Obiettivi formativi
L'insegnamento di Azionamenti Elettrici per l'Automazione 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.).
L'ultima parte del corso ha lo scopo di fornire le conoscenze di base e le buone pratiche legate al controllo digitale degli azionamenti elettrici, in particolar modo mediante microcontrollori e DSP a virgola fissa. In questo ambito lo studente dovrà dimostrare di saper progettare algoritmi di controllo basati su processori a virgla fissa massimizzando l'utilizzo delle dinamiche numeriche a disposizione e implementando buone pratiche di programmazione embedded.
Prerequisiti
Elettrotecnica; controlli automatici; fisica generale 1.
Contenuti dell'insegnamento
Conversione elettromeccanica dell'energia; azionamenti basati su motori DC e AC (brushless, asincroni); controllo digitale.
Programma esteso
1. Conversione elettromeccanica dell'energia. Energia, coenergia, calcolo della coppia. Introduzione alle macchine elettriche polifase, distinzione fra coppia da anisotropia e da magneti permanenti. (7 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. (9 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. (5 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. (5 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. (5 ore).
7. Azionamenti a moto incrementale, tipologie a riluttanza variabile, a magneti permanenti e ibridi. Controllo in catena aperta, microstepping. (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).
9. Introduzione ai controlli embedded con microcontrollori e DSP a virgola fissa. Formati numerici, rappresentazione frazionaria, operazioni aritmetiche, normalizzazione, differenze fra DSP e microcontrollori, tecniche di saturazione numerica, programmazione orientata agli eventi. (6 ore).
Bibliografia
Dispense fornite dal docente e scaricabili dalla piattaforma Elly.
Modalità verifica apprendimento
Relazione sull'attività di laboratorio (se previsto il secondo modulo nel piano di studi) ed esame orale.
Al termine delle attività di laboratorio, ogni gruppo di lavoro dovrà consegnare una relazione scritta sulle attività svolte. Una volta consegnata la relazione e ricevuta la relativa valutazione gli studenti potranno accedere, anche singolarmente, all'esame orale.
Il voto dell'esame orale incide per 2/3 sulla valutazione finale, la valutazione dell'attività di laboratorio per 1/3.
Gli studenti che hanno solo il primo modulo nel piano di studi dovranno sostenere la sola prova orale.
