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DAVIDE BARATER
Professore Associato
Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"
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Insegnamento: Macchine ed azionamenti elettrici
Ingegneria del Veicolo (Offerta formativa 2021)
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 e automotive. Vengono esaminati gli azionamenti elettrici in corrente continua ed in corrente alternata, in modo da evidenziarne le caratteristiche di funzionamento.
Inoltre, l'insegnamento ha l'obiettivo di fornire le conoscenze di base relative alla progettazione dell’algoritmo di controllo delle macchine elettriche in corrente continua.
Per una più completa comprensione degli obiettivi formativi, si rimanda alla lettura dei risultati di apprendimento attesi a seguito dello svolgimento del presente percorso formativo.
Prerequisiti
Si presuppone nello studente la familiarità con le nozioni di matematica, fisica ed elettrotecnica.
Programma del corso
La suddivisione dei contenuti per CFU è da intendere come puramente indicativa. Essa può infatti subire modifiche nel corso dell’insegnamento alla luce dei feedback degli studenti e delle studentesse.
Introduzione agli azionamenti Elettrici. Conversione elettromeccanica dell’energia. Energia e Coenergia. Determinazione della forza/coppia erogata da un attuatore elettrico (CFU 1, 10 ore)
Richiami di circuiti magneti, l'esempio del trasformatore monofase (CFU 0,5, 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. (CFU 2, 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. (CFU 1, 8 ore)
Sviluppo tramite Matlab Simulink del Modello dinamico della macchina in corrente continua, controllo in anello di corrente, controllo in anello di velocità (CFU 1,5, 15 ore)
Metodi didattici
L’insegnamento prevede lezioni frontali in presenza (teoria e calcoli) ed è erogato in lingua italiana. Le lezioni vengono svolte con l’ausilio di sistemi multimediali e prevedono esercitazioni pratiche in cui gli studenti utilizzano software per la simulazione di azionamenti elettrici (Matlab/Simulink e PLECS).
Inoltre i docenti ricevono gli studenti su appuntamento per chiarimenti e tutoraggio personalizzato.
Il materiale didattico sarà reso disponibile al termine di ogni lezione attraverso la piattaforma “Teams”.
I modelli matematici introdotti saranno impiegati per la modellazione numerica e simulazione al calcolatore con Matlab/Simulink e PLECS.
Testi di riferimento
Testi di consultazione:
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,
Sulla pagina TEAMS relativa all’insegnamento sono disponibili (nel rispetto dei diritti d’autore)
- Le dispense utilizzate dal docente nel corso delle lezioni frontali e delle esercitazioni numeriche
- le slide delle lezioni
- I modelli matematici introdotti per la modellazione numerica e simulazione al calcolatore con Matlab/Simulink e PLECS
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
1) Conoscenza e capacità di comprensione
al termine del Corso, si auspica che lo/a studente/essa sia in grado di:
a) sapersi orientare all’interno di applicazioni che richiedono l’utilizzo di azionamenti elettrici, riconoscendone i componenti principali;
b) descrivere con nettezza e lucidità i principali componenti di un azionamento elettrico e le loro caratteristiche principali.
2) Conoscenza e capacità di comprensione applicate
per ogni tipologia di azionamento, saper riconoscere
a) i dettagli costruttivi;
b) i principi di funzionamento;;
c) i principali schemi e algoritmi di controllo;
d) le possibili applicazioni (industriale, autotrazione, elettrodomestici, ecc.);
e) le linee guida e le formule di dimensionamento del sistema di controllo delle macchine elettriche in corrente continua.
3) Autonomia di giudizio
a) verificare il proprio grado di apprendimento e comprensione dei concetti esposti grazie alla possibilità d’intervento a lezione;
b) riorganizzare le conoscenze apprese ed implementare la propria capacità di valutazione critica ed autonoma di quanto appreso.
4) Abilità comunicative
esprimere in modo corretto e logico le proprie conoscenze, riconoscendo l’argomento richiesto e rispondendo in modo completo alle domande d’esame.
5) Capacità di apprendimento
approfondire le nozioni apprese per proseguire il proprio percorso universitario mettendo a frutto terminologia, strutture, configurazioni, schemi e concetti quali strumenti per raggiungere una conoscenza dei fenomeni elettromagnetici a 360 gradi.