2016/2017

2016/2017

DM270

ING-IND/32 (CONVERTITORI, MACCHINE E AZIONAMENTI ELETTRICI)

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE E DELL'INFORMAZIONE

INGEGNERIA ELETTRICA

Energetica

1°

Secondo Semestre (01/03/2017 - 09/06/2017)

6

45 ore di attività frontale

ITALIANO

ORALE

FROSINI LUCIA (titolare) - 6 CFU

Conoscenze dell’elettrotecnica e dei sistemi elettrici trifase, dei principi di funzionamento delle macchine e degli azionamenti elettrici e dei materiali impiegati nell'ingegneria elettrica.

Il corso si propone di approfondire le conoscenze relative al funzionamento delle macchine e degli azionamenti elettrici, in relazione alle prestazioni richieste nei sistemi elettrici, e di fornire i criteri generali per il loro dimensionamento, basati sullo sfruttamento ottimale dei materiali impiegati nella loro costruzione.

1. Richiami sui materiali magnetici, conduttori e isolanti.
Materiali ferromagnetici dolci e duri, perdite per isteresi e per correnti parassite, lamierini in ferro-silicio standard e a cristalli orientati, cifra di perdita. Effetto pelle nei conduttori. Caratteristiche dei materiali isolanti (gassosi, liquidi, solidi), rigidità dielettrica, scariche parziali, classe termica.

2. Il trasformatore.
Richiami sul circuito equivalente dei trasformatori. Aspetti costruttivi dei trasformatori (nucleo, avvolgimenti, sistemi di raffreddamento). Formule per il dimensionamento dei trasformatori e criteri di progetto. Gruppi angolari. Transitorio di corto circuito nei trasformatori. Transitorio di inserzione a vuoto nei trasformatori. Calcolo della reattanza di dispersione di un avvolgimento cilindrico di un trasformatore. Calcolo delle forze di Lorentz nel caso di corto circuito in un trasformatore. Trasformatori a nucleo corazzato. Accessori dei trasformatori in olio. Collegamento zig-zag.

3. La macchina a collettore
Aspetti costruttivi principali. Avvolgimenti di indotto embricati e ondulati. Campi magnetici prodotti dall'eccitazione e dalla reazione di indotto. Funzionamento della macchina a collettore come motore, forza elettromotrice indotta, espressione della coppia. Motore a eccitazione separata, motore a eccitazione serie, motore universale a collettore. La commutazione ideale e la commutazione con fenomeni induttivi: poli di commutazione. Saturazione per reazione di indotto: avvolgimenti compensatori. Altri aspetti costruttivi. Perdite nel motore a collettore.

4. Avvolgimenti in corrente alternata.
Tipologie di avvolgimenti di statore in corrente alternata: concentrici e embricati, a singolo e a doppio strato, a passo normale e raccorciato. Esempi di realizzazione di avvolgimenti di statore. Forze magnetomotrici prodotte dagli avvolgimenti.

5. La macchina asincrona.
Circuito equivalente del motore asincrono, bilancio di potenze, espressione della coppia elettromagnetica, caratteristica elettromeccanica, diagramma circolare. Caratteristiche costruttive e tipi di rotore. Funzionamento del rotore a doppia gabbia. Coppie parassite ed effetti del raccorciamento di passo. Normative sul rendimento e metodi per il suo miglioramento. Metodi di avviamento. Funzionamento del generatore asincrono e cenni sul DFIG. Dimensionamento di un motore asincrono trifase.

6. La macchina sincrona.
Funzionamento del generatore sincrono: a vuoto e in parallelo con la rete. Fenomeno della reazione di indotto. Espressione della coppia elettromagnetica. Regolazione della potenza attiva e reattiva. Aspetti costruttivi: rotore (liscio e a poli salienti), avvolgimenti smorzatori, nucleo e avvolgimenti di statore, sistemi di eccitazione, sistemi di raffreddamento. Problematiche e soluzioni costruttive dei generatori sincroni di elevata potenza. Determinazione dell’impedenza sincrona. Curve delle prestazioni limite (capability). Funzionamento del motore sincrono e curve a V.

7. Il motore brushless.
Principi di funzionamento con tecnica di controllo trapezia (DC brushless) e sinusoidale (AC brushless). Curve di coppia. Coppie oscillanti di cogging e di ripple. Caratteristiche costruttive: rotore interno, esterno, assiale; a magneti superficiali (SPM) e interni (IPM); materiali per magneti permanenti. Cenni sulle macchine a riluttanza variabile e sul motore a magneti permanenti alimentato da rete.

Lezioni (ore/anno in aula): 42
Esercitazioni (ore/anno in aula): 6
Attività pratiche (ore/anno in aula): 0

Dispense preparate a cura del docente e fornite agli studenti tramite mailing list. Per approfondimenti, possono essere consultati i seguenti testi: Nicola Bianchi, Silverio Bolognani: “Metodologie di progettazione delle macchine elettriche”, CLEUP, 2001. J.R. Hendershot Jr., TJE Miller, “Design of brushless permanent-magnet motors”, Oxford University Press, 1995.

L’esame consiste in una prova orale sui contenuti del corso.

L’esame consiste in una prova orale sui contenuti del corso.