Inverter Trifase

Ciao cari amici!

Su richiesta di un mio caro amico dovrei "imbarcarmi" nella progettazione di un inverter trifase di una certa potenza, 3kW!! (ovviamente sulle 3 fasi complessivamente)

Sto facendo un po di conticini per cercare di capire un po come stanno le cose.
Penso che la cosa sia tutt'altro che facile, ma almeno vorrei stendere un progetto.
La cosa più semplice che mi viene in mente è di utilizzare un microcontrollore per generare 3 sinusoidi con il PWM sfasate di 120° l'una dall'altra, un circuito di condizionamento analogico dopo l'uscita PWM e prima del ponte a mosfet,circuiti di snubber,ed un filtro passabasso LC sulle tre fasi.
Ovviamente bisogna poi effettuare un controllo dell'ampiezza della tensione in uscita per stabilizzarla entro certi limiti ad un valore più o meno costate ad esempio con un algoritmo tipo PID.
Completa il quadro un controllo sulla temperatura del ponte a MOS, un diplay che indica il valore di tensione, qualche led di indicazione qua e la, pulsantini vari e via!

E' chiaro che si può farlo anche tutto analogico senza scomodare alcun microprocessore, ma la cosa penso che si complichi davvero tanto.

Bisogna poi scegliere che tecnologia si vuole usare per il ponte: MOS,IGBT,BJT ecc.
Da simulazioni ho visto che se siamo a frequenza non troppo alte la tecnologia BJT O IGBT è vincente per quanto riguarda il rendimento perchè i BJT hanno una caduta Ron molto bassa rispetto ai MOS (poi dipende dai dispositivi ovviamente, ma in genere vale questa cosa).
Ad alte frequenze vanno meglio i MOS in termini di rendimento.
La scelta della frequenza del PWM condiziona quella del microcontrollore.
Qui non sono molto esperto e ci devo capire meglio.
Ho cominciato a fare qualche prova di generazione delle sinusoidi con un pic18f4550 basandomi sull'articolo di Mauro (generare sinusoide con pic), in particolare ne ho generate 2 sfasate di 120° a 50 Hz, ma non riesco a salire troppo con la frequenza del PWM, max 19kHz.
Se provo a salire in frequenza non becco più la sinusoide a 50 Hz!!
In ogni caso il pic18f4550 non mi basta perchè ha solo 2 moduli PWM indipendenti mentre nel mio caso ce ne vogliono 3 quindi potrei usare il pic18f4431 che nasce proprio per gli alimentatori switching, ma mi chiedo se anche lui sia sufficiente per gestire l'intero sistema, oppure bisogna passare a qualcosa di più performante, tipo un DSpic o anche un pic32 che tra le altre cose possiedo.

Paoletto.

Ciao Paoletto,

stai intraprendendo un viaggio che personalmente non prenderei.
Errori di progettazioni sul sistema possono avere conseguenze non banali.

Per la parte di controllo il PIC18F4431 ha i 3 PWM che vuoi ma se vuoi realizzare dei sistemi di controllo su ampiezza e fase di ogni canale credo che sei fuori MIPS.

Personalmente i clienti che ho visto progettare sistemi inverter fanno uso di DSP a 32 bit come il C2000 della Texas Instruments. TI ha anche delle schede di sviluppo ma non sono certo se ha pure degli inverter.
Alcuni clienti, anche se non usano un DSP fanno uso di architetture a 32 bits.
Pur non avendo fatto conti su limiti e performance massime, solo vendendo quello che fanno gli altri mi metterei sui 32 bit o eventualmente DSP a 16 bit.

Aspetti di sicurezza non sono banali.
Isolamento del sistema e utenti...

per la parte analogica si vedono frequentemente gli IGBT.

Per fare prove base puoi anche usare un PIC18, almeno per vedere le problematiche da affrontare.

Saluti,

Mauro

Ciao Mauro, felice di risentirti

Si lo so non è una cosa semplice, ma le sfide mi piacciono!
Procederò per gradi senza avere fretta, ho tutto il tempo che voglio.
Alternerò simulazioni a prove pratiche e vediamo cosa ne esce.

Anche io ho pensato ad un DSP o un micro a 32 bit per avere più potenza di calcolo.
Quindi tu dici che un solo controllo di stabilità di ampiezza non è sufficiente?
Perchè anche la fase?

Paoletto

Ciao,

se ti interessa, TI ha anche un LauchPad per il DSP C2000.
Ti consiglio di vedere le varie applicazioni e schede di sviluppo, in modo da vedere le accortezze utilizzate nelle varie soluzioni.

Relativamente alla fase penso agli inverter.
In quel caso dovendo entrare nella rete principale avere un controllo della face e' obbligatorio.
Sebbene anche l'ampiezza sia controllata la tolleranza che si richiede e' bassa se paragonata a quella della fase. Pero' non ho numeri alle mani. Se vedi con il voltometro la rete di casa puoi avere 220V-250V quindi errori del 5-10% per la fase errori di questo tipo fanno saltare l'inverter!

Nella tua applicazione potrebbe non essere necessario ma considera che tra il punto in cui generi la tua sinusoide e l'uscita avrai vari componenti induttivi e capacitivi per cui anche se parti con la fase giusta per ogni sinusoide, non conosci con esattezza i vari percorsi. Molti componenti hanno tolleranze del 5%-10% per cui ogni fase in uscita sara' in generale diversa da quella che hai impostato.

Saluti,

Mauro

Ho capito cosa vuoi dire, però se il percorso dei segnali è il medesimo la relazione di fase costante dovrebbe essere garantita e per lo meno cambia di poco.Quindi se è tutto "simmetrico" dovremmo esserci.
Al limite si può anche pensare di ottenere 3 fasi e quindi 3 ponti indipendenti, uno per ogni fase e poi mettere il neutro in comune.
C'è da pensarci un po..

Per il c2000 parli di questo?

www.ti.com/tool/launchxl-f28027?DCMP=c2x...&HQS=c2000-launchpad


Saluti