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Insegnamento: Conversione statica dell'energia (Offerta Formativa a.a. 2017/2018)

Corso di studio: INGEGNERIA MECCATRONICA (D.M.270/04)

CFU6
Moduli

Modulo: Conversione statica dell'energia
TAF: Affine/Integrativa; SSD: ING-IND/32; Ambito: Attività formative affini o integrative
Docenti: Fabio IMMOVILLI, Emilio LORENZANI

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Propedeuticità obbligatorie
Modalità di accertamento del profitto Orale
Modalità di valutazione Voto
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Lingua di insegnamento

Italiano

Partizionamento studenti

Nessun partizionamento

Obiettivi

Il corso intende fornire le conoscenze di base relative all'analisi e al progetto dei circuiti elettronici di potenza per la conversione statica dell'energia, con particolare interesse per le applicazioni industriali e la conversione da fonti energetiche sia rinnovabili sia tradizionali. In particolare gli obiettivi di apprendimento attesi a seguito del completamento del corso e superamento del relativo esame sono, con riferimento ai descrittori di Dublino, i seguenti:

Conoscenza e capacità di comprensione delle seguenti tematiche:
1. Peculiarità, vantaggi e svantaggi, delle architetture di conversione lineare e switching.
2. Criteri di Dimensionamento dei componenti principali di unconvertitore switching (induttori, condensatori, diodi e transistor)
3. Struttura e principio di funzionamento delle seguenti tipologie di convertitori DC/DC:
a) chopper a singolo quadrante;
b) convertitore buck;
c) convertitore boost;
d) convertitore buck-boost;
e) convertitore buck-boost bidirezionale e non invertente;
f) Convertitore Flyback.
g) Convertitore a mezzo ponte.
h) Convertitore a ponte intero.
i) Convertitore DC-DC a ponte intero isolato.
j) Convertitori DC/AC monofase e trifase

Capacità di applicare conoscenza e comprensione alle seguenti tematiche:
4. Dimensionamento di tutta la componentistica (induttori, condensatori, diodi e transistor) di un qualsiasi convertitore DC/DC al fine di soddisfare le specifiche e i vincoli del progetto assegnato.
5. Progettazione e costruzione di un induttore.
6. Progettazione e realizzazione fisica di un prototipo di convertitore.

Prerequisiti

Elettrotecnica e Macchine Elettriche, Elettronica Analogica Industriale, Controlli Automatici e Sistemi Elettrici Lineari.

Contenuti

Principi di conversione dell'energia. Confronto tra conversione/regolazione con architetture lineari e switching.
Modulazione a larghezza di impulso (PWM).

Principio di funzionamento e criteri di progettazione di:
1. Convertitori elettronici di potenza DC-DC non isolati:
a. chopper a singolo quadrante
b. convertitore buck (funzionamento in modalità continua e discontinua)
c. convertitore boost (funzionamento in modalità continua e discontinua)
d. convertitore buck-boost (funzionamento in modalità continua e discontinua)
e. convertitore buck-boost bidirezionale e non invertente.

2. Convertitori DC/DC isolati: convertitore Flyback e convertitore DC/DC full-bridge.
3. Raddrizzatori (AC/DC) non controllati e controllati.
4. Convertitori DC/AC. Inverter (DC/AC) monofase e trifase. Indice di modulazione di ampiezza e di frequenza.
5. Modulazioni PWM per motori DC, singola e doppia modulante. Modulazioni PWM per motori AC.
6. Cenni sulla regolazione e controllo di convertitori switching: applicazione al caso del buck e del boost.

Sono previste attività di laboratorio che riguarderanno il progetto, la simulazione al calcolatore e la realizzazione pratica di una tipologia di convertitore.

Metodi didattici

Il corso prevede l’utilizzo di lezioni frontali e di lezioni in laboratorio nelle quali si simulano in ambiente Matlab Simulink le architetture di conversione descritte durante le lezioni in aula. Dopo l’introduzione di nuovi concetti ne viene data subito l’applicazione tramite la soluzione di semplici esempi fino ad arrivare allo studio di sistemi complessi. La risoluzione degli esercizi avviene mediante metodi analitici e con l’utilizzo di ipotesi semplificative del modello del sistema.

Verifica dell'apprendimento

L’esame prevede: 1: prova pratica con relazione riguardante la simulazione, progettazione e realizzazione di un prototipo di convertitore elettronico di potenza. Dovrà essere redatta una relazione sull’attività svolta, comprensiva dei risultati sperimentali del prototipo realizzato. In questa si valutano gli obiettivi formativi 4 - 5 - 6. 2: una prova orale riguardante tutti gli argomenti del corso. In questa si valutano gli obiettivi formativi 1 - 2 - 3. Per superare l’esame entrambe le prove devono risultare sufficienti. Il voto finale dell’esame è determinato nel modo seguente: 30% dalla valutazione della prova pratica e 70% dalla valutazione della prova orale.

Risultati attesi

Vedi "Obiettivi".

Testi

Ned Mohan, Tore M. Undeland, William P. Robbins,
"Power Electronics : Converters, Applications, and Design", Wiley; 3rd Bk&Cdr edition,
ISBN: 0471226939

"Elettronica di Potenza, convertitori e applicazioni", HOEPLI, 2005 (traduzione del testo omologo Power Electronics).

A. Bellini, S. Bifaretti, S. Costantini, "Elettronica di Potenza", Aracne Editrice, 2004.

Docenti

Emilio LORENZANI
Fabio IMMOVILLI