40042 - AZIONAMENTI ELETTRICI PER APPLICAZIONI INDUSTRIALI ED EOLICHE M

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente conosce : - le caratteristiche funzionali degli azionamenti elettrici nelle applicazioni industriali, di automazione e nei sistemi eolici di generazione dell'energia elettrica. - le principali metodologie di regolazione della velocità e della coppia elettromagnetica delle macchine e degli attuatori elettrici sia per migliorare l'efficienza della conversione dell'energia sia per controllare i transitori e le interazioni con i sistemi meccanici - è in grado di utilizzare i modelli dinamici delle macchine in corrente continua, brushless, asincrone con rotore a gabbia, con rotore avvolto e passo-passo. Inoltre, come esempio applicativo, il corso analizza alcune tipologie dei sistemi di generazione eolica evidenziando i vantaggi derivanti dall'impiego di sistemi a velocità variabile. Il corso comprende una serie di esercitazioni per verificare le prestazioni degli azionamenti elettrici.

Contenuti

Il corso è rivolto agli studenti dei Corsi di Laurea in Ingegneria dell’Energia Elettrica e mira a fornire gli strumenti essenziali per capire la struttura e il funzionamento dei principali azionamenti elettrici e del loro sistema di controllo e definire i principi della conversione elettromeccanica dell'energia.

La prima parte del corso sono prese in esame la struttura e le caratteristiche delle principali macchine elettriche. Nella seconda parte sono previste esercitazioni in laboratorio in cui sono implementati gli azionamenti visti nella parte teorica. Al fine di integrare le lezioni frontali saranno presi in esame cataloghi reali e casi applicativi. L'ultima parte del corso è dedicata all'analisi dei controlli vettoriali delle macchine elettriche.

Introduzione

Generalità sulle macchine e sugli azionamenti elettrici. Richiami di elettrotecnica. Materiali magnetici e materiali conduttori. Circuiti magnetici. Principi della conversione elettromeccanica dell’energia. Smaltimento del calore nelle macchine elettriche. Vettori di spazio e fasori.

Azionamenti per macchine in corrente continua

Introduzione ai principi di conversione elettromeccanica dell'energia, circuiti magnetici e problematiche termiche delle macchine elettriche.

• Macchina in corrente continua

• Geometria di macchina e il principio di funzionamento.
• Espressione della coppia, circuito elettrico equivalente e la caratteristica meccanica.
• Funzionamento da motore e da generatore. Principio di controllo della coppia e della velocità.
• Indebolimento di campo e zone di funzionamento a coppia e potenza costante.
• Azionamenti per macchine in corrente continua

Azionamenti per macchine sincrona trifase e il motore brushless a fem sinusoidale

• Geometria di macchina e il principio di funzionamento.
• Il campo magnetico rotante.
• Espressione della coppia, circuito elettrico equivalente e la caratteristica meccanica.
• Funzionamento da motore e da generatore.
• Modello dinamico delle macchine sincrone basato sulla teoria degli assi in quadratura.
• Controllo ad orientamento di campo. Analisi delle prestazioni limite in coppia e velocità

Azionamenti per macchine brushless a fem trapezia

• Caratteristiche costruttive e principio di funzionamento.
• Sequenza di alimentazione delle fasi in funzione della posizione del rotore.
• Funzionamento six-step con alimentazione di due fasi alla volta.
• Transitori di commutazione ed oscillazioni di coppia.
• Schema a blocchi dell'azionamento

Azionamenti per macchine asincrone trifase

• Geometria di macchina e il principio di funzionamento.
• Espressione della coppia, circuito elettrico equivalente e la caratteristica meccanica.
• Funzionamento da motore e da generatore.
• Problemi all'avviamento.
• Controllo V/f.
• Campo di funzionamento a coppia costante ed a potenza costante.
• Modello dinamico delle macchine asincrone basato sulla teoria degli assi in quadratura.
• Controllo ad orientamento di campo dei motori asincroni.
• Metodologie per il controllo di coppia di tipo diretto ed indiretto.
• Stima del flusso rotorico.
• Prestazioni limite in coppia e velocità degli azionamenti con motori asincroni

Motori asincroni monofase

• Struttura e principio di funzionamento
• Capacitor start
• Capacitor start and run
• Permanent schermati Split Capacitor
• Split-phase
• A poli

Azionamenti con motori passo-passo

• Geometria di macchina e il principio di funzionamento.
• Modello dinamico semplificato.
• Circuiti di alimentazione e tecniche di controllo.
• Analisi dei problemi di instabilità a bassa e ad alta velocità.
• Analisi delle prestazioni limite in coppia al variare della frequenza di alimentazione.

Azionamenti per la generazione di energia da fonte eolica

• Stato dell’arte della tecnologia.
• Il caso Italia.
• Tipi di turbina.
• Algoritmi MPPT.
• Azionamenti per i sistemi di conversione dell’energia eolica.

 

Testi/Bibliografia

Il corso presenta e compendia diversi argomenti e pertanto saranno distribuite allo studente dispense redatte direttamente dal docente e rese disponibili attraverso la piattaforma virtuale.unibo.it.

Vengono inoltre segnalati i seguenti testi di riferimento:

• A.E. Fitzgerald, C. Kingsley JR, A. Kusko: “Macchine Elettriche”, Franco Angeli Editore, Milano, 1978.
• J.M.D. Murphy, F.G. Turnbull: “Power Electronic Control of AC Motors”, Pergamon Press, Oxford, 1988.
• I, Boldea, S.A. Nasar: “Electric Drives”, CRC Press, New York.
• P. Vas: “Vector Control of AC Machines”, Oxford University Press, New York.
• T.J.E. Miller: “Brushless Permanent-Magnet and Reluctance Motor Drives”, Clarendon Press, Oxford, 1989.
• T.J.E. Miller: “Switched Reluctance Motors and their Control”, Clarendon Press, Oxford, 1993.
• T. Kenjo: “Stepping Motors and their Microprocessor Controls”, Clarendon Press, Oxford, 1985.
• W. Leonard: “Control of Electrical Drives”, Springer-Verlag, Berlin, 2001

Metodi didattici

Le lezioni frontali in aula sono integrate con esercitazioni al calcolatore e l’impego di setup sperimentali forniti dal docente in laboratorio. Durante le esercitazioni, gli studenti potranno simulare ed implementare concretamente il comportamento delle macchine elettriche e dei sistemi di controllo studiati durante il corso.

Le simulazioni saranno fornite dal docente agli studenti attraverso il portale

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene mediante una prova scritta, che ha lo scopo di esaminare l'acquisizione delle conoscenze previste dal programma. A complemento, è possibile sostenere una prova orale facoltativa. Il voto finale sarà dato dalla media dei voti della prova scritta e dell’eventuale prova orale.

La prova scritta può prevedere domande a risposta multipla, domande a risposta aperta ed esercizi numerici. Verrà valutata la capacità dello studente di:

• utilizzare correttamente gli strumenti dell'elettrotecnica e della conversione elettromeccanica dell'energia;

• descrivere il funzionamento delle macchine elettriche;

• illustrare il principio di funzionamento degli azionamenti elettrici e valutarne le prestazioni;

• rappresentare gli schemi di controllo.

La valutazione finale terrà conto della correttezza, della capacità espositiva, della proprietà di linguaggio nel presentare le risposte ai quesiti.

Strumenti a supporto della didattica

Le lezioni sono svolte con l'ausilio di PC e videoproiettore (Power Point). Sono disponibili i file PDF delle diapositive proiettate durante il corso.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Michele Mengoni