40042 - AZIONAMENTI ELETTRICI PER APPLICAZIONI INDUSTRIALI ED EOLICHE M

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente conosce : - le caratteristiche funzionali degli azionamenti elettrici nelle applicazioni industriali, di automazione e nei sistemi eolici di generazione dell'energia elettrica. - le principali metodologie di regolazione della velocità e della coppia elettromagnetica delle macchine e degli attuatori elettrici sia per migliorare l'efficienza della conversione dell'energia sia per controllare i transitori e le interazioni con i sistemi meccanici - è in grado di utilizzare i modelli dinamici delle macchine in corrente continua, brushless, asincrone con rotore a gabbia, con rotore avvolto e passo-passo. Inoltre, come esempio applicativo, il corso analizza alcune tipologie dei sistemi di generazione eolica evidenziando i vantaggi derivanti dall'impiego di sistemi a velocità variabile. Il corso comprende una serie di esercitazioni per verificare le prestazioni degli azionamenti elettrici.

Contenuti

Destinatari

Il corso è rivolto agli studenti dei Corsi di Laurea in Ingegneria dell’Energia Elettrica e ha l’obiettivo di fornire gli strumenti essenziali per:

• Comprendere la struttura e il funzionamento dei principali azionamenti elettrici e dei loro sistemi di controllo;

• Definire i principi della conversione elettromeccanica dell’energia.

Struttura del corso

• Parte I – Introduzione teorica: studio della struttura e delle caratteristiche delle principali macchine elettriche.

• Parte II – Attività di laboratorio: implementazione pratica degli azionamenti studiati nella parte teorica.

• Parte III – Approfondimenti: analisi di cataloghi reali e casi applicativi; studio dei controlli vettoriali.

Contenuti dettagliati Introduzione

• Generalità su macchine e azionamenti elettrici

• Richiami di elettrotecnica

• Materiali magnetici e conduttori

• Circuiti magnetici

• Principi della conversione elettromeccanica dell’energia

• Smaltimento del calore

• Vettori di spazio e fasori

Azionamenti per macchine in corrente continua

• Geometria e principio di funzionamento

• Espressione della coppia, circuito equivalente, caratteristica meccanica

• Funzionamento da motore e da generatore

• Controllo di coppia e velocità

• Indebolimento di campo e zone di funzionamento (coppia/potenza costante)

• Tecniche di controllo e azionamenti dedicati

Azionamenti per macchine sincrone trifase e brushless a fem sinusoidale

• Geometria e campo magnetico rotante

• Espressione della coppia, circuito equivalente, caratteristica meccanica

• Modello dinamico (assi in quadratura)

• Controllo ad orientamento di campo (FOC)

• Prestazioni limite in coppia e velocità

Azionamenti per macchine brushless a fem trapezia

• Struttura e principio di funzionamento

• Sequenze di alimentazione e posizione rotore

• Funzionamento six-step (due fasi alimentate)

• Transitori e oscillazioni di coppia

• Schema a blocchi dell’azionamento

Azionamenti per macchine asincrone trifase

• Geometria, principio di funzionamento, coppia e caratteristiche

• Problemi all’avviamento

• Controllo V/f

• Zone di funzionamento a coppia e potenza costante

• Modello dinamico (assi in quadratura)

• Controllo vettoriale e stima del flusso rotorico

• Controllo diretto e indiretto della coppia

• Prestazioni limite

Motori asincroni monofase

• Struttura e principi di funzionamento

• Tipologie:

  • Capacitor Start

  • Capacitor Start and Run

  • Permanent Split Capacitor

  • Split-phase

  • A poli schermati

Azionamenti con motori passo-passo

• Geometria e principio di funzionamento

• Modello dinamico semplificato

• Circuiti di alimentazione e controllo

• Problemi di instabilità a bassa e alta velocità

• Prestazioni limite al variare della frequenza

Azionamenti per la generazione eolica

• Stato dell’arte e scenario italiano

• Tipi di turbina

• Algoritmi MPPT (Maximum Power Point Tracking)

• Azionamenti nei sistemi di conversione dell’energia eolica

Attività laboratoriali

Durante il corso, verranno svolte esercitazioni pratiche con implementazione dei principali azionamenti trattati a lezione. Saranno inoltre analizzati casi reali industriali e consultati cataloghi tecnici per il dimensionamento e la scelta dei componenti.

 

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 virtuale.unibo.it.

Vengono inoltre segnalati i seguenti testi di riferimento:

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

Metodi didattici

Le lezioni frontali in aula sono integrate con:

• Esercitazioni al calcolatore,

• L’impiego di setup sperimentali in laboratorio forniti dal docente.

Durante queste attività, gli studenti avranno l’opportunità di:

• Simulare il comportamento delle macchine elettriche e dei relativi sistemi di controllo;

• Implementare concretamente gli azionamenti elettrici studiati nella parte teorica del corso.

Le simulazioni, sviluppate dal docente, saranno rese disponibili agli studenti attraverso il portale didattico ufficiale del corso.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento avviene mediante una prova scritta, finalizzata a valutare l’acquisizione delle conoscenze previste dal programma. A complemento, lo studente può scegliere di sostenere una prova orale facoltativa.

Il voto finale sarà calcolato come media tra il voto della prova scritta e quello dell’eventuale prova orale.

Struttura della prova scritta

La prova scritta è articolata come segue:

• 12 domande Vero/Falso, ognuna composta da 3 affermazioni:

  • Risposta corretta: +1/3 punto

  • Risposta errata: –1/6 punto

  • Punteggio massimo: 12 punti

• 3 domande a risposta aperta, valutate fino a 4 punti ciascuna

  • Punteggio massimo: 12 punti

• 3 brevi esercizi numerici, valutati fino a 3 punti ciascuno

  • Punteggio massimo: 9 punti

Prova orale facoltativa

È possibile accedere alla prova orale solo se il punteggio della prova scritta è superiore a 14. La prova orale consisterà in domande a risposta aperta, da discutere in presenza del docente.

La valutazione dell’orale considererà:

• Correttezza delle risposte

• Capacità espositiva

• Proprietà di linguaggio

Criteri di valutazione delle domande aperte

Le domande aperte sono finalizzate a verificare:

• L’uso corretto degli strumenti dell’elettrotecnica e della conversione elettromeccanica dell’energia

• La comprensione del funzionamento delle macchine elettriche

• La capacità di illustrare i principi e le prestazioni degli azionamenti elettrici

• La capacità di rappresentare schemi di controllo
  

 

Alternativa alla prova orale: attività di laboratorio

In alternativa alla prova orale, è possibile svolgere un’attività di approfondimento in laboratorio, individualmente o in gruppi di massimo 3 persone.

• Il progetto sarà assegnato dal docente, tenendo conto della composizione del gruppo.

• Se completata con esito positivo, l’attività permette di ottenere fino a 3 punti da sommare al punteggio dello scritto.

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.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Michele Mengoni