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Domenico Casadei

Professore ordinario

Dipartimento di Ingegneria dell'Energia Elettrica e dell'Informazione "Guglielmo Marconi"

Settore scientifico disciplinare: ING-IND/32 CONVERTITORI, MACCHINE E AZIONAMENTI ELETTRICI

Temi di ricerca

Parole chiave: Azionamentidi tipo multifase Convertitori a matrice Convertitore Multilivello Energia Rinnovabile Controllo vettoriale dei motori asincroni Diagnostica degli Azionamenti Elettrici

  1. Sviluppo di tecniche di controllo per macchine in corrente alternata caratterizzate da prestazioni di coppia elevate in un ampio range di velocità di funzionamento.
  2. Tecniche di controllo per azionamenti elettrici di tipo multifase.
  3. Analisi di tecniche di modulazione per convertitori multilivello della famiglia “dual two-level converter”.
  4. Sviluppo di tecniche di modulazione e di controllo dei convertitori diretti ac/ac del tipo a matrice.
  5. Tecniche di controllo per macchine sincrone a rotore avvolto per trazione elettrica industriale.
  6. 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.

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