Insegnamento
AZIONAMENTI ELETTRICI
INL1001819, A.A. 2013/14

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea magistrale in
INGEGNERIA DELL'AUTOMAZIONE
IN0527, ordinamento 2008/09, A.A. 2013/14
1085522
Crediti formativi 9.0
Denominazione inglese ELECTRIC DRIVES
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione (DEI)
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione ITALIANO
Sede PADOVA

Docenti
Responsabile SILVERIO BOLOGNANI ING-IND/32

Mutuante
Codice Insegnamento Responsabile Corso
INL1001819 AZIONAMENTI ELETTRICI SILVERIO BOLOGNANI IN0519

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
CARATTERIZZANTE Ingegneria dell'automazione ING-IND/32 9.0

Modalità di erogazione
Periodo di erogazione Primo semestre
Anno di corso A scelta dello studente
Modalità di erogazione frontale

Organizzazione della didattica
Tipo ore Crediti Ore di
Corso
Ore Studio
Individuale
Turni
LEZIONE 9.0 72 153.0 Nessun turno

Calendario
Inizio attività didattiche 26/09/2016
Fine attività didattiche 25/01/2014

Commissioni d'esame
Commissione Dal Al Membri
6 a.a.2016/17 01/10/2016 15/03/2018 BOLOGNANI SILVERIO (Presidente)
BIANCHI NICOLA (Membro Effettivo)
ALBERTI LUIGI (Supplente)
BERTOLUZZO MANUELE (Supplente)
5 a.a.2013/14 01/10/2013 30/09/2014 BOLOGNANI SILVERIO (Presidente)
BIANCHI NICOLA (Membro Effettivo)
BUJA GIUSEPPE (Supplente)

Syllabus
Prerequisiti: L'insegnamento richiede la conoscenza dei fondamenti dell'Elettrotecnica (circuiti elettrici e campi elettromagnetici), dell'Elettronica di potenza (componenti elettronici di potenza, configurazioni principali per raddrizzatori, convertitori CC/CC e CC/CA) e dei Controlli automatici (descrizione dinamica dei sistemi, funzioni di trasferimento, risposta in frequenza, controllo a catena chiusa, progetto delle reti corretrici, ... ). Gli argomenti del corso sono trattati quasi totalmente con riferimento al tempo continuo.
Conoscenze e abilita' da acquisire: Descrizione degli azionamenti elettrici con i richiami essenziali alle macchine elettriche di interesse e ai convertitori elettronici di potenza più comuni.
Fondamenti delle principali soluzioni di controllo di di velocità, corrente e coppia per gli azionamenti elettrici, con riferimento anche a problematiche avanzate (controlli sensorless, controlli predittivi, sensibilità parametrica....)
Si tratta di un corso destinato a chi sarà coinvolto nel progetto e sviluppo di azionamenti elettrici, anche con l’utilizzo di soluzioni innovative e complesse, e a chi dovrà scegliere, installare, collaudare, azionamenti elettrici.
Modalita' di esame: L'esame consta di una prova sulla parte teorica del programma e di una prova applicativa (esercizio numerico su motori e/o azionamenti elettrici). Per la sola prova applicativa è ammesso consultare le dispense o i propri appunti manoscritti delle lezioni, ma nessun altro materiale didattico. Le due prove sono svolte in forma scritta.
Le due prove sono proposte nella stessa data e sono giudicate con voti separati, che saranno quindi mediati (quando entrambi sufficienti) per il voto finale. L’arrotondamento è sempre fatto verso la parte teorica. Nel caso di non superamento di una delle due prove, è ammesso conservare il voto positivo di quella superata e sostenere l’altra in un appello successivo.
Ulteriori eventuali dettagli saranno forniti in aula all'inizio del corso (per esempio presenza di prove di laboratorio).
Criteri di valutazione: La prova sulla parte teorica consta di domande a risposta aperta.
La valutazione della prova si ottiene cumulando le valutazioni sufficienti attribuite alle singole domande. Il peso di ciascuna domanda è nel testo d'esame.

La prova applicativa consta nello svolgimento di un esercizio numerico di progettazione di uno schema di controllo per azionamenti, o nella valutazione delle prestazioni o condizioni operative di un azionamento.
La prova applicativa può essere integrata o sostituita da prove in laboratorio con redazione di corrispondente relazione. La presenza del laboratorio è comunicata all'inizio del corso.
Contenuti: Argomenti propedeutici agli azionamenti elettrici. Definizione di macchine elettriche, definizioni e schema azionamento, classificazioni. Quadranti, limiti e regioni di funzionamento.

Azionamenti con motore in cc. Struttura e principio di funzionamento del motore. Circuito induttore. Circuito indotto in quiete. Equazione della coppia. Caratteristica elettromeccanica di coppia. Indotto in rotazione. Forza elettromotrice. Equazioni e bilancio energetico. Schema a blocchi del motore. Limiti e regioni di funzionamento. Caratteristiche meccaniche. Perdite e rendimento, punto di lavoro ecc. Modello dinamico a flusso costante. FdT fra ua e ia o w; FdT fra m_L e ia, o w.
Schema azionamento in corrente continua. Principio di funzionamento del convertitore CC/CC su carico motore. Schema di controllo della corrente di armatura. Progetto e prestazioni del regolatore P, PI e PID. Controllo di velocità; limitazioni ed antiwindup. Controllo di campo.
Esercizi su motori cc e relativi azionamenti

Argomenti propedeutici agli azionamenti in alternata. Definizione di vettori spaziali per sistemi trifase. Trasformazioni abc-alfa/beta e viceversa. Matrici di trasformazione. Proprietà delle potenze. Trasformazioni alfa/beta-dq. Matrici di trasformazione. Esemplificazioni.
Schema invertitore trifase. Funzionamento in onda quadra e in PWM. Esemplificazioni.

Azionamenti con motore sincrono a magneti permanenti. Struttura del motore. Equazioni generali tensioni-flussi in alfa/beta. Equazioni generali in dq. Equazione generale della coppia. Equazioni per macchina isotropa lineare (SPM) in alfa/beta e dq. Coppia, schema a blocchi. Estensione al motore a rotore anisotropo (IPM). Regioni e limiti di funzionamento per motore SPM e IPM.
Schema di azionamento con motore a magneti permanenti. Modalità per il controllo di corrente: controllo stazionario PID con PWM, stazionario predittivo, stazionario a isteresi. Controllo di corrente PID sincrono: progetto regolatori. Azionamenti IPM: controllo in deflussaggio.
Azionamento sensorless SPM ad alta velocità. Estensione al motore IPM. Azionamenti IPM sensorless a velocità nulla con iniezione di tensione alta frequenza. Schema implementativo, discussione degli errori.
Esercizi su azionamenti con motore BL a regime e sul progetto del controllo.

Azionamenti con motore asincrono. Struttura del motore. Equazioni in abc. Equazione del motore asincrono in dq_statorico e dq_rotorico; induttanze sincrone di statore, rotore e mutua. Equazioni della coppia. Diagramma a blocchi in generico sistema di riferimento. Comportamento a regime; circuito equivalente. Bilancio energetico; scorrimento. Caratteristica meccanica.
Controllo ad orientamento di campo: principio, implementazione diretta e implementazione indiretta. Sensibilità parametrica.
Azionamenti a tensione impressa e scalare. Azionamento V/F.
Azionamenti sensorless ad orientamento di campo: stima della velocità e implementazione.
Esercizi su azionamenti con motore asincrono a regime e sul progetto del controllo.

NB. Alcuni argomenti sono svolti in modo più o meno esteso a seconda delle ore a disposizione nell’anno specifico e dell’approfondimento riservato ad altri argomenti.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: L'insegnamenti è erogato attraversao lezioni frontali del docente sia per le lezioni teoriche che per gli esercizi in aula (eventuale sostituto per le parti di esercizi).

E' possibile l'erogazione di Esercitazioni in laboratorio: tarature e misure con oscilloscopio su azionamenti con motore sincrono o asincrono di piccola potenza con relazione di laboratorio. Le esercitazioni di laboratorio possono sostituire o integrare la prova applicativa (“esercizi”) dell’esame a seconda delle ore ad essa destinate.
Informazioni all'inizio del corso.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: A disposizione dispense del corso scaricabili da rete.

Per consultazione:

L. Bonometti, Convertitori di potenza e servomotori brushless, Editoriale Delfino
D. W. Novotny and T. A. Lipo, Vector control and dynamics of AC drives, Oxford, Clarendon press, 1996.
P. Vas, Vector control of AC machines, Oxford, Clarendon, 1990
P. Vas, Sensorless vector and direct torque control, Oxford, Clarendon, 1990.
Testi di riferimento: