- Sviluppo di tecniche di controllo per macchine in corrente
alternata caratterizzate da prestazioni di coppia elevate in un
ampio range di velocità di funzionamento.
- Tecniche di controllo per azionamenti elettrici di tipo
multifase.
- Analisi di tecniche di modulazione per convertitori
multilivello della famiglia “dual two-level converter”.
- Sviluppo di tecniche di modulazione e di controllo dei
convertitori diretti ac/ac del tipo a matrice.
- Tecniche di controllo per macchine sincrone a rotore avvolto
per trazione elettrica industriale.
- Sviluppo di tecniche diagnostiche non invasive,
direttamente integrate nel sistema di controllo degli azionamenti
elettrici in corrente alternata.
1) Le tecnica DTC “Direct Torque Control” ed
SFVC “Stator Flux Vector Control” applicate ai motori asincroni
hanno ricevuto grande interesse in questi ultimi anni per la
semplicità dello schema implementativo e per le elevate prestazioni
dinamiche ottenibili. L'attività di ricerca più recente è stata
focalizzata sulle tecniche di controllo nella regione di
funzionamento ad alta velocità, dove occorre procedere alla
riduzione del livello di flusso nel circuito magnetico della
macchina. Per quanto riguarda i motori sincroni, sono allo studio
varie tecniche di controllo che possono garantire un ampio campo di
velocità di funzionamento ed elevate coppie di avviamento,
caratteristiche queste tipiche nelle applicazioni di trazione
elettrica industriale. Sono stati proposti azionamenti con motori
sincroni eitati tramite avvolgimenti anziché tramite magneti
permanenti, al fine di ottenere una maggior flessibilità di
controllo, una maggior capacità di sovraccarico ed un risparmio
nella taglia del convertitore statico.
2) Gli azionamenti elettrici di tipo multifase
hanno avuto negli ultimi anni un grande sviluppo in quanto
consentono di aumentare la potenza controllata a pari componenti
statici utilizzati e di aumnetare in modo significativo
l'affidabilità del sistema. Sono state sviluppate alcune tecniche
di controll che consentono di aumentare la coppia specifica in
alcuni tipi di motore e tecniche di controllo che consentono il
funzionamento dell'azionamento anche in caso di una o due fasi
guaste.
3) Il gruppo di ricerca svolge da diversi anni
ricerche su questa tipologia innovaticcva di convertitore statico
di potenza che ha il vantaggio di non richiedere uno stadio
intermedio fra le due sorgenti in alternata con componenti per
l'accumulo di energia. L'attività di ricerca più recente è stata
indirizzata allo studio della stabilità del convertitore ed allo
sviluppo di tecniche di modulazione per il miglioramento della
qualità dell'energia sia in ingresso, sia in uscita al convertitore
stesso.
4) Nelle applicazioni di elevata potenza, gli
azionamenti elettrici soffrono alcune limitazioni dovute ai massimi
valori di tensione e corrente sopportabili dai moderni interruttori
statici impiegati nei convertitori elettronici di potenza. Per
superare le limitazioni in tensione sono stati sviluppati
particolari tipologie di convertitori statici, denominati “
converitori multilivello”, in cui la tensione applicata ad ogni
interruttore risulta essere una frazione della tensione massima,
variabile in funzione del numero di interruttori impiegati. L'unità
di ricerca di Bologna ha proposto una soluzione originale che
prevede l'impiego di due convertitori tradizionali di tipo trifase
collegati ad un motore a sei morsetti. Tale soluzione consente di
realizzare una modulazione di tipo multilivello e di raddoppiare la
potenza elettrica convertita per un prefissato valore di corrente
massima sopportabile da ogni interruttore statico.
5) La ricerca ha riguardato lo studio e lo
sviluppo di una tecnica di controllo per macchina sincrona a rotore
avvolto (WRSM - Wound Rotor Synchronous Machine). L'azionamento
elettrico basato sulla macchina WR-SM è stato quindi proposto per
essere utilizzato in sistemi di trazione per veicoli elettrici
industriali. Le principali caratteristiche di questo azionamento
sono riassumibili nella capacità di produrre elevati valori di
coppia senza ricorrere ad un eccessivo sovraccarico degli
avvolgimenti, e di poter funzionare a potenza costante in un range
di velocità teoricamente illimitato. Si è poi sviluppata una
formulazione analitica delle traiettorie che le componenti delle
correnti di statore id, iq e della corrente di rotore iecc, devono
assumere per produrre la massima coppia per ampere in ogni punto di
funzionamento. Al diminuire della velocità sono definite le
traiettorie per il controllo ottimizzato in termini di Nm/A,
abbandonando il funzionamento a fattore di potenza unitario.
L'analisi della macchina è stata estesa anche al caso di macchine
non lineari (reali) utilizzando a questo scopo una mappatura
sperimentale dei flussi di macchina in un ampio range di
funzionamento della stessa dove è possibile valutare sia gli
effetti della saturazione che del cross-coupling del circuito
magnetico della macchina.
6) Questa tematica ha assunto recentemente una
notevole rilevanza in ambito industriale per la pressante richiesta
di riduzione dei costi di manutenzione di apparecchiature
elettriche, di continuità e qualità dei servizi, di sicurezza ed
infine di compatibilità ambientale. L'attività di ricerca è stata
prevalentemente focalizzata sulla diagnostica dei guasti negli
avvolgimenti elettrici delle macchine in corrente alternata, sui
guasti nei circuiti di rotore (guasti di sbarra, eccentricità
statica e dinamica), sul monitoraggio della coppia di carico, sullo
sviluppo di ambienti diagnostici globali in cui le varie metodiche
specifiche di ogni guasto o problema diagnostico possano integrarsi
dando luogo a logiche diagnostiche di sintesi. Le tecniche più
consolidate di diagnostica sono considerate di tipo invasivo in
quanto richiedono la presenza di sensori per la misura di grandezze
quali correnti o campi magnetici. Più recentemente il gruppo di
Bologna ha proposta una tecnica diagnostica innovativa che non
richiede la presenza di sensori in quanto può essere integrata nel
sistema di controllo dell'azionamento elettrico, ed è basata
sull'analisi armonica dei segnali modulanti generati dal
controllore per comandare gli interruttori del convertitore
statico.
