Elettronica
Industriale
Corso di Laurea in
Ingegneria Meccatronica – Università di Padova
A.A. 2009-2010
Argomenti delle
lezioni
I Settimana
1a lezione: Introduzione
all'Elettronica industriale di potenza. Applicazioni, settori di innovazione
tecnologica. Descrizione del programma del corso.
2a lezione: I
componenti di potenza. Le commutazioni: stima delle perdite di conduzione e
commutazione. La commutazione su carico
induttivo. Introduzione alla SOA (Safe Operating Area) dei dispositivi di
potenza. Smaltimento del calore nei componenti di potenza. Resistenze termiche
e impedenze termiche transitorie.
3a lezione: I diodi di potenza: caratteristiche statiche e dinamiche.
II Settimana
4a lezione: BJT di potenza. Mosfet di Potenza. Caratterizzazione e data-sheets.
5a lezione: Commutazione nei mosfet di
Potenza. Analisi di snubber RC e RCD. appunti
6a lezione: Esercitazione Pspice sulla
commutazione di componenti e sugli snubber. Testo esercitazione
III Settimana
7a lezione: IGBT. Principio di funzionamento. Struttura fisica. Caratterizzazione e data sheet. Tiristori (SCR). Principi di funzionamento e applicazioni.
8a lezione: Struttura
fisica. Modello a due transistori. Meccanismi di innesco. Snubber. GTO.
Esempio
di applicazione del JFET al carburo di silicio
9a lezione: Introduzione
ai convertitori cc/cc. Il convertitore Buck. Modulazione a PWM. Analisi in modo
di funzionamento continuo e discontinuo.
10a lezione: Esercitazione Pspice sulla commutazione di componenti (completamento esercitazione 1) + estensione agli IGBT (testo parte III).
IV Settimana
11a lezione: Approfondimenti sul
convertitore Buck: Ripple statico e dinamico nel
convertitore buck, funzionamento con carico resistivo
12a lezione: Convertitore
cc/cc Boost. Bidirezionalità nei convertitori cc/cc.
13a lezione: Convertitore
Buck-Boost. Esercizio sui convertitori cc/cc.
V Settimana
14a lezione:
(prof. Buso) Introduzione
ai convertitori cc/cc con trasformatore. Trasformatori ad alta frequenza.
Nozioni Generali. Realizzazioni. Slides
15a lezione:
(prof. Tenti): Convertitori
abbassatori con isolamento ad alta frequenza. Forward, push-pull, dual-forward.
16a lezione: (prof. Tenti) Convertitori isolati 2: Half-bridge (ricircolo al secondario in heavy load e cenni al funz. Light-load) e Flyback. Slides_a + Slides_b
VI Settimana
17a lezione: Analisi
Dinamica dei Convertitori cc-cc con le tecniche “time-averaging”, modello del
convertitore buck in funzionamento continuo. Modello
ai valori medi e modello ai piccoli segnali.
18a lezione: Analisi
della f.d.t. di controllo per il convertitore boost: significato dello zero a
parte reale positiva. Modello del convertitore buck in funzionamento
discontinuo.
19a lezione: Sviluppo
del modello secondo le tecniche state-space averaging. Esempio di calcolo per
la f.d.t tra duty-cycle e tensione di uscita in un convertitore boost. Utilizzo
di Simulink nell’elettronica di potenza: Realizzazione
di un modello di un modulatore a PWM. Applicazione ad un convertitore Boost.
Modello ai valori medi e confronto con quello ai valori “istantanei”. Files usati a lezione.
VII Settimana
(16/11) 20a lezione: Sistemi di regolazione per i convertitori cc/cc. Analisi di
sistemi a singolo anello (voltage-mode). Derivazione delle impedenza di uscita
e audiosuscettibilità a catena chiusa. Controlli
di corrente media.
(18/11) 21a lezione:
(ing. Costabeber) Esercizi
(18/11) 22a lezione:
(ing. Costabeber) Esercizi
VIII Settimana
(23/11) 23a lezione: Controlli di corrente a isteresi. Controllo
di corrente di picco.
Analisi della instabilità statica.
(25/11) 24a lezione: Esercitazione Pspice (Laboratorio Didattico di
Meccatronica)
(25/11) 25a lezione: Modello dinamico ai piccoli segnali del modulatore di corrente di
picco.
Esercizi
IX Settimana
(30/11) 26a lezione: Raddrizzatori
non controllati da rete, monofase e trifase. Analisi con filtro capacitivo.
Analisi del gruppo di commutazione non controllato con filtro induttivo
(2/12) 27a lezione: Tensione lato continua, analisi armonica
delle correnti lato ac per un raddrizzatore a tiristori. Diagramma circolare
P-Q. Proprietà della connessione a ponte. Effetto dell’angolo di
sovrapposizione.
(2/12) 28a lezione: Effetto dell’angolo di sovrapposizione. Connessione a ponte. (Esercitazione) Analisi dei prototipi di laboratorio (buck) – Parte 1
(3/12) 29a lezione:
(Giov. ore 9 in sostituzione alle ore del corso del prof. Buso).
(Esercitazione) Analisi
dei prototipi di labotoratorio e descrizione di un integrato di controllo per
convertitori cc-cc. Esercizi
(3/12) 30a lezione:
(Giov. ore 14 - laboratorio) Misure e analisi sulla
scheda Buck
Placement for degree students:
13-Months at Texas Instruments
Suggerimenti per la preparazione dell’esame
Si
consiglia inoltre di leggere i capitolo associato agli inverter.
X Settimana
(9/12) 31a lezione: Normative sulle armoniche. I raddrizzatori ad alto fattore di potenza. Principi di
funzionamento. Il PFC boost.
Analisi delle prestazioni statiche e dinamiche.
(9/12) 32a lezione: Dimensionamento del
condensatore di uscita di PFC. Analisi del controllo di corrente nel PFC.
Analisi ai piccoli segnali dell’anello di tensione.
XI Settimana
(14/12) 33a lezione: PFC automatici. PFC con
controllo borderline. PFC monofase con inverter a ponte intero.
(14/12) 34-35a lezione:
(Lun. ore 14 – lab.) Misure e analisi sulla
scheda Buck
(16/12) 36a lezione: Valutazione del corso. PFC trifase e Active Front End.
(16/12) 37a lezione: Compensazione
armonica e reattiva. Filtri passivi. Filtri attivi di potenza e
sistemi di compensazione armonica. SLIDES.
(17/12)
38a lezione:
(Giov. ore 10) Esercizi + analisi schemi inverter
XII Settimana
(07/01) 39a lezione: Aula B5 – Esercizi
Slides per le lezioni sui
sistemi di conversione per sorgenti fotovoltaiche
(11/01) 40a lezione:
(ing. Costabeber) Sistemi di conversione per
conversione fotovoltaica - 1
(13/01) 41a lezione:
(ing. Costabeber) Sistemi di conversione per
conversione fotovoltaica - 1
Laboratorio (6h):
1. Analisi
del convertitore Buck e relative misure
2. Analisi
dinamica del convertitore buck ad anello aperto
3. Analisi
dinamica del convertitore buck con controllo di tensione e di corrente
Materiale per il
laboratorio:
Testo
esercitazioni laboratorio
Presentazioni
schede laboratorio
Schemi circuitali delle
schede
Suddivisione
delle ore del corso:
66
h – didattica frontale
6h –
laboratorio informatico (simulazioni)
6h
– laboratorio sperimentale (misure su prototipi)
Testi
per consultazione:
·
Dispense del Corso: Elettronica Industriale.
·
R. W.
Erickson, D. Maksimovic, “Fundamentals of Power Electronics”, Kluwer Academic
Press, 1999.
·
Mohan,Undeland,
Robbins, Power Electronics-Converters,
Applications, Design,
·
Kassakian,
Schlecht, Verghese, Principles of Power
Electronics, Addison Wesley, 1991