Come è noto dalla teoria delle macchine elettriche, la velocità di rotazione di un motore alimentato in corrente alternata, è data dalla seguente relazione:
|
n = |
60 · ∂ |
|
p |
In tale relazione, n indica la velocità di rotazione in giri al minuto, p indica il numero di coppie polari della macchina ed ∂ la frequenza di alimentazione della macchina in Hz.
Per quello che riguarda i motori asincroni trifasi, esistono vari sistemi per variare la velocità di rotazione, come ad esempio l’uso di avvolgimenti a doppia velocità e l’impiego di reostati rotorici. Tuttavia le moderne tecniche di controllo dei motori si basano sulla variazione della frequenza di alimentazione del motore, al fine di regolare il numero di giri: infatti, come si osserva dalla precedente formula, la velocità di un motore dipende direttamente dalla sua frequenza di alimentazione.
Per applicare questa tecnica di regolazione, occorre utilizzare un raddrizzatore ac/dc che converte la corrente alternata della linea di alimentazione in corrente continua e poi impiegare un inverter (convertitore dc/ac) al fine di alimentare il motore elettrico con una frequenza variabile. Una tecnica di controllo solitamente utilizzata è basata sulla modulazione della larghezza degli impulsi di tensione in uscita dall’inverter.
Tale tecnica è detta Pwm, acronimo di Pulse width modulation (Modulazione di larghezza degli impulsi). Con questa tecnica viene regolata la durata dell’ampiezza degli impulsi di tensione, controllando l’apertura e la chiusura degli interruttori di tipo elettronico, detti interruttori statici, posti all’interno dell’inverter.
Gli sviluppi ed i notevoli progressi nel campo dell’elettronica di potenza hanno aumentato le prestazioni e la qualità degli interruttori statici, così da ottenere forme d’onda all’uscita degli inverter a modulazione di larghezza degli impulsi (Pwm) sempre migliori; inoltre hanno reso sempre più comune la scelta di questi azionamenti per alimentare i motori elettrici in svariate applicazioni.
Come già detto, gli interruttori statici sono degli interruttori, posti all’interno dell’inverter, che si aprono e si chiudono in un tempo brevissimo e che possono essere comandati da un circuito elettronico.
Attualmente, mediante l’utilizzo degli interruttori statici Igbt (Insulated gate bipolar transistor), si hanno frequenze di commutazione variabili da 10 a 20 kHz, con tempi di salita di 0,1 µs e livelli di potenza controllata sopra i 200 kW.
Tuttavia, in molte applicazioni industriali, l’inverter Pwm ed il motore da esso alimentato devono essere posizionati in ambienti separati.
È questo, ad esempio, il caso di installazioni in ambienti con pericolo di esplosione dove il motore è nella zona pericolosa, mentre l’inverter è collocato fuori.
Pertanto, per collegare inverter e motore occorrono, a volte, lunghe linee di connessione. In questa situazione, misurando la tensione ai capi del motore, si verifica sperimentalmente una sovratensione, che causa diversi effetti negativi sull’isolamento e sui cuscinetti del motore.
Alcuni autori, infatti, hanno notato che, a generare questi problemi, non è tanto la frequenza di commutazione degli interruttori statici, quanto l’elevato tempo di salita degli impulsi. Il problema è oggetto di studio da parte di numerosi ricercatori e tecnici da oltre una decina di anni.
È stato osservato che già con cavi di collegamento fra inverter e motore lunghi 5 m si verifica una certa sovratensione ai capi del motore.
Tale sovratensione cresce poi con il crescere della lunghezza del cavo. Per analizzare il fenomeno occorre fare riferimento alla teoria della riflessione della tensione: la tensione riflessa è una funzione del tempo di salita degli impulsi dell’inverter e della lunghezza del cavo, che si comporta come una linea di trasmissione per questi impulsi.
Occorre pertanto esaminare gli effetti derivanti dall’introduzione di lunghe linee di alimentazione fra inverter e motore.
