L'attività di ricerca riguarda principalmente lo sviluppo e il
controllo di convertitori elettronici di potenza e di azionamenti
elettrici, nei settori dell'automazione industriale, della trazione
elettrica, delle energie rinnovabili.
Gli indirizzi di ricerca attualmente in corso sono i
seguenti:
Azionamenti elettrici
- controllo vettoriale di azionamenti elettrici basati su
motori asincroni e brushless per elevate velocità
- controllo sensorless e adattativo per azionamenti basati
su macchina asincrona
- controllo di azionamenti basati su macchine multifase
- controlli di azionamenti tolleranti ai guasti
(fault-tolerant)
- controllo posizionamento
per attuatori tubolari
Progettazione di macchine elettriche
- progettazione di trasformatori monofasi
- progettazione di macchine multifasi asincrone e brushless
- progettazione di attuatori lineari tubolari
Elettronica di potenza
- progettazione e controllo di convertitori AC/AC diretti
a matrice (matrix converter)
- progettazione e controllo di inverter multifase, multilivello e
speciali
- tecniche di modulazione ottimizzate (minima distorsione di
corrente o massimo rendimento di conversione) per convertitori
DC/AC (trifase e multifase, multilivello) e AC/AC (a matrice)
- controllo di convertitori multilivello (diode-clamped, cascaded,
modular-multilevel converters)
- sistemi di interfaccia con la rete elettrica e filtri
attivi
- uso di regolatori risonanti e ripetitivi per la power
quality.
Propulsione elettrica
- controllo vettoriale di azionamenti elettrici basati su
motori asincroni e brushless per applicazioni di trazione
elettrica
- modellazione di sistemi di propulsione elettrica
- more-electric aircraft
Sistemi diagnostici
- diagnostica di guasto e controllo
fault-tolerant di sistemi elettronici di potenza ed
azionamenti elettrici
- metodi non invasivi per la diagnosi del guasto sulle fasi di
statore e rotore su azionamenti con macchine asincrone con rotore
avvolto
Convertitori diretti trifase del tipo a
matrice
La crescente attenzione al problema della power quality e la
necessità di convertitori di dimensioni ridotte hanno indirizzato
la ricerca verso soluzioni che non richiedano ingombranti
componenti reattivi e che possano contenere la distorsione della
corrente di linea. Una delle soluzioni più promettenti è costituita
dal convertitore a matrice (MC), che consente forme d'onda di
corrente sinusoidali in ingresso ed in uscita, l'inversione del
flusso di potenza e il controllo del fattore di potenza in
ingresso.
La ricerca inerente il MC si sviluppa su tre temi:
a) Tecniche di modulazione
Sono allo studio tecniche di modulazione per migliorare la qualità
delle correnti assorbite/erogate e il rendimento di
conversione.
b) Analisi della stabilità di sistemi comprendenti convertitori a
matrice
Il controllo dei MC può determinare per potenze sufficientemente
elevate, pericolose oscillazioni della tensione e della corrente di
linea.
c) Applicazione ai sistemi di generazione da fonte rinnovabile.
Azionamenti ad elevata dinamica di coppia operanti in
ampi intervalli di velocità
La capacità di un azionamento di operare ad alta velocità desta
notevole interesse in ambito industriale e per applicazioni di
trazione elettrica. Al fine di limitare la dipendenza dai parametri
di macchina sono in corso di studio alcuni innovativi algoritmi
robusti di indebolimento di campo per motore asincrono. Sono
studiati sia azionamenti di tipo Direct Torque Control (DTC), sia
controlli vettoriali di tipo Stator Flux Vector Control (SFVC). Nel
primo caso, quando la tensione disponibile non è sufficiente a
vincere la forza contro-elettromotrice del motore, l'algoritmo di
controllo non riesce a mantenere la coppia entro la corrispondente
banda di isteresi. Questa informazione può essere elaborata per
ridurre il riferimento di flusso senza conoscerne i parametri
caratteristici del motore. Nel caso di azionamento SFVC, il flusso
di rotore viene invece adattato sulla base della differenza tra la
tensione richiesta e la tensione disponibile per il controllo
stesso.
Attuatori lineari
E' noto il crescente interesse verso le applicazioni industriali
che prevedono l'impiego di motori e generatori a moto lineare nei
sistemi di posizionamento e di conversione energetica.
L'applicazione diretta della forza evita l'interposizione di
ingranaggi e/o riduttori, migliorando l'efficienza, la precisione,
la banda passante e la dinamica del sistema di controllo.
L'affidabilità del sistema risulta notevolmente migliorata e la
manutenzione molto ridotta. Le problematiche relative agli
attuatori tubolari riguardano la topologia, i materiali, la forma
degli elementi costitutivi e problemi di natura elettromagnetica,
termica e meccanica. Per la realizzazione risultano particolarmente
interessanti i nuovi materiali in polveri magnetiche compattate.
L'analisi numerica della distribuzione del campo magnetico e del
campo di temperatura può essere affrontata sia con modelli
semplificati e sia mediante Metodi agli Elementi Finiti
(MEF).
Sistemi multifase
I moderni sistemi di trazione elettrica ferroviaria e stradale,
i sistemi di conversione elettrica ed elettromeccanica necessari
per lo sfruttamento delle fonti energetiche alternative, richiedono
flessibilità d'impiego, elevata efficienza energetica ed elevata
affidabilità. I tradizionali azionamenti elettrici a velocità
variabile sono composti da un inverter trifase che alimenta una
macchina trifase. Tuttavia, lo sviluppo dei dispositivi elettronici
di potenza rende oggi possibile considerare il numero di fasi di un
azionamento come una delle variabili di progetto. Infatti i motori
polifase presentano numerosi vantaggi rispetto ai trifase: ridotte
pulsazioni di coppia, ridotte correnti per fase ed una maggior
tolleranza ai guasti. Inoltre, mediante un opportuno controllo, le
componenti armoniche spaziali del campo magnetico al traferro
possono essere impiegate per incrementare la densità di coppia del
motore.
Convertitori multilivello
Gli inverter multilivello a tensione impressa rappresentano una
struttura di conversione statica emergente per applicazioni di
elevata potenza. Possono operare con elevate tensioni continue in
ingresso utilizzando componenti elettronici di potenza collegati in
serie. Una attraente proprietà è la capacità di generare tensioni
d'uscita e correnti d'ingresso con distorsione molto limitata, pur
con bassa frequenza di commutazione. La ricerca intende sviluppare
delle tecniche di modulazione innovative, caratterizzate da una
ridotta distorsione delle grandezze elettriche e da ridotte perdite
di conversione, da utilizzare in sistemi di interfacciamento tra
rete elettrica e fonti rinnovabili. Lo studio si basa sull'impiego
dei duty-cycle complessi (Duty-Cycle Space Vectors, DCSV) che
fornisce un'immediata interpretazione geometrica dei principi della
modulazione, evidenziando tutti i gradi di libertà disponibili.
