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a Ciclo Unico
Scuola di Ingegneria
INGEGNERIA ELETTRONICA
Insegnamento
POWER ELECTRONICS 2- ELETTRONICA PER L'ENERGIA 2
INP3054121, A.A. 2015/16

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2014/15

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea magistrale in
INGEGNERIA ELETTRONICA
IN0520, ordinamento 2008/09, A.A. 2015/16
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Crediti formativi 6.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese POWER ELECTRONICS 2
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione (DEI)
Sito E-Learning https://elearning.dei.unipd.it/course/view.php?idnumber=2015-IN0520-000ZZ-2014-INP3054121-N0
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione INGLESE
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile LUCA CORRADINI ING-INF/01

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
CARATTERIZZANTE Ingegneria elettronica ING-INF/01 6.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Secondo semestre
Anno di corso II Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
LEZIONE 6.0 48 102.0

Calendario
Inizio attività didattiche 01/03/2016
Fine attività didattiche 15/06/2016
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2019

Commissioni d'esame
Nessuna commissione d'esame definita

Syllabus
Prerequisiti: Si consiglia agli studenti di aver sostenuto o seguito Power Electronics 1 (Elettronica per l'Energia 1).
Conoscenze e abilita' da acquisire: Gli studenti che avranno seguito proficuamente il corso avranno acquisito le seguenti conoscenze ed abilità:
- capacità di analizzare il comportamento statico e dinamico di convertitori di potenza dc-dc, ac-dc e dc-ac, controllati in modo analogico o digitale;
- capacità di progettare compensazioni digitali standard di tipo PID per il controllo di convertitori di potenza dc-dc e dc-ac monofase;
- capacità di utilizzare l'ambiente di calcolo e simulazione Matlab/Simulink/PLECS come strumento di supporto alla progettazione a livello di sistema di convertitori di potenza controllati in modo analogico o digitale.
Modalita' di esame: Prova orale. Per l'ammissione all'esame è richiesto lo svolgimento di un homework riguardante progetto e simulazione MATLAB/Simulink di un convertitore. L'homework viene assegnato all'incirca a metà semestre e la relazione deve essere consegnata al docente almeno una settimana prima della data d'esame.
Criteri di valutazione: La valutazione riguarda i seguenti aspetti:
- la capacità dello studente di applicare le nozioni apprese durante il corso alla progettazione ed al controllo di convertitori a commutazione di tipo dc-dc, ac-dc e dc-ac;
- la padronanza della materia da parte dello studente e la sua capacità di derivare autonomamente i principali risultati visti a lezione.
Contenuti: 1. Convertitori dc-dc Cuk e SEPIC:
- topologie ed analisi stazionaria in modo di conduzione continuo (CCM) e discontinuo (DCM);
- circuiti equivalenti alle grandezze medie e di piccolo segnale in CCM;
- uso dell'accoppiamento magnetico e tecniche di cancellazione del ripple;
- topologie isolate e loro analisi stazionaria;
- circuiti equivalenti alle grandezze medie in DCM.
2. Modelli allo spazio di stato di convertitori in CCM:
- descrizione allo spazio di stato di un convertitore e tecnica dello state-space averaging;
- linearizzazione e modello allo spazio di stato valido ai piccoli segnali;
- descrizione nel dominio di Laplace; matrice delle funzioni di trasferimento di controllo e delle funzioni di trasferimento del disturbo;
- uso di Matlab per il calcolo numerico del modello allo spazio di stato linearizzato.
3. Elementi di controllo digitale di convertitori a commutazione:
- generalità; uso del controllo digitale in elettronica di potenza;
- blocchi principali di un convertitore controllato digitalmente; scelta della frequenza di campionamento;
- dinamica di piccolo segnale di modulatori PWM a campionamento uniforme; ritardo di piccolo segnale e sue espressioni in funzione del punto di lavoro;
- tecniche di modellizzazione di piccolo segnale: metodo a tempo continuo, metodo basato sulla discretizzazione e modellizzazione diretta a tempo discreto;
- progettazione del regolatore digitale; compensazioni standard di tipo PI e PID digitali; calcolo dei coefficienti del regolatore;
- cenni sulle problematiche di quantizzazione e di ciclo limite.
4. Inverter monofase:
- generalità e topologie principali;
- modulazione ad onda quadra;
- modulazione PWM: PWM a due livelli e a tre livelli; spettro della tensione di uscita; sovramodulazione;
- effetti del tempo morto;
- studio della corrente di ingresso con modulazione PWM e dimensionamento del condensatore di ingresso.
5. Inverter trifase:
- generalità e topologia a mezzo ponte;
- modulazione "six step": forme d'onda principali e loro contenuto armonico;
- modulazione PWM;
- controllo della tensione di centro stella: iniezione di terza armonica; modulazione "flat top";
- modulazione vettoriale: trasformazione alfa-beta-gamma e sua interpretazione geometrica; vettori fondamentali ed esagono di modulazione; generazione della tensione di uscita;
- cenni sull'implementazione della modulazione vettoriale e sul controllo di inverter trifase.
6. Raddrizzatori da rete ad elevato fattore di potenza (PFC):
- reti in regime periodico non sinusoidale; definizione di fattore di potenza; espressioni di potenza media, tensione e corrente efficaci nel dominio del tempo e nel dominio della frequenza; fattore di distorsione e fattore di sfasamento;
- studio approssimato del raddrizzatore a diodi con filtro LC; limite di filtro capacitivo e filtro induttivo; fattore di distorsione, di sfasamento e di potenza;
- generalità sul raddrizzamento attivo; modello di un raddrizzatore ideale; forme d'onda ideali; dimensionamento dell'elemento di filtro;
- controllo della tensione di uscita; compromesso fra banda di regolazione e distorsione armonica della corrente di rete;
- Boost PFC: schema di controllo; forme d'onda principali; funzionamento in CCM e in DCM al variare della potenza di carico; considerazioni sulla compensazione dell'anello interno di corrente;
- Flyback PFC: schema di controllo; forme d'onda principali; equazioni di progetto per il funzionamento in DCM;
- studio della dinamica dell'anello di regolazione della tensione; tecniche di media e di linearizzazione e funzioni di trasferimento principali.
7. Utilizzo di MATLAB/Simulink per la simulazione e il progetto di convertitor
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: Lezioni frontali alla lavagna. Sono previste alcune ore di attività in aula informatica dedicate all'utilizzo di Matlab/Simulink/PLECS come tool di supporto per l'analisi e il controllo di convertitori di potenza.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Il materiale di riferimento per il corso è il seguente:

1) G. Spiazzi, L. Corradini, "Lecture Notes in Power Electronics - Spring 2016", Libreria Progetto.
2) L. Corradini, D. Maksimovic, P. Mattavelli, R. Zane, "Digital Control of High-Frequency Switched-Mode Power Converters", Wiley-IEEE Press, 2015.
3) R. W. Erickson, D. Maksimovic, "Fundamentals of Power Electronics", Springer + Business Media, 2001, Second Edition.

Materiale addizionale sarà messo a disposizione degli studenti iscritti al corso attraverso la piattaforma Moodle.
Testi di riferimento:
  • G. Spiazzi, L. Corradini, "Lecture Notes in Power Electronics - Spring 2016". --: Libreria Progetto, 2016.
  • L. Corradini, D. Maksimovic, P. Mattavelli, R. Zane, "Digital Control of High-Frequency Switched-Mode Power Converters". --: Wiley-IEEE Press, 2015. Cerca nel catalogo
  • R. W. Erickson, D. Maksimovic, "Fundamentals of Power Electronics". --: Springer + Business Media, 2001. Second Edition Cerca nel catalogo
  • N. Mohan, T. Undeland, W. Robbins, "Power Electronics: Converters, Applications, and Design". --: Wiley & Sons Inc., 1995. Second Edition Cerca nel catalogo
  • J. G. Kassakian, M. F. Schlecht, G. C. Verghese, "Principles of Power Electronics". --: Addison Wesley, 1991. Cerca nel catalogo