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Insegnamento: Macchine ed azionamenti elettrici - IEI (Offerta Formativa a.a. 2017/2018)

Corso di studio: Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica (D.M.270/04)

CFU6
Moduli

Modulo: macchine e azionamenti elettrici IEI - 1
TAF: A scelta dello studente; SSD: ING-IND/32; Ambito: A scelta dello studente
Docenti: Emilio LORENZANI

Dolly Accedi ai dati dell'insegnamento su Dolly
Orario Lezioni Accedi all'orario settimanale dell'insegnamento
Propedeuticità obbligatorie
Modalità di accertamento del profitto Scritto
Modalità di valutazione Voto
Esse3 Accedi ai dati dell'insegnamento su Esse3
Lingua di insegnamento

Italiano

Partizionamento studenti

Nessun partizionamento

Obiettivi

Il corso ha lo scopo di fornire le conoscenze di base sul principio di funzionamento e sul controllo delle più diffuse macchine elettriche. In particolare il corso si propone di presentare le principali problematiche relative all'impiego degli azionamenti elettrici in campo industriale. Vengono esaminati gli azionamenti elettrici in corrente continua ed in corrente alternata, in modo da evidenziarne le caratteristiche di funzionamento.

Di seguito vengono riportati gli obiettivi di apprendimento, in riferimento ai descrittori di Dublino.

Conoscenza e capacità di comprensione delle seguenti tematiche.
1. Teoria generale della conversione elettromeccanica dell’energia.
2. Concetto di regione di funzionamento a coppia costante e a potenza costante.
Struttura, principio di funzionamento, circuito equivalente e controllo dell’azionamento elettrico delle seguenti macchine elettriche:
3. macchina elettrica in corrente continua;
4. macchina sincrona a rotore avvolto e a magneti permanenti;
5. macchina a induzione;
6. motori stepper.
7. Determinazione dei regolatori per il controllo in retroazione di corrente e velocità in azionamenti elettrici.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione alle seguenti tematiche.
8. Determinazione del punto di lavoro di macchine in corrente continua a magneti permanenti, ad eccitazione indipendente e ad eccitazione serie.
9. Calcolo della coppia/forza agente su un elettromagnete.
10. Calcolo del punto di lavoro di macchine a induzione.
11. Procedure standard per la determinazione dei parametri interni del circuito equivalente della macchina a induzione.

Prerequisiti

Circuiti elettrici e circuiti magnetici
Convertitori elettronici di potenza
Controllo Automatici

Contenuti

Conversione elettromeccanica dell’energia. Energia e Coenergia. Determinazione della forza/coppia erogata da un attuatore elettrico.

Principio di funzionamento della macchina in corrente continua a magneti permanenti, ad eccitazione indipendente ed eccitazione serie. Circuito equivalente. Caratteristica meccanica. Regione di funzionamento a coppia costante e a potenza costante. Regolazione della velocità con controllo della tensione di armatura e di eccitazione. Alimentazione dei motori in c.c. con chopper per funzionamento su uno, due e quattro quadranti.

Struttura delle macchine sincrone e dei motori brushless a magneti permanenti. Principio di funzionamento e tecniche di controllo del motore brushless trapezoidale e sinusoidale. Modello stazionario e dinamico delle macchine a magneti permanenti. Alimentazione tramite convertitori statici di frequenza per il controllo della coppia erogata. Campi di applicazione e confronti con gli azionamenti in c.c.

Campo magnetico rotante. Struttura e principio di funzionamento della machina a induzione. Modello stazionario della macchina a induzione. Modello circuitale equivalente. Prova a vuoto e a rotore bloccato. Regolazione della velocità della macchina a induzione. Controllo del rapporto tensione/frequenza costante. Campo di funzionamento a coppia costante ed a potenza costante.

Cenni sulle tecniche di controllo ad orientamento di campo per azionamenti ad alte prerogative dinamiche.

Struttura e controllo dei motori stepper a riluttanza, a magneti permanenti e ibridi.

Metodi didattici

Il corso prevede principalmente l’utilizzo di lezioni frontali, contestualmente all’introduzione dei nuovi concetti ne viene data subito l’applicazione tramite la soluzione di semplici esempi fino ad arrivare allo studio di sistemi complessi. Gli argomenti del corso vengono trattati con metodo analitico e/o euristico. 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 una prova scritta costituita da esercizi e da domande a risposta aperta. Gli esercizi possono essere delle seguenti tipologie: determinazione delle condizioni operative di macchine in corrente continua, determinazione della forza in elettromagneti, determinazione dei parametri del regolatore di velocità e/o di coppia all’interno degli azionamenti elettrici, determinazione delle condizioni operative di macchine a induzione ed in generale considerazioni sul dimensionamento di azionamenti elettrici. La prova scritta ha una durata di 3 ore. Gli esercizi hanno l’obiettivo di verificare gli obiettivi di apprendimento 8-11, mentre le domande a risposta aperta verificano gli obiettivi di apprendimento 1-7.

Risultati attesi

Vedi Obiettivi.

Testi

Materiale di supporto alla didattica fornita dal docente.

Libri di consultazione:

Shaahin Filizadeh. Electric Machines and Drives: Principles, control, modelling and simulation. CRC Press.


A. E. Fitzgerald , C. Jr. Kingsley , A. Kusko: MACCHINE ELETTRICHE, Franco Angeli Editore.

Ezio Bassi, Antonio Bossi, Elettrotecnica pratica. Macchine e azionamenti elettrici, Volume 3, Editoriale Delfino, 2013.

I. Boldea, S. A. Nasar : ELECTRIC DRIVES, CRC Press, New York, 1999.

P. Vas: VECTOR CONTROL of AC MACHINES, Oxford University Press, New York, 1990.

W. Leonard: CONTROL OF ELECTRICAL DRIVES. Springer-Verlag, Berlin, 2001

L.Olivieri, E.Ravelli: "Principi e applicazioni di elettrotecnica”, vol 2. Macchine elettriche, CEDAM, 1990.

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)

Docenti

Emilio LORENZANI