Conversione statica dell'energia elettrica

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Programma:

Concetti fondamentali sui raddrizzatori

- Carico puramente resistivo
- Carico induttivo
- Carico con un generatore interno di tensione continua

Raddrizzatori monofase a ponte di diodi

- Circuito idealizzato con Ls=0
- Effetti di Ls sulla commutazione della corrente
- Tensione costante vd(t)=Vd sul lato corrente continua
- Caratteristiche del raddrizzatore
- Raddrizzatore reale a ponte di diodi
- Calcolo analitico con correnti fortemente discontinue
- Simulazione del circuito per condizioni di funzionamento generali
- Distorsione della corrente di linea
- Distorsione della tensione di linea
Raddrizzatore (monofase) con tensione raddoppiata
Effetto di un raddrizzatore monofase sulla corrente dc
in sistemi trifase a quattro fili

Raddrizzatore trifase a ponte

- Circuito idealizzato con Ls=0
- Effetto di Ls sulla commutazione della corrente
- Tensione costante vd(t)=Vd sul lato continua
- Distorsione nelle forme d'onda della corrente di linea
- Raddrizzatore trifase reale a ponte di diodi
Confronto tra raddrizzatori monofase e trifase
Picchi di corrente e sovratensioni all'accensione
Considerazioni e rimedi per le armoniche della corrente di linea e per un basso fattore di potenza

Raddrizzatori e inverter a frequenza di linea con controllo di fase: da alternata a continua controllata

Introduzione
Circuiti con tiristori e loro controllo
- Circuiti base con tiristori
- Comando di gate del tiristore
- Convertitori reali a tiristori
Convertitori monofase
- Circuito ideale con Ls=0 e id(t)=Id
- Tensione sul lato in continua
- Corrente di linea is
- Potenza, fattore di potenza e potenza reattiva
- Effetti prodotti da Ls
- Corrente is della linea di alimentazione
- Convertitori reali a tiristori
- Conduzione discontinua della corrente
- Modalità di funzionamento da inverter
- Avviamento dell'inverter
- Forma d'onda della tensione ac (buchi e distorsioni nella tensione di linea)
Convertitori trifase
- Circuito ideale con Ls=0 e id(t)=Id
- Tensione sul lato dc
- Correnti ia, ib e ic della linea di alimentazione
- Potenza, fattore di potenza e potenza reattiva
- Effetto di Ls
- Corrente is nella linea di alimentazione
- Convertitore reale
- Conduzione discontinua della corrente
- Modalità di funzionamento da inverter
- Avviamento dell'inverter
- Forma d'onda della tensione lato ac (buchi e distorsioni)
- Buchi di tensione
- Distorsione della tensione
Altri convertitori trifase

Convertitori dc-dc a commutazione

Introduzione
Controllo dei convertitori dc-dc
Convertitore abbassatore (buck)
- Modalità di conduzione continua
- Confine tra conduzione continua e discontinua
- Modalità di conduzione discontinua
- Modalità di conduzione discontinua con Vd costante
- Modalità di conduzione discontinua con V0 costante
- Ripple della tensione di uscita
Convertitore elevatore (boost)
- Modalità di conduzione continua
- Confine tra conduzione continua e discontinua
- Modalità di conduzione discontinua
- Effetti degli elementi parassiti
- Ripple della tensione d'uscita
Convertitore abbassatore-elevatore (buck-boost)
- Modalità di conduzione continua
- Confine tra conduzione continua e discontinua
- Modalità di conduzione discontinua
- Effetto degli elementi parassiti
- Ripple della tensione di uscita
Convertitore dc-dc di tipo Cùk
Convertitore dc-dc a ponte (full-bridge)
- PWM con tensione bipolare
- PWM con tensione unipolare
Confronto tra convertitori dc-dc

Inverter dc-ac a commutazione: dc ↔ ac sinusoidale

Introduzione
Concetti fondamentali sugli inverter
- Commutazione con modulazione a larghezza d'impulso
- con mf piccolo (mf< 21)
- con mf grande (mf> 21)
- Sovramodulazione (ma > 1.0)
- Funzionamento a onda quadra
Inverter monofase
- Inverter a mezzo ponte (monofase)
- Inverter a ponte (monofase)
- PWM con tensione bipolare
- PWM con tensione unipolare
- Funzionamento a onda quadra
- Controllo dell'uscita mediante cancellazione della tensione
- Sfruttamento delle valvole negli inverter a ponte
- Ripple all'uscita di un inverter monofase
- Inverter in configurazione push-pull
- Sfruttamento delle valvole negli inverter monofase
Inverter trifase
- PWM in un inverter trifase a tensione impressa
- Modulazione in zona lineare (ma < 1.0)
- Sovramodulazione (ma > 1)
- Funzionamento a onda quadra negli inverter trifase
- Sfruttamento delle valvole negli inverter trifase
- Ripple nelle grandezze di uscita dell'inverter
- Corrente Id del lato dc
- Conduzione degli interruttori negli inverter trifase
- Funzionamento a onda quadra
- Funzionamento PWM
Effetti del tempo morto sulla tensione negli inverter PWM
Altre tecniche di commutazione per inverter
- Commutazione con impulsi ad onda quadra
- Commutazione con eliminazione programmata delle armoniche (metodo degli angoli memorizzati)
- Modulazione con regolazione della corrente (current mode)
- Controllo a isteresi
- Controllo a frequenza fissa
- Schemi di commutazione che comprendono la neutralizzazione delle armoniche mediante modulazione e le connessioni di un trasformatore
Modalità di funzionamento come raddrizzatore

Convertitori risonanti: commutazione a tensione zero e/o corrente zero

Introduzione
- Commutazione di una corrente induttiva
- Commutazione a tensione zero e corrente zero
Classificazioni dei convertitori risonanti
- Convertitori con risonanza lato carico (load-resonant)
- Convertitori con risonanza relativa all'interruttore (resonant-switch)
- Convertitori con risonanza lato dc (resonant-dc-link)
- Convertitori con collegamento in alta frequenza a semiperiodi
Concetti fondamentali sui circuiti risonanti
- Circuiti con risonanza di tipo serie
- Circuito risonante serie non smorzato
- Circuito risonante serie con condensatore in parallelo al carico
- Risposta in frequenza di un circuito risonante serie
- Circuiti con risonanza di tipo parallelo
- Circuito risonante parallelo non smorzato
- Risposta in frequenza del circuito risonante di tipo parallelo
Convertitori con risonanza lato carico (load-resonant)
- Convertitori dc-dc risonanti con carico in serie (SLR)
- Modalità di conduzione discontinua con ωs < (1/2) ω0
- Modalità di conduzione continua con (1/2)ω0 < ωs < ω0
- Modalità di conduzione continua con ωs> ω0
- Caratteristiche di funzionamento in regime permanente
- Controllo dei convertitori dc-dc SLR
- Convertitori dc-dc risonanti con carico in parallelo
- Modalità discontinua di funzionamento
- Modalità continua di funzionamento al di sotto di ω0
- Modalità continua di funzionamento al di sopra di ω0
- Caratteristiche di funzionamento in regime permanente
- Convertitori dc-dc risonanti ibridi
- Inverter a corrente impressa con risonanza di tipo parallelo, per riscaldamento a induzione
- Avviamento
- Convertitori in classe E
Convertitori con risonanza relativa all'interruttore (resonant-switch).
- Convertitori risonanti ZCS
- Convertitori risonanti ZVS
- Confronto tra topologie ZCS e ZVS
Topologie con commutazione a tensione zero e tensione limitata (ZVC-CV)
- Convertitori dc-dc ZVS-CV
- Inverter dc-ac ZVS-CV
- Convertitore dc-dc ZVS-CV con cancellazione della tensione
Inverter con risonanza lato dc (resonant-dc-link) con commutazioni a tensione zero
Convertitori a mezzo periodo con collegamento in alta frequenza

Alimentatori switching in continua

Introduzione
Alimentatori lineari
Generalità sugli alimentatori switching
Convertitori dc-dc con isolamento galvanico
- Introduzione ai convertitori dc-dc con isolamento
- Eccitazione unidirezionale del nucleo
- Eccitazione bidirezionale del nucleo
- Rappresentazione del trasformatore di isolamento
- Controllo dei convertitori dc-dc con isolamento galvanico
- Convertitori flyback (derivati da convertitori buck-boost)
- Altre topologie di convertitori flyback
- Convertitori forward (derivati da convertitori abbassatori-step-down)
- Altre topologie di convertitori forward
- Convertitori push-pull (derivati dai convertitori abbassatori)
- Convertitore a mezzo ponte (derivato dal convertitore abbassatore)
- Convertitore a ponte (derivato dal convertitore abbassatore)
- Convertitori dc-dc a corrente impressa
- Scelta del nucleo del trasformatore nei convertitori dc-dc con isolamento galvanico

Dispositivi per la qualità dell'energia e gruppi di continuità – Applicazioni in ambito domestico e industriale

Dispositivi per la qualità dell'energia e gruppi di continuità
Introduzione
Disturbi sulla linea elettrica
- Tipi di disturbi
- Sorgenti di disturbo
- Effetti sulle apparecchiature sensibili
Dispositivi per la qualità dell'energia (Power Conditioner)
Gruppi di continuità (UPS)
- Raddrizzatore
- Batterie
- Inverter
- Commutatore statico di bypass
Applicazioni in ambito domestico e industriale
Introduzione
Applicazioni in ambito domestico
- Riscaldamento degli ambienti e condizionamento dell' aria
- Illuminazione a fluorescenza ad alta frequenza
- Cottura a induzione
Applicazioni industriali
- Riscaldamento a induzione
- Saldatura elettrica
- Controllori a numero intero di semiperiodi

Applicazioni per le reti elettriche e le fonti rinnovabili

Introduzione
Trasmissione in continua ad alta tensione
- Convertitori a frequenza di linea a dodici impulsi
- Potenza reattiva assorbita dal convertitore
- Modalità di funzionamento da raddrizzatore
- Modalità di funzionamento da inverter
- Controllo dei convertitori HVDC
- Filtri per le armoniche e condensatori per la correzione del fattore di potenza
- Filtri per le armoniche sul lato dc
- Filtri per le armoniche sul lato alternata e condensatori per la correzione del fattore di
potenza
Compensatori statici
- Induttori controllati da tiristori
- Condensatori commutati da tiristori
- Controllo istantaneo di potenza reattiva mediante l'uso di convertitori switching con minimo accumulo di energia
Interconnessione di sorgenti ad energia rinnovabile e di sistemi di immagazzinamento di energia con la rete elettrica
- Interconnessione di array fotovoltaici
- Interconnessione monofase
- Interconnessione trifase
- Interconnessione per impianti di produzione eolica e di piccola produzione idroelettrica
- Interconnessione di sistemi di accumulo dell’energia per livellare i carichi elettrici
Filtri attivi

Esercitazioni di laboratorio informatico

Simulazioni in ambiente PSPICE relative ad argomenti trattati nel corso

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Testi di riferimento:

Mohan, Undeland, Robbins - ELETTRONICA DI POTENZA - Ed. Hoepli;
appunti dalle lezioni disponibili QUI

Altre informazioni:

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