Elettronica di potenza

UNIVERSITA' DI CATANIA
CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN INGEGNERIA ELETTRICA
PROGRAMMA DEL CORSO DI
ELETTRONICA DI POTENZA
Anno Accademico 2007-2008
Prof. A. Raciti
Introduzione alla Elettronica di Potenza. Scopo e applicazioni della Elettronica
di Potenza. Classificazione dei convertitori elettronici di potenza. Componenti a
semiconduttori: diodi; tiristori; GTO; BJT; MOSFET; IGBT, dispositivi innovativi.
Richiami di elettrotecnica.
Circuiti raddrizzatori con diodi.
Ponte raddrizzatore monofase a diodi.
Circuito equivalente. Caratteristica di uscita. Corrente di linea. Raddrizzatore
trifase a ponte intero. Circuito equivalente. Caratteristica di uscita. Corrente di
linea.
Circuiti raddrizzatori controllati a frequenza di linea. Funzionamento dei
circuiti raddrizzatori total controllati e semi controllati.
Analisi del
funzionamento senza le induttanze della sorgente di alimentazione. Effetto delle
induttanze di linea sulla tensione di rete AC e sul carico. Funzionamento da
inverter. Forme d'onda di corrente e tensione dal lato AC. Connessione in serie
ed in parallelo dei circuiti raddrizzatori monofasi e trifasi. Convertitori duali
(back-to-back). Convertitori a dodici impulsi (serie e parallelo).
Induttanze e trasformatori. Materiali magnetici e geometrie dei nuclei. Perdite
nei nuclei magnetici. Avvolgimenti in rame. Perdite negli avvolgimenti per effetto
pelle e per effetto di prossimità. Calcolo della temperatura di funzionamento a
regime.
Convertitori DC/DC. Convertitore step-down (buck). Convertitore step-up
(boost). Convertitore step-down step-up (buck-boost). Convertitore di Cuk.
Convertitore a ponte intero: strategia di controllo bipolare; strategia di controllo
unipolare. Circuiti chopper in classe A, B, C, D, E. Alimentatori dc switching.
Convertitori con isolamento elettrico tra ingresso ed uscita. Convertitore flyback.
Convertitore forward. Convertitore a push-pull. Convertitore a mezzo ponte.
Convertitore a ponte intero. Convertitore push-pull a sorgente di corrente.
Controllo degli alimentatori switching. Linearizzazione con il metodo state-space
averaging. Controllo di corrente.
Convertitori risonanti.
Cenni sui convertitori con carico risonante, con
dispositivi di commutazione risonanti, con circuito intermedio risonante.
Inverter. Funzionamento degli inverter VSI e CSI. Controllo con modulazione a
larghezza
d’impulso
(PWM)
seno-triangolo.
Modulazione
lineare.
Sovramodulazione. Funzionamento ad onda quadra. Inverter monofasi a mezzo
ponte ed a ponte intero. Inverter trifasi. Altre tipologie di modulazione a
larghezza di impulso. Modulazione lineare, sovramodulazione. Operazioni ad
onda quadra.
Diodi di potenza.
Struttura e caratteristiche statiche corrente -tensione.
Tensione di breakdown. Perdite nello stato on. Caratteristiche di switching.
Diodi Schottky. Snubbers per diodi.
Transistori bipolari di potenza (BJT). Struttura e caratteristiche statiche
corrente-tensione. Funzionamento nelle diverse regioni operative. Amplificazione
di corrente.
Caratteristiche elettriche dinamiche.
Tensioni di breakdown.
Breakdown secondario. Perdite nello stato on. Aree operative di sicurezza.
Circuiti di pilotaggio. Circuiti di protezione.
Transistori di potenza ad effetto di campo (MOSFET).
Struttura e
caratteristiche statiche corrente-tensione. Funzionamento nelle diverse regioni
operative. Caratteristiche elettriche dinamiche. Aree operative di sicurezza.
Circuiti di pilotaggio. Circuiti di protezione.
Transistori bipolari a gate isolato (IGBT) Struttura e caratteristiche elettriche
statiche.
Funzionamento nelle diverse regioni operative.
Caratteristiche
elettriche dinamiche. Aree operative di sicurezza. Circuiti di pilotaggio. Circuiti
di protezione.
Tiristori. Struttura e caratteristiche statiche corrente-tensione. Stato di blocco
diretto, inverso, conduzione. Turn-on e turn-off. Caratteristiche elettriche
dinamiche. Circuiti di pilotaggio. Circuiti di protezione.
Tiristori con spegnimento dal gate (GTO). Struttura e caratteristiche statiche
corrente tensione. Caratteristiche elettriche dinamiche. Circuiti di pilotaggio.
Circuiti di protezione.
Esercitazioni
Sono previste esercitazioni teorico-numeriche, simulazioni al calcolatore delle
strutture di convertitori trattate nel corso. Per le simulazioni al calcolatore sono
disponibili programmi specifici per PC.
Libri consigliati
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.
Muhammad. H. Rashid, “Power Electronics: Circuits, Devices, and Applications”.
3rd Edition, Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 2004.
Philip T. Krein, "Elements of Power Electronics”, New York and Oxford, Higher
Education Oxford University Press, September 1997.
Appunti dalle lezioni