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IA/0010 - SISTEMI DI PROPULSIONE ED AZIONAMENTI ELETTRICI

Anno Accademico 2017/2018

Docente
ALESSANDRO SERPI (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
 



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/82]  INGEGNERIA ELETTRICA [82/00 - Ord. 2010]  PERCORSO COMUNE660
[70/84]  INGEGNERIA ENERGETICA [84/00 - Ord. 2016]  PERCORSO COMUNE660
Obiettivi

- Conoscenza e capacità di comprensione: conoscere e comprendere il funzionamento degli azionamenti elettrici e dei sistemi di propulsione elettrica, le loro principali caratteristiche ed i loro ambiti applicativi;
- Capacità di applicare conoscenza e comprensione: progettare e simulare azionamenti elettrici e sistemi di propulsione elettrica;
- Autonomia di giudizio: capacità di adottare soluzioni motivate nella progettazione di azionamenti elettrici e sistemi di propulsione elettrica, in base alle specifiche di progetto assegnate ed agli eventuali gradi di libertà a disposizione;
- Abilità comunicative: capacità di trasmettere informazioni e concetti in modo semplice, sintetico ed efficace;
- Capacità di apprendimento: elaborazione autonoma delle informazioni, soprattutto riguardo alla definizione delle specifiche progettuali ed alla progettazione di azionamenti elettrici e sistemi di propulsione elettrica.

Obiettivi

- Conoscenza e capacità di comprensione: conoscere e comprendere il funzionamento degli azionamenti elettrici e dei sistemi di propulsione elettrica, le loro principali caratteristiche ed i loro ambiti applicativi;
- Capacità di applicare conoscenza e comprensione: progettare e simulare azionamenti elettrici e sistemi di propulsione elettrica;
- Autonomia di giudizio: capacità di adottare soluzioni motivate nella progettazione di azionamenti elettrici e sistemi di propulsione elettrica, in base alle specifiche di progetto assegnate ed agli eventuali gradi di libertà a disposizione;
- Abilità comunicative: capacità di trasmettere informazioni e concetti in modo semplice, sintetico ed efficace;
- Capacità di apprendimento: elaborazione autonoma delle informazioni, soprattutto riguardo alla definizione delle specifiche progettuali e alla progettazione di azionamenti elettrici e sistemi di propulsione elettrica.

Prerequisiti

Si ritiene utile, per una migliore comprensione dei contenuti previsti dall’insegnamento, il possesso di conoscenze di base relative alle macchine elettriche ed all’elettronica industriale di potenza.

Contenuti

L’insegnamento prevede i seguenti argomenti principali:
- Azionamenti Elettrici
- Generalità (4 ore di lezione): componenti principali, princìpi di funzionamento, tipologie e configurazioni più diffuse, applicazioni;
- Azionamenti Elettrici basati su Macchine Elettriche in Corrente Continua (8 ore di lezione, 6 ore di esercitazione): princìpi di funzionamento, componenti principali (avvolgimenti di eccitazione e di armatura, collettore, etc.), modello matematico, configurazioni (ad eccitazione serie, parallela, separata, etc.), progettazione del sistema di controllo (anelli di corrente, velocità e posizione), esercitazioni mediante opportuni software di simulazione;
- Azionamenti Elettrici basati su Macchine Elettriche Sincrone a Magneti Permanenti (14 ore di lezione, 6 ore di esercitazione): princìpi di funzionamento, caratteristiche dei magneti permanenti, configurazioni (rotor PM, stator PM, Brushless DC, Brushless AC, etc.), modelli matematici, strategie di controllo (a commutazione di corrente, constant torque angle, unity power factor, etc.), gestione dei vincoli operativi (saturazione di tensione, limitazione di corrente, etc.), progettazione del sistema di controllo, esercitazioni mediante opportuni software di simulazione e sperimentali in laboratorio;
- Azionamenti Elettrici basati su Macchine Elettriche Asincrone (6 ore di lezione, 2 ore di esercitazione): princìpi di funzionamento, configurazioni, modello matematico, strategie di controllo (scalare, vettoriale, diretto di coppia), progettazione del sistema di controllo, esercitazioni mediante opportuni software di simulazione;
- Sistemi di Propulsione Elettrica
- Generalità (4 ore di lezione): componenti principali (macchine elettriche, sistemi di accumulo, di trasmissione, etc.), caratteristiche, tipologie e configurazioni più diffuse, applicazioni;
- Sistemi di Propulsione Elettrica per Veicoli Elettrici (2 ore di lezione, 2 ore di esercitazione): generalità, architetture, componenti, sistemi di gestione e controllo, esercitazioni mediante opportuni software di simulazione;
- Sistemi di Propulsione Elettrica in ambito ferroviario, navale e aeronautico (6 ore di lezione): generalità, componenti, principali tipologie e configurazioni.

Contenuti

L’insegnamento prevede i seguenti argomenti principali:
- Azionamenti Elettrici
- Generalità (4 ore di lezione): componenti principali, princìpi di funzionamento, tipologie e configurazioni più diffuse, applicazioni;
- Azionamenti Elettrici basati su Macchine Elettriche in Corrente Continua (8 ore di lezione, 6 ore di esercitazione): princìpi di funzionamento, componenti principali (avvolgimenti di eccitazione e di armatura, collettore, etc.), modello matematico, configurazioni (ad eccitazione serie, parallela, separata, etc.), progettazione del sistema di controllo (anelli di corrente, velocità e posizione), esercitazioni mediante opportuni software di simulazione;
- Azionamenti Elettrici basati su Macchine Elettriche Sincrone a Magneti Permanenti (14 ore di lezione, 6 ore di esercitazione): princìpi di funzionamento, caratteristiche dei magneti permanenti, configurazioni (rotor PM, stator PM, Brushless DC, Brushless AC, etc.), modelli matematici, strategie di controllo (a commutazione di corrente, constant torque angle, unity power factor, etc.), gestione dei vincoli operativi (saturazione di tensione, limitazione di corrente, etc.), progettazione del sistema di controllo, esercitazioni mediante opportuni software di simulazione e sperimentali in laboratorio;
- Azionamenti Elettrici basati su Macchine Elettriche Asincrone (6 ore di lezione, 2 ore di esercitazione): princìpi di funzionamento, configurazioni, modelli matematici, strategie di controllo (scalare, vettoriale, diretto di coppia), progettazione del sistema di controllo, esercitazioni mediante opportuni software di simulazione;
- Sistemi di Propulsione Elettrica
- Generalità (4 ore di lezione): componenti principali (macchine elettriche, sistemi di accumulo, di trasmissione, etc.), caratteristiche, tipologie e configurazioni più diffuse, applicazioni;
- Sistemi di Propulsione Elettrica per Veicoli Elettrici (2 ore di lezione, 2 ore di esercitazione): generalità, architetture, componenti, sistemi di gestione e controllo, esercitazioni mediante opportuni software di simulazione;
- Sistemi di Propulsione Elettrica in ambito ferroviario, navale e aeronautico (6 ore di lezione): generalità, componenti, principali tipologie e configurazioni.

Metodi Didattici

L’insegnamento prevede l’esecuzione di 44 ore di lezioni frontali al fine di consentire allo studente l’acquisizione delle conoscenze riguardo alle principali tipologie di azionamenti elettrici e alla loro applicazione nell’ambito della propulsione elettrica. L’insegnamento prevede inoltre lo svolgimento di 16 ore di esercitazione mediante l’ausilio di opportuni software di simulazione e sperimentali in laboratorio: ciò consentirà allo studente di sviluppare la capacità di applicare le conoscenze acquisite durante le lezioni frontali, soprattutto riguardo alla progettazione dei sistemi di controllo degli azionamenti elettrici nell’ambito della propulsione elettrica.

Metodi Didattici

L’insegnamento prevede l’esecuzione di 44 ore di lezioni frontali al fine di consentire allo studente l’acquisizione delle conoscenze riguardo alle principali tipologie di azionamenti elettrici ed alla loro applicazione nell’ambito della propulsione elettrica. L’insegnamento prevede inoltre lo svolgimento di 16 ore di esercitazione mediante l’ausilio di opportuni software di simulazione e sperimentali in laboratorio: ciò consentirà allo studente di sviluppare la capacità di applicare le conoscenze acquisite durante le lezioni frontali, soprattutto riguardo alla progettazione dei sistemi di controllo degli azionamenti elettrici nell’ambito della propulsione elettrica.

Verifica dell'apprendimento

La valutazione dello studente prevede una prova orale, in cui saranno proposti diversi quesiti sugli argomenti trattati durante il corso. Lo studente dovrà dimostrare una conoscenza ed una comprensione almeno sufficienti riguardo al funzionamento ed al controllo degli azionamenti elettrici e dei sistemi di propulsione. Sarà inoltre richiesta allo studente una capacità almeno sufficiente di applicare tali conoscenze; in particolare, alcuni dei quesiti posti durante la prova orale riguarderanno gli argomenti di progettazione e simulazione di azionamenti elettrici e sistemi di propulsione elettrica affrontati durante le esercitazioni del corso.
Il punteggio della prova d’esame è attribuito mediante un voto espresso in trentesimi. Per superare l'esame e, quindi, riportare un voto non inferiore a 18/30, lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza e una comprensione sufficiente degli argomenti principali sviluppati durante l’insegnamento. Per conseguire un punteggio pari a 30/30 e lode, lo studente deve invece dimostrare di aver acquisito una conoscenza ed una comprensione eccellente degli argomenti trattati durante il corso.

Testi

Si consigliano i seguenti testi di riferimento:
- K.T. Chau, “Electric Vehicle Machines and Drives: Design, Analysis and Application”, John Wiley & Sons, ISBN 978-1-118-75252-4, 2015
- R. Krishnan, “Permanent Magnet Synchronous and Brushless DC Motor Drives”, CRC Press, Taylor & Francis Group, ISBN 978-0-8247-5384-9, 2010
- R. De Doncker, D.W.J. Pulle, A. Veltman, “Advanced Electrical Drives: Analysis, Modeling, Control”, Springer, ISBN 978-94-007-0179-3, 2011
- A. Hughes, “Electric Motors and Drives: Fundamentals, Types and Applications”, Newnes, Elsevier, ISBN 978-0-7506-4718-2, 2006
- M. Ehsani, Y. Gao, A. Emadi, “Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles: Fundamentals, Theory, and Design”, CRC Press, Taylor & Francis Group, ISBN 978-1-4200-5398-2, 2010
- C. Mi, M.A. Masrur, D.W. Gao, “Hybrid Electric Vehicles: Principles and Applications with Practical Perspectives”, John Wiley & Sons, ISBN 978-0-470-74773-5, 2011
- G. Abad, “Power Electronics and Electric Drives for Traction Applications”, John Wiley & Sons, ISBN 978-1-118-95442-3, 2016

Testi

Si consigliano i seguenti testi di riferimento:
- K.T. Chau, “Electric Vehicle Machines and Drives: Design, Analysis and Application”, John Wiley & Sons, ISBN 978-1-118-75252-4, 2015
- R. Krishnan, “Permanent Magnet Synchronous and Brushless DC Motor Drives”, CRC Press, Taylor & Francis Group, ISBN 978-0-8247-5384-9, 2010
- R. De Doncker, D.W.J. Pulle, A. Veltman, “Advanced Electrical Drives: Analysis, Modeling, Control”, Springer, ISBN 978-94-007-0179-3, 2011
- A. Hughes, “Electric Motors and Drives: Fundamentals, Types and Applications”, Newnes, Elsevier, ISBN 978-0-7506-4718-2, 2006
- M. Ehsani, Y. Gao, A. Emadi, “Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles: Fundamentals, Theory, and Design”, CRC Press, Taylor & Francis Group, ISBN 978-1-4200-5398-2, 2010
- C. Mi, M.A. Masrur, D.W. Gao, “Hybrid Electric Vehicles: Principles and Applications with Practical Perspectives”, John Wiley & Sons, ISBN 978-0-470-74773-5, 2011
- G. Abad, “Power Electronics and Electric Drives for Traction Applications”, John Wiley & Sons, ISBN 978-1-118-95442-3, 2016

Altre Informazioni

Alcune lezioni saranno svolte mediante il supporto di slide. Sarà inoltre distribuito dal docente del materiale didattico aggiuntivo su alcuni argomenti specifici e per lo svolgimento delle esercitazioni. Gli argomenti oggetto della prova orale saranno trattati durante le lezioni e le esercitazioni. Per gli studenti non frequentanti, suddetti argomenti potranno essere appresi dai testi di riferimento indicati per l’insegnamento e dal materiale didattico aggiuntivo fornito dal docente.

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