Motore Trifase
Toyota Motor Italia S.p.A.
Componenti del THS - Contenuti
1. Funzione del Motore Elettrico trifase
2. Funzione e Costruzione del Inverter
3. Costruzione del Sensore di Posizione Resolver
4. Funzione e Costruzione del Convertitore in Corrente
Continua
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Motori Elettrici
Definizione di motore elettrico
Macchina elettrica rotante atta a trasformare l’energia elettrica in
energia meccanica.
– Corrente continua (Mantiene costanti nel tempo i valori delle
grandezze ad essa afferenti)
– Corrente alternata (Partendo da un valore zero, si porta in un
certo tempo al valore massimo positivo, diminuisce riportandosi
a zero, risale poi al valore massimo negativo, per tornare
nuovamente a zero).
Il tempo impiegato per ottenere il ciclo di variazione descritto si
chiama “Periodo”, mentre il numero dei periodi compiuti in 1
secondo si chiama “Frequenza”.
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Motori Elettrici
1. Potenza nominale dei motori
2. Per ottenere il valore della potenza nominale dei motori
funzionanti con corrente continua, occorre determinare il
prodotto fra valore della tensione nominale V e quello della
corrente nominale I con la relazione:
P = V I = Watt
3. Per ottenere il valore della potenza nominale dei motori
funzionanti con corrente alternata occorre distinguere fra due
sistemi elettrici :
– Sistemi monofase (a due conduttori)
– Sistemi trifase (a tre conduttori)
4. La potenza nominale dei motori trifase alimentati con corrente
alternata si definisce “potenza attiva” :
P =  3 V I cos φ = Watt
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Motori Elettrici
Il valore del fattore di potenza (cos φ) si ottiene dal
rapporto fra potenza attiva e potenza apparente.
Watt
cos φ = ———
VA
M
A
V
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Principio di funzionamento del
motore elettrico trifase
Conduttore
Corrente= I
Campo Magnetico
L’intensità del campo magnetico è in diretta
relazione all’intensità di corrente
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Principio di funzionamento del
motore elettrico trifase
I
La Corrente determina un
Campo magnetico nell’avvolgimento!
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Principio di funzionamento del
motore elettrico trifase
Z
N
N
Z
Forza di Repulsione
N
Z
N
Forza di Attrazione
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Z
Opposti in Attrazione
Principio di funzionamento del
motore elettrico trifase
Magnete
Permanente
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3 Avvolgimenti
di Campo
Sfasati di 120°
Principio di funzionamento del motore elettrico
trifase
(+)
Fase V
Fase W
Corrente elettrica
Fase U
(-)
Corrente in Alternata AC
Sfasata di 120°
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MG1 / MG2
MG1/MG2 includono l’avvolgimento statorico, e il
magnete permanente
Magnete
Permanente
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Avvolgimento
Statore
MG1/MG2
• MG1/MG2 rotazione indotta
da corrente alternata trifase
• La tensione applicata al
motore elettrico di Prius è
determinata dalla
commutazione di transistor, ed
ha pertanto una forma d’onda
a blocchi.
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MG1 / MG2
La polarità e l’intensità del campo magnetico
dell’avvolgimento statorico cambiano istante per
istante
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MG1 / MG2
Rotore del magnete permanente è fatto ruotare per
effetto di attrazione/repulsione, indotti
dall’avvolgimento statorico
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MG1 / MG2
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MG1 / MG2
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Principio di funzionamento del
motore elettrico trifase
(+)
Fase U
Fase V
U
Fase W
S
(-)
W
N
V
La corrente Trifase genera il campo magnetico
che determina la rotazione
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Principio di funzionamento del
motore elettrico trifase
Campo Magnetico di Rotazione
Rotore integra il Magnete Permanente
Segue le variazioni del campo magnetico
Rotazione dell’Albero di Uscita
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Inverter del sistema THS
S1
VL
S3
VB
Carico
S2
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S4
Principio di funzionamento
Inverter - PWM
S1+S4
S2+S3
S1+S4
S2+S3
+VB
0V
-VB
Tensione in Sovraccarico VL
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Principio di funzionamento
Inverter - PWM
La modulazione di ampiezza determina la tensione
Bassa Tensione superiore al carico richiesto
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Principio di funzionamento
Inverter - PWM
Alta tensione superiore al carico richiesto
Rapida Commutazione : Determinata da Transistors
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Costruzione dell’Inverter
M
Motore
Elettrico
Generatore
G
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Costruzione dell’Inverter
M
Circuito Ponte : 6 Transistor di potenza
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Costruzione dell’Inverter
M
6 Diodi di protezione
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Costruzione dell’Inverter
S1
S3
S5
U
U
E
Vwu
V
Vuv
Vw
Vv
W
S2
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S4
S6
Vu
W
V
Vvw
Resolver
Principio di funzionamento
• I motori elettrici a magnete permanente – più compatti, più
leggeri, e più efficienti di altri tipi di motore – sono utilizzati come
motori per la trazione sui veicoli elettrici (EV), e sui veicoli ibridi
(HV) e applicazioni simili.
• Per poter controllare accuratamente la coppia motrice dei motori
PM, si rende necessario rilevare la posizione di un magnete
collegato alla parte rotante del motore (Rotore) e fornire corrente
all’avvolgimento con sincronizzazione ottimale.
– Attualmente un sensore di posizione o resolver, è usato per
rilevare la posizione del magnete.
– Durante la rotazione del rotore, il motore PM genera tensione
indotta entro un ciclo di 360 gradi.
– Lo sviluppo di un metodo per il rilevamento della posizione
dall’avviamento ai regimi medio-bassi viene descritta nel
principio di funzionamento del resolver.
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Resolver
Principio di funzionamento
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Resolver
Principio di funzionamento
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Resolver
Principio di funzionamento
Generatore
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Motore Elettrico
Resolver
Principio di funzionamento
Avvolgimenti di Campo
Generano
il campo magnetico
Combinazione di tensioni
Forniscono segnali di output
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Resolver
Principio di funzionamento
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Resolver
Principio di funzionamento
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Resolver
Principio di funzionamento
Il Rotore deve seguire
Il campo magnetico
Altrimenti...
• Insufficienza della coppia motrice
• Decelerazione improvvisa del motore elettrico
• Fluttuazioni della rotazione
• Generazione di Vibrazioni
• Stop del Motore Elettrico e inattività del sistema
• Rischi di Danni all’Inverter
• Possibile Surriscaldamento
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Definizione di Converter
• Definizione di Converter
• Rappresenta uno dei dispositivi più in uso in
elettronica, in quanto tale scienza si basa , nella quasi
totalità sulle trasformazioni delle informazioni di
partenza.
• Il converter è un tipo di apparecchiatura statica che
consente la trasformazione di una corrente in una di
tipo diverso, ad esempio da continua in alternata.
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Definizione del Converter di Potenza
• Converter di Potenza
• Questo tipo di Converter di Potenza eleva la tensione massima
della batteria HV da tensione in continua DC 201.6 V ad alta
tensione in continua DC 500V.
• Il converter consiste in un trasformatore IPM (Modulo Integrato di
Potenza) con un IGBT integrato (Transistor a Gate Bipolare
Isolato) che esegue il controllo di commutazione, ed il reattore
che immagazzina energia.
• Utilizzando questi componenti, il converter amplifica la tensione.
• Quando MG1 o MG2 agiscono come generatore, l’inverter
converte la corrente alternata (nell’intervallo da 201,6 V a 500 V)
generata da entrambi in corrente continua, e successivamente il
converter di potenza taglia portandola a 201,6 V in c.c., in questa
condizione batteria HV è in ricarica.
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Costruzione del Converter di Potenza
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Definizione del Converter DC / DC
• Converter DC/DC
• L’alimentazione per l’equipaggiamento ausiliario del veicolo, come
le luci, il sistema audio e l’aria condizionata (Ad esclusione del
compressore A/C), come gli altri moduli ECU, è basata su un
sistema in c.c. a 12 V.
• Dal momento che il generatore THS--II invia tensione nominale in
c.c. di 201.6 V, il converter viene utilizzato per trasformare la
tensione continua da 201.6 V in tensione continua a 12 V, al fine
di ricaricare la batteria ausiliaria. Il converter è installato sulla
parte inferiore dell’inverter.
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Costruzione del Converter DC / DC
da DC a AC
Stabilizzata
Controllo
di Tensione
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Riduzione
Rettificata
Inverter per il climatizzatore A/C
• Questo inverter converte la tensione nominale DC
206,6 V in c.c. in tensione AC 206,6 V in c.a. e fornisce
potenza per l’azionamento del compressore del
sistema A/C.
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Fine
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