ID:
504723
Durata (ore):
52
CFU:
6
SSD:
CONVERTITORI, MACCHINE E AZIONAMENTI ELETTRICI
Anno:
2024
Dati Generali
Periodo di attività
Primo Semestre (30/09/2024 - 20/01/2025)
Syllabus
Obiettivi Formativi
I primi 6 CFU di questo corso mirano a fornire agli studenti la conoscenza delle principali tipologie di convertitori elettronici (raddrizzatore, convertitore a stella trifase, raddrizzatore a ponte, chopper, inverter con PWM) applicati a due tipi di macchine elettriche rotanti (macchina a collettore in corrente continua e macchina asincrona) e i principali schemi di controllo di base per controllarne la coppia e la velocità, sia in anello aperto che in anello chiuso.
Al termine di questa parte del corso, gli studenti dovrebbero essere in grado di definire i criteri generali per comandare queste macchine elettriche rotanti rispetto alle prestazioni richieste dagli utilizzatori in termini di coppia e velocità, tenendo conto dei loro limiti operativi. Inoltre, gli studenti acquisiranno la conoscenza dei prerequisiti necessari per frequentare la seconda parte di questo corso.
Per i successivi 3 CFU:
Questa sezione del corso presenta alcuni aspetti del funzionameto in regime statico e dinamico degli azionamenti elettrici, in particolare con macchine a induzione e brushless alimentate da convertitori statici.
Al termine di questa parte del corso, gli studenti dovrebbero essere in grado di definire i criteri generali per comandare queste macchine elettriche rotanti rispetto alle prestazioni richieste dagli utilizzatori in termini di coppia e velocità, tenendo conto dei loro limiti operativi. Inoltre, gli studenti acquisiranno la conoscenza dei prerequisiti necessari per frequentare la seconda parte di questo corso.
Per i successivi 3 CFU:
Questa sezione del corso presenta alcuni aspetti del funzionameto in regime statico e dinamico degli azionamenti elettrici, in particolare con macchine a induzione e brushless alimentate da convertitori statici.
Prerequisiti
Agli studenti che frequenteranno i primi 6 CFU di questo corso è richiesto di possedere o acquisire un’adeguata formazione iniziale sulle seguenti conoscenze: circuiti elettrici, sistemi elettrici trifase, campo magnetico rotante, principi base di funzionamento delle principali macchine elettriche rotanti, dell’elettronica di potenza, della meccanica e dei controlli automatici.
Per i successivi 3 CFU:
Trasformazioni tra sistemi di riferimento: Abc, alfa/beta, dq.
Motore a induzione: circuito equivalente ed equazioni vettoriali in regime comunque variabile.
Inverter 3fase a 2 livelli: interruttori statici, configurazioni, vettpri di tensione, generazione segnali di comando agli interruttori statici.
Inverter di tensione controllati in corrente.
Per i successivi 3 CFU:
Trasformazioni tra sistemi di riferimento: Abc, alfa/beta, dq.
Motore a induzione: circuito equivalente ed equazioni vettoriali in regime comunque variabile.
Inverter 3fase a 2 livelli: interruttori statici, configurazioni, vettpri di tensione, generazione segnali di comando agli interruttori statici.
Inverter di tensione controllati in corrente.
Metodi didattici
I primi 6 CFU del corso corrispondono a 52 ore e precisamente: 33 ore di lezioni e 19 di esercitazioni. Sono organizzati mediante lezioni frontali, caratterizzate da presentazioni PowerPoint, e approfondimenti alla lavagna. Le presentazioni in PowerPoint permettono di mostrare immagini di macchine elettriche, schemi di convertitori elettronici e schemi di controllo, utili al raggiungimento degli obiettivi del corso. Durante il corso vengono presentate in aula o in laboratorio alcune parti di macchine elettriche e altri dispositivi.
Per i successivi 3 CFU:
Lezioni (ore/anno in aula): 12
Esercitazioni (ore/anno in aula): 19
Attività pratiche /Seminari - (ore/anno in aula): 0
Per i successivi 3 CFU:
Lezioni (ore/anno in aula): 12
Esercitazioni (ore/anno in aula): 19
Attività pratiche /Seminari - (ore/anno in aula): 0
Verifica Apprendimento
L’esame dei primi 6 CFU consiste in una prova orale individuale per valutare le competenze acquisite in relazione ai contenuti di questa parte del corso. La prova verte su almeno tre argomenti distinti trattati durante il corso. La valutazione finale si basa sul grado di comprensione degli argomenti presentati e sulla capacità di integrare le conoscenze acquisite durante il corso.
Per i successivi 3 CFU, saranno organizzate delle sessioni d'esame scritte, tenute in presenza. con una serie di domande a cui rispondere in modo "aperto".
In alcuni casi possono venire proposti esami orali, eventualmente comprendenti semplici esercizi sui contenuti di base delle lezioni.
L’esito di eventuali relazioni su argomenti specifici concordati col docente durante il corso, così come la valutazione dell'interesse manifestato dagli allievi durante le lezioni, concorrerà alla proposta del voto finale.
Solo in particolari circostanze potranno venire organizzate sessioni di esami in modalità telematica.
Per i successivi 3 CFU, saranno organizzate delle sessioni d'esame scritte, tenute in presenza. con una serie di domande a cui rispondere in modo "aperto".
In alcuni casi possono venire proposti esami orali, eventualmente comprendenti semplici esercizi sui contenuti di base delle lezioni.
L’esito di eventuali relazioni su argomenti specifici concordati col docente durante il corso, così come la valutazione dell'interesse manifestato dagli allievi durante le lezioni, concorrerà alla proposta del voto finale.
Solo in particolari circostanze potranno venire organizzate sessioni di esami in modalità telematica.
Testi
Le presentazioni in PowerPoint, preparate e utilizzate dal docente durante i primi 6 CFU del corso, sono disponibili per gli studenti in formato PDF tramite il sito KIRO. Tale documentazione è sufficientemente dettagliata per costituire il testo di riferimento dei primi 6 CFU del corso.
Per ulteriori dettagli relativi all’elettronica di potenza si può consultare il seguente testo:
Ned Mohan, Tore M. Undeland, William P. Robbins, “Power Electronics: Converters, Applications, and Design”, John Wiley &Sons, 2003.
Per i successivi 3 CFU, di seguito sono indicati alcuni testi di carattere generale sugli azionamenti elettrici; altro materiale (fotocopie lucidi, appunti, libri, articoli tecnici, cataloghi e simili), normalmente sotto forma di link ad indirizzi sul Web, verrà fornito dal docente nel corso delle lezioni. Vedi piattaforma KIRO.
N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Power Electronics: Converters, Applications and Design – John Wiley &Sons, 2003
Bimal K. BOSE – Power Electronics & Motor Drives – Elsevier, 2006
Austin HUGHES – Electric Motors and Drives – Elsevier, 2006
T.J.E. MILLER - Brushless Permanent-Magnet and Reluctance Motor Drives-Clarendon Press, 1989
P.C. SEN – Principles of Electric Machines and Power Electronics – Wiley, 2014
Piotr WACH – Dynamics and Control of Electrical Drives – Springer, 2011
Murphy, Turnbull. A.C. current control. Pergamon Press,1988
(NON scaricabile).
W. Leonhard. Control of Electrical Drives. Springer Verlag, 2003.
A. M. Trzynadlowski: Control of Induction Motors. Academic Press; 1st edition 2000.
Sono inoltre disponbili le registrazioni delle lezioni dell'anno accademico 2020/21 trasmesse in diretta.
Per ulteriori dettagli relativi all’elettronica di potenza si può consultare il seguente testo:
Ned Mohan, Tore M. Undeland, William P. Robbins, “Power Electronics: Converters, Applications, and Design”, John Wiley &Sons, 2003.
Per i successivi 3 CFU, di seguito sono indicati alcuni testi di carattere generale sugli azionamenti elettrici; altro materiale (fotocopie lucidi, appunti, libri, articoli tecnici, cataloghi e simili), normalmente sotto forma di link ad indirizzi sul Web, verrà fornito dal docente nel corso delle lezioni. Vedi piattaforma KIRO.
N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins – Power Electronics: Converters, Applications and Design – John Wiley &Sons, 2003
Bimal K. BOSE – Power Electronics & Motor Drives – Elsevier, 2006
Austin HUGHES – Electric Motors and Drives – Elsevier, 2006
T.J.E. MILLER - Brushless Permanent-Magnet and Reluctance Motor Drives-Clarendon Press, 1989
P.C. SEN – Principles of Electric Machines and Power Electronics – Wiley, 2014
Piotr WACH – Dynamics and Control of Electrical Drives – Springer, 2011
Murphy, Turnbull. A.C. current control. Pergamon Press,1988
(NON scaricabile).
W. Leonhard. Control of Electrical Drives. Springer Verlag, 2003.
A. M. Trzynadlowski: Control of Induction Motors. Academic Press; 1st edition 2000.
Sono inoltre disponbili le registrazioni delle lezioni dell'anno accademico 2020/21 trasmesse in diretta.
Contenuti
Di seguito sono riportati sinteticamente i contenuti dei primi 6 CFU di questo corso.
Concetti meccanici applicati agli azionamenti elettrici: equazione meccanica dinamica, coppia e inerzia riflesse, curve di coppia/velocità del motore e del carico, stabilità di un punto di lavoro, jerk, vibrazioni torsionali negli azionamenti elettrici, sistema risonante a due masse, rapporto di trasmissione ottimale.
Convertitori AC/DC e DC/DC: schemi e principi di funzionamento di raddrizzatori, convertitore a stella trifase, raddrizzatore a ponte, chopper.
Macchina a collettore in corrente continua: principi di funzionamento e principali aspetti costruttivi della macchina a collettore; principali equazioni della macchina a collettore; regioni operative nel piano coppia-velocità; limiti operativi; funzioni di trasferimento del motore a collettore; controllore PI; controllo di coppia del motore a collettore.
Convertitori DC/AC: schemi e principi di funzionamento dell’inverter; tensione di modo comune; tempi morti; metodo PWM; regioni operative dell’inverter; funzionamento ad onda quasi-quadra; iniezione della terza armonica.
Macchine in corrente alternata: campo magnetico rotante; principi di funzionamento e principali aspetti costruttivi della macchina asincrona; circuito equivalente del motore asincrono; curve caratteristiche del motore asincrono; regioni operative del motore asincrono; flusso di energia in un azionamento elettrico; contenuto armonico della corrente statorica; schemi di controllo per motori asincroni (controllo del flusso costante, controllo del flusso ad anello chiuso, compensazione dello scorrimento, controllo di coppia ad anello aperto, controllo di velocità ad anello chiuso, controllo con inverter a tensione impressa controllato in corrente).
Modello di macchina ad induzione: trasformazione d-q-0; sistema di riferimento stazionario.
Motore sincrono a magneti permanenti (PMSM): principi di funzionamento e principali aspetti costruttivi del PMSM; sensori per azionamenti elettrici.
Gli argomenti seguenti coprono invece la parte di corso tenuta da E. Bassi, corrispondente a 3 cfu.
A) Controllo a Orientamento di Campo (Controllo Vettoriale): 1- Orientamento sul flusso di rotore, 2- Procedura di regolazione, 3- Conttrollo Diretto/Indiretto, 4- Controllo di corrente e disaccoppiamento delle variabili.
B) PWM con vettori di spazio: 1- Descrizione della procedura, 2- Frequenza di campionamento e calcolo dei sottointervalli, 3- Generazione delle sequenze di configurazioni (simmetrica, diretta-diretta, ...), 4) Limiti di tensione (esagono), campo di tensione e sovramodulazione, 5- Definizione del vettore "Tensione di Riferimento".
C) Macchine sincrone a magneti permanenti (Azionamenti con motore brushless sinusoidale): 1- Aspetti costruttivi di base (macchine a magneti superficiali e con magneti interni), 2- Equazioni elettriche e generazione della Coppia, 3- Modello sul sistema di riferimento d-q e controllo di coppia, 4- Funzionamento a coppia costante e con indebolimento di campo.
D) Convertitore attivo lato-rete (AFE): 1- Schema e generalità sul controllo, 2- Regolazione su riferimento fisso e rotante.
Concetti meccanici applicati agli azionamenti elettrici: equazione meccanica dinamica, coppia e inerzia riflesse, curve di coppia/velocità del motore e del carico, stabilità di un punto di lavoro, jerk, vibrazioni torsionali negli azionamenti elettrici, sistema risonante a due masse, rapporto di trasmissione ottimale.
Convertitori AC/DC e DC/DC: schemi e principi di funzionamento di raddrizzatori, convertitore a stella trifase, raddrizzatore a ponte, chopper.
Macchina a collettore in corrente continua: principi di funzionamento e principali aspetti costruttivi della macchina a collettore; principali equazioni della macchina a collettore; regioni operative nel piano coppia-velocità; limiti operativi; funzioni di trasferimento del motore a collettore; controllore PI; controllo di coppia del motore a collettore.
Convertitori DC/AC: schemi e principi di funzionamento dell’inverter; tensione di modo comune; tempi morti; metodo PWM; regioni operative dell’inverter; funzionamento ad onda quasi-quadra; iniezione della terza armonica.
Macchine in corrente alternata: campo magnetico rotante; principi di funzionamento e principali aspetti costruttivi della macchina asincrona; circuito equivalente del motore asincrono; curve caratteristiche del motore asincrono; regioni operative del motore asincrono; flusso di energia in un azionamento elettrico; contenuto armonico della corrente statorica; schemi di controllo per motori asincroni (controllo del flusso costante, controllo del flusso ad anello chiuso, compensazione dello scorrimento, controllo di coppia ad anello aperto, controllo di velocità ad anello chiuso, controllo con inverter a tensione impressa controllato in corrente).
Modello di macchina ad induzione: trasformazione d-q-0; sistema di riferimento stazionario.
Motore sincrono a magneti permanenti (PMSM): principi di funzionamento e principali aspetti costruttivi del PMSM; sensori per azionamenti elettrici.
Gli argomenti seguenti coprono invece la parte di corso tenuta da E. Bassi, corrispondente a 3 cfu.
A) Controllo a Orientamento di Campo (Controllo Vettoriale): 1- Orientamento sul flusso di rotore, 2- Procedura di regolazione, 3- Conttrollo Diretto/Indiretto, 4- Controllo di corrente e disaccoppiamento delle variabili.
B) PWM con vettori di spazio: 1- Descrizione della procedura, 2- Frequenza di campionamento e calcolo dei sottointervalli, 3- Generazione delle sequenze di configurazioni (simmetrica, diretta-diretta, ...), 4) Limiti di tensione (esagono), campo di tensione e sovramodulazione, 5- Definizione del vettore "Tensione di Riferimento".
C) Macchine sincrone a magneti permanenti (Azionamenti con motore brushless sinusoidale): 1- Aspetti costruttivi di base (macchine a magneti superficiali e con magneti interni), 2- Equazioni elettriche e generazione della Coppia, 3- Modello sul sistema di riferimento d-q e controllo di coppia, 4- Funzionamento a coppia costante e con indebolimento di campo.
D) Convertitore attivo lato-rete (AFE): 1- Schema e generalità sul controllo, 2- Regolazione su riferimento fisso e rotante.
Lingua Insegnamento
INGLESE
Altre informazioni
Per qualsiasi ulteriore informazione riguardo i primi 6 CFU, si prega di contattare il docente via email: lucia.frosini@unipv.it
Per i successivi 3 cfu, contattatre Prfo Ezio Bassi.
Per i successivi 3 cfu, contattatre Prfo Ezio Bassi
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