Ingegneria gestionale e dell'automazione
Cod 198295
- Laurea magistrale
- 2 anni
- 120 CFU
- LM-32
IIND-08/A
Macchine e Azionamenti Elettrici
Codice: 20801715
Scheda insegnamento
- Anno Accademico di erogazione
- 2026/2027
- Corso di studi
- Ingegneria meccanica
- Periodo di erogazione
- Secondo semestre
- CFU
- 9 CFU
- Lingua
- Italiano
- SSD
- IIND-08/A
Scopri il programma didattico
Programma, testi adottati e modalità d’esame sono quelli pubblicati dai docenti per l’anno accademico 2026/2027. L’insegnamento è diviso in canali: ogni canale ha il suo programma.
- Docente
- Marco Di Benedetto
- Curriculum
- Progettazione Meccanica e Ingegneria dei Veicoli Indirizzo Ingegneria dei Veicoli, Progettazione Meccanica e Ingegneria dei Veicoli Indirizzo Progettazione dei Sistemi Meccanici
- Anno di corso
- 1
- Periodo
- Secondo semestre
- Ore
- 72
- CUIN
- 260013064
Programma
Modulo 1 Convertitori elettronici di potenza
• Introduzione agli azionamenti elettrici: definizioni, classificazione, componenti, obiettivi, prestazioni e tipi di servizio.
• Richiami sui componenti passivi reali e ideali e sui semiconduttori; giunzione PN, diodi di potenza, tiristori, MOSFET e IGBT.
• Transitori di accensione e spegnimento; perdite di conduzione e di commutazione.
• Fondamenti della conversione statica dell'energia: convertitori monofase e trifase AC/DC, convertitori DC/DC, inverter monofase e trifase DC/AC e inverter multilivello.
• Tecniche PWM carrier-based, modulazione bipolare e unipolare, dead time e iniezione di terza armonica.
• Modellazione e simulazione dei convertitori in MATLAB/Simulink; prove sperimentali su ponte a diodi, convertitore step-down e inverter trifase.
Modulo 2 Sistemi di controllo e sensoristica
• Sistemi lineari nel dominio del tempo; trasformata di Laplace e rappresentazione mediante funzioni di trasferimento.
• Risposta in frequenza, diagrammi di Bode, stabilità dei sistemi LTI e criterio di stabilità di Bode.
• Sistemi in anello aperto e in retroazione; regolatori industriali P, PI e PID nei domini continuo e discreto.
• Sensori di corrente e di tensione; sensori di posizione e velocità.
Modulo 3 Macchine elettriche e azionamenti
• Richiami sui circuiti magnetici, sul campo magnetico rotante e sui principi di funzionamento delle macchine elettriche.
• Trasformazioni abc-alfa beta e alfa beta-dq0; potenza e coppia nel riferimento rotante.
• Modello dinamico della macchina sincrona e analisi in regime sinusoidale.
• Macchine sincrone a rotore avvolto, a magneti permanenti superficiali e interni e a riluttanza; controllo di coppia, MTPA, disaccoppiamento degli assi e deflussaggio.
• Modello dinamico della macchina asincrona, coefficienti di auto e mutua induzione, circuito equivalente dinamico e coppia elettromagnetica nel riferimento dq0.
• Controllo vettoriale a orientamento di campo diretto e indiretto delle macchine sincrone e asincrone.
• Introduzione ai sistemi embedded basati su PLC, microcontrollori, DSP e FPGA e al software National Instruments LabVIEW.
• Simulazione, sintesi del controllo e verifica sperimentale di azionamenti elettrici; sistemi hardware-in-the-loop e tendenze evolutive del settore.
Prerequisiti
Sono richieste conoscenze di base di elettrotecnica, circuiti in corrente continua e alternata, sistemi trifase, numeri complessi e analisi dei sistemi lineari. Sono inoltre utili conoscenze introduttive di elettronica, meccanica applicata e MATLAB/Simulink.
Testi adottati
Oltre alle dispense e al materiale didattico forniti dal docente:
• Ion Boldea, Syed A. Nasar, Electric Drives, Third Edition, CRC Press, 2016, ISBN 9781498748209.
• Bimal K. Bose, Modern Power Electronics and AC Drives, Prentice Hall PTR, 2002.
• Ned Mohan, Tore M. Undeland, William P. Robbins, Power Electronics Converters Applications and Design, Wiley, ISBN 0471226939.
• Ned Mohan, Advanced Electric Drives Analysis Control and Modeling Using MATLAB Simulink, Wiley, ISBN 9781118485484.
Modalità di erogazione
Il corso prevede lezioni frontali, integrate alle attività di simulazione relative agli argomenti trattati e all’e attività sperimentali.
Le esercitazioni saranno svolte mediante l’impiego di ambienti software quali MATLAB/Simulink e National Instruments LabVIEW, al fine di applicare e verificare i modelli e le metodologie presentati durante le lezioni.
Sistemi hardware-in-the-loop e dimostratori sperimentali in scala ridotta saranno inoltre utilizzati per approfondire il comportamento dei convertitori, delle macchine elettriche e dei relativi sistemi di controllo.
Modalità di frequenza
La frequenza delle lezioni, delle esercitazioni e delle attività di laboratorio è fortemente consigliata, considerata la natura applicativa del corso e la stretta integrazione tra contenuti teorici, simulazioni e verifiche sperimentali.
Modalità di valutazione
La valutazione finale consiste in un colloquio orale sugli argomenti teorici, metodologici e applicativi trattati nel corso. La prova accerta la comprensione dei principi di funzionamento dei convertitori e delle macchine elettriche, la capacità di ricavare e interpretare i modelli dinamici, la padronanza delle strategie di controllo e la capacità di discutere criticamente risultati di simulazione e prove sperimentali.
La valutazione tiene conto della correttezza e completezza delle risposte, della proprietà del linguaggio tecnico, della capacità di collegare i diversi sottosistemi dell'azionamento e dell'autonomia nell'affrontare problemi di analisi e controllo.
Prove previste
- Prova orale
- Docente
- Marco Di Benedetto
- Curriculum
- Energetica e Sostenibilità Indirizzo Conversione dell’Energia, Energetica e Sostenibilità Indirizzo Sostenibilità e Ambiente
- Anno di corso
- 1
- Periodo
- Secondo semestre
- Ore
- 72
- CUIN
- 260013069
Programma
Modulo 1 Convertitori elettronici di potenza
• Introduzione agli azionamenti elettrici: definizioni, classificazione, componenti, obiettivi, prestazioni e tipi di servizio.
• Richiami sui componenti passivi reali e ideali e sui semiconduttori; giunzione PN, diodi di potenza, tiristori, MOSFET e IGBT.
• Transitori di accensione e spegnimento; perdite di conduzione e di commutazione.
• Fondamenti della conversione statica dell'energia: convertitori monofase e trifase AC/DC, convertitori DC/DC, inverter monofase e trifase DC/AC e inverter multilivello.
• Tecniche PWM carrier-based, modulazione bipolare e unipolare, dead time e iniezione di terza armonica.
• Modellazione e simulazione dei convertitori in MATLAB/Simulink; prove sperimentali su ponte a diodi, convertitore step-down e inverter trifase.
Modulo 2 Sistemi di controllo e sensoristica
• Sistemi lineari nel dominio del tempo; trasformata di Laplace e rappresentazione mediante funzioni di trasferimento.
• Risposta in frequenza, diagrammi di Bode, stabilità dei sistemi LTI e criterio di stabilità di Bode.
• Sistemi in anello aperto e in retroazione; regolatori industriali P, PI e PID nei domini continuo e discreto.
• Sensori di corrente e di tensione; sensori di posizione e velocità.
Modulo 3 Macchine elettriche e azionamenti
• Richiami sui circuiti magnetici, sul campo magnetico rotante e sui principi di funzionamento delle macchine elettriche.
• Trasformazioni abc-alfa beta e alfa beta-dq0; potenza e coppia nel riferimento rotante.
• Modello dinamico della macchina sincrona e analisi in regime sinusoidale.
• Macchine sincrone a rotore avvolto, a magneti permanenti superficiali e interni e a riluttanza; controllo di coppia, MTPA, disaccoppiamento degli assi e deflussaggio.
• Modello dinamico della macchina asincrona, coefficienti di auto e mutua induzione, circuito equivalente dinamico e coppia elettromagnetica nel riferimento dq0.
• Controllo vettoriale a orientamento di campo diretto e indiretto delle macchine sincrone e asincrone.
• Introduzione ai sistemi embedded basati su PLC, microcontrollori, DSP e FPGA e al software National Instruments LabVIEW.
• Simulazione, sintesi del controllo e verifica sperimentale di azionamenti elettrici; sistemi hardware-in-the-loop e tendenze evolutive del settore.
Prerequisiti
Sono richieste conoscenze di base di elettrotecnica, circuiti in corrente continua e alternata, sistemi trifase, numeri complessi e analisi dei sistemi lineari. Sono inoltre utili conoscenze introduttive di elettronica, meccanica applicata e MATLAB/Simulink.
Testi adottati
Oltre alle dispense e al materiale didattico forniti dal docente:
• Ion Boldea, Syed A. Nasar, Electric Drives, Third Edition, CRC Press, 2016, ISBN 9781498748209.
• Bimal K. Bose, Modern Power Electronics and AC Drives, Prentice Hall PTR, 2002.
• Ned Mohan, Tore M. Undeland, William P. Robbins, Power Electronics Converters Applications and Design, Wiley, ISBN 0471226939.
• Ned Mohan, Advanced Electric Drives Analysis Control and Modeling Using MATLAB Simulink, Wiley, ISBN 9781118485484.
Modalità di erogazione
Il corso prevede lezioni frontali, integrate alle attività di simulazione relative agli argomenti trattati e all’e attività sperimentali.
Le esercitazioni saranno svolte mediante l’impiego di ambienti software quali MATLAB/Simulink e National Instruments LabVIEW, al fine di applicare e verificare i modelli e le metodologie presentati durante le lezioni.
Sistemi hardware-in-the-loop e dimostratori sperimentali in scala ridotta saranno inoltre utilizzati per approfondire il comportamento dei convertitori, delle macchine elettriche e dei relativi sistemi di controllo.
Modalità di frequenza
La frequenza delle lezioni, delle esercitazioni e delle attività di laboratorio è fortemente consigliata, considerata la natura applicativa del corso e la stretta integrazione tra contenuti teorici, simulazioni e verifiche sperimentali.
Modalità di valutazione
La valutazione finale consiste in un colloquio orale sugli argomenti teorici, metodologici e applicativi trattati nel corso. La prova accerta la comprensione dei principi di funzionamento dei convertitori e delle macchine elettriche, la capacità di ricavare e interpretare i modelli dinamici, la padronanza delle strategie di controllo e la capacità di discutere criticamente risultati di simulazione e prove sperimentali.
La valutazione tiene conto della correttezza e completezza delle risposte, della proprietà del linguaggio tecnico, della capacità di collegare i diversi sottosistemi dell'azionamento e dell'autonomia nell'affrontare problemi di analisi e controllo.
Prove previste
- Prova orale
- Docente
- Marco Di Benedetto
- Curriculum
- Gestione Industriale e Smart Manufacturing
- Anno di corso
- 1
- Periodo
- Secondo semestre
- Ore
- 72
- CUIN
- 260013074
Programma
Modulo 1 Convertitori elettronici di potenza
• Introduzione agli azionamenti elettrici: definizioni, classificazione, componenti, obiettivi, prestazioni e tipi di servizio.
• Richiami sui componenti passivi reali e ideali e sui semiconduttori; giunzione PN, diodi di potenza, tiristori, MOSFET e IGBT.
• Transitori di accensione e spegnimento; perdite di conduzione e di commutazione.
• Fondamenti della conversione statica dell'energia: convertitori monofase e trifase AC/DC, convertitori DC/DC, inverter monofase e trifase DC/AC e inverter multilivello.
• Tecniche PWM carrier-based, modulazione bipolare e unipolare, dead time e iniezione di terza armonica.
• Modellazione e simulazione dei convertitori in MATLAB/Simulink; prove sperimentali su ponte a diodi, convertitore step-down e inverter trifase.
Modulo 2 Sistemi di controllo e sensoristica
• Sistemi lineari nel dominio del tempo; trasformata di Laplace e rappresentazione mediante funzioni di trasferimento.
• Risposta in frequenza, diagrammi di Bode, stabilità dei sistemi LTI e criterio di stabilità di Bode.
• Sistemi in anello aperto e in retroazione; regolatori industriali P, PI e PID nei domini continuo e discreto.
• Sensori di corrente e di tensione; sensori di posizione e velocità.
Modulo 3 Macchine elettriche e azionamenti
• Richiami sui circuiti magnetici, sul campo magnetico rotante e sui principi di funzionamento delle macchine elettriche.
• Trasformazioni abc-alfa beta e alfa beta-dq0; potenza e coppia nel riferimento rotante.
• Modello dinamico della macchina sincrona e analisi in regime sinusoidale.
• Macchine sincrone a rotore avvolto, a magneti permanenti superficiali e interni e a riluttanza; controllo di coppia, MTPA, disaccoppiamento degli assi e deflussaggio.
• Modello dinamico della macchina asincrona, coefficienti di auto e mutua induzione, circuito equivalente dinamico e coppia elettromagnetica nel riferimento dq0.
• Controllo vettoriale a orientamento di campo diretto e indiretto delle macchine sincrone e asincrone.
• Introduzione ai sistemi embedded basati su PLC, microcontrollori, DSP e FPGA e al software National Instruments LabVIEW.
• Simulazione, sintesi del controllo e verifica sperimentale di azionamenti elettrici; sistemi hardware-in-the-loop e tendenze evolutive del settore.
Prerequisiti
Sono richieste conoscenze di base di elettrotecnica, circuiti in corrente continua e alternata, sistemi trifase, numeri complessi e analisi dei sistemi lineari. Sono inoltre utili conoscenze introduttive di elettronica, meccanica applicata e MATLAB/Simulink.
Testi adottati
Oltre alle dispense e al materiale didattico forniti dal docente:
• Ion Boldea, Syed A. Nasar, Electric Drives, Third Edition, CRC Press, 2016, ISBN 9781498748209.
• Bimal K. Bose, Modern Power Electronics and AC Drives, Prentice Hall PTR, 2002.
• Ned Mohan, Tore M. Undeland, William P. Robbins, Power Electronics Converters Applications and Design, Wiley, ISBN 0471226939.
• Ned Mohan, Advanced Electric Drives Analysis Control and Modeling Using MATLAB Simulink, Wiley, ISBN 9781118485484.
Modalità di erogazione
Il corso prevede lezioni frontali, integrate alle attività di simulazione relative agli argomenti trattati e all’e attività sperimentali.
Le esercitazioni saranno svolte mediante l’impiego di ambienti software quali MATLAB/Simulink e National Instruments LabVIEW, al fine di applicare e verificare i modelli e le metodologie presentati durante le lezioni.
Sistemi hardware-in-the-loop e dimostratori sperimentali in scala ridotta saranno inoltre utilizzati per approfondire il comportamento dei convertitori, delle macchine elettriche e dei relativi sistemi di controllo.
Modalità di frequenza
La frequenza delle lezioni, delle esercitazioni e delle attività di laboratorio è fortemente consigliata, considerata la natura applicativa del corso e la stretta integrazione tra contenuti teorici, simulazioni e verifiche sperimentali.
Modalità di valutazione
La valutazione finale consiste in un colloquio orale sugli argomenti teorici, metodologici e applicativi trattati nel corso. La prova accerta la comprensione dei principi di funzionamento dei convertitori e delle macchine elettriche, la capacità di ricavare e interpretare i modelli dinamici, la padronanza delle strategie di controllo e la capacità di discutere criticamente risultati di simulazione e prove sperimentali.
La valutazione tiene conto della correttezza e completezza delle risposte, della proprietà del linguaggio tecnico, della capacità di collegare i diversi sottosistemi dell'azionamento e dell'autonomia nell'affrontare problemi di analisi e controllo.
Prove previste
- Prova orale
Esplora gli obiettivi dell’insegnamento
Ambito disciplinare: Attività formative affini o integrative
Conoscere le soluzioni costruttive e le caratteristiche funzionali delle principali macchine elettriche rotanti, inclusi i modelli utilizzati per lo studio del comportamento elettromeccanico in regime dinamico, al fine di acquisire la capacità di scegliere e di saper utilizzare le varie macchine elettriche rotanti impiegate nelle applicazioni elettriche industriali o nei sistemi di produzione della potenza elettrica. Conoscere le configurazioni di base dei convertitori elettronici di potenza utilizzati per la regolazione delle grandezze elettriche di alimentazione delle macchine elettriche. Conoscere gli algoritmi di base utilizzati negli azionamenti elettrici per la regolazione ed il controllo delle prestazioni elettromeccaniche della macchina: posizione, velocità, coppia e flusso. Saper individuare le principali caratteristiche di dimensionamento di un azionamento elettrico in relazione alle specifiche tecniche della applicazione.
Risultati di apprendimento attesi — Marco Di Benedetto
Al termine del corso, lo Studente sarà in grado di:
• descrivere la struttura, i componenti e le prestazioni fondamentali di un azionamento elettrico;
• analizzare il funzionamento dei principali dispositivi elettronici di potenza e dei convertitori AC/DC, DC/DC, DC/AC e AC/AC impiegati negli azionamenti;
• ricavare e utilizzare modelli dinamici delle macchine sincrone e asincrone nei sistemi di riferimento stazionari e rotanti;
• applicare le trasformazioni di Clarke e Park e interpretare le grandezze elettriche e meccaniche nel riferimento dq0;
• progettare sistemi di regolazione in anello chiuso mediante controllori P, PI e PID, valutandone stabilità e risposta dinamica;
• selezionare sensori di corrente, tensione, posizione e velocità idonei all'applicazione;
• sviluppare e verificare modelli di azionamenti elettrici in MATLAB/Simulink e mediante piattaforme hardware-in-the-loop;
• confrontare strategie di controllo per macchine sincrone e asincrone e motivare le scelte progettuali adottate.
Risultati di apprendimento attesi — Marco Di Benedetto
Al termine del corso, lo Studente sarà in grado di:
• descrivere la struttura, i componenti e le prestazioni fondamentali di un azionamento elettrico;
• analizzare il funzionamento dei principali dispositivi elettronici di potenza e dei convertitori AC/DC, DC/DC, DC/AC e AC/AC impiegati negli azionamenti;
• ricavare e utilizzare modelli dinamici delle macchine sincrone e asincrone nei sistemi di riferimento stazionari e rotanti;
• applicare le trasformazioni di Clarke e Park e interpretare le grandezze elettriche e meccaniche nel riferimento dq0;
• progettare sistemi di regolazione in anello chiuso mediante controllori P, PI e PID, valutandone stabilità e risposta dinamica;
• selezionare sensori di corrente, tensione, posizione e velocità idonei all'applicazione;
• sviluppare e verificare modelli di azionamenti elettrici in MATLAB/Simulink e mediante piattaforme hardware-in-the-loop;
• confrontare strategie di controllo per macchine sincrone e asincrone e motivare le scelte progettuali adottate.
Risultati di apprendimento attesi — Marco Di Benedetto
Al termine del corso, lo Studente sarà in grado di:
• descrivere la struttura, i componenti e le prestazioni fondamentali di un azionamento elettrico;
• analizzare il funzionamento dei principali dispositivi elettronici di potenza e dei convertitori AC/DC, DC/DC, DC/AC e AC/AC impiegati negli azionamenti;
• ricavare e utilizzare modelli dinamici delle macchine sincrone e asincrone nei sistemi di riferimento stazionari e rotanti;
• applicare le trasformazioni di Clarke e Park e interpretare le grandezze elettriche e meccaniche nel riferimento dq0;
• progettare sistemi di regolazione in anello chiuso mediante controllori P, PI e PID, valutandone stabilità e risposta dinamica;
• selezionare sensori di corrente, tensione, posizione e velocità idonei all'applicazione;
• sviluppare e verificare modelli di azionamenti elettrici in MATLAB/Simulink e mediante piattaforme hardware-in-the-loop;
• confrontare strategie di controllo per macchine sincrone e asincrone e motivare le scelte progettuali adottate.
Esempi di domande d’esame
Marco Di Benedetto
• Quali sono gli elementi costitutivi di un azionamento elettrico e come interagiscono tra loro?
• Come vengono calcolate le perdite di conduzione e di commutazione nei semiconduttori di potenza?
• Quali criteri guidano la scelta della topologia del convertitore e della tecnica di modulazione?
• Perché si utilizzano le trasformazioni di Clarke e Park nell'analisi e nel controllo delle macchine trifase?
• Qual è il significato fisico delle componenti d e q e come dipende dall'orientamento del riferimento rotante?
• Come si ricava il modello dinamico di una macchina sincrona nel riferimento dq0?
• Quali differenze esistono tra macchine sincrone SPM, IPM e a riluttanza dal punto di vista del controllo?
• In che modo si realizzano il disaccoppiamento degli assi e il funzionamento in deflussaggio?
• Qual è il principio del controllo vettoriale a orientamento di campo di una macchina asincrona?
• Come vengono scelti sensori di corrente, posizione e velocità per un azionamento elettrico?
• Come si dimensiona un regolatore PI di corrente e quali fattori ne limitano la banda?
Marco Di Benedetto
• Quali sono gli elementi costitutivi di un azionamento elettrico e come interagiscono tra loro?
• Come vengono calcolate le perdite di conduzione e di commutazione nei semiconduttori di potenza?
• Quali criteri guidano la scelta della topologia del convertitore e della tecnica di modulazione?
• Perché si utilizzano le trasformazioni di Clarke e Park nell'analisi e nel controllo delle macchine trifase?
• Qual è il significato fisico delle componenti d e q e come dipende dall'orientamento del riferimento rotante?
• Come si ricava il modello dinamico di una macchina sincrona nel riferimento dq0?
• Quali differenze esistono tra macchine sincrone SPM, IPM e a riluttanza dal punto di vista del controllo?
• In che modo si realizzano il disaccoppiamento degli assi e il funzionamento in deflussaggio?
• Qual è il principio del controllo vettoriale a orientamento di campo di una macchina asincrona?
• Come vengono scelti sensori di corrente, posizione e velocità per un azionamento elettrico?
• Come si dimensiona un regolatore PI di corrente e quali fattori ne limitano la banda?
Marco Di Benedetto
• Quali sono gli elementi costitutivi di un azionamento elettrico e come interagiscono tra loro?
• Come vengono calcolate le perdite di conduzione e di commutazione nei semiconduttori di potenza?
• Quali criteri guidano la scelta della topologia del convertitore e della tecnica di modulazione?
• Perché si utilizzano le trasformazioni di Clarke e Park nell'analisi e nel controllo delle macchine trifase?
• Qual è il significato fisico delle componenti d e q e come dipende dall'orientamento del riferimento rotante?
• Come si ricava il modello dinamico di una macchina sincrona nel riferimento dq0?
• Quali differenze esistono tra macchine sincrone SPM, IPM e a riluttanza dal punto di vista del controllo?
• In che modo si realizzano il disaccoppiamento degli assi e il funzionamento in deflussaggio?
• Qual è il principio del controllo vettoriale a orientamento di campo di una macchina asincrona?
• Come vengono scelti sensori di corrente, posizione e velocità per un azionamento elettrico?
• Come si dimensiona un regolatore PI di corrente e quali fattori ne limitano la banda?