione dei dispositivi Sono possibili diversi criteri di classificazione: ad es. sulla base delle funzioni svolte (variatori o regolatori di corrente, raddrizzatori,convertitori di corrente, inverter, convertitori di frequenza) oppure sulla base della commutazione (passaggio della conduzione da un elemento raddrizzante ad un altro) distinguendo tra: Dispositivi con commutazione (naturale o forzata); la commutazione naturale avviene esclusivamente per i valori assunti da v ed i; quella forzata per lintervento di un contattore statico. Dispositivi senza commutazione

12 Variatori o regolatori di corrente Conversione ac-ac Conversione dc-dc

13 Raddrizzatori semplici e controllati Nei raddrizzatori semplici la tensione in uscita non è regolabile e può essere data da: con k fisso e dipendente dal tipo di raddrizzatore. Nei raddrizzat. controllati con h variabile in funzione del segnale di comando e tale che hk<1.

14 Dominio di lavoro dei raddrizzatori semplici e controllati La corrente in uscita I 2 è unidirezionale con verso imposto dagli elementi raddrizzanti. Se per il bipolo collegato alluscita del raddrizzat.re si adopera la convenz.ne dellutilizzatore, il luogo dei possibili valori di V 2 ed I 2 si trova nel primo quadrante del piano I 2, V 2 Il flusso della potenza P= V 2 I 2 è unidirezionale dallingresso alluscita.

15 Convertitori di corrente Conversione ac-dc realizzata da particolari raddrizzatori controllati in grado di invertire V 2 : Il luogo dei punti I 2,V 2 appartiene al I ed al IV quadrante. La potenza P può cambiare di segno ed il suo flusso è bidirezion.

16 Inverter Conversione dc-ac. La tensione in uscita è periodica non sinusoidale di valore efficace V 2. Sono regolabili la frequenza f e V 2 in funzione dei segnali applicati ai canali di comando.

17 Convertitore di frequenza Conversione ac-ac. La tensione in uscita è periodica non sinusoidale di valore efficace V 2. Sono regolabili la frequenza f e V 2 in funzione dei segnali applicati ai canali di comando.

18 Ponti raddrizzatori (conversione ac-dc) Raddrizzatori semplici e controllati, convertitori di corrente

19 Ponte a diodi (ponte di Graetz)

20

21 Ponte monofase a tiristori

22 Ponte monofase semicontrollato

23 Ponte trifase a diodi

24 Tensioni stellate

25 Tensioni concatenate

26 vuvu e A, e B, e C Tensione duscita sul carico V u è fornito dallinviluppo delle 6 tensioni concatenate in sequenza v CB, v AB, v AC, v BC, v BA e v CA, che rappresenta in ciascun intervallo angolare pari a π/3 il massimo delle stesse 6 tensioni. Sono in conduzione i 2 diodi (uno del semiponte inferiore e laltro del semiponte superiore e non appartenenti allo stesso ramo) collegati a due dei tre morsetti A, B e C corrispondenti alle tensioni concatenate massime. La tensione duscita

27 Potenza 3 kW Lunghezza 7 cm Altezza 4,2 cm è molto meno ondulata di quella che si ha nel ponte monofase. La tensione in uscita è:

28 Variatori di corrente Variatori di corrente alternata e di corrente continua

29 Variatore di corrente alternata (carico puramente ohmico) Per α<ωt<π i=i 1 =v 2 /R; Per π<ωt<π+α i=0; Per π+ α<ωt<2π i=i 2 =v 2 /R.

30 Variatore di corrente alternata (carico puramente induttivo)

31 Corrente: si annulla per: Deve essere:

32 Variatore di corrente alternata (carico ohmico-induttivo) k si calcola imponendo che allistante dinnesco di T 1 ωt=α, i=0:

33 β è soluz. delleq. trascendente: in ωt=β T 1 si blocca; in ωt=π+α si innesca T 2 e i=i 2 diventa negativa. Devessere e quindi

34 Variatori corrente alternata In tutti i casi considerati larmonica fondamentale di corrente è sfasata in ritardo rispetto alla tensione sinusoidale v 1 di un angolo variabile con langolo dinnesco α. Il variatore quindi assorbe una potenza reattiva Q dalla rete di alimentazione, per cui si può rendere necessario il rifasamento. Poiché Q dipende da α il rifasamento deve tener conto della variabiltà di Q.

35 Variatore di corrente continua (Chopper)

36 INVERTER

37 Convertitori di frequenza Esistono due categorie di convertitori di frequenza: I convertitori diretti (o cicloconvertitori) che trasformano direttamente la tensione in ingresso v i a frequenza f i in quella duscita v u a frequenza f u (dispositivi a commutazione naturale) I convertitori a circuito intermedio che trasformano prima la tensione dingresso alternata in una continua e poi di nuovo questa in una alternata a frequenza diversa da quella di ingresso (dispositivi a commutazione forzata).

38 Cicloconvertitore Lo schema di principio è costituito da due ponti di tiristori collegati in antiparallelo. La regolazione dei tiristori di ciascun ponte consente linversione della v u sul carico; il passaggio della conduzione da un ponte allaltro consente linversione periodica della i. Il sistema alternativo di uscita a frequenza f u è ottenuto mediante unopportuna regolazione dellangolo dinnesco α dei tiristori. I due ponti monofasi possono essere sostituiti da due ponti trifasi.

39 Ciascun ponte monofase, se è in conduzione con α costante fornisce una tensione duscita v u variabile di periodo τ con valor medio costante V d Se α è variabile, V d assume in ciascun intervallo τ valori via via diversi. Se approssimiamo in ciascuno di tali intervalli la tensione sul carico v u con il suo valore medio, essa assume la forma di una funzione variabile a scatti. Se α varia periodicamente nel tempo con periodo 2τ u la v u sul carico diventa una funzione periodica, variabile a scatti, di periodo anche essa 2τ u

40 v u =v k per t k

41 Convertitori di frequenza a circuito intermedio

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