91300 - ELECTRIC DRIVES M

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente acquisisce conoscenze sulle prestazioni dei principali azionamenti elettrici attraverso l’analisi dei modelli dei motori elettrici, delle caratteristiche dei convertitori statici di potenza e delle leggi di controllo della coppia. In particolare, lo studente è in grado di: •sviluppare i modelli delle macchine in corrente continua, sincrone e asincrone, •simulare i corrispondenti azionamenti elettrici in ambiente Matlab/Simulink, •comprendere gli schemi in catena chiusa per il controllo di coppia, velocità e posizione degli attuatori e delle macchine elettriche nelle applicazioni industriali.

Contenuti

Introduzione e principi di base

Forza su un conduttore percorso da corrente. Tensione indotta in un conduttore in movimento. Materiali e circuiti magnetici. Bobine accoppiate. Coefficiente di accoppiamento. Autoinduttanze e mutue induttanze. Equazioni della tensione. Energia immagazzinata nel campo magnetico. Principi di conversione elettromeccanica dell'energia. Principi di produzione della coppia. Tipi di macchine elettriche.


Azionamenti per motori a corrente continua (DC)
Macchine a corrente continua ad eccitazione separata. Modello matematico. Caratteristiche a regime stazionario con controllo di armatura e di campo. Controllo di motori a corrente continua nella regione di controllo a coppia costante e nella regione di indebolimento del campo. Transizione dal funzionamento di azionamento a quello di frenatura. Funzionamento a uno, due e quattro quadranti con convertitori CC-CC. Funzionamento a coppia costante e a potenza costante.


Modello dinamico della macchina a corrente continua. Comportamento dinamico dei motori a corrente continua a flusso costante. Schema a blocchi di un motore a corrente continua accoppiato a un carico meccanico. Produzione e controllo della coppia. Controllo in anello chiuso di coppia e velocità. Transitori di avviamento e inversione di velocità. Applicazione degli azionamenti per motori a corrente continua.

Azionamenti per motori DC brushless
Analisi del circuito magnetico. Equazioni di coppia e fem. Induttanze degli avvolgimenti e reazione di armatura. Caratteristiche coppia/velocità: prestazioni ed efficienza. Il motore DC brushless trifase a semionda. Il motore DC brushless trifase a onda intera. Fenomeni di commutazione. Sensori di posizione. Caratteristiche di azionamento e principi di controllo. Applicazione degli azionamenti per motori DC brushless.


Azionamenti per motori sincroni
Analisi del circuito magnetico delle macchine sincrone. Reattanze sincrone (asse d, asse q). Analisi del funzionamento a regime stazionario. Equazioni della tensione ed equazione della coppia. Caratteristiche a regime stazionario. Comportamento in anello aperto con tensione e frequenza costanti. Introduzione al controllo in anello chiuso degli azionamenti inverter PWM controllati in corrente.


Azionamenti per motori AC brushless
Modello dinamico di macchine sincrone a magneti permanenti con magneti montati superficialmente. La macchina dq e le equazioni del flusso. Principi di orientamento del campo. Produzione e controllo della coppia. Modello dinamico di macchine sincrone a magneti permanenti con magneti interni. La macchina dq e le equazioni del flusso. Produzione e controllo della coppia. Controllo della macchina sincrona alimentata da inverter PWM a corrente controllata. Simulazione di transitori elettromeccanici. Massima capacità di coppia della macchina nella zona di indebolimento del flusso.

Azionamenti per motori a induzione
Analisi dei motori a induzione basata sul modello di macchina a regime stazionario. Equazioni di coppia e di macchina. Caratteristiche a regime stazionario. Avviamento dei motori a induzione. Funzionamento a volt/hertz costanti ai terminali. Caratteristiche di coppia. Prestazioni a bassa frequenza con volt/hertz aumentati. Funzionamento a flusso costante nel traferro. Caratteristiche di coppia. Azionamento con inverter a sorgente di corrente con controllo della frequenza di scorrimento. Azionamento con inverter PWM a controllo di corrente con controllo della frequenza di scorrimento. Funzionamento a potenza costante.

Modello dinamico delle macchine a induzione. Equazioni di macchina e flusso dq. Equazione di coppia. Principi di orientamento del campo. Equazioni di macchina e coppia nel sistema di riferimento a flusso orientato del rotore. Controllo disaccoppiato di flusso e coppia nel sistema di riferimento a flusso orientato del rotore. Modelli di flusso. Schema diretto e schema indiretto del controllo a orientamento di campo del motore a induzione. Controllo della macchina a induzione alimentato da inverter PWM a controllo di corrente. Simulazione di transitori elettromeccanici. Coppia massima della macchina nella zona di indebolimento del flusso. Applicazioni

 

Testi/Bibliografia

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

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

La parte teorica del corso è integrata da simulazioni numeriche di azionamenti elettrici in SIMULINK di MATLAB.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale di discussione sugli argomenti teorici e sulle simulazioni

Strumenti a supporto della didattica

Slide e codice Simulink distribuite dal docente sulla piattaforma virtuale.unibo.it

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Claudio Rossi

Consulta il sito web di Yasser Gritli