Obiettivi formativi
L'insegnamento di Azionamenti Elettrici ha l'obiettivo di fornire le conoscenze di base relative al funzionamento e all'impiego dei diversi tipi di azionamenti elettrici:
* macchine in corrente continua;
* brushless DC e AC;
* macchine asincrone;
* azionamenti a moto incrementale.
Al termine del corso lo studente dovrà conoscere, per ogni tipologia di azionamenti:
* i dettagli costruttivi;
* i principi di funzionamento;
* i sensori applicabili per la misura di corrente, posizione, velocità;
* i principali schemi e algoritmi di controllo;
* le possibili applicazioni (industriale, autotrazione, elettrodomestici, ecc.).
Prerequisiti
Elettrotecnica; controlli automatici; fisica generale 1.
Contenuti dell'insegnamento
Conversione elettromeccanica dell'energia; azionamenti basati su motori DC, AC (brushless, asincroni) e a moto incrementale.
Programma esteso
1. Introduzione agli azionamenti elettrici, conversione elettromeccanica dell'energia, caratteristiche comuni, zone di funzionamento, energia, coenergia, calcolo della coppia. Introduzione alle macchine elettriche polifase, distinzione fra coppia da anisotropia e da magneti permanenti. (8 ore).
2. Macchina elettrica in corrente continua, costruzione e principio di funzionamento. Quadranti di funzionamento, deflussaggio. Modello dinamico, controllo in retroazione di corrente e di velocità. Alimentazione switching mediante ponte H con PWM, ripple di corrente, circolazione delle correnti, diodi di ricircolo, resistenza di frenatura. (10 ore).
3. Macchina brushless DC, coppie polari, coppia di impuntamento e skewing. Funzionamento due-fasi-on e tre-fasi-on, calcolo della coppia del brushless DC. Alimentazione mediante ponte trifase. Controllo mediante sonde ad effetto Hall on/off. (6 ore).
4. Sensori di corrente: resistenza di shunt, sensore ad effetto Hall con e senza compensazione. Sensori di posizione e velocità: dinamo tachimetrica, encoder assoluto e incrementale, resolver. (2 ore).
5. Macchina brushless AC, generazione del campo magnetico rotante, angolo di coppia, trasformazioni di Clarke e Park, modello della macchina su assi rotanti. Calcolo della coppia della macchina brushless AC, macchine anisotrope, deflussaggio, controllo vettoriale e pilotaggio MTPA e MTPV. (7 ore).
6. Macchina a induzione, scorrimento, modello circuitale. Calcolo della coppia della macchina a induzione, caratteristica coppia/velocità, utilizzo da rete e tecniche di partenza. Controllo a V/f costante e a scorrimento mediante inverter. Introduzione al controllo vettoriale. Prove sulla macchina a induzione. (7 ore).
7. Azionamenti a moto incrementale, tipologie a riluttanza variabile, a magneti permanenti e ibridi. Controllo in catena aperta, microstepping, macchine switched reluctance. (2 ore).
8. Confronto fra i vari tipi di macchine elettriche rotanti: caratteristiche e campi di impiego tipici, automazione (azionamenti per asse e per mandrino), autotrazione. (1 ora).
Bibliografia
Dispense fornite dal docente e scaricabili dalla piattaforma Elly.
Metodi didattici
Il corso sarà erogato principalmente sotto forma di lezioni frontali alla lavagna, con brevi attività di simulazione al calcolatore.
