64337 - ELETTRONICA PER L' EFFICIENZA ENERGETICA

insegnamento

ID:

64337

Tipo Insegnamento:

Obbligatorio

Opzionale

Durata (ore):

64

CFU:

SSD:

ELETTRONICA

Url:

Dettaglio Insegnamento:

INGEGNERIA ELETTRONICA PER L'ICT/Percorso Comune Anno: 2

Dettaglio Insegnamento:

INGEGNERIA INFORMATICA E DELL’AUTOMAZIONE/Automazione e robotica Anno: 1

Dettaglio Insegnamento:

INGEGNERIA INFORMATICA E DELL’AUTOMAZIONE/Automazione e robotica Anno: 2

Anno:

2025

Periodo di attività

Secondo Semestre (19/02/2026 - 05/06/2026)

Obiettivi Formativi

Il corso fornisce le conoscenze fondamentali per la progettazione dei convertitori elettronici di potenza che trovano applicazione nei circuiti di alimentazione elettrica. Il contesto comune è quello dell'efficienza energetica in diversi scenari applicativi (dall'alimentazione di sistemi elettronici, agli azionamenti, gruppi di continuità e sistemi fotovoltaici). Vengono esaminate le caratteristiche dei sistemi di conversione efficiente dell'energia con particolare riferimento ai circuiti elettronici in commutazione e alle relative modalità di controllo, nonché ai dispositivi elettronici di potenza.

Le principali conoscenze acquisite nell'ambito della conversione statica dell'energia elettrica saranno:
- tecnologia, funzionamento e utilizzo di dispositivi e circuiti elettronici di potenza;
- problematiche relative alla qualità dell'energia, efficienza energetica ed “energy harvesting”;
- analisi e progetto di convertitori elettronici di potenza, con particolare attenzione alle unità di alimentazione, ai circuiti elettronici in commutazione, al loro dimensionamento termico e al relativo controllo.

Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno:
- progettazione di convertitori elettronici di potenza;
- dimensionamento dei relativi filtri;
- dimensionamento del controllo;
- dimensionamento termico dei transistori/dissipatori.

Come evidenziato anche nei contenuti, questo insegnamento fornisce conoscenze sull’efficienza energetica di circuiti e sistemi elettronici per la conversione dell’energia, conoscenze che consentono di valutarne e gestirne l’impatto sulla sostenibilità ambientale.

Prerequisiti

E' necessario avere acquisito e assimilato le seguenti conoscenze:
Diodi, BJT, FET (principi di funzionamento, commutazione). Teoria dei circuiti e dei segnali. Circuiti analogici e digitali di base. Modulazione. Controllo in retroazione (stabilità e reti correttrici).

Metodi didattici

Il corso è organizzato nel seguente modo:
- Lezioni frontali in aula su tutti gli argomenti del corso
- Esempi svolti in aula di progetto di convertitori elettronici di potenza

Verifica Apprendimento

L'esame è orale e prevede domande sugli argomenti svolti a lezione con lo scopo di valutare la comprensione delle problematiche affrontate e la padronanza degli strumenti di analisi e sintesi introdotti.

N.B. La cadenza degli esami è di norma settimanale. Le date vengono fissate solitamente con una o due settimane di anticipo. Per motivi organizzativi la lista d'esame si chiude due giorni prima della data dell'appello.

Il superamento dell'esame è prova dell'aver acquisito la capacità di applicare le conoscenze relative agli obiettivi formativi precedentemente indicati.

Testi

Slide delle lezioni e altro materiale didattico fornito dal docente.

Non esiste un libro di testo che copra l'intero programma del corso. Agli studenti interessati ad approfondire i vari argomenti trattati si consigliano i seguenti testi, tutti reperibili presso la Biblioteca.

Elettronica Industriale: Convertitori DC/DC operanti in commutazione, F.Filicori e G.Vannini, Editrice Esculapio, Luglio 1999, Bologna (copre la parte più importante del corso).

Elettronica di Potenza: Convertitori ed applicazioni, Mohan, Undeland, Robbins, Hoepli, 2005.

Power Electronics: Converters, Applications and Design, Mohan, Undeland, Robbins, J.Wiley, 1995.

Fundamentals of power electronics, R.Erickson, Kluwer, 1997 (ebook 2001).

Power Electronics: Circuits, devices and applications, M.Rashid, Prentice Hall, 1993. (2014 ebook - 2007 versione italiana - 2017 Handbook ebook).

Contenuti

Il corso prevede 64 ore di didattica tra lezioni ed esempi di progetto svolti in aula.

Generalità sulla conversione di energia: applicazioni, classificazione e prestazioni dei convertitori di potenza. Interfaccia con la sorgente di energia (normativa, qualità e continuità dell'energia); energy harvesting.

Convertitori in commutazione: generalità sulle conversioni DC/DC, DC/AC, AC/DC ed AC/AC.

DC/DC in commutazione: DC/DC discesa. DC/DC salita. DC/DC discesa/salita. DC/DC con isolamento elettrico (fly-back). DC/DC a quattro quadranti. Progetto dei filtri, snubber e dimensionamento dei componenti.

Controllo in tensione e in corrente: analisi di un controllore integrato. Controllo con isteresi.

Elementi di controllo digitale: vantaggi, problematiche e implementazione.

Componenti magnetici, dispositivi di potenza e driver: richiami di elettromagnetismo ed elementi di base sui componenti magnetici. Criteri di dimensionamento di un induttore. Circuito equivalente del trasformatore (modello ideale, perfetto e reale). Elementi su diodi di potenza, BJT, MOS, IGBT. Ratings. Reti di commutazione a uno, due e quattro quadranti e problematiche di commutazione. Dimensionamento termico. Driver e isolamento.

Architetture di potenza: evoluzione delle architetture di potenza, DC/DC sincroni, regolatori DC/DC e LDO, e loro impiego.

Motori elettrici: elementi sui motori elettrici DC e AC asincroni e sincroni, principio di funzionamento, circuito equivalente, equazioni e/o caratteristiche fondamentali (coppia/velocità), funzionamento a uno o più quadranti.

DC/AC in commutazione: convertitori DC/AC. Controllo PWM e PWM sinusoidale. Applicazione in UPS, impianti fotovoltaici e azionamenti elettrici.

Convertitori AC/DC controllati e no: richiami su raddrizzatore a doppia semionda, fattore di potenza con filtro LC e C. Filtri di ingresso e PFC.

Raddrizzatore trifase: dimensionamento filtro LC e diodi; fattore di potenza.

AC/DC con SCR: SCR e GTO. AC/DC e AC/AC.