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DAVIDE BARATER
Professore Associato Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"
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Insegnamento: Azionamenti Elettrici
Ingegneria del veicolo (D.M.270/04) (Offerta formativa 2020)
Obiettivi formativi
L'insegnamento di Azionamenti Elettrici ha l'obiettivo di fornire le conoscenze di base relative al funzionamento, al controllo e all'impiego dei diversi tipi di azionamenti elettrici:
macchine in corrente continua;
brushless DC e AC;
macchine asincrone;
azionamenti a moto incrementale.
Al termine del corso lo studente dovrà conoscere, per ogni tipologia di azionamenti:
i dettagli costruttivi;
i principi di funzionamento;
i sensori applicabili per la misura di corrente, posizione, velocità;
i principali schemi e algoritmi di controllo;
le possibili applicazioni (industriale, autotrazione, elettrodomestici, ecc.).
il funzionamento dei principali circuiti impiegati per la conversione statica dell'energia elettrica
Prerequisiti
Si presuppone nello studente la familiarità con le nozioni di matematica, fisica ed elettrotecnica.
Programma del corso
1. Introduzione agli Azionamenti elettrici e ai loro componenti principali. Azionamenti industriali, per trazione, controlli di coppia e velocità (ore 2)
2. Macchina elettrica in corrente continua. Modello dinamico, controllo in retroazione di coppia (corrente) e di velocità (posizione). Alimentazione switching mediante ponte H con PWM: funzionamento su 4 quadranti; ripple di corrente; diodi di ricircolo; frenata dissipativa e frenata rigenerativa. (10 ore).
3. Macchina brushless DC, coppie polari, coppia di impuntamento e skewing. Funzionamento due-fasi-on e tre-fasi-on, calcolo della coppia del brushless DC. Alimentazione mediante ponte trifase. Controllo mediante sonde ad effetto Hall on/off. (7 ore).
4. Sensori di corrente: resistenza di shunt, sensore ad effetto Hall con e senza compensazione. Sensori di posizione e velocità: dinamo tachimetrica, encoder assoluto e incrementale, resolver. (4 ore).
5. Macchina brushless AC.
Trasformazioni di Clarke e Park, modello dinamico della macchina su assi rotanti. Controllo vettoriale e pilotaggio MTPA e MTPV. (7 ore).
6.Macchine anisotrope.
Macchine sincrone a Riluttanza, macchine IPM. Controllo vettoriale e pilotaggio MTPA e MTPV (7).
7. Macchina a induzione.
Modello dinamico. Controllo scalare e controllo vettoriale. (8 ore).
8. Conversione statica dell'energia elettrica
Introduzione e parametri di merito dei convertitori. Raddrizzatore a ponte trifase.
Convertitori DC/DC, Convertitori DC/AC (inverter): inverter trifase. Modulazione degli inverter a ponte: PWM a impulso singolo, a impulsi multipli, sinusoidale; modulazione "space vector". (9 ore)
Metodi didattici
Lezioni frontali. E’ previsto lo svolgimento di esercizi in aula, svolti sia dal docente che dagli studenti. E’ previsto l’utilizzo di matlab simulink per la lo sviluppo di algoritmi di controllo degli azionamenti elettrici. Parte delle lezioni utilizzano slide disponibili agli studenti per il download sulla piattaforma dolly.
Testi di riferimento
Shaahin Filizadeh. Electric Machines and Drives: Principles, control, modelling and simulation. CRC Press.
E.Bassi, A.Bossi “Macchine e Azionamenti Elettrici” UTET, Milano ISBN: 88-7933-184-1
W. Bolton, "Mechatronics - electronic control systems in mechanical and electrical engineering", 4th ed., Pearson Educational, ISBN 978-0-13- 240763-2.
M. Rashid, "Power electronics", 3rd ed., Prentice-Hall, ISBN 0-13-122815- 3
Verifica dell'apprendimento
L’esame prevede una prova scritta costituita da esercizi e da domande a risposta aperta.
Gli esercizi possono essere delle seguenti tipologie: determinazione delle condizioni operative di macchine in corrente continua, determinazione della forza in elettromagneti, determinazione dei parametri del regolatore di velocità e/o di coppia all’interno degli azionamenti elettrici, determinazione delle condizioni operative di macchine a induzione ed in generale considerazioni sul dimensionamento di azionamenti elettrici. La prova scritta ha una durata di 3 ore.
Risultati attesi
Al termine del corso lo studente dovrà conoscere, per ogni tipologia di azionamenti:
i dettagli costruttivi;
i principi di funzionamento;
i sensori applicabili per la misura di corrente, posizione, velocità;
i principali schemi e algoritmi di controllo;
le possibili applicazioni (industriale, autotrazione, elettrodomestici, ecc.).
il funzionamento dei principali circuiti impiegati per la conversione statica dell'energia elettrica