Misure di scariche parziali nei convertitori elettronici degli azionamenti elettrici per trazione

    Progetto: Research project

    Dettagli progetto

    Description

    L'attività dell'unità di Palermo riguarderà in primo luogo lo sviluppo di una tipologia di sensori di campo elettromagnetico in una banda di frequenze tale da poter essere impiegati per le misure di scariche parziali sui sistemi elettronici di alimentazione di macchine elettriche per trazione, in maniera del tutto non invasiva. La banda che si pensa di esplorare è quella compresa fra i 25 MHz e qualche GHz e si pensa a tal fine di acquistare un analizzatore di spettro di elevate prestazioni conuscita analogica per la messa a punto di tali sensori. Nel presente progetto verranno analizzate le prestazioni dei prototipi già messi a punto e brevettati. Fondamentale risulterà anche il confronto delle prestazioni in relazione a sensori disponibili in commercio. I sensori verranno sviluppati con l'ausilio di una modellizzazione numerica sia del sensore che dell'intero sistema in prova; essi saranno impiegati principalmente per il rilievo delle scariche parziali che si innescanoin un materiale isolante sottoposto a tensione con forma d'onda rettangolare: all'uopo si prevede di acquistare i componenti necessari alla realizzazione di un banco prova. Per quanto riguarda le indagini su provini, si verificheranno tre tipologie di configurazione di campo elettrico che racchiudono le tipologie principali di difettiche si possono incontrare nei convertitori. In particolare si simulerà l'effetto corona in aria, configurazioni punta-piano e simulazioni di delaminazioni del dielettrico. Si indagherà anche sulla possibilità di ottenere importanti informazioni circa la localizzazione delle sorgenti di scarica e sull'intensità del processo di degrado,sempre sfruttando questi nuovi sensori di campo. Tali misure verrebbero effettuate sfruttando un apposito banco di prova da approntare presso l'Unità di Palermo. Le principali criticità che ci si aspetta di riscontrare riguardano la difficoltà di conciliare le dimensioni ridotte dei sensori, che lavoreranno in condizioni di campovicino a causa della naturale localizzazione delle scariche parziali (PCB e IGBT di convertitori) e la banda di frequenze che caratterizza gli impulsi di scariche parziali. Le differenti caratteristiche in termini di ampiezza di banda e di sensibilità rispetto ai sensori tradizionali, appaiono certamente come gli aspetti più interessanti daindagare e ci si aspetta anche una certa positiva influenza sul rapporto segnale/rumore. Inoltre si pensa di sviluppare sensori e procedure di sincronizzazione del segnale di scariche parziali al fine di consentire il rilievo delle tensioni anche senza accoppiamento galvanico diretto e con una larghezza di banda sufficiente per rappresentare correttamente i dettagli dell'onda durante i transitori di accensione espegnimento dei convertitori.Il sistema completo sarà infine validato mediante misure sui convertitori elettronici degli azionamenti elettrici per trazione, in esercizio.

    Layman's description

    La possibilità di individuare delle metodologie che consentano la determinazione dello stato di un sistema di isolamento in esercizio si è fatta negli ultimi anni sempre più concreta. A tal fine, sono state infatti sviluppate e approfondite diverse tecniche, basate sulla misura delle scariche parziali e sulla loro elaborazione numerica,per la valutazione dello stato di un sistema di isolamento in esercizio sia attraverso la messa a punto di sistemi di individuazione e di classificazione della tipologia delle sorgenti di scariche, ma anche attraverso analisi di tipo differenziale, in istanti di tempo successivi, al fine di valutare cronologicamente il degrado di talisistemi. Tuttavia, per quanto le tecniche di individuazione del numero e della tipologia di scariche in un sistema abbiano raggiunto ormai una certa maturità, queste in alcuni componenti come quelli oggetto del presente progetto, non appaiono del tutto affidabili per motivi legati prevalentemente alla scarsa "raggiungibilità"(presenza di inverter , filtri etc) dell'isolamento da parte dei sensori tradizionali e/o per l'inevitabile presenza di rumore che affligge le misure effettuate in maniera tradizionale o a monte dell'alimentazione delle stesse o sui collettori di modo comune delle apparecchiature in esame. Partendo quindi dal confronto delle esperienzefatte negli ultimi anni dalle unità di ricerca coinvolte nel presente progetto, si intende sviluppare una tipologia di sensori sensibili al campo elettromagnetico che consentano la misura di scariche parziali in esercizio senza accoppiamento galvanico. Sfruttando infatti l'esperienza fatta insieme alle altre unità nell'ambito deisistemi di isolamento in cavo o in laboratorio, si pensa di raggiungere risultati analoghi anche in sistemi di isolamento più complessi come appunto i sistemi di alimentazione PWM dei motori per la trazione. L'attività dell'unità, riguarderà in primo luogo la messa a punto di tali sensori anche con l'ausilio di una modellizzazione numerica sia del sensore che, successivamente, dell'intero sistema in prova. Quindi, si procederà all'analisi delle prestazioni dinamiche di tali sensori; dal confronto fra le misure di segnali condotti che verranno effettuate in laboratori con sensori tradizionali di quelle di segnali irradiati effettuate con i nuovi sensori si potranno ottenere indicazioni precise sulle prestazioni di questi ultimi. Inoltre verrà evidenziata anche la possibilità di ottenere importanti informazioni circa la localizzazione delle sorgenti discarica e l'intensità del processo di degrado, sempre sfruttando questi nuovi sensori di campo e confrontando i risultati ottenuti con quanto si ottiene dai sensori tradizionali (trasformatori per alte frequenze o sensori piezo-elettrici).Dopo una prima fase di studio in laboratorio, che verrà effettuata inizialmente su provini in grado di simulare criticità tipiche di questi sistemi di isolamento come l'effetto corona, lo scollamento di strati di dielettrico e le disuniformità dell'isolamento degli IGBT, si procederà ad una campagna di misure su schede di alimentazione commerciali che verranno fornite dai partner industriali del progetto. Le misure sui provini verranno effettuate con temperature variabili fra i 25°C ed gli 80°C, condizione imprescindibile per garantire una corrispondenza effettiva frale condizioni di laboratorio e le condizioni di esercizio dei sistemi in esame. A tal fine verrà messo a punto un apposito banco prove presso la nostra unità ma non si esclude, dove possibile, di affiancarsi ad altre unità per effettuare misure susistemi a
    StatoFinito
    Data di inizio/fine effettiva3/22/103/21/12