Docente/i: Norma Anglani   Ezio Bassi  

Denominazione del corso: Azionamenti elettrici industriali per energetici
Codice del corso: 504961
Corso di laurea: Ingegneria Elettrica
Sede: Pavia
Settore scientifico disciplinare: ING-IND/32
L'insegnamento è caratterizzante per: Ingegneria Elettrica
Crediti formativi: CFU 12
Sito web del corso: http://www-3.unipv.it/energy/2014/AEI/aei.htm

Obiettivi formativi specifici

Il corso mira a fornire nella prima parte i concetti di base sul funzionamento, le caratteristiche operative, la regolazione, il dimensionamento e le applicazioni degli azionamenti elettrici a velocità variabile considerati nel loro comportamento a regime e qualche cenno al regime transitorio. Nella seconda parte le conoscenze vengono integrate introducendo gli aspetti legati al comportamento dinamico delle macchine elettriche alimentate da convertitori statici. Allo scopo sono richiamati i modelli dei componenti del sistema in regime comunque variabile, utilizzandoli per la definizione di algoritmi e schemi di regolazione ad elevate prestazioni, specialmente per applicazioni di automazione industriale e robotica. Verranno trattati gli aspetti energetici dell'utilizzo di macchine a velocità variabile nel campo della compressione d'aria.

Programma del corso

Di seguito vengono sommariamente indicati i vari argomenti trattati nel corso. A una parte propedeutica sul "sistema azionamento", seguono fondamentali richiami di meccanica (coppia, inerzia, equazione del moto) e successivamente sono introdotti gli azionamenti con macchina in corrente continua e con motore a induzione e, nella seconda parte, con macchina brushless (macchina sincrona a commutazione elettronica e magneti permanenti sul motore). Sempre nella seconda parte viene dato adeguato spazio alle tecniche di modulazione degli inverter e agli schemi di regolazione di corrente, coppia e velocità.

Generalità sugli azionamenti elettrici
Definizione e schema di un azionamento elettrico; Regolazione di un azionamento (controllo di coppia, di velocità , di posizione); Espressione della potenza nelle sezioni di un azionamento; Influenza della forma d'onda di corrente sulla coppia sviluppata; Caratteristiche dei carichi; Equazione meccanica di sistemi in moto, coppie e inerzie riflesse, rapporti di trasmissione; Accoppiamento non rigido tra motore e carico; Funzionamento su quattro quadranti, rigenerazione e frenatura; Coppia efficace. Esempi di applicazioni industriali degli azionamenti.

Azionamenti con motore a induzione
Modulazione sinusoidale degli inverter; alimentazione delle macchine da inverter a frequenza variabile: caratteristiche meccaniche, limiti di funzionamento, circuito equivalente armonico, controllo V/ Hz e controllo di flusso, controllo di scorrimento, equazioni dinamiche del motore e orientamento di campo. Azionamenti con macchine a induzione alimentate a frequenza fissa: variatori statici di tensione; cascata iposincrona. Risparmio energetico conseguente al funzionamento a velocità variabile.

Azionamenti con macchine in corrente continua
Caratteristica statica; funzione di trasferimento; alimentazione da convertiore statico; schemi di regolazione. Esempi di applicazioni.

Regolazione e dinamica degli azionamenti elettrici
Caratteristiche e modelli delle macchine in regime comunque variabile, funzioni di trasferimento, stabilità del funzionamento; regolazione ad anello aperto e chiuso, controllo di corrente: sistemi di riferimento fisso e rotante, controllo ad isteresi e con regolatori PI, disaccoppiamento nel controllo delle componenti di corrente, controllo predittivo. Controllo ad Orientamento di Campo (FOC) diretto e indiretto per macchine a induzione; funzionamento in indebolimento di campo. Regolazione di velocità e di posizione negli azionamenti; schemi di regolazione in cascata e cenni ad altri metodi di controllo ed ai sistemi sensorless. Azionamenti con macchine in corrente continua. Azionamenti con CSI: regolazione, relazioni tra le grandezze sul circuito in continua e sul motore, frenatura.

Macchine elettriche
Motori sincroni a magneti permanenti sul rotore (brushless): cenni costruttivi, tipi di magneti e loro disposizione, forze elettromotrici indotte ad andamento trapezio e sinusoidale; macchine isotrope e anisotrope; espressione della coppia e cogging; circuiti di comando e schemi di regolazione; caratteristiche di coppia degli azionamenti con macchine brushless.

Azionamenti a velocità variabile e sistemi aria compressa

• introduzione ai sistemi aria compressa (4h);
• gli azionamenti a velocità variabile su compressori d'aria (4h);
• energetica dei sistemi aria compressa con macchine a velocità fissa (VF) e variabile (VV) (4h);
• tecniche di ottimo applicate al dimensionamento di sale compressori che presentano macchine VF/VV (3h);
• sistemi di controllo (3h)
• ESERCITAZIONI sul simulatore MODSAC e sull'ottimizzazione topologica (8h);

Prerequisiti

Integrazione di semplici equazioni differenziali; Scomposizione in armoniche di una forma d’onda periodica; Uso di diagrammi vettoriali; Cenni sul funzionamento a regime delle macchine elettriche, sulle valvole di potenza a semiconduttore e sui convertitori statici.

Tipologia delle attività formative

Lezioni (ore/anno in aula): 65
Esercitazioni (ore/anno in aula): 55
Attività pratiche (ore/anno in aula): 0

Materiale didattico consigliato

Di seguito sono indicati alcuni testi di carattere generale sugli azionamenti elettrici; altro materiale (fotocopie lucidi, appunti, articoli, cataloghi e simili), normalmente sotto forma di link ad indirizzi sul Web, verrà fornito dal docente nel corso delle lezioni.

Legnani, Tiboni, Adamini. Meccanica degli Azionamenti vol. 1 - Azionamenti Elettrici. Progetto Leonardo, Bologna, 2002.

W. Leonhard. Control of Electrical Drives. Springer Verlag, 1998.

Bimal K. Bose. Power Electronics and Variable Frequency Drives. Technology and Applications. IEEE Press, 1997.

Mohan, Undeland, Robbins. Elettronica di potenza. Convertitori e applicazioni. Hoepli, Milano, 2005.

Murphy, Turnbull. A.C. current control. Pergamon Press,1988.

L. Bonometti. Convertitori di potenza e servomotori brushless. UTET 2001.

Norma Anglani e Giusi Quartarone. Parte su azionamenti a velocità variabile e sistemi ad aria compressa. &lowast http://www-3.unipv.it/energy/2014/aei.html.

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’esame consiste in un colloquio orale sugli argomenti del corso, preceduto da una prova scritta sugli elementi di base delle lezioni. L’esito di eventuali relazioni su argomenti specifici concordati col docente durante il corso, così come la valutazione dell'interesse manifestato dagli allievi durante le lezioni, concorrerà alla proposta del voto finale.