FUNDAMENTAL OF POWER ELECTRONICS
Anno accademico 2024/2025 - Docente: LUIGI DANILO TORNELLORisultati di apprendimento attesi
L'obiettivo del corso è fornire agli studenti gli strumenti per analizzare e comprendere i principali circuiti utilizzati per i convertitori elettronici di potenza. In particolare, verranno fornite conoscenze di base sui principali dispositivi elettronici di potenza e conoscenze avanzate sui circuiti elettronici per la conversione dell'energia in applicazioni di trazione, trasmissione e industriali/commerciali (raddrizzatori, convertitori DC-DC, inverter). Selezione e dimensionamento dei principali dispositivi attivi (diodi e interruttori), dimensionamento dei dissipatori, analisi del comportamento e cenni di progettazione dei convertitori di potenza. Progettazione dei componenti passivi. Analisi e progettazione della struttura di base dei circuiti di feedback.
Conoscenza e comprensione
Una volta completato con successo il modulo lo studente sarà in grado di:
- Comprendere e applicare i principi dei convertitori elettronici di potenza;
- Selezionare dispositivi elettronici di potenza adatti e analizzare la loro applicazione nei convertitori elettronici di potenza.
Applicare conoscenza e comprensione
Gli studenti saranno in grado di risolvere problemi pratici di progettazione e produrre relazioni tecniche.
Esprimere giudizi
Capacità di valutare correttamente le prestazioni, le sollecitazioni elettriche e termiche di varie topologie di convertitori di potenza.
Capacità comunicative
Capacità di confrontarsi con interlocutori specialisti, sia su problematiche relative al convertitore di potenza che sulle possibili soluzioni da adottare.
Capacità di apprendimento
Una volta completato con successo il modulo lo studente sarà in grado di:
- Analizzare e progettare convertitori elettronici di potenza standard;
- Selezionare dispositivi elettronici di potenza passivi e attivi in base a una specifica;
- Progettare e valutare l'applicazione di convertitori elettronici di potenza nella conversione dell'energia elettrica.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Lezioni frontali in aula sui principali argomenti del corso. Esercitazioni numeriche su argomenti accessori mediante l'utilizzo del personal computer e di pacchetti software dedicati. Parte del corso sarà dedicata a sessioni di laboratorio, in cui gli studenti apprenderanno, verificheranno e rafforzeranno i concetti delle lezioni eseguendo esperimenti sui convertitori di potenza a commutazione. L'esame prevede la valutazione positiva di un project work assegnato in PSIM con relazione e presentazione, seguita da una prova orale. L'esame offre allo studente l'opportunità di dimostrare la propria comprensione del materiale del corso, mentre il lavoro di progetto consente agli studenti di dimostrare di essere in grado di applicare questa comprensione e le proprie capacità analitiche per trovare soluzioni.
Qualora la didattica venga svolta in modalità mista o a distanza, potrebbe essere necessario introdurre modifiche rispetto a quanto affermato in precedenza, in linea con il programma previsto e delineato nel programma.
Prerequisiti richiesti
Frequenza lezioni
Contenuti del corso
Testi di riferimento
- Ned Mohan, Tore M. Undeland. William P. Robbins, "Power Electronics: Converters, Applications, and Design". 3rd Edition, John Wiley & Sons, Inc., New York, November 2002.
- 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.
- Daniel W. Hart, “Power Electronics”, McGraw-Hill Education, January 2010.
- Notes of the lectures published in Studium website.
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Power Electronics Systems | Ned Mohan, Tore M. Undeland. William P. Robbins, "Power Electronics: Converters, Applications, and Design". 3rd Edition, John Wiley & Sons, Inc., New York – Main Reference Book. |
| 2 | Overview of Power Semiconductor Switches | Ned Mohan, Tore M. Undeland. William P. Robbins, "Power Electronics: Converters, Applications, and Design". 3rd Edition, John Wiley & Sons, Inc., New York – Main Reference Book. |
| 3 | Review Of Basic Electrical and Magnetic Circuit Concepts | Ned Mohan, Tore M. Undeland. William P. Robbins, "Power Electronics: Converters, Applications, and Design". 3rd Edition, John Wiley & Sons, Inc., New York – Main Reference Book. |
| 4 | Line-Frequency Diode Rectifier: AC/DC | Ned Mohan, Tore M. Undeland. William P. Robbins, "Power Electronics: Converters, Applications, and Design". 3rd Edition, John Wiley & Sons, Inc., New York – Main Reference Book. |
| 5 | Line-Frequency Phase-Controlled Rectifiers and Inverters: AC/DC | Ned Mohan, Tore M. Undeland. William P. Robbins, "Power Electronics: Converters, Applications, and Design". 3rd Edition, John Wiley & Sons, Inc., New York – Main Reference Book. |
| 6 | Switch-Mode DC-AC Inverters | Ned Mohan, Tore M. Undeland. William P. Robbins, "Power Electronics: Converters, Applications, and Design". 3rd Edition, John Wiley & Sons, Inc., New York – Main Reference Book. |
| 7 | Semiconductor Devices | Ned Mohan, Tore M. Undeland. William P. Robbins, "Power Electronics: Converters, Applications, and Design". 3rd Edition, John Wiley & Sons, Inc., New York – Main Reference Book. |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
L'esame richiede la valutazione positiva di un lavoro di progetto assegnato in PSIM con relazione e presentazione, seguito da un esame orale.
La valutazione dell'apprendimento può anche essere effettuata on line, qualora le condizioni lo richiedano.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
- Single-phase rectifiers: effect of input inductance in the case where the load is approximated with a current generator
- Buck converter: operation in continuous, discontinuous and "transition" mode
- PWM with unipolar voltage switching in an inverter
- Dead time effect
- Flyback converter
- Switching of the clamp diode in an inductive load circuit
- Breakdown mechanisms in BJT
- Losses in conduction of VD-MOSFET and U-MOSFET structures
- Static and dynamic latchup in the IGBT