Elettronica Industriale Programma dettagliato Introduzione Presentazione del corso. Contenuti del corso. Problematiche e applicazioni di interesse per l’elettronica industriale. Dispositivi ed esempi di applicazioni. Riferimenti “storici”. Generalità Classificazione dei convertitori. Definizione di distorsione. Distorsione in uscita e distorsione in ingresso ai convertitori. Problemi dell’inquinamento della sorgente e della dissipazione in linea: esempi. Fattore di potenza: definizione ed espressione nel caso AC. Considerazioni sul significato di fattore di potenza. Esempi. Altri parametri di prestazione: rendimento, guadagno, regolazione, resistenza di uscita, coefficiente di temperatura. Convertitori in commutazione Introduzione. Topologia della rete di commutazione (configurazioni proibite) e analisi della legge di commutazione. Proprietà delle conversioni DC/XX e AC/XX. Confronto fra architetture a conversione intermedia in continua e conversione diretta. DC/DC Switching DC/DC discesa. Relazione ingresso uscita e forme d’onda. Maximum ratings degli interruttori (carico passivo e motore elettrico). Progetto del filtro LC; vincoli su C e L. Realizzazione del modulatore PWM. Problematiche dell’analisi dinamica di convertitori switching. Modulazione PWM quasi stazionaria. Introduzione al modello per componenti in bassa frequenza. Modello equivalente per piccoli segnali a trasformatore. Calcolo della banda del DC/DC in discesa. DC/DC in salita: analisi e considerazioni sul “costo” degli elementi reattivi; dimensionamento degli elementi reattivi e maximum ratings degli interruttori. Analisi della dinamica. DC/DC discesa/salita: dimensionamento degli elementi reattivi (dinamica) e maximum ratings degli interruttori. Problematiche isolamento elettrico. Necessità di un trasformatore. Circuito equivalente del trasformatore (modello ideale, perfetto e reale). Convertitore fly-back (inserimento trasformatore e progetto snubber). Switching power supply. Funzionamento discontinuo. DC/DC sincrono: perdite e problema shoot-through (dead time e adaptive gate control). DC/DC full-bridge: modulatore PWM a tre livelli. Controllo PWM (unipolar e bipolar voltage switching). Componenti magnetici Richiami sui principi e leggi fondamentali dell’elettromagnetismo ed elementi di base sui componenti magnetici. Criteri di dimensionamento di un induttore. Perdite nel nucleo e negli avvolgimenti. Circuito equivalente del trasformatore (modello ideale, perfetto e reale). Modello a 4 parametri e modello Spice. Controllo DC/DC Controllo in corrente e breve analisi di un integrato di controllo current-mode. Confronto controllo in corrente e controllo in tensione. Controllo con isteresi. Controllo digitale: vantaggi e problematiche. Dispositivi di potenza Reti di commutazione a uno, due e quattro quadranti. Diodo di free-wheeling. Introduzione ai dispositivi di potenza. Diodi e problema del recovery inverso. BJT, MOS, IGBT. Driver ed alimentazione isolata (isolamento elettrico e ottico). Problematiche della commutazione (forme d’onda senza recovery, energia di commutazione e potenza dissipata). Commutazione (recovery del diodo e induttanze parassite). Maximum ratings dei dispositivi. Dimensionamento termico (resistenza e impedenza termica). Motori Elettrici Elementi fondamentali sui motori elettrici DC: principio di funzionamento, modello, equazioni e/o caratteristiche fondamentali (coppia velocità), funzionamento a uno o più quadranti. Elementi fondamentali sul motore AC: principio di funzionamento, modello, caratteristiche coppia/velocità e di controllo. DC/AC Switching Inverter: controllo in frequenza e ampiezza a singolo impulso. Problematiche. Controllo a singolo e a più impulsi. Tecniche di cancellazione armonica. Controllo PWM sinusoidale. Problema della caratteristica di controllo discontinua. Unipolar e bipolar voltage switching. Inverter half-bridge e trifase. AC/DC non controllati Raddrizzatore a doppia semionda: mezzo ponte e ponte intero; analisi, progetto del filtro (filtro LC) e dimensionamento dei diodi. Calcolo del fattore di potenza. AC/DC con filtro C. Dimensionamento filtro e diodi. Calcolo fattore di potenza. Voltage doubler. AC/DC trifase. Analisi e criteri di progetto. Problematiche di interfaccia con la rete elettrica. Miglioramento del fattore di potenza: filtri di ingresso passivi (esempio di progetto), filtri attivi e PFC. AC/DC controllati Struttura e funzionamento degli SCR. Meccanismo di accensione e spegnimento. Caratteristica I/V. Impiego nella conversione AC/DC e AC/AC con relative forme d’onda. Cenni a commutazione forzata e GTO. DC/DC lineari AC/DC + DC/DC: considerazioni su utilizzo regolatori switching e lineari. Schemi di regolatori LDO lineari a Zener, con amplificazione di corrente, con OP-AMP, con amplificatore di tensione, con limitazione di corrente. Utilizzo di regolatori integrati a tre e quattro terminali. Note su applicazioni UPS. Qualità dell’energia. Classificazione degli UPS e tipologie VFD, VI, VFI. Schema a blocchi e scelte progettuali. Schema elettrico e tipologie di inverter (HB, NPC, T-NPC, AT-NPC). Impianti Fotovoltaici. Tipologie, generatore fotovoltaico, impianti grid-connected. Cella fotovoltaica e MPPT. Tipologie di inverter (FB asimmetrico e NPC). Esercitazioni Esercizi di progetto in aula. Laboratorio: progetto, realizzazione e test di un DC/DC Flyback.