L'attività di ricerca del I anno si è concentrata sulla configurazione a doppio inverter trifase, con carico a sei morsetti (tipicamente macchine elettriche del tipo open-winding). In particolare, è stato studiato il caso di alimentazioni separate, che presenta alcuni vantaggi quali: - assenza di componenti omopolari di corrente e sfruttamento ottimale della tensione dc senza circuiteria aggiuntiva; - possibilità di funzionamento con un inverter singolo in caso di guasto o malfunzionamento dell*altro inverter o dell*altra alimentazione, se pur a prestazioni ridotte. In tale configurazione si pone il problema della ripartizione tra i due inverter della potenza erogata al carico. In generale, le tecniche di modulazione per i convertitori multilivello sono basate sui vettori di spazio (SVM) ed hanno come obiettivo quello di generare il vettore della tensione di uscita modulando tra i tre vettori del convertitore strettamente adiacenti a quello desiderato. Ciò consente di ridurre il contenuto armonico della tensione di uscita, che in questo modo varia tra tre livelli adiacenti all*interno di ogni ciclo di switching. E' stata proposta una nuova modulazione per regolare la ripartizione della potenza. Tale tecnica è basata sulla scomposizione del vettore tensione desiderato in uscita, v, in due vettori v' e v" ad esso in fase, corrispondenti alle tensioni che ciascun inverter deve generare. E' immediato verificare che una siffatta ripartizione delle tensioni corrisponde ad un'analoga ripartizione delle potenze, essendo la corrente di uscita la stessa per i due inverter. E' stato dimostrato che è possibile generare i vettori v' e v" in modo tale da soddisfare in ogni istante il requisito di tensione multilivello in uscita, individuando i valori ammissibili del rapporto di ripartizione tra le potenze. Lo studio, inizialmente basato su tensioni lato dc uguali (E'=E"=E), è stato esteso al caso di tensioni diverse. In particolare, le tematiche di interesse riguardano la ripartizione delle potenze ed il rapporto tra le tensioni di alimentazione ai fini di ottenere il minimo contenuto armonico in uscita. Infatti, se al caso E'=E" corrispondono 18 possibili vettori attivi in uscita, al caso E'=2E" ne corrispondono 36, ed al caso E'=3E" ne corrispondono 48. Essendo in ogni caso le possibili configurazioni del doppio inverter pari a 26 = 64, ad un numero superiore di vettori di uscita corrispondono meno "ridondanze" e quindi meno gradi di libertà da poter utilizzare per la ripartizione della potenza. La nuova tecnica di modulazione è stata verificata con simulazioni numeriche (Simulink) per diversi valori dei parametri di controllo, con riferimento al caso di tensioni di alimentazione uguali E'=E"=E. E' in corso avanzato di realizzazione un prototipo di convertitore multilivello a doppio inverter presso il Laboratorio del Dipartimento di Ingegneria Elettrica.

Configurazioni innovative di inverter multilivello per fonti energetiche rinnovabili

GRANDI, GABRIELE
2005

Abstract

L'attività di ricerca del I anno si è concentrata sulla configurazione a doppio inverter trifase, con carico a sei morsetti (tipicamente macchine elettriche del tipo open-winding). In particolare, è stato studiato il caso di alimentazioni separate, che presenta alcuni vantaggi quali: - assenza di componenti omopolari di corrente e sfruttamento ottimale della tensione dc senza circuiteria aggiuntiva; - possibilità di funzionamento con un inverter singolo in caso di guasto o malfunzionamento dell*altro inverter o dell*altra alimentazione, se pur a prestazioni ridotte. In tale configurazione si pone il problema della ripartizione tra i due inverter della potenza erogata al carico. In generale, le tecniche di modulazione per i convertitori multilivello sono basate sui vettori di spazio (SVM) ed hanno come obiettivo quello di generare il vettore della tensione di uscita modulando tra i tre vettori del convertitore strettamente adiacenti a quello desiderato. Ciò consente di ridurre il contenuto armonico della tensione di uscita, che in questo modo varia tra tre livelli adiacenti all*interno di ogni ciclo di switching. E' stata proposta una nuova modulazione per regolare la ripartizione della potenza. Tale tecnica è basata sulla scomposizione del vettore tensione desiderato in uscita, v, in due vettori v' e v" ad esso in fase, corrispondenti alle tensioni che ciascun inverter deve generare. E' immediato verificare che una siffatta ripartizione delle tensioni corrisponde ad un'analoga ripartizione delle potenze, essendo la corrente di uscita la stessa per i due inverter. E' stato dimostrato che è possibile generare i vettori v' e v" in modo tale da soddisfare in ogni istante il requisito di tensione multilivello in uscita, individuando i valori ammissibili del rapporto di ripartizione tra le potenze. Lo studio, inizialmente basato su tensioni lato dc uguali (E'=E"=E), è stato esteso al caso di tensioni diverse. In particolare, le tematiche di interesse riguardano la ripartizione delle potenze ed il rapporto tra le tensioni di alimentazione ai fini di ottenere il minimo contenuto armonico in uscita. Infatti, se al caso E'=E" corrispondono 18 possibili vettori attivi in uscita, al caso E'=2E" ne corrispondono 36, ed al caso E'=3E" ne corrispondono 48. Essendo in ogni caso le possibili configurazioni del doppio inverter pari a 26 = 64, ad un numero superiore di vettori di uscita corrispondono meno "ridondanze" e quindi meno gradi di libertà da poter utilizzare per la ripartizione della potenza. La nuova tecnica di modulazione è stata verificata con simulazioni numeriche (Simulink) per diversi valori dei parametri di controllo, con riferimento al caso di tensioni di alimentazione uguali E'=E"=E. E' in corso avanzato di realizzazione un prototipo di convertitore multilivello a doppio inverter presso il Laboratorio del Dipartimento di Ingegneria Elettrica.
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