POWER ELECTRONICS

Anno accademico 2018/2019 - 2° anno
Docente: Angelo RACITI
Crediti: 9
SSD: ING-IND/32 - Convertitori, Macchine e Azionamenti elettrici
Organizzazione didattica: 225 ore d'impegno totale, 146 di studio individuale, 49 di lezione frontale, 30 di esercitazione
Semestre:
ENGLISH VERSION

Obiettivi formativi

Conoscenze di base dei principali componenti a semicondutore per elettronica di potenza. Conoscenze avanzate di circuiti elettronici per la conversione dell'energia nella trazione elettrica, nella trasmissione, e nelle applicazioni industriali e commerciali (raddrizzatori, convertitori in continua, invertitori, smaltimento di calore dei dispositivi e convertitori, trasformatori in alta frequenza).

Scelta e dimensionamento dei dispositivi attivi (diodi e interruttori). Dimensionamento dei dissipatori. Analisi del funzionamento e progetto dei convertitori di potenza. Analisi e dimensionamento dei componenti passivi (induttori, trasformatori, condensatori). Progetto di una rete di retroazione.


Modalità di svolgimento dell'insegnamento

Lezioni frontali sui principali argomenti del corso. Esercitazioni numeriche su argomenti ancillari del corso con il personal computer e programmi di calcolo.


Prerequisiti richiesti

Corsi frequentati: Elettronica.


Frequenza lezioni

Consigliata.


Contenuti del corso

Introduzione alla Elettronica di Potenza. Classificazione dei convertitori. Semiconduttori. Dispositivi per convertitori statici di potenza (Diodi, BJT, MOSFET, IGBT, Tiristori, GTO). Caratteristiche statiche, Commutazione. Comportamento termico. Connessione multipla di dispositivi di potenza. Circuiti di pilotaggio e di protezione. Convertitori statici. Convertitori monodirezionali e bidirezionali. Metodi di analisi dei convertitori. Principali famiglie di convertitori statici per la conversione elettrica e per le applicazioni ai sistemi elettrici. Convertitori monostadio e pluristadio. Cenni sui Convertitori risonanti. Induttanze e trasformatori. Materiali magnetici e nuclei in ferrite, perdite. Avvolgimenti in rame, perdite per effetto pelle e di prossimità. Calcolo della temperatura a regime.

Principali Applicazioni. Applicazioni in ambito domestico. Riscaldamento degli ambienti e condizionamento dell'aria. Illuminazione a fluorescenza ad alta frequenza. Cottura a induzione. Applicazioni industriali. Riscaldamento a induzione. Saldatura elettrica. Applicazioni per le reti elettriche. Trasmissione in continua ad alta tensione. Convertitori a frequenza di linea a 12 impulsi. Potenza reattiva assorbita dal convertitore. Modalità di funzionamento da raddrizzatore. Modalità di funzionamento da inverter. Controllo dei convertitori HVDC. Reti elettriche. Compensazione delle linee e controllo del flusso di potenza a controllo elettronico. FACTS controllati da tiristori. FACTS controllati da convertitori. Interconnessione di sorgenti di energia rinnovabile e di sistemi di immagazzinamento di energia con la rete elettrica. Interconnessione di array fotovoltaici.


Testi di riferimento

1) Ned Mohan, Tore M. Undeland. William P. Robbins, "Power Electronics: Converters, Applications, and Design". 3rd Edition, John Wiley & Sons, Inc., New York, November 2002.

2) Ned Mohan, Tore M. Undeland. William P. Robbins, “Elettronica di potenza: Convertitori e applicazioni”. Edizione italiana di Power Electronics 3rd Edition, Editore Hoepli, Milano, febbraio 2005.

3) Muhammad. H. Rashid, “Power Electronics: Circuits, Devices, and Applications”. 3rd Edition, Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 2004.

4) Philip T. Krein, "Elements of Power Electronics”, New York and Oxford, Higher Education Oxford University Press, September 1997.

5) Appunti dalle lezioni



Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1Componenti a stato solido. Raddrizzatori. Convertitori in Continua. Invertitori. Trasformatori in alta frequenza. Trasmissione del calore. Ned Mohan, Tore M. Undeland. William P. Robbins 

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

Prova orale. La prova orale prevede tre argomenti del corso che vengono scelti tra i convertitori di potenza. Gli argomenti sui convertitori, posti come domande, implicano la conoscenza di tutti gli altri argomenti propedeutici (analisi di Fourier, definizione delle potenze nei sistemi con forme d’onda deformate, principi di elettrotecnica ed elettromagnetismo, controllo con retroazione, etc.). Il voto è in trentesimi e tiene conto del grado di conoscenza degli argomenti esposti, della capacità di porli in correlazione, e della comprensione dei fenomeni fisici pertinenti. La durata della prova orale è non inferiore a sessanta minuti.


Esempi di domande e/o esercizi frequenti

Diodi di potenza (lenti veloci, Schottky). Interruttori di potenza BJT, MOSFET, IGBT, Tiristori, etc.). Convertitori ac/dc (monofasi, trifasi, a ponte intero, con trasformatore a presa centrale e secondario a stella multifase, etc.). Convertitori dc/dc (senza isolamento, con isolamento, a ponte, etc.). Convertitori dc/ac (inverter monofasi, a semiponte e a ponte intero, inverter trifasi, modulazione a larghezza di impulso, etc.). Trasformatori per alta frequenza (con nucleo in ferrite, perdite nel rame, perdite nel ferro, riscaldamento)