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

Il corso comprende esercitazioni teoriche e pratiche. Nelle esercitazioni teoriche vengono affrontati problemi di modellazione degli azionamenti elettrici. Nelle esercitazioni pratiche vengono analizzate le caratteristiche di funzionamento di azionamenti di tipo industriale.

LE LEZIONI SONO IN INGLESE

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