Un inverter a modulazione di potenza di impulso converte la corrente continua in corrente alternata con frequenza e ampiezza variabili. Grazie alla sua semplicità d’uso, l’inverter a due livelli viene utilizzato in numerose applicazioni. Nella Figura 1.1 è raffigurato lo schema del circuito elettrico di un inverter a due punti e tre gambe. Ogni gamba dell’inverter a modulazione di potenza di impulso è costituita da un circuito half-bridge con due transistor bipolari a gate isolato (IGBT) e i corrispondenti diodi di potenza. Per basse tensioni di batteria, è possibile anche utilizzare i MOSFET. Gli inverter a modulazione di potenza di impulso con MOSFET non richiedono l’aggiunta di ulteriori diodi, poiché sono a conduzione inversa.
Un circuito half-bridge connette un punto di connessione all’interno della macchina (a seconda dello stato di commutazione dei transistori) con il polo positivo o negativo del circuito intermedio. Nell’inverter ideale che abbiamo preso in considerazione inizialmente, i commutatori e i diodi non dovrebbero presentare perdite di conducibilità nello stato “attivo” (u = 0) e, nello stato “disattivo”, dovrebbero essere disabilitati (i = 0). Lo stato di commutazione dovrebbe anche implicare l’assenza di ritardi.
La modalità operativa di un inverter a due punti è particolarmente chiara quando la curva temporale della tensione in uscita di un circuito half-bridge viene considerata in rapporto a una presa di tensione media M “virtuale” nel circuito intermedio. Le tensioni dell’inverter eνM con ν = 1, 2, 3, a seconda del segnale di controllo corrispondente, possono assumere il valore +Ud /2 con Sν = 1 o il valore di tensione -Ud /2 con Sν = 0.
(2.01)
Per calcolare le tensioni di linea nella macchina, si devono prima definire le equazioni dell'anello:
(2.02)
Considerando la correlazione u1 + u2 + u3 = 0, si può calcolare lo zero di sistema delle tensioni dell'inverter:
(2.03)
Un inverter a tre fasi è dotato di tre gambe e due commutatori per gamba in soli 2³ =8 diversi stati di tensione. Questo numero limitato di stati di tensione ha reso necessaria la presenza di dispositivi di controllo più avanzati negli inverter per fornire ai motori un’ampiezza di frequenza e tensione variabile. La modulazione di ampiezza di impulso è una strategia di controllo che consente di ottenere un ampio spettro di frequenze e ampiezze di tensione con solamente 8 stati di commutazione. Ciò avviene fornendo impulsi di corrente continua di diversa lunghezza al motore, che di fatto costituiscono un’onda sinusoidale quando vengono commutati a una frequenza sufficientemente alta.
Nella Figura 2.1 viene illustrata la modalità di generazione dei segnali di controllo tramite una semplice modulazione sinusoidale-triangolare. La tensione triangolare viene confrontata con la tensione sinusoidale desiderata: se la tensione sinusoidale è maggiore della differenza di tensione, viene generata una tensione positiva. Se la tensione sinusoidale è inferiore alla differenza di tensione, l’inverter a modulazione di ampiezza di impulso genera una tensione negativa. La frequenza della tensione triangolare è equivalente alla frequenza di commutazione dei semiconduttori di potenza.
