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Claudio BIANCHINI

Ricercatore t.d. art. 24 c. 3 lett. B presso: Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"

Insegnamento: High Performance Electric Drives and Laboratory

ELECTRONICS ENGINEERING - Ingegneria Elettronica (D.M.270/04) (Offerta formativa 2020)

Obiettivi formativi


L'insegnamento di High Performance Electric Drives and Laboratory 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

Introduzione agli Azionamenti elettrici e ai loro componenti principali. Azionamenti industriali, per trazione, controlli di coppia e velocità

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.

Macchina brushless DC, coppie polari, coppia di impuntamento e skewing. Funzionamento due-fasi-on e tre-fasi-on, calcolo della coppia del brushless DC.

Ponte trifase e convertitori multilivello. Controllo mediante sonde ad effetto Hall on/off.

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.

Macchina brushless AC.
Trasformazioni di Clarke e Park, modello dinamico della macchina su assi rotanti. Controllo vettoriale e pilotaggio MTPA e MTPV.

Macchine anisotrope.
Macchine sincrone a Riluttanza, macchine IPM. Controllo vettoriale e pilotaggio MTPA e MTPV

Macchina a induzione.
Modello dinamico. Controllo scalare e controllo vettoriale.

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".

Introduzione ai controlli embedded con microcontrollori e DSP.
Differenze fra DSP e microcontrollori, tecniche di saturazione numerica, programmazione orientata agli eventi

Tutorial sull'utilizzo di ambienti di sviluppo integrati per DSP e microcontrollori commerciali.

Realizzazione in laboratorio di un controllo digitale per motori elettrici basato su DSP o microcontrollore.

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 e sw di programmazione 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.

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 è composto da un progetto pratico e una discussione orale:
1: Il progetto pratico comprende la stesura di un rapporto tecnico sul dimensionamento, la progettazione e la simulazione di un controllo di coppia / velocità dell'azionamento elettrico. Verrà valutata la relazione sull'attività svolta, inclusi i risultati della simulazione.
2: esame di discussione orale sugli argomenti del corso, finalizzato alla verifica della conoscenza del contenuto del corso.

Per superare l'esame, entrambi i test devono essere sufficienti. Il voto finale dell'esame è determinato come segue: 50% dalla valutazione del rapporto di prova pratica e 50% dalla discussione orale.

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