37064 - AZIONAMENTI ELETTRICI T

Scheda insegnamento

SDGs

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

Energia pulita e accessibile Industria, innovazione e infrastrutture Città e comunità sostenibili

Anno Accademico 2019/2020

Conoscenze e abilità da conseguire

Conoscenza della struttura degli azionamenti elettrici e delle problematiche relative al loro impiego in applicazioni di automazione industriale. Conoscenza delle caratteristiche di funzionamento e delle prestazioni degli azionamenti elettrici che impiegano motori in corrente continua, motori brushless dc e ac, motori asincroni, motori passo-passo ed attuatori di tipo diretto, alimentati da convertitori elettronici di potenza. Determinazione dei modelli dinamici delle macchine elettriche in corrente continua ed in corrente alternata. Comprensione degli schemi di controllo di coppia e di velocità per azionamenti elettrici. Elementi di dimensionamento e scelta degli azionamenti elettrici.

Programma/Contenuti

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.

Principi della conversione statica dell’energia elettrica Introduzione ai componenti elettronici di potenza. Raddrizzatori controllati e non controllati, chopper, inverter trifase, tecniche di controllo ad onda quadra e PWM.

Azionamenti con motori in corrente continua
Motori a corrente continua: caratteristiche costruttive, principio di funzionamento, modello matematico, caratteristica meccanica. Regolazione della velocità con controllo sull'armatura e sull'eccitazione. Funzionamento a coppia costante ed a potenza costante. Azionamenti per assi e per mandrino. Caratteristiche degli azionamenti con raddrizzatori controllati. Caratteristiche degli azionamenti con chopper. Strutture di azionamenti per funzionamento su due e quattro quadranti. Schema a blocchi del motore in corrente continua. Analisi dei transitori elettromeccanici con alimentazione in tensione. Controllo di coppia. Controllo di velocità. Analisi e dimensionamento dei regolatori di coppia e velocità. Simulazione di azionamenti completi in ambiente SIMULINK di MATLAB.

Azionamenti con motori brushless a tecnica trapezia (DC brushless)
Motori brushless a tecnica 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. Campi di applicazione.

Azionamenti con motori brushless a tecnica sinusoidale (AC brushless)
Macchine sincrone a rotore liscio ed a poli sporgenti: caratteristiche costruttive e principio di funzionamento. Tipologie di motori sincroni a magneti permanenti. Equazioni di macchina, diagrammi vettoriali ed espressione di coppia in condizioni di regime. Caratteristiche di funzionamento con alimentazione in tensione e frequenza. Alimentazione tramite inverter per il controllo della velocità. Azionamenti multi-motore. Funzionamento in catena chiusa con controllo di corrente. Motori brushless a tecnica sinusoidale. Tecnica di alimentazione con regolatori di corrente PWM. Schemi a blocchi dell'azionamento. 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. Simulazione di azionamenti completi in ambiente SIMULINK di MATLAB.

Azionamenti con motori asincroni
Motori asincroni: caratteristiche costruttive, principio di funzionamento, circuito equivalente, caratteristica meccanica. Alimentazione tramite convertitori statici di frequenza per la regolazione di velocità. Azionamenti in catena aperta. Controllo a V/F costante. Rampe di accelerazione. Azionamenti in catena chiusa. Controllo della frequenza di scorrimento. 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. Simulazione di azionamenti completi in ambiente SIMULINK di MATLAB.

Azionamenti con motori passo-passo
Motori passo-passo: caratteristiche costruttive e principio di funzionamenti. 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. Simulazione di azionamenti completi in ambiente SIMULINK di MATLAB.

Testi/Bibliografia

Non è necessario l’acquisto di testi specifici. I file PDF delle diapositive di Power Point proiettate durante il corso sono indispensabili e sufficienti per la preparazione dell’esame e sono disponibili in rete sulla piattaforma IOL. Per ulteriori approfondimenti si consiglia:

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.

T.J.E. Miller: SWITCHED RELUCTANCE MOTORS AND THEIR CONTROL. Clarendon Press, Oxford, 1993.

W. Leonard: CONTROL OF ELECTRICAL DRIVES. Springer-Verlag, Berlin, 2001.

Metodi didattici

Le lezioni sono integrate con esercitazioni al calcolatore (MATLAB-Simulink) svolte in aula.

Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento prevede una prova scritta finale inerente gli argomenti trattati a lezione. 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.

Strumenti a supporto della didattica

Le lezioni e le esercitazioni sono svolte con l'ausilio di PC e videoproiettore (Power Point, MATLAB-Simulink). Sulla piattaforma IOL sono disponibili i file PDF delle diapositive di Power Point proiettate durante il corso.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Angelo Tani

Consulta il sito web di Luca Zarri