69659 - ELECTRIC DRIVES FOR AUTOMATION M

Conoscenze e abilità da conseguire

The aim of this course is to present advanced problems concerning electrical drives and power electronics for energy conversion. The main topic of the course is the control of high-performance vector drives and power converters used in typical industrial applications, and in more recent applications, such as wind energy plants, solar plants and electric vehicles. The main topics presented in the course are d-q models of electrical machines, fundamentals of the voltage modulation in power converters, modern control schemes for induction machines, anisotropic synchronous machines, reluctance motors and linear actuators, back-to-back converters, UPS and active filters, and their applications in modern smart grids. At the end of the course the students have a deep insight about electrical drives and their advanced control schemes, and know basic tools and technologies for energy conversion. The course requires a previous knowledge of the fundamentals of electrical machines and power electronics. Power electronic fundamentals are given in the course “Power Electronic Circuits M”.

Contenuti

Complementi di motori elettrici

Funzionamento al di sotto della velocità base e nel campo delle alte velocità per

- brushless isotropo
- brushless anisotropo
- motore asincrono con rotore a gabbia
- motore asincrono avvolto

Azionamenti con motori brushless a tecnica sinusoidale (AC brushless)

Caratteristiche delle macchine sincrone a rotore liscio ed a poli sporgenti. Varie topologie di motori sincroni a magneti permanenti. Equazioni ed espressione di coppia. Caratteristiche di funzionamento con alimentazione in tensione e frequenza. Avviamento dei motori sincroni. Alimentazione tramite convertitori statici di frequenza per il controllo della velocità. Azionamenti multi motore. Campi di applicazione. Possibilità di funzionamento in catena chiusa con controllo di corrente. Principio di funzionamento dei motori brushless a tecnica sinusoidale. Tecnica di alimentazione con regolatori di corrente PWM. Schemi a blocchi dell'azionamento e confronti con l'azionamento a tecnica trapezia.

Modello dinamico delle macchine sincrone basato sulla teorica degli assi in quadratura. Motori brushless a magneti superficiali. Controllo ad orientamento di campo. Analisi delle prestazioni limite in coppia e velocità. Motori brushless a magneti annegati. Tecniche di controllo di coppia. Prestazioni limite in coppia e velocità. Motori brushless a riluttanza pura. Tecniche di controllo di coppia. Prestazioni limite in coppia e velocità. Analisi della sensibilità alle variazioni dei parametri. Campi di applicazione e confronti fra le varie tipologie di azionamento.

Azionamenti con motori asincroni

Caratteristiche dei motori asincroni. Alimentazione tramite convertitori statici di frequenza per la regolazione di velocità. Modello dinamico delle macchine asincrone basato sulla teorica 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. Analisi della sensibilità alle variazioni dei parametri. Prestazioni limite in coppia e velocità degli azionamenti con motori asincroni. Analisi della sensibilità alle variazioni dei parametri. Campi di applicazione e confronti fra le varie tipologie di azionamento.

Complementi di elettronica di potenza

- Concetto di vettore di spazio
- Inverter vettoriale
- Leggi di modulazione
- Raddrizzatore PWM e convertitore back-to-back
- Elementi di conversione statica per Smart Grid e per fonti rinnovabili

Regolatori di corrente per azionamenti elettrici

- regolatori su riferimenti rotanti, PI risonanti
- Controllo ripetitivo
- Regolatori dead-beat

Elementi di azionamenti per generatori eolici

- Struttura di un azionamento eolico, potenza estratta dal vento, controllo della potenza ad alti regimi di vento, inseguimento della massima potenza, regolazione di velocità.

Elementi di azionamenti per trazione elettrica

- Veicoli elettrici, vantaggi e svantaggi. Confronto con un veicolo con motore a combustione interna. Modello dello pneumatico. Modello monodimensionale del veicolo. Topologie di veicoli ibridi. Macchine elettriche per veicoli ibridi.

 

Testi/Bibliografia

A.E. FITZGERALD, C. KINGSLEY JR., A. KUSKO, Macchine Elettriche, Franco Angeli Editore, Milano, 1978.
JOHN M.D. MURPHY, F.G. TURNBULL, Power Electronic Control of AC Motors, Pergamon Press, Oxford, 1988.
TAKASHI KENJO, Stepping motors and their microprocessor controls, Clarendon Press, Oxford, 1985.
T.J.E. MILLER, Brushless permanent-magnet and reluctance motor drives, Clarendon Press, Oxford, 1989.
T.J.E. MILLER, Switched reluctance motor and their control, Clarendon Press, Oxford, 1989.

 

Metodi didattici

L'esame consiste in una prova scritta, in una prova orale (a richiesta) e nella discussione di un progetto di azionamenti (facoltativo).

La prova scritta dura 2 ore ed è pensata in modo da verificare la preparazione degli studenti sull'intero programma svolto, la loro capacità di condensare i concetti più importanti in un tempo limitato e utilizzare in modo sufficiente le equazioni apprese.

Se il risultato della prova scritta è sufficiente (>= 18), lo studente può:

- registrare immediatamente il voto

- ripetere la prova scritta per migliorare il risultato (il voto precedente positivo NON viene perso).

- presentare un progetto, scelto da una lista fornita dal docente, per un lieve miglioramento. Ogni progetto ha un punteggio preassegnato (2-3 punti) e il voto finale è la somma dei due risultati parziali.

Se il risultato della prova scritta è >= 14 punti (il voto è sufficiente, oppure è sufficiente ma lo studente non è soddisfatto), invece di ripetere la prova scritta, lo studente può sostenere una prova orale "approfondita". Durante tale prova, oltre alla discussione del progetto, lo studente sarà interrogato sull'intero programma (in genere 45-60 minuti): vengono assegnate 5 domande, si lascia un po' di tempo per ragionare e scrivere le equazioni fondamentali, poi si avvia una discussione volta ad appurare le conoscenze dello studente. Il voto finale è LA MEDIA con il voto della prova scritta.

 

FAQ

⦁ Ho già sostenuto la prova scritta e ho preso un voto <14. Posso venire all'orale?
No. Il voto è troppo basso. Devi studiare ancora un po’ e ripetere lo scritto.

⦁ Ho già sostenuto la prova scritta e ho preso un voto sufficiente ma non sono soddisfatto. Cosa posso fare?
Puoi ripetere lo scritto, oppure puoi presentarti all'orale approfondito. Se ripeti lo scritto, ti conservo comunque il migliore dei voti delle prove che hai precedentemente sostenuto.

⦁ Quante volte posso ripetere lo scritto?
Tutte quelle che vuoi.

⦁ Quante volte posso ripetere l'orale?
Tutte quelle che vuoi.

⦁ La relazione del progetto si può fare in gruppo?
Sì, ma il gruppo può essere al massimo di 3 persone e dovrebbe essere ben individuabile il contributo di ciascuno. Inoltre l'intero gruppo deve presentarsi alla discussione del progetto nello stesso momento.

⦁ Posso fare un progetto che non è contenuto nella lista predefinita?
Sì, ma conviene chiedermi prima se l'argomento è consono e stabilire il punteggio del progetto.

⦁ Occorre venire con una relazione scritta per il progetto? E il portatile?
Sì, la relazione deve contenere i grafici fondamentali e gli schemi per descrivere il lavoro svolto. Una relazione ben fatta mi rende più benevolo... Il portatile non è necessario, ma è molto utile. Se trovo errori nel progetto, chiedo agli studenti di ragionarci sopra e di correggerli seduta stante. Viceversa, se il portatile non è disponibile, posso solo chiedere agli studenti di tornare un altro giorno.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame comprende una prova scritta sugli argomenti svolti nelle lezioni teoriche e la discussione di un progetto Simulink. Qualora il numero di studenti sia limitato, le modalità d'esame possono cambiare.

 

Strumenti a supporto della didattica

Sono disponibili le slides del corso.

Link ad altre eventuali informazioni

http://www.die.ing.unibo.it/automazione/

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Luca Zarri