Convertitore Sigma-Delta su Raspberry PI per inverter multilivello

Last years saw an increased demand for electric energy from renewable sources, causing a growth in electric generation power plant production. This expansion induce the need for economic competitiveness of this kind of source compared to traditional fossil energy sources; in order to reduce the total cost of renewable energy, accumulating in generation, transmission and utilization phases, such as DC-AC inverters in photovoltaic energy production, the employment of limited-cost hardware is strategic: the utilization of mass produced electronic control boards (Raspberry Pi, Arduino...) can reduce the total hardware component cost. More over, the spread of electric vehicles, whom utilization is fundamental in order to decrease the amount of global air pollution, needs the employment of sophisticated control system: new control and signal modulation systems are spreading, such as Sigma-Delta Modulation, that can achieve robust performance. In the following document a Sigma-Delta based control system for multilevel inverter is designed and implemented on a Raspberry Pi 3B board. Simulations of the system are made using Simulink software by MATLAB, with consequent discussion of the results.

Negli ultimi anni si è assistito a una maggior richiesta di energia elettrica proveniente da fonti rinnovabili, che ha avuto come conseguenza un aumento degli impianti generatori di energia elettrica sostenibili. A fronte dell’aumento della potenza elettrica generata, sorge una necessità: le fonti rinnovabili devono essere economicamente competitive rispetto all’energia prodotta tramite tecniche tradizionali per consentirne un rapido impiego. Un importante contributo circa il costo della produzione viene dall’hardware impiegato nella generazione, controllo e trasmissione dell’energia, per esempio gli inverter DC-AC in campo fotovoltaico: l’utilizzo di schede di controllo con produzione di massa (Raspberry Pi, Arduino…) consentono di ridurre i costi circa la realizzazione di hardware dedicato, permettendo in tal modo anche l’accesso alla progettazione del controllo dell’energia a un vasto bacino di persone che possono apportare migliorie alle tecniche attuali. D’altra parte, i veicoli elettrici stanno acquisendo un utilizzo sempre più rilevante nel settore dei trasporti. Le conseguenze del cambiamento climatico dovuto alle emissioni di gas serra spingono a vagliare alternative alle tradizionali tecnologie di trasporto su strada. L'uso di veicoli elettrici è una soluzione per l'abbattimento dell'emissione di gas serra nell'atmosfera. Il controllo dei motori elettrici impiegati nei veicoli necessita di una componentistica affidabile e precisa: a tal fine nuovi sistemi di modulazione ed elaborazione dei segnali di controllo si diffondono, tra cui la modulazione Sigma-Delta, che consente di raggiungere performance rilevanti rispetto alle metodologie tradizionali. In questo documento viene presentato un sistema di controllo di un inverter DC-AC a 5 livelli da parte di un convertitore Sigma-Delta installato su una scheda Raspberry Pi 3B, con conseguente simulazione su software Simulink e discussione dei risultati.