Anno: 4 Periodo: 2
Lezioni, esercitazioni, laboratori: 6+2/3 (ore settimanali); 85+35(nell'intero periodo) Docente:Antonino Fratta
Il corso è il primo sulla conversione nell'ambito del Corso di Laurea. Viene impostato come corso di base sulla conversione statica, e tratta in modo approfondito le tipologie di convertitori che impiegano transistori di potenza e la commutazione forzata controllata dal circuito di pilotaggio. La comprensione dei fenomeni fisici fondamentali e la relativa trattazione analitica viene assiduamente correlata con la realtà tecnologica, con la finalità di fornire gli stumenti per una oggettiva capacità professionale.
Coerentemente, l'elevato numero di ore di esercitazione viene dedicato alla familiarizzazione con componenti specifiche tecniche, programmi di simulazione e allo stato dell'arte della conversione statica.
REQUISITI
Analisi Matematica l e Il; Elettrotecnica.
Consigliato un corso di base di Elettronica e di Controlli Automatici.
PROGRAMMA
Introduzione alla conversione a commutazione statica. [6ore]
Generalità. Configurazione della conversione. Sistemi di alimentazione e conversione regolata. Definizioni. Qualità e Obiettivi. Tipologie delle connessioni elettriche.
Generalità sulla commutazione di circuiti elettrici. Interruttori e modalità di commutazione, naturale e forzata. Peculiarità degli interruttori a semiconduttore. Comando e pilotaggio.
Strutture di conversione fondamentali e derivate. [12 ore]
Compatibilità della commutazione forzata. La cella canonica. Coefficienti di trasferimento e di dimensionamento.
Derivazione per disposizione. Convertitori diretti e indiretti. Conversione multiquadrante con singola cella.
Derivazione per composizione di celle canoniche. Ponte alimentato in tensione (VSI). Ponte duale (CSI). Conversione DC/AC. Invertitori polifase VSI.
Deviatore di corrente poli fase. Inverter trifase CSI. Conversione diretta ACIAC e indiretta AC/DC/AC.
Strutture stati che fondamentali. La cella non reversibile e unidirezionale. Composizioni multiquadrante. Deviatore poli fase unidirezionale e commutazione naturale. Classificazione secondo i principali campi di applicazione.
Transistori e diodi per la commutazione.[6ore]
Caratterizzazione dei transistori di potenza. Vincoli di temperatura e caratteristiche termiche.
MOSFET, BJT's, IGBT.
Diodi di potenza. Caratteristiche statiche e tipologie. Fenomeni dinamici e modello del reverse recovery.
Dinamica delle commutazioni forzate. [IO ore]
Modelli dinamici circuitali (pilotaggio, transistor e circuito in commutazione).
Dinamica delle transizioni in zona attiva, di corrente e di tensione. Transizione assistita (snubber).
Analisi delle commutazioni. Sequenza completa delle fasi. Calcolo e ottimizzazione dell'energia. Ulteriori non idealità dinamiche dei transistori e dei diodi soft-recovery.
Dimensionamento affidabile della conversione statica. [6ore]
Applicazione dei vincoli di dimensionamento. Temperatura massima. Compatibilità.
Fenomeni induttivi e area di lavoro.
Affidabilità e dispersione dei parametri. Dissipazione nel periodo di modulazione.
Dimensionamento vincolato dei componenti (worst-case design). Rendimento tipico della conversione. Dissipazione con duty-cycle periodico. Cicli termici.
Tecniche e circuiti di protezione. Protezioni termiche. Protezioni contro il sovraccarico e il corto circuito. Area di lavoro di picco (overload SOA).
Analisi di convertitori DC/DC.[6ore]
Efficienza. Coefficienti di perdita dei reattori. Valutazioni comparative. Tecniche di modulazione e dinamica di regolazione. Corrente pulsata. Inserzione del trasformatore e alimentatori isolati.
Analisi di convertitori DC/AC. [lO ore]
Inverter alimentato in tensione (VSI). Tecniche di modulazione a onda quadra e PWM, bipolari e unipolari. Inverter trifase VSI. Tecniche di modulazione e limiti di tensione. Regolazione di corrente e modulazione diretta.
Tecnologie, componenti e circuiti perla conversione di media potenza.[4ore]
Modularità e integrazione delle strutture di potenza e di pilotaggio integrati e. Moduli di potenza "intelligenti" (SMART, IPM). Convertitori ACIAC e reattori di filtro. Evoluzione dei componenti (GTO, MCT) e delle strutture di conversione.
Introduzione alla compatibilità di potenza ed elettromagnetica.[4ore]
Reti in continua. Sicurezza dei convertitori e qualità della rete AC (armoniche, transitori).
Convertitori di adattamento e PFC. Emissione e immunità. Finalità della normativa sulla compatibilità.
Applicazioni sulle reti. [6ore]
Gruppi di continuità. Compensatori attivi del fattore di potenza con inverter di tensione, corrente e combinati. Utilizzazione di sorgenti rinnovabili di energia.
Applicazioni in azionamenti elettrici. [6ore]
Azionamenti a coppia costante e a potenza costante. Peculiarità di dimensionamento dei convertitori, in corrente continua e alternata. Effetti delle tecniche di modulazione.
Altre applicazioni. [4ore]
Riscaldamento a induzione. Climatizzazione e illuminazione efficiente. Sistemi ausiliari in autoveicoli. Saldatura elettrica.
BIBLIOGRAFIA
A.Fratta, Dispense del corso di "Conversione Statica dell'Energia Elettrica", Dipartimento di Ing. Elettrica lnd., Politecnico di Torino, 1997.
H.BOhler, "Convertisseurs Statiques", Presses polytechniques et universitaires romandes, Lausanne, Suisse, 1991.
J.G.Kassakian, M.F.Schlecht, G.c. Verghese, "Principles oJ Power Electronics", MIT, Addison-Wesley, USA, 1992.
N.Mohan, T.Undeland, W.P.Robbins, "Power Electronics: Converters, Applications
and Design",Wiley, New York, USA, 1995.
W.Leonhard, "Contraiof Electrical Drives", Springer, Berlin, 1985.
ESAME
L'esame fuori dal semestre sarà normalmente svolto con una prova orale della durata approssimativa di un'ora.
L'esame potrà essere sostenuto durante il corso secondo la seguente articolazione: un primo esonero scritto a metà del corso della durata 90 minuti effettivi; un secondo esonero scritto alla fine del corso della durata 90 minuti effettivi; due relazioni scritte di approfondimento su tematiche relative alle esercitazioni effettivamente svolte durante il corso da consegnare secondo le modalità stabilite dal docente, con possibilità di discussione per la seconda relazione in sede di registrazione del voto finale.
P0450 Biomeccanica
Anno: 4 Periodo:2 Lezioni, esercitazioni, laboratori: 4+4 (ore settimanali) Docente: Cristina Bignardi
Il corso ha lo scopo di fornire agli allievi una panoramica delle problematiche della biomeccanica e delle principali metodologie numeriche e sperimentali utilizzate in questa disciplina. Vengono approfondite tematiche riguardanti i materiali biologici e di sostituzione e il comportamento del corpo umano in particolare in risposta alle azioni dinamiche.
REQUISITI
Concetti fondamentali di Meccanica razionale. Meccanica applicata alle macchine, Scienza delle costruzioni (a coloro che non hanno frequentato tali corsi verrà fornito materiale didattico all'inizio del corso).
PROGRAMMA
Introduzione alla biomeccanica [6 ore]
- Origini e problematiche della biomeccanica - Richiami di fisiologia
Metodi sperùnetali utilizzati in biomeccanica [4 ore]
- Tecniche, attrezzature e metodologie di rilevazione del dati meccanici relativi al corpo umano
- Metodi per l'analisi delle tensioni e delle deformazioni in struttu're biologiche Materiali [16 ore]
- Caratterizzazione di materiali biologici (osso, muscoli, legamenti, cartilagine) - Biomateriali: caratteristiche, biocompatibilità, problematiche
Biomeccanica delle articolazioni umani portanti e non portanti[IO ore]
- Articolazione d'anca - Articolazione di ginocchio - Articolazione di caviglia
Biomeccanica cardiocircolatoria[4 ore]
Resistenza del corpo umano alle azioni dinamiche [4 ore]
Interazione uomo-veicolo [4 ore]
- Modelli matematici e modelli sperimentali
- Studio in condizioni normali per la valutazione del comfort - Studio in condizioni d'urto per la valutazione del danno Analisi del movimento [6 ore]
- Modelli matematici per la simulazione del movimento
ESERCITAZIONI E LABORATORI
È prevista la suddivisione in squadre per la realizzazione di esercitazioni in laboratorio, relativamente alle quali si richiede una relazione:
Analisi delle deformazioni 'mediante metodo estensimetrico [5 ore]
Analisi del rimodellamento osseo [3 ore]
'Caratteristiche meccaniche dell'osso [2 ore]
Tecniche di analisi del segnale elettromiografico di superficie [4 ore]
Modelli segmentali apparato locomotore e analisi del movimento [2 ore]
Biomeccanica cardiocircolatoria [2 ore]
Biomateriali [2 ore]
Visita al Centro Sicurezza Fiat [4 ore]
BIBLIOGRAFIA
Dispense fornite dal docente
ESAME
Prova scritta seguita da una verifica orale. La valutazione finale tiene conto della partecipazione dimostrata e della qualità delle relazioni relative alle esercitazioni svolte.