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In Di Un Filtro-linea X Inverter - perchè così elevata?


franco1

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Una curiosità. Sto scegliendo un filtro esterno (lato alimantazione inverter) per un inverter da 2,2kW (380V). La corrente max erogata dall'inverter è di 6A. A spanne, quella assorbita dall'inverter sarà un 20-30% superiore, diciamo quindi 7-8 A. Come mai la casa costruttrice, consiglia (da catalogo) un filtro con una corrente nominale di 14,3 A?

Saluti.

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evidentemente la casa costruttrice tiene conto dei vari picchi di corrente che possono formarsi all'atto dell'alimentazione ( carica condensatori) e degli spunti motore ( per quanto le rampe dovrebbero diminuirli)

e comunque un filtro sovradimensionato permette di lavorare con piu' sicurezza

ivano65

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In un inverter la corrente non e' sempre corrente, nel senso che non scorre correntemente con la stessa intensita'. :D

Seriamente,

La corrente max erogata dall'inverter è di 6A. A spanne, quella assorbita dall'inverter sarà un 20-30% superiore, diciamo quindi 7-8 A.

spesso si confonde la corrente massima continuativa Imax dalla corrente massima di sovraccarico Ioverload dalla corrente massima di picco ripetitivo Ipeak dalla corrente massima di picco non ripetitivo Irandom. La corrente massima non e' quindi sempre la stessa corrente massima per tutti gli interlocutori.

Nel filtro RFI ci sono condensatori, sensibili alla Ipeak, che e' sempre maggiore delle correnti continuative e di sovraccarico.

C'e' poi una questione termica. Alcuni filtri RFI sono stati progettati con col famoso programma di progettazione Economax per mettere nello scatolino un po' meno di quello che serve. Allora si e' obbligati a mettere una taglia superiore di filtro per questioni termiche.

La corrente max erogata dall'inverter è di 6A. A spanne, quella assorbita dall'inverter sarà un 20-30% superiore

Ohibo! Se fosse veramente cosi', ci sarebbe uno spreco energetico notevole, ed io quindi non consiglierei di montare inverter, invece li promuovo da 32 anni e li considero un importante contributo alla soluzione dei problemi energetici italiani, soprattutto adesso che il petrolio ha prezzi assurdi!

Considera anche che l'elevata capacita' presente sul bus DC agisce favorevolmente rispetto al rifasamento della corrente di ingresso.

Qualche costruttore di filtri ha capito che l'aspetto energetico non deve essere sottovalutato, ed ha cominciato a produrre filtri che comprendono la parte ad alta frequenza (RFI) e quella a bassa frequenza (armoniche). Credo che pochi li compreranno, dato che non costano meno di niente, meglio pagare il petrolio a chi di dovere. :(

Ciao

Mario

Modificato: da Mario Maggi
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Rispondo a Mario Maggi.

La mia affermazione (Corrente assorbita dall'inverter:20-30%> di quella erogata) deriva da una analisi che ho fatto fra tre costruttori: Rockwell, Siemens, Omron.

Tieni presente che comunque, la corrente max erogata dall'inverter è superiore a quella nominale del motore da pilotare con lo stesso inverter. Evidentemente in tali condizioni (cioè, inverter che eroga max corrente), il risparmio energetico va a "farsi benedire". Rimane il fatto che, comunque, non si capisce dai manuali se si tratta di una corrente max continuativa o no. Ho il sospetto però, che non sia continuativa, altrimenti nel caso del mio inverter (in grado di erogare 6A max) la potenza nominale sarebbe circa 3kW (e non 2,2).

Che ne pensi?

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Caro franco1,

La mia affermazione (Corrente assorbita dall'inverter:20-30%> di quella erogata) deriva da una analisi che ho fatto fra tre costruttori: Rockwell, Siemens, Omron.

No comment. Ne sei certo? Andiamo in sala prove? Quasi sempre i numeri vengono riportati senza precisare che numeri sono, la maggior parte degli utilizzatori non ci fa caso. Lascio ad altri i commenti.

Tieni presente che comunque, la corrente max erogata dall'inverter è superiore a quella nominale del motore da pilotare con lo stesso inverter. Evidentemente in tali condizioni (cioè, inverter che eroga max corrente), il risparmio energetico va a "farsi benedire".

Non confondiamo ancora di piu' la questione. Stiamo parlando della corrente di ingresso, non in altrenativa di quella di uscita.

Puoi avere in uscita 20 A con un ingresso di solo 1 A, questo e' tutto un'altro discorso.

Il risparmio energetico - per chi usa la testa e sa quello che sta facendo - e' possibile anche con un buon inverter con uscita a 50 Hz per funzionamento a velocita' fissa, in alternativa al motore comandato in diretta. Lo so che e' un'affermazione non condivisa - si dice che se si introduce un inverter in serie al motore necessariamente si avra' una perdita di potenza dovuta alla caduta di tensione - ma me la sento di scriverlo pubblicamente.

Rimane il fatto che, comunque, non si capisce dai manuali se si tratta di una corrente max continuativa o no. Ho il sospetto però, che non sia continuativa, altrimenti nel caso del mio inverter (in grado di erogare 6A max) la potenza nominale sarebbe circa 3kW (e non 2,2).

La potenza di cosa? Dell'inverter? La potenza di un inverter NON si misura mai in kW.

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Il risparmio energetico - per chi usa la testa e sa quello che sta facendo - e' possibile anche con un buon inverter con uscita a 50 Hz per funzionamento a velocita' fissa, in alternativa al motore comandato in diretta. Lo so che e' un'affermazione non condivisa - si dice che se si introduce un inverter in serie al motore necessariamente si avra' una perdita di potenza dovuta alla caduta di tensione - ma me la sento di scriverlo pubblicamente.

Scusa Mario, ma mi sa che ti sei lasciato prendere un po' la mano.

Se analizziamo il solo funzionamento stazionario a frequenza fissa di 50Hz il solo motore non può non assorbire minor energia del gruppo motore - inverter! Pur non dubitando della tua competenza ed esperianza, che sono entrambe notevoli, l'inverter avrà un rendimento, per ben che vada, <95%, quindi ogni 1000W che entrano almeno 50W se ne vanno in calore. Con frequenza fissa di 50Hz il motore assorbe la potenza che gli necessita e, essendo ignorante per definizione, non sa chi glie la fornisce: rete ENEL o inverter. Quindi o si dimostra che i 50Hz forniti dall'inverter sono talmente piacevoli per il motore da fargli assorbire meno energia a parità di tutte le altre condizioni, oppure l'energia consumata è sicuramente maggiore quando si alimenta il motore tramite inverter.

Diverso è il concetto di un motore che deve compiere frequenti e numerose fermate con successivi riavviamenti. In questo caso l'impiego dell'inverter può essere vantaggioso anche in termini di risparmi energetico.

Scusa Mario, non è per polemica, ma sono curiose di leggere la tua risposta e, sopra a tutto, gli argomenti che userai per confutare la mia tesi. Perchè, conoscendoti, sono sicuro che non lascerai cadere la cosa. :rolleyes:

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Caro Livio,

ti sei risposto da solo:

Se analizziamo il solo funzionamento stazionario a frequenza fissa di 50Hz

Il funzionamento "stazionario", cioe' con frequenza nominale, tensione nominale, simmetria tensioni corretta, temperatura normale, carico meccanico costante non sottintende necessariamente la perfetta forma d'onda sinusoidale della rete di alimentazione. Un buon inverter - studiato per ottenere risparmio energetico - fornisce al motore non una forma d'onda sinusoidale della tensione, ma quella forma d'onda che permette di avere la necessaria coppia sul rotore con il minimo consumo, per esempio imponendo una componente di terza armonica sulla corrente in uscita verso il motore, limitando di fatto le perdite per I2t.

il solo motore non può non assorbire minor energia del gruppo motore - inverter!

Giusto, perfetto! In condizioni teoriche a tensione di alimentazione nominale e a potenza nominale.

Ma nella stragrande maggioranza dei casi questa non e' la situazione normale di lavoro.

Diverso è il concetto di un motore che deve compiere frequenti e numerose fermate con successivi riavviamenti. In questo caso l'impiego dell'inverter può essere vantaggioso anche in termini di risparmi energetico.

Concordi con me.

Direi che non mi sono fatto prendere la mano.

Per quanto riguarda il rendimento, oggi ci sono inverter con rendimenti molto piu' alti del 95% (dipende dalla potenza considerata, ovvio). Anche qui, nelle piccole potenze si puo' usare un inverter ed un motore con un numero di poli che abbia un rendimento ottimale, senza essere legati alla scelta dei poli dalla velocita' richiesta.

Ciao

Mario

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Per quanto riguarda il rendimento, oggi ci sono inverter con rendimenti molto piu' alti del 95%...

Permettimi di dubitare. Forse in particolari condizioni di impiego si può arrivare adun 96.5% ma non è una condizione, diciamo, normale. Già un rendimento del 95% è un più che ottimo rendimento. Ma anche se si avesse un rendimento del 99%, avremo comunque 1% di perdite.

Alla teoria che l'inverter ottimizza il funzionamento del motore, facendogli assorbire meno energia anche in funzionamento stazionario a 50Hz, mi lascia molto, ma molto dubbioso. A parità di tutte le condizioni un motore assorbe la medesima energia sia se alimentato da inverter, sia se alimentato da rete Enel (a meno che si tratti di rete particolarmente disastrata per armoniche e quant'altro).

Poi se si esamina un funzionamento con frequnti variazioni di velocità.... Bhe qui sono decenni che anch'io insisto per l'adozione degli inverter..

Oggigiorno magari si usano inverter più frequentemente che in passato, però è mia convinzione che il loro impiego, mediamente, non sia ottimizzato, sempre per cercare di rispiarmare qulche euro sui componenti :(

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Caro Livio,

questo e' il primo che mi e' capitato sotto mano (97,9%), e' un modello vecchio ma ce ne sono di piu' efficienti:

G5

Alla teoria che l'inverter ottimizza il funzionamento del motore, facendogli assorbire meno energia anche in funzionamento stazionario a 50Hz, mi lascia molto, ma molto dubbioso.

Se lavorassi ancora nell'ambiente, te lo potrei dimostrare. Purtroppo da anni sono fuori dall'ambiente di R&S negli inverter (anche se tengo sempre le antenne alzate), quindi tu ti tieni i tuoi dubbi ed io mi tengo le mie convinzioni.

A parità di tutte le condizioni un motore assorbe la medesima energia sia se alimentato da inverter, sia se alimentato da rete Enel

Non e' proprio esatto, a meno che non ti riferisca agli inverter con uscita a tensione veramente sinusoidale (esempio: NFO Drives NFO). Quello alimentato da inverter assorbe un po' piu' di energia magnetizzante, ma se l'inverter e' stato progettato e parametrizzato opportunamente si puo' fare in modo che - nella pratica - il contatore di energia misuri sul motore alimentato da inverter un consumo inferiore a quello del motore comandato da rete, a parita' di carico.

però è mia convinzione che il loro impiego, mediamente, non sia ottimizzato, sempre per cercare di risparmare qualche euro sui componenti

Livio, sono perfettamente d'accordo. Diciamo le stesse cose, solo da due punti di vista diversi. Conosci una ditta che voglia produrre inverter differenziandosi non sul costo di acquisto ma sul costo di possesso?

O si continui a ragionare come se lo spreco energetico ed il relativo inquinamento ambientale non esistesse?

Ciao

Mario

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Vorrei aggiungere: dove si fa R&D seriamente si possono ottenere anche risultati di un certo pregio.

Qui si accenna al convertitore .:matrix:. che trasforma la tensione di rete trifase direttamente in frequenza variabile, senza il passaggio intermedio su bus DC. Questo significa che la corrente non passera' piu' come oggi da 4 giunzioni (diodo - IGBT - IGBT -diodo) ma attraversera' solamente 2 giunzioni (RBIGBT - RBIGBT). Si prevede quindi non proprio di dimezzare, ma di ridurre consistentemente la caduta di tensione, e quindi le perdite.

Altre aziende stanno lavorando su questa tecnologia, che in passato era nota come cicloconvertitore e che ora tutti chiamano matrix converter.

Ciao

Mario

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questo e' il primo che mi e' capitato sotto mano (97,9%), e' un modello vecchio ma ce ne sono di piu' efficienti:

Alcune considerazioni. E' un inverter "grossotto" (65 kW), il rendimento è calcalato alla massima potenza resa, nessuna indicazione di come ed in quali condizioni sono state misurate le perdite.

Se prendiamo la fascia di potenza più utilizzata (diciamo tra 4,5kW e 35kW), e calcoliamo le perdite medie effettive che si hanno durante un ciclo di lavorazione (procedura analoga alla verifica della necessità di una resistenza di frenatura), i rendimenti effettivi calano.

...si puo' fare in modo che - nella pratica - il contatore di energia misuri sul motore alimentato da inverter un consumo inferiore a quello del motore comandato da rete, a parita' di carico

Forse è una misura ottimistica e non reale :rolleyes:

Vorrei aggiungere: dove si fa R&D seriamente si possono ottenere anche risultati di un certo pregio

Ebbene si, è proprio vero!.

Se penso che 11 anni fa parlando con un professore dell'Università di Seul, questi mi aveva descritto questa tecnica, che allora era sperimentale a livello di grossi convertitori (devo avere ancora la sua "paper" che descrive un'applicazione sperimentale per la Nippon Steel). L'obbiettivo primario delprogetto era la riduzione dei disturbi sulla rete, cioè abbatimento del contenuto armonico e dei disturbi in alta frequenza.

Ai bei tempi (perchè ero giovane :P ) della E. MArelli e dell'Ansaldo si fabbricavano grossi cicloconvertitori a tyristori, l'impiego prevalente era per la motorizzazione delle vie a rulli, dove si alimentavano decine di motori in parallelo.

Poi, ovviamente. questa tecniche venne abbandonata e le aziende in oggetto non fanno più ricerca applicata. :(

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Caro Livio,

Se penso che 11 anni fa parlando con un professore dell'Università di Seul, questi mi aveva descritto questa tecnica
= anno 1994

A volte c'e' anche qualcuno che copia, forse, o che prende l'idea da altri e la sviluppa.

Guarda questo documento:

Alberto Alesina, Marco Venturini: Analysis and design of optimum-amplitude nine-switch

direct AC-AC c o n v e r t e r s . I E E E Transactions on Power Electronics, V o l . 4 , No.1, 1989.

Cinque anni prima, italiani.

Ciao

Mario

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Mario lo sai bene anche tu come vanno le cose. Si inizia un certo tipo di approccio tencnologico in diverse regioni del mondo. Poi concorrono diversi fattori a decretare o meno il successo: l'abilità dei ricercatori, la possibilità di applicazioni effettive (collegamento con l'industria), una certa buona dose di fortuna nel far trovare le cose giuste al posto giusto nel momento giusto.

In alcuni casi si emettono solo studi teorici, in altri si ha la possibilità di applicare la teoria ad un prodotto industriale.

Qunado Natta ed il suo gruppo teorizzarono le metodologie per l'impiego dei polimeri si trovarono la Montectini, poi Montedison, che realizzò gli impianti industriali... Se non fosse stato così probabilmente niente Nobel per Natta..

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x Mario Maggi.

Facciamo un po' di chiarezza. Piccolo richiamo.

Supponiamo le tre impedenze statoriche, perfettamente uguali. Alimentando a 50Hz con un sistema di tensioni perfettamente simmetrico (tre tensioni sinusoidali, uguali ed equisfasate), si genera un UNICO campo magnetico rotante alla corrispondente velocità (dipende dal n. di poli) . Se la terna delle tensioni di alimentazione non è perfettamente simmetrica, al campo rotante appena citato, si affiancano altri campi magnetici (derivanti dall'analisi di Fourier) che tendono ad attenuare l'azione del campo principale (infatti sono campi che ruotano in senso opposto rispetto a quello generato dalla prima armonica). Risultato: diminuizione della coppia motrice. Detto ciò mi spieghi che intendi, quando dici:

"fornisce al motore non una forma d'onda sinusoidale della tensione, ma quella forma d'onda che permette di avere la necessaria coppia sul rotore..."

Saluti.

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Caro franco1,

io non sono ingegnere ne' fisico, per cui puo' darsi che spari qualche inesattezza. Correggetemi pure.

Se la terna delle tensioni di alimentazione non è perfettamente simmetrica, al campo rotante appena citato, si affiancano altri campi magnetici (derivanti dall'analisi di Fourier) che tendono ad attenuare l'azione del campo principale (infatti sono campi che ruotano in senso opposto rispetto a quello generato dalla prima armonica). Risultato: diminuizione della coppia motrice.

Non mi risulta. Solo i campi dovuti alle armoniche (n6)-1 - per esempio la 5a, la 11a e la 17a - diminuiscono la coppia motrice. Altre armoniche (6n+1) - per esempio la 7a, la 13a, la 19a, ecc. la aumentano. Per certe combinazioni ottimali il valore della coppia motrice che si ottiene da una tensione distorta e' migliore di quello che si ottiene da una sinusoide perfetta.

Quando nel 1981 - dopo tanta sperimentazione - abbiamo presentato il primo inverter italiano a frequenza variabile con onda sinusoidale, avevamo lavorato moltissimo sulla bonta' della forma d'onda della tensione di uscita, erroneamente.

Le massime prestazioni sono state ottenute con "trucchi del mestiere". Secondo voi, per avviare bene un motore trifase comandato da inverter, e' indispensabile che la terna delle tensioni sia sfasata proprio di 120° ? Su questo argomento pero' non posso discutere.

si genera un UNICO campo magnetico rotante

Beh, forse unico ma molto complesso. Se analizzi un motore usando un software BEM (Boundary Element Method) invece di un semplice FEM con analisi a elementi finiti, ti rendi conto che ci sono differenze significative nelle diverse sezioni del rotore.

Ciao

Mario

Modificato: da Mario Maggi
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x Mario Maggi.

Evidentemente hai letto molto velocemente il post. Infatti ho scritto che solo i campi che ruotano invesamente rispetto al principale, riducono la coppia. Comunque, con la risposta che mi hai dato, sei riuscito a dare una indicazione più convincente: cioè "tutelare la produzione di armoniche" che danno campi rotanti concordi al principale. Mi documenterò, meglio perchè la dritta è interessante, solo che evidentemente questi campi (pur ruotanto concordemente al campo principale), hanno velocità multiple (rispetto a quella del camp principale) e generano coppie di cui vorrei capirci meglio.

p.s. Il fatto che tu non sia un ing. o un fisico, potrebbe farti (quanto meno) pensare che qualche inesattezza la spari pure tu.O no?

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Caro franco1,

non saro' fisico o ingegnere, ma in italiano "me la cavicchio". ;)

Evidentemente hai letto molto velocemente il post.

No, l'ho letto e ora riletto bene, ma quel "solo" che hai aggiunto prima non c'era. Chiusa la questione.

perchè la dritta è interessante,

Gia', avendo lavorato tanto nell'azionamento a frequenza variabile, anche per potenze di MW, ho acquisito una certa esperienza che ora e' inutilizzata se non sul forum.

Se vuoi contattarmi, fai pure.

Ciao

Mario

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x Mario.

Ok, aggiungo qualche altra notizia (credo utile) al ns. dibattito.

Ho fatto una piccola verifica ( disegnando delle sinusoidi su un foglio millimetrato) sulla formula da te evidenziata:

"Solo i campi dovuti alle armoniche (n6)-1 - per esempio la 5a, la 11a e la 17a - diminuiscono la coppia motrice. Altre armoniche (6n+1) - per esempio la 7a, la 13a, la 19a, ecc. la aumentano".

C'è qualcosa che non va.

Perchè in generale vale quanto segue:

le armoniche di ordine 2, (che dalla tua formula sono escluse) sono di "sequenza inversa" quindi generano una coppia inversa rispetto alla coppia principale (quella della prima armonica);

le armoniche di ordine 3, /anch'esse escluse dalla tua formula) sono omopolari (cioè 3 sinusoidi coincidenti) quindi generano un campo fermo e quindi anch'esso genera una coppia che tende ad attenuare la coppia di prima armonica.

Se riesco a fare un disegno più accurato posso essere preciso sulle armoniche di ordine superiore.

Tu, dove hai trovato quella fomula?

Posso dedurre che si riferisce a qualche particolare inverter in grado di generare uno spettro armonico rispondente PROPRIO a tale formula?

Saluti.

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Caro franco1,

le armoniche di ordine 3, /anch'esse escluse dalla tua formula) sono omopolari (cioè 3 sinusoidi coincidenti) quindi generano un campo fermo e quindi anch'esso genera una coppia che tende ad attenuare la coppia di prima armonica.

Non sarei cosi' sicuro che la coppia si attenua, magari mi sbaglio. Certamente il picco di corrente in presenza di terza armonica e' inferiore, e se ne puo' approfittare per avere un'erogazione superiore!

----------

Tornando al vantaggio in coppia sul motore. E' chiaro che un motore progettato al meglio con un inverter progettato al meglio possono dare risultati eccezionali. Sul web c'e' un motore asincrono che dichiara "30 kw di picco" e che occupa uno spazio limitatissimo. Forse hanno usato il rotore giusto, non standard, impiegnado il know-how adeguato? Posso affermare che il rotore nell'asincrono comandato da inverter non viene quasi mai prodotto come si dovrebbe.

----------

In queste discussioni io sono handicappato. Gli altri sanno chi sono, vedono i miei riferimenti e la mia foto, io invece mi trovo spesso a parlare con un nickname senza sapere se e' un luminare della scienza o uno studente alle prime armi. Che linguaggio usare?

Ciao

Mario

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X Mario.

Rispondo in merito al dubbio che hai sulle terze armoniche (omopolari).

Se esaminiamo i campi elettromagnetici generati da tre correnti omopolari (quindi tre correnti rappresentate da 3 sinusoidi perfettamente coincidenti), si deduce che i tre campi stessi, risultano fermi nello spazio e possono essere sommati x dare un unico campo risultante (fermo nello spazio). La situazione del rotore che sta girando per es. in senso antiorario, rispetto al campo fermo (delle correnti omopolari), possiamo pensarla (diversamente) così: campo (delle correnti omopolari) che ruota in verso orario rispetto al rotore. Risultato: rotore che tende ad "inseguire" il campo appena citato, quindi rotore che tende (per effetto del campo delle correnti omopolari) a ruotare nel verso opposto rispetto al verso di rotazione in corso (che era antiorario).

Sul problema delle altre armoniche, mi sto documentando.

Saluti.

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Caro franco1,

non sono in grado di controbattere.

Quando saro' grande :P andro' anch'io all'universita', la volta scorsa non e' stato possibile.

Ciao

Mario

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Sul problema delle altre armoniche, mi sto documentando.

Caro Franco1,

ho sempre piu' la "sensazione" che con un opportuno comando degli IGBT sia possibile ottimizzare la coppia usando le armoniche a favore e impedendo la circolazione di quelle controrotanti.

Poiche' non credo che sia materialmente possibile eliminare le armoniche nel motore, tanto vale sfruttarle a proprio favore.

Penso che con qualche accorgimento (...chi mi impone di usare uno sfasamento di 120° e non minore al primo spunto? ...) e sfruttando al meglio le armoniche, e realizzando il rotore "come si deve", la coppia di spunto di un asincrono comandato da inverter potra' essere ben superiore a quella di un motore simile avviato da rete.

Ciao

Mario

.... compriamo i motori cinesi, costano meno! :angry:

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Caro Mario,

il problema delle armoniche non è così semplice. Io è da parecchio che ci sto dietro e sto andando a fondo. Purtroppo c'è molta matematica di mezzo (vedi Fourier).

Quello che tu dici e da cui io stesso avevo preso spunto (il fatto di tutelare le armoniche statoriche che generano campi equirotanti al campo fondamentale) non so se è una buona soluzione.

La questione sta in questi termini.

Abbiamo ormai chiarito che al campo rotante fondamentale se ne affiancano altri: alcuni equirotanti ed altri controrotanti.

E' pacifico che i controrotanti tendono ad attenuare la coppia.

Il bello viene adesso. Questo è il punto su cui mi sto documentando:gli equirotanti ruotano a velocità diverse rispetto al campo principale.

Per intenderci: se sto alimentando un motore con 2poli a 50Hz, ci sarà un campo rotante principale a 3000g/min. Ma attenzione, ci sarà un campo equirotante (dovuto alla 7.a armonica), a velocità (3000/7) g/min!

P.s. La formula da te precedentemente evidenziata: 6n+1 oppure 6n-1

riguarda l'analisi armonica di una terna di tenzioni a "gradini". Quella che per intenderci veniva generata dai vecchi inverter VSI. Quella formula, non vale per gli inverter PWM.

Un'ultima cosa. Che intendi quando dici:

"Secondo voi, per avviare bene un motore trifase comandato da inverter, e' indispensabile che la terna delle tensioni sia sfasata proprio di 120° ?"

Saluti

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