CONVERTITORI ELETTRONICI PER L'ENERGIA E I TRASPORTI

Ingegneria Elettronica CONVERTITORI ELETTRONICI PER L'ENERGIA E I TRASPORTI

0622400037
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
INGEGNERIA ELETTRONICA
2016/2017

OBBLIGATORIO
ANNO CORSO 1
ANNO ORDINAMENTO 2016
SECONDO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
12120LEZIONE
Obiettivi
Il corso mira all’apprendimento di modelli e metodi di progettazione di convertitori elettronici di potenza e dei metodi per il controllo e la conversione di energia elettrica con elevata efficienza. Si propone inoltre di fornire competenze per il dimensionamento di azionamenti DC e AC per applicazioni industriali, automotive (incluse le stazioni di ricarica per autoveicoli) e dei trasporti elettrificati. Sono fornite competenze per la progettazione, implementazione e controllo di convertitori per la connessione di generatori da fonte rinnovabile alle reti elettriche e di sistemi di compensazione statica dei disturbi di rete (sistemi di accumulo, facts, ups). Con riferimento alle energie alternative, il corso fornisce gli strumenti utili alla modellazione, l’analisi e la progettazione dei circuiti di potenza e dei sistemi di controllo per gli inverter, i raddrizzatori e i convertitori dc-dc. Le esperienze di laboratorio hanno lo scopo di rendere sensibili gli studenti alla valutazione dei sistemi elettronici di potenza in condizioni reali d’uso.
Prerequisiti
PER IL PROFICUO RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI PREFISSATI SONO RICHIESTE CONOSCENZE DI BASE DI ELETTROTECNICA E DELL’ELETTRONICA.
Contenuti
-INTRODUZIONE AL CORSO: RICHIAMI SUI COMPONENTI DELL’ELETTRONICA DI POTENZA E SUI SISTEMI E DISPOSITIVI DI COMANDO E PROTEZIONE. GENERALITÀ SUI CIRCUITI DI CONVERSIONE. (ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 4/-/-)

-CONVERTITORI ELETTRONICI: RICHIAMI SUI RADDRIZZATORI A DIODI MONOFASE E TRIFASE A SEMIONDA E A ONDA INTERA. RADDRIZZATORI POLIFASE. CONVERTITORI A TIRISTORI MONOFASE E TRIFASE A ONDA INTERA. RADDRIZZATORI E CONVERTITORI IN CONDIZIONI REALI DI FUNZIONAMENTO. PONTI SEMICONTROLLATI. RICHIAMI SUI CONVERTITORI CC/CC. FULL BRIDGE DC-DC: MODULAZIONE PWM, MODULAZIONE UNIPOLARE E BIPOLARE. INVERTER VSI A TENSIONE IMPRESSA. INVERTER CSI A CORRENTE IMPRESSA. METODI DI ANALISI PER CONVERTITORI: METODO DELLO STATE-SPACE AVERAGING. ANALISI E PROGETTAZIONE DI CONVERTITORI ELETTRONICI. SIMULAZIONI CON PSIM/MATLAB. (ORE 12/6/6)

-CONVERTITORI SPECIALI: GENERALITÀ SUI CONVERTITORI RISONANTI: CONVERTITORI CON CARICO RISONANTE; CONVERTITORI A INTERRUTTORE RISONANTE; TOPOLOGIE ZERO VOLTAGE E ZERO CURRENT SWITCHING E CLAMPED VOLTAGE; CLASSE E CONVERTER; CICLOCONVERTITORI. CONVERTITORI MULTILIVELLO. (ORE 10/-/4)

-CIRCUITI AUSILIARI E DI PROTEZIONE: CIRCUITI DI SNUBBER. CIRCUITI DI SPEGNIMENTO IN CORRENTE E TENSIONE. CIRCUITI DI COMANDO PER TIRISTORI, IGBT E POWERMOS. ELEMENTI DI COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA NELLA CONVERSIONE STATICA DELL’ENERGIA. (ORE 6/2/6)

-TECNICHE DI CONTROLLO PER CONVERTITORI: RICHIAMI DEL CONTROLLO PWM E SQUARE WAVE. TECNICA DI CONTROLLO A CANCELLAZIONE DI ARMONICA. TECNICHE DI CONTROLLO PER INVERTER E DC/DC CONVERTE A CORRENTE IMPRESSA. CONTROLLO DIRETTO DI COPPIA (DTC). CONTROLLO AD ORIENTAMENTO DI CAMPO (FOC). PROGETTO E IMPLEMENTAZIONE SU MICROCONTROLLORE IN LABORATORIO DI SISTEMA DI CONTROLLO PER INVERTER TRIFASE. SIMULAZIONI CON PSIM/MATLAB. (ORE 12/-/6)

-APPLICAZIONI PER L’INDUSTRIA E PER I TRASPORTI: GENERALITÀ SUGLI AZIONAMENTI ELETTRICI. TECNICHE DI CONTROLLO DI AZIONAMENTI ELETTRICI. AZIONAMENTI CON MACCHINE A CORRENTE CONTINUA. REGOLAZIONE DI COPPIA E VELOCITÀ. AZIONAMENTI CON MOTORI DC AD ALTE PRESTAZIONI. AZIONAMENTI CON MOTORI BRUSHLESS. AZIONAMENTI CON MOTORI PASSO-PASSO. AZIONAMENTI CON MOTORI ASINCRONI. INTEGRAZIONE DI SISTEMI DI ACCUMULO BASATI SU TECNOLOGIE ETEROGENEE PER POWER TRAIN DI VEICOLI ELETTRICI E SISTEMI DI TRAZIONE. CRITERI DI PROGETTAZIONE DI SISTEMI ELETTRONICI PER IL POWER AND ENERGY MANAGEMENT IN APPLICAZIONI AUTOMOTIVE E FERROVIARIE. METODOLOGIE DI ANALISI E CRITERI DI PROGETTAZIONE DI SISTEMI DI RICARICA PER VEICOLI ELETTRICI. (ORE 14/-/6)

-APPLICAZIONI PER RETI ELETTRICHE: CONVERTITORI ELETTRONICI PER L’INTERFACCIAMENTO ALLA RETE DI GENERATORI EOLICI E FOTOVOLTAICI. GENERATORI E CONVERTITORI ELETTRONICI PER LE TURBINE EOLICHE DUAL FEED E SINCRONE. TECNICHE DI CONTROLLO PER SISTEMI CONNESSI ALLA RETE O ISOLATI. SISTEMI DI ACCUMULO PER SMART GRID: CRITERI DI DIMENSIONAMENTO E STRATEGIE DI CONTROLLO. SISTEMI DI ACCUMULO DELL’ENERGIA PER RETI DI TRASMISSIONE E DISTRIBUZIONE. BENEFICI OTTENIBILI DALL’INTEGRAZIONE DI SISTEMI DI ACCUMULO IN RETI ELETTRICHE CON GENERAZIONE DISTRIBUITA DA FONTE RINNOVABILE. SISTEMI ELETTRONICI DI POTENZA PER RETI DI TRASMISSIONE: SISTEMI AD ALTA TENSIONE IN CORRENTE CONTINUA E SISTEMI PER LA TRASMISSIONE FLESSIBILE IN CORRENTE ALTERNATA (HV-DC E FACTS). (ORE 12/-/4)

-APPLICAZIONI PER LA BUILDING AUTOMATION E LA DOMOTICA: L’ELETTRONICA DI POTENZA PER LA BUILDING AUTOMATION E LA DOMOTICA. GRUPPI DI CONTINUITÀ: RADDRIZZATORE, BATTERIE, INVERTER, COMMUTATORE STATICO DI BYPASS. CRITERI DI DIMENSIONAMENTO E PROGETTAZIONE. DRIVER PER LED. (ORE 10/-/-)

TOTALE ORE: 120 (ORE LEZIONE FRONTALE: 80; ORE DI ESERCITAZIONE IN AULA: 8; ORE DI LABORATORIO: 32)
Metodi Didattici
L’INSEGNAMENTO CONTEMPLA LEZIONI TEORICHE, ESERCITAZIONI IN AULA ED ESERCITAZIONI PRATICHE DI LABORATORIO. IN AULA GLI STUDENTI SVOLGONO ESERCITAZIONI SUGLI ARGOMENTI TRATTATI NELLE LEZIONI TEORICHE, MENTRE NELLE ESERCITAZIONI IN LABORATORIO VENGONO ASSEGNATI AGLI STUDENTI, DIVISI PER GRUPPI DI LAVORO, ESERCIZI PRATICI DA SVILUPPARE TRAMITE L’UTILIZZO DI ELABORATORE DI CALCOLO E SOFTWARE PER LA PROGRAMMAZIONE. IN LABORATORIO SONO ALTRESÌ SINTETIZZATI, REALIZZATI E TESTATI PROTOTIPI DI CONVERTITORI E AZIONAMENTI ELETTRICI AC E DC. LE ESERCITAZIONI SONO STRUMENTALI ALL’ACQUISIZIONE, OLTRE CHE DELLE CAPACITÀ DI REALIZZAZIONE DI CONVERTITORI ELETTRONICI, ANCHE A SVILUPPARE E RAFFORZARE LE CAPACITÀ DI LAVORARE IN TEAM.
Verifica dell'apprendimento
LA PROVA DI ESAME È FINALIZZATA A VALUTARE NEL SUO COMPLESSO: LA CONOSCENZA E LA CAPACITÀ DI COMPRENSIONE DEI CONCETTI PRESENTATI AL CORSO; LA CAPACITÀ DI APPLICARE TALI CONOSCENZE PER LA RISOLUZIONE DI PROBLEMI DI ANALISI E SINTESI DI SISTEMI PER IL CONTROLLO DI ENERGIA E IMPIANTI; L’AUTONOMIA DI GIUDIZIO, LE ABILITÀ COMUNICATIVE E LA CAPACITÀ DI APPRENDERE.
LA VALUTAZIONE DEL RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI PREFISSATI AVVERRÀ MEDIANTE UN COLLOQUIO ORALE DURANTE IL QUALE SARÀ DISCUSSO E VALUTATO ANCHE L’ELABORATO PROGETTUALE PREDISPOSTO NELLA PARTE FINALE DEL CORSO.
IL COLLOQUIO ORALE VERTERÀ SU TUTTI GLI ARGOMENTI DEL CORSO E LA VALUTAZIONE TERRÀ CONTO DELLE CONOSCENZE DIMOSTRATE DALLO STUDENTE E DEL GRADO DEL LORO APPROFONDIMENTO, DELLA CAPACITÀ DI APPRENDERE DIMOSTRATA, DELLA QUALITÀ DELL’ESPOSIZIONE.
NELLA VALUTAZIONE FINALE, ESPRESSA IN TRENTESIMI, LA VALUTAZIONE DEL PROGETTO PESERÀ PER IL 35% MENTRE IL COLLOQUIO ORALE PER IL 65%. LA LODE POTRÀ ESSERE ATTRIBUITA AGLI STUDENTI CHE DIMOSTRINO DI SAPER APPLICARE LE CONOSCENZE ACQUISITE CON AUTONOMIA ANCHE IN CONTESTI DIVERSI DA QUELLI PROPOSTI NEL CORSO.
Testi
DIAPOSITIVE DELLE LEZIONI DISPONIBILI SU SITO WEB.
N. MOHAN, T. M. UNDELAND, W. P. ROBBINS, POWER ELECTRONICS, J. WILEY & SONS.
R.S. RASMSHAW, POWER ELECTRONICS SEMICONDUCTOR SWITCHES, SECOND EDITION, CHAPMALL & HALL.
PRESSMAN, SWITCHING POWER SUPPLY DESIGN, MC GRAW HILL.
M.H. RASHID, POWER ELECTRONICS: CIRCUITS, DEVICES AND APPLICATIONS, PRENTICE HALL.
R. MARCONATO, SISTEMI ELETTRICI DI POTENZA, EDIZ. CLUP
E. FITZGERALD, C. KINGSLEY, A. KUSKO, MACCHINE ELETTRICHE, EDIZ. FRANCO-ANGELI
N. JENKINS, R. ALLAN, P. CROSSLEY, D. KIRSCHEN, G. STRBAC, “EMBEDDED GENERATION”, IEE.
T. ACKERMANN, “WIND POWER IN POWER SYSTEMS”, WILEY.
CHRISTOPHER D. RAHN, CHAO-YANG WANG, “BATTERY SYSTEMS ENGINEERING”, WILEY.
ROBERT BOSCH GMBH, “BOSCH AUTOMOTIVE ELECTRICS AND AUTOMOTIVE ELECTRONICS: SYSTEMS AND COMPONENTS, NETWORKING AND HYBRID DRIVE”, SPRINGER VIEWEG.
ALI EMADI, HANDBOOK OF AUTOMOTIVE POWER ELECTRONICS AND MOTOR DRIVES (ELECTRICAL AND COMPUTER ENGINEERING), CRC PRESS.
MUHAMMAD RASHID, POWER ELECTRONICS HANDBOOK (THIRD EDITION), BUTTERWORTH-HEINEMANN.
GIANFRANCO PISTOIA, ELECTRIC AND HYBRID VEHICLES: POWER SOURCES, MODELS, SUSTAINABILITY, INFRASTRUCTURE AND THE MARKET, ELSEVIER.
ANDREI TER-GAZARIAN, ENERGY STORAGE FOR POWER SYSTEMS, THE INSTITUTION OF ENGINEERING AND TECHNOLOGY.
MEHRDAD EHSANI, YIMIN GAO, ALI EMADI, MODERN ELECTRIC, HYBRID ELECTRIC, AND FUEL CELL VEHICLES: FUNDAMENTALS, THEORY, AND DESIGN, CRC PRESS.
ROBERT HUGGINS, ENERGY STORAGE, SPRINGER VIEWEG.
Altre Informazioni
L’INSEGNAMENTO È EROGATO IN PRESENZA. LA LINGUA DI INSEGNAMENTO È L’ITALIANO.
  BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2019-03-11]