37064 - AZIONAMENTI ELETTRICI T

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.

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

Il corso presenta e compendia diversi argomenti e pertanto saranno distribuite allo studente dispense redatte direttamente dal docente e rese disponibili attraverso la piattaforma Insegnamenti On Line.

Vengono inoltre segnalati i seguenti testi di riferimento:

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

Metodi didattici

Le lezioni frontali in aula sono integrate con esercitazioni al calcolatore. Durante le esercitazioni, gli studenti potranno simulare 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. Le esercitazioni sono svolte in aula con l'ausilio di PC e videoproiettore (MATLAB-Simulink).

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Michele Mengoni

Consulta il sito web di Luca Zarri