Ingegneria Energetica

Elettronica di Potenza

Informazioni generali

Anno di corso:1°
Semestre: 1°
CFU: 9

Docenti responsabili

Obiettivi

Il corso di Elettronica di Potenzasi propone di fornire una conoscenza di base dei semiconduttori di potenza, funzionanti in regime di commutazione, e dei principali circuiti elettronici impiegati per la conversione statica dell'energia elettrica. Vari esempi applicativi, rivolti specialmente agli impianti di produzione fotovoltaici, ai gruppi statici di continuità, agli azionamenti elettrici e alle reti elettriche di prossima generazione concludono il corso. Al fine di migliorare la comprensione degli argomenti, viene illustrato l'utilizzo di alcuni ambienti di simulazione, specifici per l'elettronica di potenza.

Programma

SEMICONDUTTORI DI POTENZA

Semiconduttori impiegati nei Convertitori statici (Diodi, BJT, MOSFET, IGBT, Tiristori).
Caratteristiche statiche, Comportamento transitorio, Componenti particolari.
Perdite in conduzione e in commutazione.
Specifiche fornite dal Costruttore.
Comportamento termico, Protezioni.
Circuiti di pilotaggio.
Caratterizzazione dei Convertitori statici (monodirezionali e bidirezionali).
Metodi di analisi dei Convertitori statici.

CONVERTITORI STATICI DI POTENZA

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.
Convertitori c.c.-c.a. (Inverter): Inverter monofase realizzati con interruttori statici. 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. (Rettificatori): 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 di tensione e di corrente.
Convertitori c.a.-c.a.: Cicloconvertitori. Convertitori monofase a controllo di fase. Convertitori pluristadio.

ESEMPI APPLICATIVI

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.
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, connessi alla rete e ibridi. Sistemi di produzione fotovoltaici. Controllo degli inverter fotovoltaici connessi alla rete.
Alimentazione elettrica dei satelliti

Eventuali propedeuticità

Elettrotecnica ed elettronica di base. Fondamenti di controlli automatici.

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
Dispense a cura del docente