 |
DAVIDE BARATER
Professore Associato
Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"
|
Insegnamento: Macchine ed azionamenti elettrici
Ingegneria elettronica (Offerta formativa 2020)
Obiettivi formativi
Il corso ha lo scopo di fornire le conoscenze di base sul principio di funzionamento e sul controllo delle più diffuse macchine elettriche. In particolare il corso si propone di presentare le principali problematiche relative all'impiego degli azionamenti elettrici in campo industriale. Vengono esaminati gli azionamenti elettrici in corrente continua ed in corrente alternata, in modo da evidenziarne le caratteristiche di funzionamento.
Di seguito vengono riportati gli obiettivi di apprendimento, in riferimento ai descrittori di Dublino.
Conoscenza e capacità di comprensione delle seguenti tematiche.
1. Teoria generale della conversione elettromeccanica dell’energia.
2. Concetto di regione di funzionamento a coppia costante e a potenza costante.
3. Struttura, principio di funzionamento, circuito equivalente e controllo dell’azionamento elettrico delle seguenti macchine elettriche:
macchina elettrica in corrente continua;
macchina sincrona a rotore avvolto e a magneti permanenti;
4. Determinazione dei regolatori per il controllo in retroazione di corrente e velocità in azionamenti elettrici.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione alle seguenti tematiche.
1. Determinazione del punto di lavoro di macchine in corrente continua a magneti permanenti, ad eccitazione indipendente e ad eccitazione serie.
2. Calcolo della coppia/forza agente su un elettromagnete.
3. Determinazione dei parametri per il controllo in retroazione di un motore elettrico in corrente continua
Prerequisiti
Si presuppone nello studente la familiarità con le nozioni di matematica, fisica ed elettrotecnica.
Programma del corso
Introduzione agli azionamenti Elettrici. Conversione elettromeccanica dell’energia. Energia e Coenergia. Determinazione della forza/coppia erogata da un attuatore elettrico (10 ore)
Richiami di circuiti magneti, l'esempio del trasformatore monofase (5 ore)
Principio di funzionamento della macchina in corrente continua a magneti permanenti, ad eccitazione indipendente ed eccitazione serie. Circuito equivalente. Caratteristica meccanica. Regione di funzionamento a coppia costante e a potenza costante. Regolazione della velocità con controllo della tensione di armatura e di eccitazione. Alimentazione dei motori in c.c. con chopper per funzionamento su uno, due e quattro quadranti. (16 ore)
Struttura delle macchine sincrone e dei motori brushless a magneti permanenti. Principio di funzionamento e tecniche di controllo. Campo magnetico rotante e struttura degli avvolgimenti delle macchine trifase. Campi di applicazione e confronti con gli azionamenti in c.c. (8 ore)
Sviluppo tramite Matlab Simulink del Modello dinamico della macchina in corrente continua, controllo in anello di corrente, controllo in anello di velocità (15 ore)
Metodi didattici
Il corso prevede principalmente l’utilizzo di lezioni frontali, contestualmente all’introduzione dei nuovi concetti ne viene data subito l’applicazione tramite la soluzione di semplici esempi fino ad arrivare allo studio di sistemi complessi. Gli argomenti del corso vengono trattati con metodo analitico e/o euristico. La risoluzione degli esercizi avviene mediante metodi analitici e con l’utilizzo di ipotesi semplificative del modello del sistema.
Testi di riferimento
Shaahin Filizadeh. Electric Machines and Drives: Principles, control, modelling and simulation. CRC Press.
A. E. Fitzgerald , C. Jr. Kingsley , A. Kusko: MACCHINE ELETTRICHE, Franco Angeli Editore.
Ezio Bassi, Antonio Bossi, Elettrotecnica pratica. Macchine e azionamenti elettrici, Volume 3, Editoriale Delfino, 2013.
I. Boldea, S. A. Nasar : ELECTRIC DRIVES, CRC Press, New York, 1999.
P. Vas: VECTOR CONTROL of AC MACHINES, Oxford University Press, New York, 1990.
W. Leonard: CONTROL OF ELECTRICAL DRIVES. Springer-Verlag, Berlin, 2001
Macchine elettriche, CEDAM, 1990.
Ned Mohan, Tore M. Undeland, William P. Robbins, "Power Electronics : Converters, Applications, and Design", Wiley; 3rd Bk&Cdr edition,
Verifica dell'apprendimento
L’esame prevede una prova scritta costituita da esercizi e da domande a risposta aperta.
Salvo diversamente specificato, il compito si compone di:
• primo esercizio da svolgere nel tempo di 30 min, punteggio massimo 8 punti. L’esercizio è composto da quattro quesiti, ciascuno valutato 2 punti in caso di risposta corretta e punti 0 in caso di risposta errata
• secondo esercizio, da svolgere nel tempo di 30 min, punteggio massimo 8 punti. L’esercizio è composto da quattro quesiti, ciascuno valutato 2 punti in caso di risposta corretta e punti 0 in caso di risposta errata
• prima parte di domande a risposta aperta da svolgere nel tempo di 30 min, punteggio massimo 8 punti. Questa parte è composta da due quesiti a risposta aperta con punteggio massimo 4 ciascuno
• seconda parte di domande a risposta aperta da svolgere nel tempo di 30 min, punteggio massimo 9 punti. Questa parte è composta da tre quesiti a risposta aperta con punteggio massimo 3 ciascuno
Gli esercizi sono finalizzati a valutare:
• le conoscenze e le capacità di comprensione;
• l’applicazione di conoscenze e capacità di comprensione;
• l’autonomia di giudizio.
Per le domande a risposta aperta, i parametri di valutazione sono costituiti da:
• l’applicazione di conoscenze e capacità di comprensione;
• l’autonomia di giudizio;
• le abilità comunicative
Per lo svolgimento della prova non è consentito l’utilizzo di appunti, materiale di consultazione o di supporto. È consentito l’utilizzo della calcolatrice per lo svolgimento degli esercizi.
Il voto riportato nell’esame è dato dalla somma dei punti ottenuti. Il voto finale è espresso in 33/30, un punteggio maggiore di 30 comporta l’ottenimento del voto: 30 e lode.
La pubblicazione dei risultati avverrà tramite Esse3.
Risultati attesi
Capacità di applicare conoscenza e comprensione alle seguenti tematiche.
8. Determinazione del punto di lavoro di macchine in corrente continua a magneti permanenti, ad eccitazione indipendente e ad eccitazione serie.
9. Calcolo della coppia/forza agente su un elettromagnete.
10. Determinazione dei parametri per il controllo in retroazione di un motore elettrico in corrente continua