Docente

prof. aggr. Roberto PETRELLA

Crediti

6 CFU

Obiettivi formativi specifici

Il modulo intende fornire una panoramica teorica e pratica sulle principali tipologie di motori elettrici e le relative tecniche e sistemi di controllo, con particolare riferimento alle applicazioni per l’automazione industriale e la robotica. Vengono analizzati i principi di conversione elettromeccanica dell’energia, associando le varie classi di motori elettrici alla metodologia utilizzata per la produzione della coppia. Verranno illustrati i modelli dinamici di carico meccanico e, successivamente, analizzati in dettaglio quelli del motore (in corrente continua, a passo, asincrono e sincrono a magneti permanenti (brush-less)). Di ciascuna tipologia verranno illustrate quelle metodologie ed algoritmi di controllo normalmente adottati negli azionamenti (digitali) industriali. Infine verranno introdotti e descritti alcuni sistemi utili alla simulazione (es. Matlab/Simulink) e all’implementazione (es. microcontrollori DSP) degli algoritmi di controllo studiati.

Competenze acquisite

- Comprendere la terminologia e i parametri che descrivono gli azionamenti elettrici.
- Individuare i motori ed i metodi di controllo più idonei alle specifiche applicazioni industriali.
- Leggere ed interpretare i dati tecnici ed i cataloghi per la scelta degli azionamenti elettrici.
- Saper impostare il progetto di semplici controlli di velocità per azionamenti in corrente continua ed in alternata.
- Utilizzare programmi per la simulazione del comportamento dinamico di azionamenti elettrici.

Programma

Introduzione agli azionamenti elettrici: definizioni, schemi a blocchi funzionali; tipologie di motori elettrici, corrente continua e corrente alternata; quadranti di lavoro; frenatura dissipativa e rigenerativa; considerazioni sulla scelta (4 ore).
Convertitori statici per azionamenti elettrici: tipologie, caratteristiche e vantaggi; componenti elettronici di commutazione; convertitori ac-dc, dc-dc, dc-ac (inverter trifase a tensione impressa); modulazioni a sei gradini e seno/triangolo per inverter trifase a due livelli (6 ore).
Sistema di controllo di un azionamento elettrico: cenni storici; evoluzione dal controllo analogico a quello digitale; dualità HW/SW e ASIC/µP/µC; sistemi basati su DSP e FPGA; analisi dei vantaggi e degli svantaggi, metodi di scelta del tipo di controllo (2 ore).
Conversione elettromeccanica dell'energia: richiami ai principi di conversione elettromeccanica dell'energia; bilancio energetico della conversione elettromeccanica; topologie dei sistemi a riluttanza, elettrodinamici e ad induzione (4 ore).
Dinamica del sistema motore-carico: funzione di trasferimento e diagramma a blocchi del sistema meccanico; traiettorie tipiche del controllo di moto; tipi di carico, coppie attive e passive; calcolo delle inerzie equivalenti per sistemi meccanici tipici (6 ore).
Azionamenti con  motore in corrente continua: struttura, schema elementare, aspetti costruttivi, modello dinamico, espressione della coppia e caratteristiche meccaniche di una macchina in corrente continua; controllo di corrente e velocità; azionamenti con motore in corrente continua  (8 ore).
Esercizi su motori e azionamenti in corrente continua: esercizi su motori ed azionamenti in corrente continua; progetto di un azionamento per il controllo di velocità di un motore in corrente continua, gli anelli di regolazione della corrente di armatura e della velocità di rotore (6 ore).
Simulazione e implementazione di controllori: progetto di un controllore (digitale) per azionamenti elettrici in corrente continua, temporizzazioni e vincoli di tempo reale; simulazione attraverso Matlab/Simulink; analisi di datasheet di motori e azionamenti commerciali (4 ore).
Azionamenti con motore a passo: principi di funzionamento dei motori a passo a riluttanza variabile, a magneti permanenti e ibridi; generazione della coppia; modi di alimentazione; parametri e caratteristiche dei motori a passo (4 ore).
Utilizzo ed esercizi sui motori a passo: dimensionamento di un azionamento per motore a passo; progetto delle rampe di accelerazione; dimostrazione in aula degli aspetti costruttivi dei motori a passo; analisi di data sheet di motori a passo e dei relativi azionamenti (4 ore).
Azionamenti con motori sincroni a magneti permanenti: struttura e principio di funzionamento del motore sincrono a magneti permanenti; analisi del funzionamento in regime sinusoidale; strategie di controllo del motore sincrono a magneti permanenti; dimostrazione in aula degli aspetti costruttivi dei motori sincroni a magneti permanenti; analisi di un catalogo (4 ore).
Azionamenti con motore ad induzione trifase: struttura e principio di funzionamento; analisi del funzionamento in regime sinusoidale; strategie di controllo; controllo scalare ad anello aperto e chiuso (V/Hz costante); schemi circuitali equivalenti e parametri; principi del controllo vettoriale; dimostrazione in aula degli aspetti costruttivi dei motori ad induzione; analisi di un catalogo (8 ore).
Esercitazioni (12 ore).

Bibliografia

- S. Bolognani, M. Zigliotto, Azionamenti Elettrici, Libr. Progetto, Padova, 1998
- L. Bonometti, Convertitori di potenza e servomotori brushless, UTET, ISBN 88-7933-207-4
- M.H. Rashid, Elettronica di potenza – Dispositivi e circuiti, Volume 1, 3a edizione, Pearson/Prentice Hall, ISBN 9-788871-923475
- J.M.D. Murphy, F.G. Turnbull, Power Electronic Control of AC Motors, Pergamon Press, ISBN 0-08-022683-3, 1988
- W. Leonhard, Control of Electrical Drives, Springer, ISBN 3-540-41820-2
- N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins, Power electronics: converters, applications and design, John Wiley & Sons, ISBN 0-471-61342-8
- L. Sgarbossa, "Esercizi di Azionamenti Elettrici", Edizioni Libreria Progetto Padova, 2007
- G.R. Slemon, Electric machines and drives, Addison-Wesley, MA, ISBN 0-201-57885-9, 1992
- I. Boldea, S.A. Nasar, Electric Drives, CRC Press, 1998
- A.M Trzynadlowsky, Control of Induction Motors, Pergamon Press, ISBN 0127015108, Sept. 2000

Modalità d'esame

prova scritta

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