ELETTRONICA DI POTENZA E AZIONAMENTI ELETTRICI

ELETTRONICA DI POTENZA E AZIONAMENTI ELETTRICI

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iten
Codice
84373
ANNO ACCADEMICO
2019/2020
CFU
9 cfu al 3° anno di 8716 INGEGNERIA ELETTRICA (L-9) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
ING-IND/32
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (INGEGNERIA ELETTRICA )
periodo
Annuale
propedeuticita
materiale didattico

PRESENTAZIONE

La maggior parte dell'energia elettrica non viene utilizzata nella forma in cui viene prodotta, trasmessa e distribuita: viene convertita in funzione delle esigenze dell'utenza, per massimizzarne le prestazioni. L'elettronica di potenza raggruppa le conoscenze di conversione statica dell'energia elettrica nelle applicazioni industriali, per le energie rinnovabili, per i trasporti e domestiche, ed in particolare per la regolazione di velocità e coppia negli azionamenti elettrici in tali ambiti.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Conoscenza dei principi fondamentali della conversione statica dell’energia elettrica, dei convertitori principali e dei relativi metodi di comando, dei principali azionamenti in corrente continua e alternata. Capacità di effettuare semplici valutazione numeriche e gestire semplici modelli matematici di convertitori e motori per il calcolo e la simulazione.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Fornire agli allievi la capacità di armonizzare le precedenti conoscenze acquisite nell'ambito dell'analisi matematica, della fisica classica, dell'elettrotecnica e delle macchine elettriche, integrandole con quelle legate al funzionamento dei convertitori statici di potenza in relazione all'alimentazione ed all'utenza (con particolare riferimento macchine elettriche), al fine di consentirne modellizazione, analisi e sintesi di massima del funzionamento nelle diverse applicazioni.

Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà dimostrare di:

  1. conoscere i fondamentali convertitori statici dell'energia elettrica per le applicazioni industriali, per le energie rinnovabili, per i trasporti ed in particolare per gli azionamenti elettrici
  2. saper scegliere un convertitore per una particolare applicazione nel contesto del sistema in cui si inserisce, in funzione dei livelli di corrente, tensione e dei flussi di potenza
  3. saper modulare tensione/corrente/frequenza per uno specifico convertitore in funzione delle specifiche dell'utenza
  4. saper stimare la qualità della conversione, in termini di armoniche di corrente e tensione che interessano sistema di alimentazione e carico 
  5. saper descrivere un modello matematico del convertitore (e del motore nel caso di azionamenti) ed effettuare semplici simulazioni per la verifica del funzionamento col supporto di un codice di calcolo

PREREQUISITI

E' necessaria la conoscenza dell'elettrotecnica e delle macchine elettriche. Sono utili conoscenze di elettronica. Lo studente deve conoscere lo sviluppo in serie di Fourier di un segnale periodico. 

Modalità didattiche

Le modalità didattiche dell'insegnamento sono orientate ad integrare gli aspetti teorici con la risoluzione numerica di problemi alla lavagna e con la modellizzazione e simulazione a calcolatore. Durante le lezioni teoriche frontali sono dunque inseriti momenti di calcolo numerico di casi di studio, che vengono poi riproposti per la simulazione. Sono inoltre previsti "question time" interattivi. 

PROGRAMMA/CONTENUTO

  • Principi generali della conversione statica dell’energia.
  • Cenni ai dispositivi passivi ed a semiconduttore.
  • Convertitori switching e per commutazione naturale.
  • Convertitori dc-dc con e senza trasformatore di isolamento in conduzione continua e discontinua.
  • Invertitori a tensione impressa, monofase, trifase e multilivello.
  • Raddrizzatori non controllati e controllati monofase e trifase.
  • Raddrizzatori dodecafase. Invertitori a corrente impressa, cicloconvertitori e sincroconvertitori.
  • Tecniche di modulazione.
  • Interazione con rete di alimentazione e carico: armoniche di corrente e tensione, potenza attiva e reattiva.
  • Cenni alla modellizzazione ed alla simulazione di semplici convertitori.
  • Meccanismo di produzione della coppia elettromagnetica (coppia associata all’interazione tra campi magnetici, coppia di riluttanza, tipi di motori).
  • Carichi meccanici (richiami di meccanica elementare, tipiche caratteristiche coppia-velocità dei carichi meccanici).
  • Azionamenti in corrente continua (cenni al modello dinamico deli motori dc con avvolgimento di campo e con magneti permanenti, azionamenti con raddrizzatori controllati e con convertitori dc-dc, applicazioni).
  • Azionamenti con motori ad induzione (cenni al modello dinamico del motore ad induzione, strutture di conversione, azionamenti con controllo scalare e con controllo vettoriale, DTC, applicazioni).
  • Azionamenti con motori sincroni (cenni al modello dinamico del motore sincrono a rotore avvolto e a magneti permanenti, strutture di conversione, controllo in anello aperto e self-control.
  • Cenni ad azionamenti brushless trapezoidali e sinusoidali, azionamenti con motori a riluttanza e passo-passo, azionamenti con motori switched reluctance.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

P. Pozzobon - Elettronica di potenza e azionamenti elettrici - Dispense del corso

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: Il docente riceve su appuntamento in qualsiasi data e orario (tel. 0103352181, cell. 3472335477, paolo.pozzobon@unige.it)  

LEZIONI

Modalità didattiche

Le modalità didattiche dell'insegnamento sono orientate ad integrare gli aspetti teorici con la risoluzione numerica di problemi alla lavagna e con la modellizzazione e simulazione a calcolatore. Durante le lezioni teoriche frontali sono dunque inseriti momenti di calcolo numerico di casi di studio, che vengono poi riproposti per la simulazione. Sono inoltre previsti "question time" interattivi. 

INIZIO LEZIONI

come da calendario didattico

ESAMI

Modalità d'esame

Prova scritta (risoluzione di problemi della tipologia vista a lezione)

Prova orale (come sopra, verifica degli aspetti teorici)

Le prove scritte e le prove orali sono divise in due parti, in accordo alla struttura del corso:

  1. conversione statica dell'energia elettrica
  2. azionamenti elettrici

Gli studenti possono scegliere se sostenere entrambe le prove scritte nella stessa sessione o sostenerle in sessioni diverse (comunque secondo l'ordine cronologico sopra). Analogamente per le prove orali. 

Modalità di accertamento

Le due prove di esame verteranno sugli argomenti trattati durante le lezioni frontali e avranno lo scopo di valutare non soltanto se lo studente ha raggiunto un livello adeguato di conoscenze, ma anche se ha acquisito la capacità di eseguire semplici valutazioni quantitative su sistemi contenenti convertitori statici e macchine elettriche. Lo studente dovrà anche dimostrare di avere acquisito la capacità di descrivere gli associati processi elettrici e/o meccanici in modo chiaro e con una terminologia corretta utilizzando notazioni corrette.