Filtri attivi di potenza per azionamenti con motore asincrono sviluppati in LabView
Autore
Luciano Manelli - Politecnico di Bari - [1999-00]
Documenti
Abstract
Negli ultimi anni l’elettronica di potenza si è sviluppata in parecchi settori grazie al rapido progresso della tecnologia dei dispositivi e al parallelo abbattimento dei costi.
Congiuntamente al crescente impiego di tali sistemi di potenza ha assunto maggiore importanza il problema dell’inquinamento armonico delle reti elettriche. Infatti, lo sviluppo di carichi non lineari sia a livello industriale, quali forni ad arco, raddrizzatori e reti di calcolatori, sia a livello domestico, quali televisori, elettrodomestici e personal computer, ha contribuito alla degradazione della cosiddetta “Power Quality”, introducendo variazioni di frequenza, di tensione e di corrente nei sistemi elettrici di distribuzione dell’energia.
Ovviamente, i principali problemi derivano da quei carichi che maggiormente deformano le forme d’onda della rete di distribuzione e che, quindi, maggiormente contribuiscono all’aumento di armoniche indesiderate: essi sono gli azionamenti elettrici a velocità variabile, il cui utilizzo si è evoluto grazie alla loro robustezza e versatilità.
Per porre rimedio a tali problemi si utilizzano, in ambito industriale, tecniche di filtraggio attivo o passivo: ultimamente ci si sta indirizzando verso i primi soprattutto per la maggiore capacità e completezza di filtraggio. L’interesse principale dei filtri attivi è nella ricerca di tecniche di controllo che consentano di poter riprodurre forme d’onda caratterizzate da picchi ed elevate pendenze.
Lo scopo del seguente lavoro è quindi la realizzazione di un tool software che consenta l’acquisizione, l’analisi e la simulazione del filtraggio di forme d’onda distorte: l’elemento di novità consiste nell’usare i controlli di corrente in retroazione per forme d’onda generate da azionamenti elettrici a velocità variabile.
Lo studio delle forme d’onda reali rende necessario l’utilizzo di uno strumento di acquisizione, che consenta il monitoraggio delle grandezze in esame.
Il tool è quindi realizzato in ambiente LABVIEW della National Instruments, che introduce il concetto innovativo di strumento virtuale (V I), il cui scopo è l’implementazione di uno strumento reale su un computer general-purpose. Il pregio di questo sistema di acquisizione-programmazione consiste nell’uso di un linguaggio grafico immediato (linguaggio G) per creare programmi similmente distribuiti come flow-chart e nello sviluppo di algoritmi di controllo che rispecchiano l’implementazione pratica su microprocessore .
Nel presente lavoro LABVIEW è stato utilizzato sia per l’acquisizione dei dati che per l’analisi del loro comportamento, attraverso l’azione simulata di filtraggio di tipo attivo tramite differenti tecniche di controllo.
Dopo una panoramica iniziale sui sistemi di filtraggio di tipo attivo e passivo, in cui si effettuano confronti e si sottolinea la superiorità del primo tipo di filtraggio rispetto al secondo (capitolo I), verrà analizzato il sistema costruito per l’acquisizione della forme d’onda (capitolo II). Nel III capitolo sarà studiato l’insieme dei blocchi costituenti il sistema di controllo, in cui alloggiano i tre controllori implementati e che sono singolarmente analizzati nei capitoli successivi. Nei diversi blocchi sono inclusi anche quelli che consentono l’analisi spettrale e della frequenza di commutazione. Nei tre capitoli successivi saranno analizzati i controlli usati per pilotare gli interruttori dell’inverter nell’applicazione del filtraggio attivo, che in ordine di presentazione sono: controllo a isteresi (capitolo IV), controllo dead-beat (capitolo V) rappresenta l’argomento più innovativo con cui si è partecipato all’EuroPES 2001 (IASTED Internetional Conference/Power and Energy Systems) con l’articolo : “A Novel Dead-beat Current Control for Shunt Active Power Filters”), controllo con regolatori standard (capitolo VI). Per ogni controllo sarà effettuata l’analisi teorica, analizzata l’implementazione e visualizzati e commentati i risultati simulativi. Nell’ultimo capitolo (capitolo VII) saranno effettuati dei confronti sui parametri qualitativi e tratte le conclusioni.
Congiuntamente al crescente impiego di tali sistemi di potenza ha assunto maggiore importanza il problema dell’inquinamento armonico delle reti elettriche. Infatti, lo sviluppo di carichi non lineari sia a livello industriale, quali forni ad arco, raddrizzatori e reti di calcolatori, sia a livello domestico, quali televisori, elettrodomestici e personal computer, ha contribuito alla degradazione della cosiddetta “Power Quality”, introducendo variazioni di frequenza, di tensione e di corrente nei sistemi elettrici di distribuzione dell’energia.
Ovviamente, i principali problemi derivano da quei carichi che maggiormente deformano le forme d’onda della rete di distribuzione e che, quindi, maggiormente contribuiscono all’aumento di armoniche indesiderate: essi sono gli azionamenti elettrici a velocità variabile, il cui utilizzo si è evoluto grazie alla loro robustezza e versatilità.
Per porre rimedio a tali problemi si utilizzano, in ambito industriale, tecniche di filtraggio attivo o passivo: ultimamente ci si sta indirizzando verso i primi soprattutto per la maggiore capacità e completezza di filtraggio. L’interesse principale dei filtri attivi è nella ricerca di tecniche di controllo che consentano di poter riprodurre forme d’onda caratterizzate da picchi ed elevate pendenze.
Lo scopo del seguente lavoro è quindi la realizzazione di un tool software che consenta l’acquisizione, l’analisi e la simulazione del filtraggio di forme d’onda distorte: l’elemento di novità consiste nell’usare i controlli di corrente in retroazione per forme d’onda generate da azionamenti elettrici a velocità variabile.
Lo studio delle forme d’onda reali rende necessario l’utilizzo di uno strumento di acquisizione, che consenta il monitoraggio delle grandezze in esame.
Il tool è quindi realizzato in ambiente LABVIEW della National Instruments, che introduce il concetto innovativo di strumento virtuale (V I), il cui scopo è l’implementazione di uno strumento reale su un computer general-purpose. Il pregio di questo sistema di acquisizione-programmazione consiste nell’uso di un linguaggio grafico immediato (linguaggio G) per creare programmi similmente distribuiti come flow-chart e nello sviluppo di algoritmi di controllo che rispecchiano l’implementazione pratica su microprocessore .
Nel presente lavoro LABVIEW è stato utilizzato sia per l’acquisizione dei dati che per l’analisi del loro comportamento, attraverso l’azione simulata di filtraggio di tipo attivo tramite differenti tecniche di controllo.
Dopo una panoramica iniziale sui sistemi di filtraggio di tipo attivo e passivo, in cui si effettuano confronti e si sottolinea la superiorità del primo tipo di filtraggio rispetto al secondo (capitolo I), verrà analizzato il sistema costruito per l’acquisizione della forme d’onda (capitolo II). Nel III capitolo sarà studiato l’insieme dei blocchi costituenti il sistema di controllo, in cui alloggiano i tre controllori implementati e che sono singolarmente analizzati nei capitoli successivi. Nei diversi blocchi sono inclusi anche quelli che consentono l’analisi spettrale e della frequenza di commutazione. Nei tre capitoli successivi saranno analizzati i controlli usati per pilotare gli interruttori dell’inverter nell’applicazione del filtraggio attivo, che in ordine di presentazione sono: controllo a isteresi (capitolo IV), controllo dead-beat (capitolo V) rappresenta l’argomento più innovativo con cui si è partecipato all’EuroPES 2001 (IASTED Internetional Conference/Power and Energy Systems) con l’articolo : “A Novel Dead-beat Current Control for Shunt Active Power Filters”), controllo con regolatori standard (capitolo VI). Per ogni controllo sarà effettuata l’analisi teorica, analizzata l’implementazione e visualizzati e commentati i risultati simulativi. Nell’ultimo capitolo (capitolo VII) saranno effettuati dei confronti sui parametri qualitativi e tratte le conclusioni.
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