SSD: ING-IND/32
CFU: 9
Insegnamenti propedeutici (se previsti dall'Ordinamento del CdS)
Programmazione
Eventuali prerequisiti
Conoscenze di base su:
- macchine elettriche;
- elettronica di potenza;
- convertitori statici di energia elettrica;
- sistemi di controllo a ciclo chiuso.
Obiettivi formativi
Obiettivo dell'insegnamento è quello di fornire agli studenti competenze avanzate sul dimensionamento, sul controllo e sull'esercizio di azionamenti elettrici con motori elettrici in corrente continua e alternata, che consentano sia l'analisi delle prestazioni energetiche e dinamiche di azionamenti già in esercizio, sia la scelta delle soluzioni più idonee nel caso di nuove installazioni, con particolare riferimento ai sistemi di automazione industriale.
Risultati di apprendimento attesi
Conoscenza e capacità di comprensione
Lo studente deve dimostrare di:
- aver appreso gli strumenti metodologici per l’analisi e il dimensionamento sia dei singoli componenti di un azionamento elettrico - con particolare riferimento ai motori elettrici, ai convertitori statici di energia elettrica utilizzati per la loro alimentazione e ai relativi sistemi di controllo - sia dell’azionamento inteso come sistema collocato nell’ambito di un processo industriale;
- conoscere i punti di forza e le criticità dei differenti azionamenti elettrici basati su differenti tipologie di macchine elettriche, convertitori, sensoristica e strategie di controllo.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente deve dimostrare di:
- sapere utilizzare in autonomia gli strumenti metodologici acquisiti al fine individuare le soluzioni più idonee nel caso di nuove installazioni, con particolare riferimento ai sistemi di automazione industriale;
- saper implementare programmi di simulazione in ambiente Matlab/Simulink per l’analisi preventiva delle prestazioni dinamiche ed energetiche di un azionamento;
- sapere implementare su un PLC gli algoritmi di controllo di un azionamento utilizzando i linguaggi previsti dallo standard IEC 61131-3;
- saper applicare le conoscenze teoriche acquisite attraverso esercitazioni analitiche ed esperienze di laboratorio
Programma - Syllabus
- Analisi dei componenti costituenti un azionamento elettrico
- Elementi di meccanica degli azionamenti
- Modellizzazione del comportamento termico degli azionamenti elettrici
- Normativa di riferimento
- Azionamenti con motore in corrente continua
- controllo in regime stazionario
- controllo in cascata
- regolatori industriali
- esempi di applicazioni
- Cenni sulle architetture digitali per sistemi di controllo programmabili
- impiego di microcontrollori per l'automazione industriale.
- Azionamenti con motore asincrono
- modello della macchina asincrona in regime stazionario
- caratteristiche di regolazione stazionarie
- controllo tensione/frequenza
- dominio limite di coppia
- controllo della frequenza di scorrimento
- Inverter a tensione impressa controllato in corrente
- Tecniche di modulazione vettoriale per inverter a tensione impressa
- Modello dinamico della macchina asincrona
- Controllo vettoriale del motore asincrono
- orientamento sul flusso di statore e rotore
- controllo diretto ed indiretto
- osservatori e stimatori del flusso
- controllo diretto della coppia e del flusso
- esempi di applicazioni
- Azionamenti DC brushless
- caratteristiche costruttive e principio di funzionamento
- strategie di alimentazione per il controllo della velocità
- schemi di controllo half wave e full wave.
- Azionamenti AC brushless
- caratteristiche costruttive e principio di funzionamento
- strategie di alimentazione per il controllo della velocità
- controllo ad orientamento di campo
- dominio di regolazione coppia-velocità
- esempi di applicazioni
- Inverter multilivello tipo NPC
- Motore asincrono monofase
- Motore universale
- Azionamenti con motori asincroni con rotore ad anelli: schemi Kraemer e Scherbius
- Attività di laboratorio incentrata sull'uso dei PLC per il controllo di azionamenti elettrici con motori asincroni e brushless
- Implementazione del programma di simulazione di un azionamento con motore asincrono/brushless e controllo vettoriale
Materiale didattico
Si veda il sito web del docente della materia.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Il docente utilizzerà:
- lezioni frontali per circa l’80% delle ore totali
- esercitazioni in aula e in laboratorio per circa il 20% delle ore totali
Verifica di apprendimento e criteri di valutazione
Modalità di esame
L'esame si articola in prova solo orale e discussione di elaborato progettuale.
L’esame si articola in due momenti distinti, seppur contigui dal punto di vista temporale:
- verifica di un elaborato progettuale consistente in un programma di simulazione realizzato e implementato da ciascuno studente per la modellizzazione di azionamenti con motore asincrono/brushless e controllo vettoriale (peso 1/4);
- tre domande teoriche relative ai contenuti fondamentali in cui si articola il corso (peso 3/4).