Insegnamento APPLICAZIONI ELETTRICHE
- Corso
- Ingegneria meccanica
- Codice insegnamento
- A005727
- Curriculum
- Energy
- Docente
- Riccardo Scorretti
- Docenti
-
- Riccardo Scorretti
- Ore
- 72 ore - Riccardo Scorretti
- CFU
- 9
- Regolamento
- Coorte 2025
- Erogato
- 2025/26
- Attività
- Affine/integrativa
- Ambito
- Attività formative affini o integrative
- Settore
- ING-IND/31
- Tipo insegnamento
- Obbligatorio (Required)
- Tipo attività
- Attività formativa monodisciplinare
- Lingua insegnamento
- ITALIANO
- Contenuti
- L’insegnamento fornisce le competenze di base necessarie per progettare dei sistemi di azionamento elettrico. I principali contenuti riguardano: richiami di elettrotecnica, basi di controlli automatici ed elettronica di potenza. Motori elettrici in c.c., a induzione, brushless (BLDC e PMSM) e stepper, ed il loro controllo.
- Testi di riferimento
- Testi raccomandati
1. Slobodan N. Vukosavic, Electrical Machines, Springer DOI 10.1007/978-1-4614-0400-2
2. Ned Mohan, Electric Drives – an integrative approach, MNPERE, ISBN 0-9715292-1-3
Materiale didattico comprendente diapositive delle lezioni, testi e soluzione degli esercizi proposti, tabelle, video ed altro sarà disponibile attraverso la piattaforma Unistudium. - Obiettivi formativi
- L’insegnamento concorre a formare lo studente sulla modellistica ed il progetto di azionamenti elettrici. Introduce agli aspetti metodologici, di modellazione, di progettazione e di collegamento fra le varie conoscenze.
L'obiettivo principale dell’insegnamento consiste nel fornire agli studenti le basi per la scelta del tipo di motore e di controllo più adatto, in funzione dell’applicazione.
I principali risultati dell’apprendimento saranno:
• Comprensione dei principi fisici alla base del funzionamento motori elettrici;
• Richiami di controlli automatici;
• Richiamo di elettronica di potenza;
• Nozioni sulla qualità dell’energia elettrica, in particolare per quanto riguarda l’utilizzo di inverter per azionamenti;
• Modellistica e controllo di motori elettrici di varia natura: motori in c.c. a spazzole, e in corrente alternata ad induzione e brushless, motori stepper. - Prerequisiti
- Al fine di comprendere e saper applicare la maggior parte delle tecniche descritte nell'insegnamento sono necessarie solide conoscenze preliminari di elettromagnetismo et elettrotecnica. Sarebbe utile avere conoscenze in controlli automatici ed elettronica.
- Metodi didattici
- Il corso è organizzato in:
• lezioni frontali in aula durante le quali vengono affrontati gli argomenti trattati nel corso;
• esercitazioni teoriche e pratiche, da svolgere possibilmente in laboratorio utilizzando i software Matlab/Simulink e LTspice.
La totalità del materiale didattico utilizzato durante il corso – e.g. diapositive delle lezioni, esercizi svolti e proposti, tabelle, video ed altri contenuti – sarà disponibile attraverso la piattaforma Unistudium. - Altre informazioni
- Ulteriori informazioni sono disponibili attraverso la pagina Unistudium dell’insegnamento. Il docente è disponibile per consultazioni al termine di ogni lezione; consultazioni con il docente in persona o attraverso la piattaforma Microsoft Teams possono inoltre essere concordate in altri orari.
- Modalità di verifica dell'apprendimento
- L'esame si compone di due parti:
• una prova scritta (3h)
• una prova orale, unicamente per gli studenti che superino la prova scritta
• sarà cura degli studenti di seguire ed ottenere l’attestato nominativo di riuscita di 3 tutorial Onramp (Simulink, Design of automatic control, Simscape power electronics) - Programma esteso
- Introduzione.
• Azionamenti elettrici: uno sguardo d'insieme. Evoluzione della tecnologia e abbandono dei motori in c.c. a spazzole. Richiami di elettrotecnica: reti trifase, nozione di potenza attiva, reattiva, apparente, distorcente. Perché carichi RL producono delle sovratensioni.
Motori in c.c. a spazzole
• Struttura e principio di funzionamento. Modello dinamico e circuito equivalente. Defluxing.
Richiami di controlli automatici
• Nozioni di base di controlli automatici: trasformate di Laplace, risposta in frequenza e funzione di trasferimento, diagrammi di Bode.
• Sistemi del primo e secondo ordine, e loro identificazione a partire dalla risposta al gradino.
• Controllori PID, progetto di controllori nel dominio del tempo e della frequenza, sintesi diretta. Anti-wind up.
• Stabilità di sistemi lineari: margine di fase e di guadagno.
Elettronica di potenza
• Cenni sui semiconduttori, e sui dispositivi a semiconduttore per l’elettronica di potenza: diodi, BJT, MOSFET, IGBT e tiristori, moduli composti di più dispositivi di potenza.
• Convertitori DC-DC con topologie Buck, Boost e Buck-Boost e loro funzione di trasferimento (cenni). Controllori, regolatori integrati e moduli di potenza integrati.
• Mezzo ponte, ponte intero, ponte trifase. Chopper. Frenatura rigenerativa, common DC-bus e protezione del bus DC.
• Inverter: applicazioni e tipologia, nozione di THD e qualità dell’energia elettrica.
• Modulazione di tipo onda quadra, PWM e SVPWM.
Controllo di motori elettrici
• Perché si utilizzano loop imbricati (controllo di coppia/corrente, velocità e posizione)
• Progetto di controllo di motori in c.c.
• Misura di posizione e di velocità tramite encoder.
Motore a induzione
• Struttura e principio di funzionamento. Modello a regime e circuito equivalente per fase.
• Avviamento di motori a induzione: allaccio diretto, soft-starter o inverter.
• Controllo scalare (V/f), perché il controllo V/f non permette di controllare i transitori.
• Modello dinamico: trasformazione di Clarke-Park, equazioni del motore nel riferimento di Park. Calcolo della coppia. Cenni sulle differenti tipologie di controllo vettoriale FOC e DTC
Motori brushless
• Struttura e principio di funzionamento. Motori BLDC e PMSM.
• Modello dinamico di motori brushless, equazioni del motore nel riferimento di Park.
• Controllo FOC, 6 steps. Cenni sul controllo sensorless.
• Circuiti integrati per il controllo di motori brushless.
Motori stepper
• Struttura e principio di funzionamento, tipologie di motori stepper (unipolari, bipolari e ibridi)
• Controllo di motori stepper, microstepping.
• Circuiti integrati per il controllo di motori stepper.
Model-based design
• Approcci model-in-the-loop (MIL), software-in-the-loop (SIL) e hardware-in-the-loop (HIL).
• Nozioni di base sull’utilizzo di Simulink e SImscape
• generazione automatica di codice per piattaforme di tipo embedded
• Esercitazioni pratiche con Arduino. - Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
- • Obiettivo 4: Istruzione di qualità
• Obiettivo 9: Industria, innovazione e infrastrutture