ELETTRONICA INDUSTRIALE
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2015/2016
- Docente
- GIORGIO VANNINI
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
- SSD
- ING-INF/01
Obiettivi formativi
- Il corso intende fornire le conoscenze fondamentali per la progettazione dei convertitori elettronici di potenza che trovano applicazione nei circuiti di alimentazione, negli azionamenti elettrici e negli impianti industriali. Vengono esaminate le caratteristiche funzionali degli elementi costitutivi di tali sistemi, con particolare riferimento alle unità di alimentazione, ai circuiti elettronici in commutazione ed alle relative unità di controllo, nonché ai dispositivi elettronici di potenza.
Le principali conoscenze acquisite nell'ambito della conversione statica dell’energia elettrica saranno:
- tecnologia, funzionamento e utilizzo di dispositivi e circuiti elettronici di potenza;
- problematiche relative all'efficienza energetica e dimensionamento termico;
- analisi e progetto di convertitori elettronici di potenza, con particolare attenzione alle unità di alimentazione, ai circuiti elettronici in commutazione ed il relativo controllo.
Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno:
- progettazione di convertitori elettronici di potenza;
- dimensionamento dei relativi filtri;
- dimensionamento del controllo;
- dimensionamento termico dei transistori/dissipatori. Prerequisiti
- E’ necessario avere acquisito e assimilato le seguenti conoscenze:
Diodi, BJT, FET: principi di funzionamento. Dispositivi elettronici in commutazione. Teoria dei circuiti e dei segnali. Retroazione. Stabilità e reti correttrici. Circuiti analogici di base. Contenuti del corso
- Il corso prevede 48 ore di didattica tra lezioni e laboratorio. In particolare sono previste 36 ore di lezione (con esempi di progetto svolti in aula) e 12 ore di progettazione (attività guidata nel laboratorio di elettronica).
Generalità sui convertitori (3 ore): Applicazioni, classificazione, distorsione, fattore di potenza, rendimento.
Convertitori in commutazione (14 ore): generalità sulle conversioni DC/DC, DC/AC, AC/DC ed AC/AC. DC/DC in commutazione: DC/DC discesa. DC/DC a quattro quadranti (cenni a motori elettrici). DC/DC salita. DC/DC discesa/salita. DC/DC con isolamento elettrico (fly-back). DC/DC sincrono. Progetto dei filtri, snubber e dimensionamento dei componenti. Controllo in tensione e in corrente: analisi di un controllore integrato. Controllo con isteresi. Cenni a controllo digitale: vantaggi e problematiche.
Componenti magnetici, dispositivi di potenza e driver (6 ore): Richiami di elettromagnetismo ed elementi di base sui componenti magnetici. Criteri di dimensionamento di un induttore. Circuito equivalente del trasformatore (modello ideale, perfetto e reale). Elementi su diodi di potenza, BJT, MOS, IGBT. Ratings. Reti di commutazione a uno, due e quattro quadranti e problematiche di commutazione. Dimensionamento termico. Driver e isolamento.
Motori elettrici (2 ore): cenni a motori elettrici DC e AC: principio di funzionamento, circuito equivalente, equazioni e/o caratteristiche fondamentali (coppia velocità), funzionamento a uno o più quadranti.
DC/AC in commutazione (6 ore): DC/AC monofase. Controllo PWM e PWM sinusoidale. UPS.
Convertitori AC/DC non controllati (3 ore): Raddrizzatore a semplice e doppia semionda: prestazioni; dimensionamento. Progetto di filtri LC e C. Dimensionamento diodi. Fattore di potenza. Effetto induttanza di sorgente. Filtro di ingresso LC. Raddrizzatore trifase: dimensionamento filtro LC e diodi; fattore di potenza.
AC/DC con SCR (1 ora): SCR e GTO. AC/DC e AC/AC.
DC/DC quasi lineari (1 ora): Regolatori con Zener. Regolatori con Zener e amplificatore corrente. Regolatori con operazionale in retroazione. Regolatori integrati.
Progettazione in laboratorio (12 ore): progettazione, realizzazione e test di un convertitore fly-back. Metodi didattici
- Il corso è organizzato nel seguente modo:
lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso;
esempi di progetto di circuiti e dimensionamento componenti in aula;
laboratorio di progettazione. Le attività si svolgono, sotto la guida di un tutor, quasi interamente nel laboratorio di elettronica e gli studenti, in funzione del numero, potranno lavorare da soli o in gruppi di massimo tre unità. Agli studenti è richiesta una relazione sull'attività svolta in laboratorio. Modalità di verifica dell'apprendimento
- L'esame è orale e prevede, oltre alla presentazione della relazione sul progetto in laboratorio, domande sugli argomenti svolti a lezione con lo scopo di valutare la comprensione delle problematiche affrontate e la padronanza degli strumenti di analisi e sintesi introdotti.
Per chi frequenta il laboratorio e consegna la relazione finale non costituiscono materia d'esame orale le slide 39-61 sui DC/DC in commutazione e le slide A1-B25 sui componenti (con riferimento alla versione delle slide attualmente disponibili online).
N.B. La cadenza degli esami è di norma settimanale. Le date vengono fissate solitamente con una o due settimane di anticipo. Per motivi organizzativi la lista d'esame si chiude due giorni prima della data dell'appello.
Studenti che hanno frequentato nell'a.a. 2011-12.
Considerata l'emergenza terremoto gli studenti che hanno frequentato il corso nell'a.a. 2011-12 portano solo il programma svolto a lezione (fino a SCR esclusi). In funzione della parte già svolta in laboratorio non costituiscono materia d'esame le slide A1-A14 sui componenti magnetici. Non è richiesta la relazione sull'attività svolta in laboratorio.
Il superamento dell’esame è prova dell’aver acquisito la capacità di applicare le conoscenze relative alla conversione statica dell'energia e al progetto di convertitori operanti in commutazione. Testi di riferimento
- Slide delle lezioni e altro materiale didattico fornito dal docente.
Non esiste un libro di testo che copra l'intero programma del corso. Agli studenti interessati ad approfondire i vari argomenti trattati si consigliano i seguenti testi, tutti reperibili presso la Biblioteca.
Elettronica Industriale: Convertitori DC/DC operanti in commutazione, F.Filicori e G.Vannini, Editrice Esculapio, Luglio 1999, Bologna (copre la parte più importante del corso).
Elettronica di Potenza: Convertitori ed applicazioni, Mohan, Undeland, Robbins, Hoepli, 2005.
Power Electronics: Converters, Applications and Design, Mohan, Undeland, Robbins, J.Wiley, 1995.
Fundamentals of power electronics, R.Erickson, Kluwer, 1999.
Power Electronics: Circuits, devices and applications, M.Rashid, Prentice Hall, 1993.
