Informazioni generali
- Anno di corso: 1°
- Semestre: 1°
- CFU: 9
Docente responsabile
Prerequisiti
Elettrotecnica e elettronica di base. Fondamenti di controlli automatici.
Obiettivi
Il corso si propone di fornire una conoscenza dettagliata del comportamento dei semiconduttori di potenza, funzionanti in regime di commutazione, e dei principali circuiti di conversione dell’energia elettrica. Particolare cura è dedicata all’acquisizione di competenze teorico-pratiche sulle applicazioni più attuali e richieste dalle industrie del settore. Durante il corso viene illustrato, attraverso diversi esempi, l’utilizzo di uno specifico ambiente software che permette la modellizzazione e la simulazione dei convertitori di potenza.
Programma del corso
SEMICONDUTTORI DI POTENZA
- Semiconduttori impiegati nei Convertitori statici (Diodi, BJT, MOSFET, IGBT, Tiristori, Componenti derivati dai Tiristori: GTO, GTC, IGCT).
- Caratteristiche statiche, Comportamento transitorio, Componenti particolari.
- Perdite in conduzione e in commutazione.
- Specifiche fornite dal Costruttore.
- Comportamento termico, Protezioni. Montaggi in serie ed in parallelo.
- Circuiti di pilotaggio.
CONVERTITORI STATICI DI POTENZA
- Caratterizzazione dei Convertitori statici (Monodirezionali e Bidirezionali).
- Metodi di analisi dei Convertitori statici.
- Convertitori c.c.-c.c. (Chopper): Convertitori riduttori ed elevatori. Perdite dovute alle commutazioni. Riduzione delle perdite di commutazione. Modello average. Tecniche di modulazione. Controllo a catena aperta della tensione di uscita. Controllo in tensione e in corrente a catena chiusa. Convertitori bidirezionali a due quadranti ed a quattro quadranti. Struttura a ponte e a semiponte. Convertitore riduttore a Tiristori.
- Convertitori c.c.-c.a. (Inverter): Inverter realizzati con interruttori statici. Inverter a ponte e a semiponte. Inverter con uscita trifase. Riduzione del contenuto armonico della tensione di uscita. Variazione dell’ampiezza della tensione di uscita. Tecniche di modulazione.
- Convertitori c.a.-c.c.: Convertitori alimentati da rete monofase. Convertitori a semionda e ad onda intera con trasformatore a presa centrale. Convertitori a ponte totalmente controllato e semicontrollato. Convertitori alimentati da rete trifase. Convertitori bidirezionali.
- Effetti sulla rete di alimentazione. Fattore di potenza Generalizzato. Miglioramento del fattore di potenza. Convertitori connessi in serie.
- Convertitori c.a.-c.c. monofase e trifase a commutazione forzata connessi alla rete di alimentazione: topologie, controllo in tensione e in corrente. Sincronizzazione delle correnti prodotte dall’inverter con la tensione di rete: Phase Locked Loop.
- Convertitori c.a.-c.a.: Convertitori a controllo di fase. Cenno ai Cicloconvertitori e ai Convertitori a matrice.
- Convertitori pluristadio.
- Convertitori risonanti.
APPLICAZIONI DELL’ELETTRONICA DI POTENZA
- Esercitazioni sulla simulazione dei convertitori elettronici con l’ausilio di Matlab-Simulink/Simpowersystem.
- Gruppi statici di continuità (UPS). Strutture degli UPS. Modalità di funzionamento. Gruppi a commutazione rapida e gruppi sempre in presa. Alimentazione di un carico trifase. Ridondanza.
- Fonti di energia rinnovabili. Produzione di energia elettrica con celle solari. Caratterizzazione delle celle solari. Scelta del punto di lavoro a massima potenza. Algoritmi per l’inseguimento del punto a massima potenza (MPPT). Tipi di sistemi fotovoltaici: sistemi autonomi, sistemi connessi alla rete, sistemi di produzione ibridi. Impiego dei Convertitori Statici nei sistemi di produzione fotovoltaici.
- Sistemi di alimentazione elettrica per applicazioni satellitari.
Testi di riferimento
- A. Bellini, S. Bifaretti, S. Costantini, Elettronica di potenza – ARACNE Editrice
- N. Mohan, T.M. Underland, W. P. Robbins, Elettronica di potenza – Ulrico Hoepli Editore
Modalità d’esame
Orale
