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Fondamenti di elettronica di potenza

01RTSLX

A.A. 2019/20

2018/19

Fondamenti di elettronica di potenza

Il corso fornisce i concetti di base relativi ai circuiti elettronici di segnale analogici e digitali, e anche dei convertitori elettronici di potenza. L'obiettivo principale è di fornire le conoscenze necessarie per comprendere ed analizzare sistemi elettronici industriali complessi contenenti convertitori elettronici di potenza insieme ai loro circuiti elettronici di segnale per misure e controllo. Vengono analizzate le principali strutture della conversione statica a commutazione naturale e a commutazione forzata per poter facilmente comprendere il loro funzionamento nella conversione della potenza. L'attività di laboratorio forniranno agli studenti gli aspetti pratici per comprendere meglio i sistemi elettronici di bassa e di alta potenza.

Fondamenti di elettronica di potenza

The course provides the basic concepts of analog and digital electronic circuits and power electronics. The main goal is to give the necessary knowledge to understand and analyze complex electronic systems containing power electronic blocks along to their low power electronic circuits for measuring and control. A key point will be the detailed description of the principal characteristic of active and passive components in power electronics. The principal structures in electric power conversion will be presented for natural and forced commutation, to give a strong basis to understand their operation for power conversion. Labs activities will give the student the practical concepts for better understanding the low power and high power electronic systems.

Fondamenti di elettronica di potenza

Applicabilità e prestazioni delle strutture di elettronica di potenza classiche, concetti base sulla conversione statica dell'energia elettrica per applicazioni semplici e complesse. Capacità di comprendere i vantaggi e le problematiche tipiche dell'utilizzo di strutture dotate di elettronica di potenza. Sensibilità alle problematiche di controllo e misura ed alle possibili soluzioni tecniche.

Fondamenti di elettronica di potenza

Performance of the main structures in power electronic, basis on electric power conversion in simple and complex structures. Improved skill in analysis of advantages and drawback in the adoption of different configuration in power electronics both on power and control side.

Fondamenti di elettronica di potenza

Elettrotecnica, Nozioni di base di fisica dei semiconduttori

Fondamenti di elettronica di potenza

Basis of electrotechnics, electrical circuits, fundamentals of solid-state physics of semiconductor devices

Fondamenti di elettronica di potenza

• Introduzione, descrizione dell’insegnamento e delle regole di esame (1.5h) • Sensori e Attuatori (3h) • Amplificatori (6h) • Teoria dei controlli e retroazione (12h) • Amplificatori Operazionali: modelli e circuiti (12h) • Semiconduttori: modelli di giunzione, transistori bipolari, FET (3h) • Sistemi digitali (6h) • Logica combinatoria e sequenziale: macchine a stati finiti (3h) • Dispositivi digitali e microcontrollori (6h) • Principi fondamentali di conversione della potenza elettrica. Classificazione dei convertitori elettronici di potenza (3h). • Elementi reattivi in elettronica di potenza (3h). • Conversione AC/DC non controllata. Diodo di potenza, raddrizzatori a diodi monofase e trifase. Filtri. Influenza dei convertitori sulla rete di alimentazione (6h). • Conversione AC/DC controllata. Tiristore, raddrizzatori monofase e trifase. Convertitori a 4 quadranti. Commutazione e impulsatori (9h). • Conversione AC/AC. Cicloconvertitori e parzializzatori di tensione (3h). • Il polo di commutazione (cella canonica). Dispositivi elettronici di potenza controllabili: MOSFET, IGBT, GTO (6h). • Convertitori DC-DC elementari. Modulazione in larghezza degli impulsi. Convertitori DC-DC a 4 quadranti (6h). • Convertitori DC-AC PWM. Inverter monofase e trifase. Tecniche di modulazione (6h).

Fondamenti di elettronica di potenza

• Introduction: description of the course content and rules for the exam (1.5h) • Sensors and actuators (3h) • Amplifiers (6h) • Feedback and basic control concepts (9h) • Operational amplifiers: models and circuits (12h) • Semiconductor devices: BJT and FET (3h) • Combinatorial and sequential logic, state machines (3h). • Digital systems and microcontrollers (6h) • Fundamental concepts of power conversion. Classifications of power electronic converters (3h). • Reactive elements in power converters (3h). • Uncontrolled AC/DC conversion. Power diode, single-phase and three-phase rectifiers. Filters. Influence of power converters on the grid (6h). • Controlled AC/DC conversion. Thyristors, single-phase and three-phase rectifiers. Four quadrant converters. Natural commutation and firing circuits. (9h). • AC/AC conversion. Cycloconverters and AC voltage regulators (3h) • Switching power pole (canonical cell). Power devices: MOSFET, IGBT, GTO (6h). • Elementary DC-DC converters. Pulse Width Mdulation. Four quadrant DC-DC converter. (6h) • AC/DC switch-mode converters. Single-phase and three-phase PWM inverters. Modulation techniques (6h)

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Fondamenti di elettronica di potenza

Oltre alle lezioni in aula, sono previste attività di esercitazione e laboratorio. Le esercitazioni riguardano la soluzione di problemi illustrati e risolti in aula. Le esercitazioni in laboratorio riguardano attività con componenti elettronici e strutture di conversione di potenza.

Fondamenti di elettronica di potenza

Class labs and laboratories experiences. The class labs are related to exercises to be solved. The laboratory experiences are peformed on filters, electronic devices and power electronic converters.

Fondamenti di elettronica di potenza

• Neil Storey “Electronics: a system approach”, Pearson Education • T.L. Floyd “Electronic Devices”, Prentice Hall • Ned Mohan, Tore Undeland, Tim Robbins, "Elettronica di Potenza", Edizioni Hoepli • Rashid, M. H., 'Elettronica di Potenza', Prentice Hall • John Kassakian, Marting F. Schlecht, George V. Verghese, “Principles of Power Electronics”, Pearson Education.

Fondamenti di elettronica di potenza

• Neil Storey “Electronics: a system approach”, Pearson Education • T.L. Floyd “Electronic Devices”, Prentice Hall • Ned Mohan, Tore Undeland, Tim Robbins, "Elettronica di Potenza", Edizioni Hoepli • Rashid, M. H., 'Elettronica di Potenza', Prentice Hall • John Kassakian, Marting F. Schlecht, George V. Verghese, “Principles of Power Electronics”, Pearson Education.

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Modalità di esame: prova scritta;

Fondamenti di elettronica di potenza

Le regole di esame sono descritte e discusse durante la lezione introduttiva dell’insegnamento. L'esame consiste in una prova scritta divisa in due parti riguardanti esercizi di calcolo e domande relative alla teoria di elettronica di base e di elettronica di potenza. La prova scritta di esercizi di calcolo dura circa 100 minuti e contiene fino a 6 esercizi: metà esercizi di elettronica di base e metà esercizi di elettronica di potenza. Durante la prova scritta di esercizi, lo studente può usare solamente i formulari forniti sul portale dai docenti. La prova scritta di teoria dura circa 40 minuti e contiene fino a 20 domande a risposta multipla, di cui 7 domande sono relative all’elettronica di base e le restanti domande riguardano l’elettronica di potenza. Il voto finale viene calcolato come la media aritmetica tra 2 voti (30/30): un voto è relativo all’elettronica di base, il secondo riguarda l’elettronica di potenza. Il singolo voto si ottiene come la somma dei voti delle parti di esercizi e di domande. La valutazione ottenuta durante le prove di laboratorio di Elettronica (fino a 2, 3 punti) è inclusa nel voto di elettronica di base.

Fondamenti di elettronica di potenza

Exam: written test;

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The exam rules are presented and discussed during the first introductive lesson. The exam consists of a written test divided into two parts, one for exercises and another one for theory. The written part dedicated to exercises last about 100 minutes and includes up to 6 exercises, from which half are related to signal electronics and half are related to power electronics. During the test dedicated to exercises, the students can use a formula sheet provided on the web portal. The written part dedicated to theory lasts about 40 minutes and includes up to 20 queries with multiple answers. Half of queries are related to signal electronics, the other half is related to power electronics. The final score is computed as the mean value of two intermediate scores (30/30); one score is for signal electronics, the second one is for power electronics. Each intermediate score is obtained as the sum between the scores for exercises and theory. The evaluation coming from the laboratory of signal electronics (up to 3 points) is included in the score for signal electronics.



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