D1 - Conoscenza e capacità di comprensione
L’insegnamento si propone di fornire le conoscenze teoriche e gli aspetti applicativi per analizzare e comprendere il funzionamento degli azionamenti elettrici più diffusi nelle applicazioni industriali. In particolare ci si propone di condurre gli studenti a:
- conoscere il significato delle specifiche nel processo di valutazione delle prestazioni degli azionamenti elettrici e comprenderne l’importanza in un contesto ingegneristico e/o scientifico.
- comprendere i fenomeni che sottendono all'utilizzo degli azionamenti elettrici nell'ambito industriale.

D2 - Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Al termine del corso gli studenti potranno avere la capacità di:
- valutare le prestazioni degli azionamenti elettrici e di individuare l’impatto dell’uso degli azionamenti elettrici a velocità variabile;
- individuare, nelle varie applicazioni, delle soluzioni tradizionali e/o innovative in cui l’uso degli azionamenti elettrici a velocità variabile opportunamente controllati apporti miglioramenti in termini di prestazioni, economici e di impatto ambientale;

D3 - Autonomia di giudizio
I vari argomenti trattati nell’insegnamento vengono sviluppati tramite un approccio logico-formale il più possibile rigoroso con l’obiettivo di far acquisire agli studenti la capacità di elaborare autonomamente giudizi critici su soluzioni non standard e/o proposte di soluzioni innovative ed alternative rispetto allo stato dell’arte del settore degli azionamenti elettrici.

D4 - Abilità comunicative
La padronanza e la corretta comprensione degli argomenti trattati nell’insegnamento sono viatico per giungere ad una adeguata capacità di esporre in maniera chiara ed efficace argomentazioni su temi che coinvolgono gli azionamenti elettrici.

D5 - Capacità di apprendimento
L’impostazione e lo sviluppo rigorosi delle problematiche trattate nell’insegnamento pongono anche le basi affinchè gli studenti siano in grado di affrontare con competenza e con un buon grado di sicurezza aspetti, argomenti, algoritmi di controllo relativi agli azionamenti elettrici che non vengono esplicitamente esposti durante il corso.

Gli studenti dovrebbero avere familiarità con le nozioni di matematica, elettrotecnica e automaica tipicamente acquisite nelle lauree di primo livello in Ingegneria industriale.

1. Introduzione agli azionamenti e richiami di elettrotecnica
2. Accoppiamento motore e carico
3. Caratteristiche generali di macchine e attuatori elettrici
4. Caratteristiche specifiche di macchine e attuatori elettrici
5. Fondamenti di elettronica
6. Cenni di automazione industriale

Il docente mette a disposizione le slide del corso a supporto dell’attività di studio.
Testo a supporto della preparazione:
G.Legnani; M.Tiboni monica;R. Adamini “Meccanica degli azionamenti. Azionamenti elettrici”,Esculapio, ISBN: 9788874889525

1. Introduzione agli azionamenti e richiami di elettrotecnica
Definizioni principali, nomenclatura, struttura a blocchi di un azionamento elettrico. Schemi tipici di controllo.
Richiami di elettrotecnica: grandezze elettriche fondamentali, circuiti monofase e trifase, elettromagnetismo.
2.Accoppiamento motore e carico
Curve caratteristiche di un motore elettrico, quadranti di funzionamento, luogo dei carichi.
Adattamento motore-carico, riduttori di velocità, procedure generali di scelta del motoriduttore. Esempio di scelta di un motoriduttore per profilo di carico assegnato.
3. Caratteristiche generali di macchine e attuatori elettrici
Principi generali di funzionamento dei motori elettrici. Caratteristiche costruttive principali. Perdite e rendimento. Indici di sfruttamento delle parti attive (densità di corrente, carichi termici e magnetici, fattore di utilizzazione)
Dati di targa principali. Caratteristiche dimensionali e di montaggio, codice IM. Caratteristiche di raffreddamento, codice IC. Protezione delle parti attive e caratteristiche degli involucri, codici IP e IK.
Transitori termici, tipi di servizio, equivalenza termica dei tipi di servizio
4. Caratteristiche specifiche di macchine e attuatori elettrici
Macchine elettriche a collettore (cenni).
Macchine a induzione: principi generali di funzionamento, circuito equivalente, caratteristica meccanica a tensione e frequenza costanti. Caratteristiche coppia-scorrimento e corrente-scorrimento a tensione e frequenza costanti. Scorrimento critico e scorrimento nominale. Controllo scalare di velocità: regolazione di velocità a coppia costante (V/f costante), regolazione di velocità in deflussaggio (V costante), Curve caratteristiche di funzionamento in velocità.
Macchine sincrone brushless. Caratteristiche generali dei magneti permanenti per uso industriale.
Machhine BLDC. Principi generali di funzionamento, cenni di controllo e regolazione, caratteristiche meccaniche
Macchine BLAC. Caratteristiche costruttive e classificazione, Trasformazione di Clarke-Park, Modello matematico del BLAC. Limiti di funzionamento, Rappresentazioni nel piano dq, Caratteristiche di funzionamento in corrente. MTPA-FW-MTPV per macchine SPM, IPM, PMASR e SynRel. Motori passo-passo e Attuatori lineari (cenni).
5. Fondamenti di elettronica
Semiconduttori e drogaggio. Dispositivi elettronici fondamentali: diodi, BJT, MOSFET
Fondamenti di elettronica analogica, Stadi di amplificazione. Amplificatore operazionale: massa virtuale e configurazioni tipiche
Elettronica di potenza: convertitori statici e loro classificazione. Dispositivi elettronici di potenza. Figure di merito e power quality.
Raddrizzatori monofase non controllati, Raddrizzatori trifase non controllati, Raddrizzatori controllati.
Invertitori: controllo in onda quadra e inverter "six-step". Inveritori a PWM.
Regolatori di tensione AC (triac)
6. Cenni di automazione industriale
Schema a blocchi di un controllore di posizione.
Protocolli di comunicazione (cenni).La piramide dell'automazione.
Sensori e trasduttori. Classificazioni principali. Trasduttori di posizione, velocità, coppia.

La materia viene esposta per argomento durante le ore di lezione frontale e a distanza in modalità sincrona avendo cura, sempre quando possibile, di dimostrare le affermazioni e i concetti che via-via vengono presentati. Inoltre nei casi più significativi è anche proposta ed analizzata una realizzazione tramite simulazione numerica. Durante la lezione si cerca di stimolare l’attenzione e la partecipazione interagendo con gli studenti.

La verifica finale avviene tramite esame orale, volto a verificare le conoscenze e la maturità raggiunte dal candidato nell’ambito degli argomenti dell’insegnamento.
La valutazione terrà conto della capacità dello studente di esporre in modo chiaro e circostanziato gli argomenti (da due a quattro a seconda della difficoltà del tema) proposti dal docente.

Questo insegnamento approfondisce argomenti strettamente connessi a uno o più obiettivi dell’Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile delle Nazioni Unite