Modularità e affidabilità negli azionamenti elettrici per interruttori ad alta tensione

In questo lavoro di ricerca è stato analizzato un azionamento elettrico per motori trifase a magneti permanenti, di tipo MMC, applicato come comando per gli interruttori ad alta tensione HVCB e avente un design di tipo orientato all’affidabilità (DFR – Design For Reliability). Un azionamento elettrico tradizionale, utilizzato come base di partenza per le successive analisi, è stato studiato sotto il profilo dei componenti che lo compongono ed è stata fatta una stima di quali di essi possano essere elementi critici che ne possano inficiare la prestazione o lo stesso funzionamento per il quale è stato pensato. Sono state introdotte e descritte le camere di interruzione per HVCB e sono state raccolte informazioni sulla progettazione di tipo affidabile (DFR), dove sono stati definiti e descritti gli attuali metodi di analisi predittiva del guasto e usura dei componenti elettronici in generale. E’ stato sviluppato e analizzato il modello di simulazione dell’azionamento elettrico tradizionale, dettagliato nel suo complesso, comprendente l’elettronica di potenza, il motore PMSM e il sistema di controllo. Il carico meccanico è stato ipotizzato e dimensionato per l’applicazione specifica prevista e alcune prove sono state eseguite su di un prototipo da laboratorio, con lo scopo di poter validare, successivamente, tramite test sperimentali eseguiti sull’interruttore HVCB al quale è stato applicato, l’azionamento e il suo modello di simulazione. Sono stati applicati i modelli di calcolo predittivo sugli elementi critici dell’azionamento e i risultati sono serviti come base per giustificare lo sforzo nella ricerca di topologie innovative, come nel caso del nuovo convertitore modulare MMC, introdotto nel presente lavoro. Gli elementi critici, sotto il profilo dell’affidabilità, sono stati resi ridondanti e modulari, grazie alle caratteristiche del convertitore MMC e con lo scopo finale di poter aumentare la robustezza del sistema. E’ stato sviluppato un ulteriore modello di simulazione completo del convertitore MMC, nel medesimo modo di quanto fato per l’azionamento tradizionale e ne sono stati confrontati i risultati con quelli ottenuti tramite il modello di simulazione validato sperimentalmente in precedenza. Si è quindi potuto confrontare le prestazioni dei due convertitori applicati sul medesimo carico, al fine di validare il dimensionamento fatto per i nuovi componenti del convertitore modulare e le prestazioni di quest’ultimo, nel suo complesso. Le simulazioni di anomalie arbitrarie ai componenti del circuito di potenza del nuovo convertitore MMC, soddisfa pienamente le aspettative di affidabilità ricercata, permettendo di mantenere il sistema operativo e funzionante, anche in condizioni di guasto ad uno degli elementi interni del convertitore. L’utilizzo di un azionamento elettrico con topologia modulare, permette, inoltre, di poter sfruttare le proprie componenti in maniera continuativa, escludendone automaticamente quelle difettose dal circuito ed evitando di dover realizzare complesse strutture ridondanti per ottenere il medesimo risultato