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Inverter e differenziale classe B

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Ciao a tutti, oramai molte case costruttrici prescrivono il differenziale classe B per la protezione dei convertitori di frequenza, non sono ancora riuscito ad avere una spiegazione univoca delle caratteristiche di questo differenziale, c'è chi dice che è immune agli scatti intempestivi causate dalle correnti di fuga dei filtri emc, a me è stato detto che il classe B serve in caso di guasto a terra del DC bus perchè i differenziali di classe AC e A non sono adatti alle componenti continue  e potrebbero non intervenire, credo che sia così anche perchè hanno due toroidi anzichè uno, grazie per eventuali conferme/smentite

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Livio Orsini
8 ore fa, bele scrisse:

a me è stato detto che il classe B serve in caso di guasto a terra del DC bus

 

Ti hanno detto una cosa corretta.

Il guasto a terra dal lato continua è meno raro di quel che si pensi.

Qui trovi una spiegazione completa.


Messaggio editato da Livio Orsini

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Carlo Albinoni

Gli interruttori differenziali di tipo B sono entrambe le cose.

 

Sensibili a un vasto insieme di forme d'onda, compresa la continua e le alte frequenze, e immuni agli scatti intempestivi.

In passato questa era una caratteristica tipica, da un po' di edizioni della norma è proprio una prescrizione.

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Sandro Calligaro

Poco tempo da, dopo una discussione con dei colleghi sulla questione dei guasti verso terra dal bus DC e dalle fasi di un inverter, avevo fatto qualche simulazione a supporto del ragionamento a cui eravamo arrivati.

 

Visto che mi costa poco, ve le riporto, caso mai possano tornare utili a qualcuno in futuro (questa è la tipica discussione "da bar" per tecnici elettrici/elettronici...).

 

Le simulazioni sono fatte con PLECS.

Le resistenze sono R2=1 Ohm (10 nella seconda simulazione, altrimenti non convergeva), Rload = 1 kOhm, Rleak = 100 Ohm.

Vengono mostrati i circuiti, le tensioni e le correnti di linea.

 

La continua sulle correnti di linea nel caso di guasto sul bus DC è positiva o negativa, a seconda che il terminale in guasto sia il + o il -.

 

La continua sulle correnti di linea nel caso di guasto all'uscita dell'inverter dipende dal duty-cycle, per cui in funzionamento normale (frequenza di uscita fissa e non bassissima), mediamente quella corrente è AC.

 
______________________________________________________________________________________________________________________________

RADDRIZZATORE E PERDITA SU BUS DC:

image.png.a25a8f52e4e2c89161f9ccc52a361181.png

image.thumb.png.5132c0eba495b450ff4c8472827c6830.png

 

______________________________________________________________________________________________________________________________
 
CON INVERTER (dispersione su fase a)
image.png.179cd1202719e9ed6c5f2f72bf7a1192.png
 
 
duty quasi 0%
image.thumb.png.56a53fcb387ded27bcdae46376f2b1be.png
 
 
duty circa 50%
image.thumb.png.040cc1ca279427482a726bfaea217bf9.png
 
 

duty  quasi 100%

image.thumb.png.f5b97b53450fdabb1a3aba45a9124f5f.png

 

 


Messaggio editato da Sandro Calligaro

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Livio Orsini

Bellavoro Sandro!

17 minuti fa, Sandro Calligaro scrisse:

Le simulazioni sono fatte con PLECS.

 

Che cos'è? un simulatore tipo Simulink?

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ivano65

il freno maggiore alla  loro diffusione di massa e' purtroppo il prezzo molto elevato

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Sandro Calligaro
1 ora fa, Livio Orsini scrisse:

Che cos'è? un simulatore tipo Simulink?

Sì, PLECS (di Plexim) è volutamente simile a Simulink (all'inizio era un blockset per Simulink, poi hanno creato anche un loro ambiente "standalone").

 

Ha alcuni vantaggi importanti rispetto a Simulink, e ovviamente qualche svantaggio:

+ costa di meno

+ è nato per i circuiti (Simulink riesce ad integrare circuiti, ma con molta difficoltà e comunque con problemi di risoluzione) e sistemi con commutazioni (che sono critici per Simulink, perché tendono a richiedere passi di simulazione molto stretti), in conclusione è molto più comodo e veloce, per questo uso

+ ha degli strumenti di analisi dei risultati che solo recentemente Simulink ha introdotto (e non del tutto), ad esempio l'analisi armonica al volo (si vede nelle figure)

+ ha una politica molto vantaggiosa per le università ecc (ad esempio, licenze studente illimitate)

- non ha un ambiente completo come Matlab alle spalle (usa il "clone" Octave), anche se ultimamente si possono integrare schemi PLECS in Simulink

- essendo relativamente meno diffuso e più "giovane" di Simulink, ha qualche bug in più, e la comunità di utilizzatori è meno grande (anche se, credo, in crescita)

- se si vogliono scrivere funzioni (sia per il comportamento di sistemi, che di controllori), occorre scrivere in C (non è un vero svantaggio).

+ ad un prezzo inferiore a molti concorrenti (<10 k€) dà la possibilità di avere un emulatore hardware, da usare come emulatore di un sistema fisico o di un controllore (può servire ad esempio per testare schede di controllo per alta potenza, senza far danni per un bug stupido).

 

Se sei curioso 😉, puoi chiedere una licenza prova per 1 mese, oppure anche solo dare un'occhiata all'implementazione "web": https://www.plexim.com/node/1092

 

PS: non era mio intento fare il testimonial, solo dire che è una buona alternativa allo strumento "standard"...


Messaggio editato da Sandro Calligaro

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Carlo Albinoni
5 ore fa, Sandro Calligaro scrisse:

Poco tempo da, dopo una discussione con dei colleghi sulla questione dei guasti verso terra dal bus DC e dalle fasi di un inverter, avevo fatto qualche simulazione a supporto del ragionamento a cui eravamo arrivati.

 

 

bel lavoro

poi si potrebbe anche inserire il PFC

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bele

Grazie a tutti per la delucidazione,  perchè di solito il differenziale tipo B viene spacciato come oggetto risolutore contro gli scatti intempestivi (che in parte può essere vero) ma non viene quasi mai citata la funzione più importante che quella di intervenire su guasto con componenti continue e non solo.

 

Ma a questo punto dovrebbe essere un obbligo l'installazione del differenziale tipo B, in quanto se non è garantito l'intervento in caso guasto verso terra del dc bus,  o quantomeno si dovrebbe verificare che il coordinamento dell'impianto di terra e l'interruttore di protezione limiti la tensione di contatto sotto i 50 V o 25 V a seconda dei casi.

 

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Sandro Calligaro
56 minuti fa, Carlo Albinoni scrisse:

poi si potrebbe anche inserire il PFC

Un eventuale PFC, che però è molto raro negli inverter commerciali, complicherebbe le cose, perché di mezzo ci sarebbe il controllore del PFC stesso, che controlla la corrente affinché lato AC sia sinusoidale. Il controllore tra l'altro potrebbe anche "vedere" l'anomalia (non potrebbe però aprire il circuito).

 

In ogni caso, la questione è interessante perché subdola.

Inoltre mi pare che le informazioni sui differenziali siano spesso confuse. Riguardo a questo, è molto utile l'articolo postato da Livio.


Messaggio editato da Sandro Calligaro

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Carlo Albinoni
9 ore fa, bele scrisse:

Ma a questo punto dovrebbe essere un obbligo l'installazione del differenziale tipo B, in quanto se non è garantito l'intervento in caso guasto verso terra del dc bus,  o quantomeno si dovrebbe verificare che il coordinamento dell'impianto di terra e l'interruttore di protezione limiti la tensione di contatto sotto i 50 V o 25 V a seconda dei casi.

 

 

La questione è delicata e controversa. Del resto, tra i costruttori di differenziali, molti non producono il tipo B (è presente nei cataloghi ma non hanno interesse a venderlo). Vero è che i costruttori di elettronica di potenza potrebbero progettare i loro apparecchi esenti per costruzione da guasti  DC oltre 6 mA (il massimo sopportato per norma dai differenziali di tipo A).

Direi di seguire la IEC 62477-1 che cosi si può riassumere.

Apparecchi a spina domestica sino a 4 kW: massimo guasto DC 6 mA.

In tutti gli altri casi, il costruttore deve valutare il proprio apparecchio e dichiarare nelle istruzioni se è necessario il tipo B o e sufficiente il tipo A (o F).

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Livio Orsini
14 ore fa, Sandro Calligaro scrisse:

 

Se sei curioso 😉, puoi chiedere una licenza prova per 1 mese, oppure anche solo dare un'occhiata all'implementazione "web":

 

Grazie Sandro.

la mia era solo una curiosità sullo strumento che non conosco; oramai non mi dedico più tanto ad analisi teoriche. Però se dici che è dedicato ai circuiti, un giro sul sito, per vedere  e capire di più, ce lo faccio.

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bele
13 ore fa, Carlo Albinoni scrisse:

 

La questione è delicata e controversa. Del resto, tra i costruttori di differenziali, molti non producono il tipo B (è presente nei cataloghi ma non hanno interesse a venderlo). Vero è che i costruttori di elettronica di potenza potrebbero progettare i loro apparecchi esenti per costruzione da guasti  DC oltre 6 mA (il massimo sopportato per norma dai differenziali di tipo A).

Direi di seguire la IEC 62477-1 che cosi si può riassumere.

Apparecchi a spina domestica sino a 4 kW: massimo guasto DC 6 mA.

In tutti gli altri casi, il costruttore deve valutare il proprio apparecchio e dichiarare nelle istruzioni se è necessario il tipo B o e sufficiente il tipo A (o F).

 

Il problema è che che la tensione del DC bus non è sempre circoscritta all'interno dell'inverter, esempio resistenze di frenatura o chopper di frenatura esterni è quindi molto difficile scongiurare con certezza il guasto a terra. 

 

Scusa ho capito bene ? se ad esempio ho un dispositivo di ricarica per un'auto elettrica fino a 4 kW devo mettere un dispositivo che limiti il guasto a terra a 6 mA ?

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Carlo Albinoni
2 ore fa, bele scrisse:

Scusa ho capito bene ? se ad esempio ho un dispositivo di ricarica per un'auto elettrica fino a 4 kW devo mettere un dispositivo che limiti il guasto a terra a 6 mA ?

 

Allora:

- se ho un apparecchio con spina domestica sino a 4 kW, essendo questo tale da non generare più di 6 mA dc verso terra, può essere protetto da differenziale di tipo A (v. IEC 62477-1)

- se ho un dispositivo di ricarica con presa EV (modo 3), questo segue regole specifiche (v. IEC 61851-1, oppure la sez. 722 nella CEI 64-8 V5 appena pubblicata): deve avere differenziale tipo B oppure di tipo A più dispositivo che limita in guasto a 6 mA dc (che possono già trovarsi all'interno della stazione di ricarica), perché il veicolo potrebbe avere dispersioni oltre 6 mA dc (v. ISO 17409)

- apparecchiature generiche a spina industriale o a installazione fissa: come da indicazioni del fabbricante (v. IEC 62477-1)


Messaggio editato da Carlo Albinoni

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Livio Orsini
7 ore fa, Carlo Albinoni scrisse:

perché il veicolo potrebbe avere dispersioni oltre 6 mA dc (v. ISO 17409)

 

Ma a me sembra molto improbabile, per non dire impossibile, visto che il veicolo è completamente isolato da terra.

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Carlo Albinoni
35 minuti fa, Livio Orsini scrisse:

il veicolo è completamente isolato da terra.

 

Beh, no. Durante la ricarica è messo a terra tramite lo stesso connettore di ricarica.

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Livio Orsini
9 minuti fa, Carlo Albinoni scrisse:

Durante la ricarica è messo a terra tramite lo stesso connettore di ricarica.

 

Quindi se ho capito bene l'intera massa del veicolo viene connessa elettricamente all'impianto di terra del luogo dove è situata la presa di energia elettrica.

A me sembra una pessima scelta, però se i costruttori d'auto elettriche han fatto così, va accettato se si acquista un'auto elettrica.

Da parte mia, visto anche la mia età, posso affermare che non acquisterò mai un'auto elettrica.:smile:

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Carlo Albinoni
31 minuti fa, Livio Orsini scrisse:

Quindi se ho capito bene l'intera massa del veicolo viene connessa elettricamente all'impianto di terra del luogo dove è situata la presa di energia elettrica.

A me sembra una pessima scelta, però se i costruttori d'auto elettriche han fatto così, va accettato se si acquista un'auto elettrica.

Perché sarebbe una pessima scelta?

Allora sarebbe lo stesso per qualunque apparato di potenza messo a terra.

Comunque sui sistemi di ricarica dei veicoli e della relativa sicurezza si lavora almeno da 15 anni, non è che si fanno le cose improvvisate.

 

Quote

Da parte mia, visto anche la mia età, posso affermare che non acquisterò mai un'auto elettrica.:smile:

Mai dire mai. Ormai a dicembre le vendite di auto elettriche hanno superato il 3% del totale in Europa, e già in questi mesi usciranno molte novità. Stiamo veramente entrando nella fase di maggior crescita della curva ad S.

Certo, in Italia, siamo 10 anni indietro rispetto agli altri paesi industrializzati.


Messaggio editato da Carlo Albinoni

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Sandro Calligaro
il 14/3/2019 at 08:08 , Livio Orsini scrisse:

Quindi se ho capito bene l'intera massa del veicolo viene connessa elettricamente all'impianto di terra del luogo dove è situata la presa di energia elettrica.

A me sembra una pessima scelta, però se i costruttori d'auto elettriche han fatto così, va accettato se si acquista un'auto elettrica.

Perché la ritieni pessima, Livio?

Viene collegata la terra, mentre tutto il resto è isolato dalla rete. Il caricabatterie a bordo deve essere isolato e la batteria è a sua volta (che io sappia) disconnessa dalla massa del veicolo.

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Livio Orsini
2 ore fa, Sandro Calligaro scrisse:

Il caricabatterie a bordo deve essere isolato e la batteria è a sua volta (che io sappia) disconnessa dalla massa del veicolo.

 

Nelle autovetture tradizionali c'è un polo connesso a massa e, da alcuni decenni, è sempre il negativo; in questo modo praticamente tutto l'impianto elettrico del veicolo è monofilare.

Non conosco i dettagli delle auto elettriche, anche perchè non me ne sono mai interessato troppo. Presumo che ci siano 2 impianti distinti: quello in continua a bassa tensione per luci e strumentazione e quello di potenza che alimenta i brushless di trazione.

Dipende da come sono interconnessi i 2 impianti. Se l'equivalente del DC bus per alimentare gli inverters di trazione ha il negativo in comune con l'impianto tradizionale è obbligatorio mettere a terra la massa del veicolo durante la ricaricarica.

 

Però, ripeto, io non conosco i dettagli di questi dispositivi, anche perchè non mi hanno mai appassionato.

Io appartengo a quelal generazione che considera il rumore di un motore a scoppio un "canto", canto che rende(va) riconoscibili i vari motori. Un autoveicolo o un motoveicolo che corre silenzioso, il cui unico rumore è il fruscio degli pneumatici e del vento è, per me, quasi allucinante.:smile:🏴󠁧󠁢󠁷󠁬󠁳󠁿

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Carlo Albinoni
2 ore fa, Livio Orsini scrisse:

Non conosco i dettagli delle auto elettriche, anche perchè non me ne sono mai interessato troppo. Presumo che ci siano 2 impianti distinti: quello in continua a bassa tensione per luci e strumentazione e quello di potenza che alimenta i brushless di trazione.

Dipende da come sono interconnessi i 2 impianti. Se l'equivalente del DC bus per alimentare gli inverters di trazione ha il negativo in comune con l'impianto tradizionale è obbligatorio mettere a terra la massa del veicolo durante la ricaricarica.

 

Grosso modo è così.

 

C'è un circuito a "alta" tensione (di solito 400 V, ma in futuro 800 V), quello con i cavi arancioni, che collega batterie di trazione, drive motore, riscaldamento/condizionamento, uscita caricabatteria ed eventuale connettore ricarica DC (con tutte le protezioni, fusibili, contattori, monitor di isolamento).

Durante la marcia questo circuito è completamente isolato dal telaio e da terra, ovviamente.

C'è poi il circuito usuale 12 V per tutto il resto, con la sua batteria al piombo e convertitore DC/DC con separazione elettrica che lo alimenta (come l'alternatore delle auto tradizionali).

 

Durante la ricarica DC, il circuito a 400 V diventa un unico sistema IT con l'uscita DC della stazione di ricarica, che è pure IT con una separazione elettrica tra le rete di alimentazione e l'uscita DC.

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Livio Orsini

Ho capoito.

Giustamente, per motivi di sicurezza, il circuito di alta tensione è completamente isolato dal telaio metallico, dalla massa dell'autoveicolo.

Quindi durante la ricarica il telaio della vettura non viene messo a terra, ma solo il circuito elettrico di potenza è connesso a terra.

Però, se questo circuito è completamente isolato dalla massa dell'autoveicolo, che scopo ha collegarlo a terra?

Sarebbe come connettere a terra un apparecchio televisivo a "doppio isolamento" che, come sappiamo, la cui spina di alimentazione non ha il reoforo di terra.

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Carlo Albinoni
2 ore fa, Livio Orsini scrisse:

Quindi durante la ricarica il telaio della vettura non viene messo a terra, ma solo il circuito elettrico di potenza è connesso a terra.

Però, se questo circuito è completamente isolato dalla massa dell'autoveicolo, che scopo ha collegarlo a terra?

 

 

In realtà (durante la ricarica), è un sistema IT, quindi le masse sono messe a terra (tramite il connettore stesso di ricarica). Pure sono a massa, gli eventuali schermi di protezione.

 

Nel caso della ricarica DC, ha analogie con l'IT medico: è un IT ma la sicurezza è anche garantita dalla presenza della sorgente elettricamente separata da terra che limita l'eventuale corrente di guasto a terra.

L'analogia finisce qui. Mentre un IT medico e in generale l'IT è fatto per garantire il servizio in presenza di un singolo guasto, nel caso della ricarica un singolo guasto la interrompe o non la fa avviare.

 

Nel caso della ricarica AC di solito il caricabatteria di bordo ha la separazione elettrica, ma non sempre.

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Livio Orsini
2 minuti fa, Carlo Albinoni scrisse:

el caso della ricarica AC di solito il caricabatteria di bordo ha la separazione elettrica, ma non sempre.

 

Se non c'è la sicurezza dell'isolamento galvanico è corretto che si prescriva la messa a terra.

 

Visto che oramai siamo in completo OT (poi dividerò in 2 la discussione eventualmente).

Rimane, a mio avviso, un problema che non è limitato alla ricarica.

Se i motori sono collegati elettricamente alla massa dell'autovettura, potrebbe succedere in caso di guasto o di invidente, che i passeggeri siano folgorati.

Ricordo che, pochi anni fa, in occasione di unincidente accaduto durante le prove, il pilota di F1 Alonso, subì un grave shock da folgorazione dovuto ad un contatto accidentale con l'energia elettrica della trazione elettrica supplementare della sua autovettura.

Sai cosa è previsto sulle autovetture elettriche "normali", ed anche sulle ibride, per prevenire simili accadimenti?

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Carlo Albinoni
3 ore fa, Livio Orsini scrisse:

Se i motori sono collegati elettricamente alla massa dell'autovettura, potrebbe succedere in caso di guasto o di invidente, che i passeggeri siano folgorati.

 

Le parti a tensione pericolosa hanno specifici requisiti di isolamento e/o schermaggio previsti dalle corrispondenti norme ISO (il veicolo è sotto ISO, sia pure in collaborazione con IEC).

Vale sempre il principio del doppio guasto, se no non si prende la scossa.

In caso di primo guasto a massa le batterie sono escluse, come pure in caso di urto forte.

 

Ormai circolano più di 8 milioni di auto elettriche nel mondo (molte di più se considerassimo anche le ibride non ricaricabili con batterie a tensione pericolosa).

Molte, ovviamente, sono state coinvolti incidenti gravi con morti.

Ad oggi nessuna notizia di folgorazione per quanto ne so io.

Mentre c'è una certa incidenza di incendio delle batterie (anche se secondo alcuni studi con una incidenza pari a 1/50 circa rispetto al caso delle auto a combustibile che ogni giorno prendono a fuoco a decine solo in Italia).

 

Circa le auto di Formula 1 - come pure quelle della Formula E attuale - esse non seguono le norme previste per le auto elettriche di serie. Francamente non so nemmeno se seguano delle norme.

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