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
2022/2023

OBBLIGATORIO
ANNO CORSO 1
ANNO ORDINAMENTO 2018
ANNUALE
CFUOREATTIVITÀ
12120LEZIONE
Obiettivi
IL CORSO MIRA ALL’APPRENDIMENTO DI MODELLI E METODI PER PROGETTAZIONE DI CONVERTITORI ELETTRONICI DI POTENZA E DEI METODI PER IL CONTROLLO E LA CONVERSIONE DI ENERGIA ELETTRICA CON ELEVATA EFFICIENZA. IL CORSO SI PROPONE DI FORNIRE, INOLTRE, COMPETENZE PER IL DIMENSIONAMENTO DI AZIONAMENTI DC E AC PER IL SETTORE AUTOMOTIVE (INCLUSE LE STAZIONI DI RICARICA PER AUTOVEICOLI) E DEI TRASPORTI ELETTRIFICATI E PER LE APPLICAZIONI INDUSTRIALI.
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 RINNOVABILI, IL CORSO FORNISCE SONO 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. IL CORSO SI PONE, INFINE, L’OBIETTIVO DI RENDERE SENSIBILI, ATTRAVERSO ESPERIENZE DI LABORATORIO, GLI ALLIEVI ALLA VALUTAZIONE DEI SISTEMI ELETTRONICI DI POTENZA IN CONDIZIONI REALI D’USO.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: IL CORSO FORNISCE STRUMENTI E CONOSCENZE PER LA COMPRENSIONE E L’UTILIZZO DELLE METODOLOGIE PER L’ANALISI E LA SINTESI DI CONVERTITORI DI POTENZA PER I TRASPORTI, PER LE RETI ELETTRICHE, PER LA GESTIONE DELL’ENERGIA E PER L’INDUSTRIA. OFFRE, INOLTRE CONOSCENZE PER LA SINTESI DI CIRCUITI DI PROTEZIONE PER DISPOSITIVI ELETTRONICI DI POTENZA E AVVIA ALLA COMPRENSIONE DEI PROBLEMI DI COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA LEGATA ALLA CONVERSIONE STATICA DELL’ENERGIA. COMPRENSIONE DEI PROBLEMI LEGATI ALLA CONVERSIONE ELETTROMECCANICA DELL’ENERGIA E DEGLI STRUMENTI PER L’ANALISI E LA SINTESI DI AZIONAMENTI AC E DC E, PIÙ IN GENERALE, DEI PROBLEMI RELATIVI ALL’ACCOPPIAMENTO MACCHINA ELETTRICA – CONVERTITORE ELETTRONICO DI POTENZA.

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: LO STUDENTE AL TERMINE DEL CORSO SAPRÀ DIMENSIONARE SISTEMI SWITCHING E AZIONAMENTI ELETTRICI CON I RELATIVI SISTEMI DI CONTROLLO IN CONDIZIONI REALI DI FUNZIONAMENTO; SAPRÀ PROGETTARE E INTERFACCIARE CONVERTITORI ELETTRONICI ALLE RETI ELETTRICHE E AI SISTEMI UTILIZZATORI. SAPRÀ DIMENSIONARE, PROGETTARE E CONTROLLARE CONVERTITORI ELETTRONICI DI POTENZA PER INTERFACCIARE CARICHI ATTIVI (SISTEMI DI ACCUMULO) E GENERATORI DA FONTE RINNOVABILE A RETI ELETTRICHE. SAPRÀ PROGETTARE SISTEMI ELETTRONICI PER IL POWER AND ENERGY MANAGEMENT PER APPLICAZIONI DOMOTICHE, AUTOMOTIVE E FERROVIARIE. DIMENSIONARE SISTEMI DI RICARICA PER VEICOLI ELETTRICI.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO: SAPER INDIVIDUARE I DISPOSITIVI, I METODI E I TOOLS SOFTWARE DI SUPPORTO PIÙ APPROPRIATI PER LA GESTIONE E LA REALIZZAZIONE DI CONVERTITORI ELETTRONICI PER APPLICAZIONI DI ENERGY MANAGEMENT IN AMBITO CIVILE, INDUSTRIALE E NEI TRASPORTI.
ABILITÀ COMUNICATIVE: SAPER LAVORARE IN GRUPPO. SAPER PRESENTARE, ARGOMENTANDOLE, LE SCELTE RELATIVE ALLA TIPOLOGIA DI CONVERTITORE, AZIONAMENTO E SISTEMA DI CONTROLLO PER PROGETTARE E IMPLEMENTARE SOLUZIONI PER L’INTERFACCIAMENTO ALLA RETE DI CARICHI ELETTRICI, DI GENERATORI DA FONTE RINNOVABILE E PER IL CONTROLLO AVANZATO DI AZIONAMENTI IN AMBITO CIVILE, DEI TRASPORTI E INDUSTRIALE.
CAPACITÀ DI APPRENDERE: SAPER APPLICARE LE CONOSCENZE ACQUISITE A CONTESTI DIFFERENTI DA QUELLI PRESENTATI DURANTE IL CORSO ED APPROFONDIRE GLI ARGOMENTI TRATTATI USANDO MATERIALI DIVERSI DA QUELLI PROPOSTI.
Prerequisiti
PER IL PROFICUO RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI PREFISSATI SONO RICHIESTE CONOSCENZE DI BASE DI ELETTROTECNICA, DELLE MACCHINE ELETTRICHE E DELL’ELETTRONICA ACQUISITI AL PROMO LIVELLO.
Contenuti
- INTRODUZIONE AL CORSO: ENERGIA, AMBIENTE ED ELETTRIFICAZIONE: IL CONTESTO MONDIALE E QUELLO NAZIONALE. L’ELETTRIFICAZIONE DEI TRASPORTI E LA MOBILITÀ SOSTENIBILE. (ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 2/-/-)
- DISPOSITIVI: RICHIAMI SUI COMPONENTI DELL’ELETTRONICA DI POTENZA E SUI SISTEMI E DISPOSITIVI DI COMANDO E PROTEZIONE. GIUNZIONE PIN. DIODO DI POTENZA: TECNOLOGIA, CARATTERISTICHE STATICHE, CARATTERISTICHE DINAMICHE, ESEMPI DI APPLICAZIONI E DI DIMENSIONAMENTO. CENNI SU BJT DI POTENZA E POWERMOS: TECNOLOGIA, CARATTERISTICHE STATICHE E DINAMICHE. ESEMPI DI DIMENSIONAMENTO. SCR: TECNOLOGIA, CARATTERISTICHE STATICHE E DINAMICHE. GTO: TECNOLOGIA, CARATTERISTICHE STATICHE E DINAMICHE. IGBT: TECNOLOGIA, CARATTERISTICHE STATICHE E DINAMICHE. SOLUZIONI INTEGRATE IGBT-DIODO. ESEMPI DI DIMENSIONAMENTO. ALTRI DISPOSITIVI: CENNI SU TRIAC. IGCT, DIAC. DISPOSITIVI DI POTENZA SIC: GENERALITÀ. SIC MOS. (ORE 9/-/-)
- CIRCUITI AUSILIARI: DRIVER PER IGBT E POWERMOS. CRITERI DI DIMENSIONAMENTO DI UN CIRCUITO DI DRIVER. CENNI SU DRIVER PER SCR E TRIAC. CENNI SU DRIVER PER SIC. CIRCUITI DI SNUBBER. DIMENSIONAMENTO DISSIPATORE. CIRCUITI DI SPEGNIMENTO DI SCR IN TENSIONE E IN CORRENTE. (ORE 6/2/-)
- CONVERTITORI ELETTRONICI CLASSICI: RICHIAMI. RADDRIZZATORI POLIFASE: PONTE DODECAFASE CON E SENZA BOBINA INTERFASICA. INVERTER A CORRENTE IMPRESSA CSI. METODI DI ANALISI PER CONVERTITORI: METODO DELLO STATE-SPACE AVERAGING. SIMULAZIONI CON PSIM/MATLAB. (ORE 3/0/1)
- CONVERTITORI RISONANTI: GENERALITÀ. SLR E PLR. SWITCH RESONANT CONVERTERS: ZVS, ZCS, ZCS-CV. CLASSE E CONVERTER. CICLOCONVERTITORI. CONVERTITORI MULTILIVELLO. APPLICAZIONI. (ORE 9/-/2)
- MODELLAZIONE DI AZIONAMENTI DC E AC: AZIONAMENTO DC. MODELLO DI UN AZIONAMENTO DI TRAZIONE. AZIONAMENTO BRUSHLESS DC. AZIONAMENTO BRUSHLESS AC. (ORE 12/3/-)
- CONTROLLO DI CONVERTITORI: RICHIAMI CONTROLLO PWM. CONTROLLO A CANCELLAZIONE DI ARMONICHE. CONTROLLO A CORRENTE IMPRESSA. CONTROLLO DIRETTO DI COPPIA (DTC). CONTROLLO AD ORIENTAMENTO DI CAMPO (FOC). CENNI ALLE TECNICHE DI CONTROLLO IN SOVRAMODULAZIONE. PROGETTO E IMPLEMENTAZIONE DI CONTROLLO PER INVERTER TRIFASE. SIMULAZIONI. (ORE 12/2/4)
- APPLICAZIONE DEL CONTROLLO: REGOLAZIONE DI COPPIA E VELOCITÀ PER DC DRIVE. AZIONAMENTI ASINCRONI: REGOLAZIONE DI COPPIA E DI VELOCITÀ. CENNI SU AZIONAMENTI STEP. (ORE 1/3/3)
- MOBILITÀ ELETTRICA: INTRODUZIONE AI VEICOLI ELETTRICI. BATTERIE. BMS. COLONNINE DI RICARICA E RICARICA WIRELESS. CENNI SU FUEL CELL PER LA TRAZIONE. INTEGRAZIONE DI SISTEMI DI ACCUMULO ETEROGENEI NEI VEICOLI ELETTRICI. CENNI SUL POWER AND ENERGY MANAGEMENT IN TRAZIONE. (ORE 10/2/2)
- APPLICAZIONI DELLA POWER ELECTRONICS ALLE RETI ELETTRICHE: INTERFACCIAMENTO ALLA RETE DI GENERATORI EOLICI E FOTOVOLTAICI. TURBINE EOLICHE DUAL FEED E SINCRONE. CENNI SUI SISTEMI ELETTRONICI DI POTENZA PER RETI AT: HV-DC E FACTS. (ORE 10/2/0)
- 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. CENNI SUI DRIVER PER LED. (ORE 7/2/-)
- VISITE TECNICHE (6/-/-)
- SEMINARI DIDATTICI (4/-/1)
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 UNA PROVA SCRITTA ESONERATIVA EROGATA A CIRCA IL 40% DEL CORSO E RELATIVA ALLA PRIMA PARTE DEL PROGRAMMA. L'ESAME È CONCLUSO DA 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 DELL’INTERO CORSO, QUALORA NON SIA SUPERATA CON SUFFICIENZA LA PROVA ESONERATIVA DI EMISEMESTRE, O SULLA SOLA SECONDA PARTE DEL CORSO QUALORA LA PROVA SIA STATA SUPERATA CON SUFFICIENZA. 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 PROVA ESONERATIVA DI EMISEMESTRE NON INCIDE SUL VOTO FINALE. 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.
•ANDREA DEL PIZZO, AZIONAMENTI ELETTRICI (APPUNTI DALLE LEZIONI) VOL.1, PRAISE WORTHY PRIZE
•ANDREA DEL PIZZO, AZIONAMENTI ELETTRICI (APPUNTI DALLE LEZIONI) VOL.2, PRAISE WORTHY PRIZE
•G. BRANDO, A. DANNIER, A. DEL PIZZO, AZIONAMENTI CON MOTORI D.C. E A.C. BRUSHLESS A MAGNETI PERMANENTI, PRAISE WORTHY PRIZE
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: 2022-09-16]