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PORTALE DELLA DIDATTICA

Electric traction

01IHENE

A.A. 2020/21

Course Language

Italian

Course degree

Master of science-level of the Bologna process in Ingegneria Meccanica - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 48
Esercitazioni in aula 12
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Vaschetto Silvio   Professore Associato ING-IND/32 25 12 0 0 4
Teaching assistant
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Context
SSD CFU Activities Area context
ING-IND/32 6 D - A scelta dello studente A scelta dello studente
2020/21
L’obiettivo principale dell'insegnamento è fornire all’allievo le conoscenze di sistema affinché sia in grado valutare i problemi connessi all’impiego degli azionamenti elettrici per la trazione elettrica nei mezzi di trasporto. Il raggiungimento di tale obiettivo richiede di sviluppare nell’allievo le capacità di: - conoscere il contesto applicativo e i vincoli di progetto degli azionamenti elettrici per i diversi sistemi di trasporto, con particolare attenzione a quelli su ruota; - conoscere i principi di progettazione funzionale e di specificazione tecnica degli azionamenti elettrici, con particolare attenzione all’interazione con il mezzo di trasporto (sistemi di accoppiamento meccanico) e con la sorgente di alimentazione; - conoscere le diverse opzioni tecnologiche in funzione delle prestazioni e del servizio richiesto; - conoscere il comportamento dinamico degli azionamenti elettrici e stimare le condizioni limite per il loro sfruttamento nel contesto applicativo.
The subject presents the characteristics of the electric machines and drives widely adopted in the electric/hybrid propulsion for rail traction and road vehicles; some elements are also addressed to cable systems, ship propulsion and the perspective in the aircraft systems. For the different applications, the principal architectures and components (motors, power electronics converters and control systems) are discussed and analysed on the basis of the performance required to the propulsion system.
Lo studente che segue l’insegnamento svilupperà la capacità di interpretare correttamente la documentazione tecnica relativa agli azionamenti elettrici per la trazione sia leggera che pesante. Lo scopo è quello di fornire allo studente le conoscenze necessarie per effettuare le scelte e i compromessi tecnici implicati dalla specificazione delle caratteristiche e delle prestazioni degli azionamenti di trazione.
The objective of the subject is to provide the system knowledge to evaluate the issues related with the electric drives for the propulsion in the transport systems. The objective implies to develop in the student the capabilities to: • know the applications and the design constraints for the electric drives in the different transports systems, in particular in the rail and road systems; • know the principles of functional design and technical specification of electric drives; particular attention is paid to the interaction with the vehicle (mechanical coupling) and with the supply system; • know the different technology options in connection with the required performances and duties; • know the dynamic behavior of the electric drives and estimate the boundary conditions for their exploitation in the application framework.
Le precedenze raccomandate includono le nozioni base dell’elettrotecnica e delle macchine elettriche.
The recommended curriculum includes at least the knowledge of Mechanics, Circuit theory and Electric Machines.
Programma RICHIAMI E ASPETTI GENERALI • Introduzione e cenni storici sull’impiego dell’energia elettrica nei sistemi di trasporto • Tendenze evolutive, "more electric transports". • Richiami sulle principali macchine elettriche rotanti. • Regolazione delle macchine elettriche. • Componenti e convertitori elettronici di potenza (aspetti funzionali). • Strategie e sistemi di controllo per gli azionamenti elettrici (caratteristiche principali). • Sistemi di alimentazione elettrica. • Sistemi di accoppiamento meccanico. • Aspetti energetici e termici. • Aspetti di integrazione a bordo veicolo. SISTEMI CON ALIMENTAZIONE DA RETE: TRAZIONE FERROVIARIA • Reti elettriche per la trazione e sottostazioni di alimentazione. • Sistemi di trazione a corrente continua con regolazione reostatica. • Sistemi di trazione a corrente continua con regolazione elettronica. • Sistemi di trazione a corrente alternata. • Locomotori policorrente e politensione. • Elettrotreni per il trasporto ferroviario ad alta velocità • Sistemi di trazione diesel-elettrico. SISTEMI CON ALIMENTAZIONE DI BORDO: VEICOLI ELETTRICI ED IBRIDI • Accumulo/generazione dell’energia a bordo dei veicoli. • Sistemi di trazione per veicoli elettrici puri. • Sistemi e infrastrutture di ricarica. • Architetture dei sistemi di trazione ibrida: serie, parallelo, serie/parallelo. • Interazione con il motore termico.
GENERAL ASPECTS • Introduction and historical notes in the use of the electric energy in transport systems. • State of the art and trends, "more electric transports". • Elements on principal rotating electric machines. • Electric machines adjustment. • Components and power electronics converters (functional aspects). • Control systems and strategies for electric drives (principal characteristics). • Electric power supply systems. • Mechanical coupling systems. • Energy and thermal issues. • On-board integration issues. NETWORK SUPPLIED SYSTEMS: RAIL TRACTION • Electric networks for rail traction and substations for railway supplies. • Direct current traction systems with rheostatic adjustment. • Direct current traction systems with electronic adjustment. • Alternate current traction systems. • Multi-voltage locomotives. • Electric multiple units for high speed transport by rail. • Diesel-hybrid traction systems. ON BOARD SUPPLIED SYSTEMS: ELECTRIC AND HYBRID VEHICLES • On board energy storage/generation. • Traction systems for pure electric vehicles. • Charging equipment and infrastructures. • Hybrid traction architectures: series, parallel, series/parallel. • Interactions with the thermal engine. • Elements on aerospace applications: The More/All Electric Aircraft / More Electric Engine.
Nel corso delle esercitazioni vengono affrontate applicazioni numeriche inerenti ad argomenti svolti durante le lezioni.
Delivery modes The classroom exercises are focused on examples of preliminary specifications of technical requirements based on the knowledge provided during the lectures.
Il materiale didattico impiegato durante le lezioni ed esercitazioni sarà reso disponibile agli studenti. Per approfondimenti: - L. Guzzella, A. Sciarretta, 'Vehicle Propulsion Systems - Introduction to Modeling and Optimization', Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2005; - I. Husain, 'Electric and hybrid vehicles: design fundamentals', CRC Press, 2010; - G. Vicuna, 'Organizzazione e tecnica ferroviaria', CIFI Ed, 1986.
Educational material used during lessons and applications shall be let available to the students. For a better knowledge of the subjects: • L. Guzzella, A. Sciarretta, 'Vehicle Propulsion Systems - Introduction to Modeling and Optimization', Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2005; • Husain, 'Electric and hybrid vehicles: design fundamentals', CRC Press, 2010; • G. Vicuna, 'Organizzazione e tecnica ferroviaria', CIFI Ed, 1986.
Modalità di esame: Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);
La verifica dell’apprendimento avviene attraverso una prova scritta a risposta chiusa tramite PC con l’utilizzo della piattaforma di ateneo Exam con strumenti di proctoring (Respondus). La prova è volta a valutare la preparazione del candidato in termini di conoscenze dei principi di funzionamento, del contesto applicativo e delle diverse soluzioni tecnologiche degli azionamenti elettrici per applicazioni trasportistiche. Sarà inoltre valutata la capacità di specificazione tecnica di massima delle prestazioni e delle caratteristiche degli azionamenti elettrici a partire dai requisiti dell’applicazione. La prova scritta, di durata di 30 minuti, consiste in 20 domande a risposta inerenti specifici argomenti nell'ambito del programma svolto. E’ obbligatoria la prenotazione all'esame tramite il portale della didattica. Durante la prova scritta non si potranno consultare testi, dispense e formulari; è ammesso l’utilizzo della calcolatrice per la risoluzione degli eventuali quesiti di calcolo. L’esame è superato se l’elaborato scritto ottiene un voto da 18/30 a 30/30 (lode inclusa). L’esito della prova sarà comunicato agli studenti tramite un avviso sul portale della didattica.
Exam: Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);
The exam consists of a written test at the PC using the web platform of Politecnico (Exam) with the support of the proctoring tool (Respondus). The assessment aims at evaluating the student’s competences on specific topics included in the teaching program, such as the knowledge of the applications, working principles and technological options for the electric drives for transportation. Moreover, the competence level of the candidate will also be evaluated in terms of capability in preliminary technical specifications of performance, features and characteristics of electric drives for the applications. The test indicatively lasts 30 minutes and consist of 20 multiple-choice questions concerning specific arguments of the teaching program, also including analytical computations presented during the exercitations. To take the exam the student must book the exam through the Teaching Portal. During the test, textbooks, notes and formularies cannot be consulted; it is permitted the use of the calculator. The examination is passed if the written test gets a mark from 18/30 up to 30/30 (including the laude). The mark will be communicated to the students through a message on the Teaching Portal.
Modalità di esame: Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);
La verifica dell’apprendimento avviene attraverso una prova scritta a risposta chiusa tramite PC con l’utilizzo della piattaforma di ateneo Exam con strumenti di proctoring (Respondus). La prova è volta a valutare la preparazione del candidato in termini di conoscenze dei principi di funzionamento, del contesto applicativo e delle diverse soluzioni tecnologiche degli azionamenti elettrici per applicazioni trasportistiche. Sarà inoltre valutata la capacità di specificazione tecnica di massima delle prestazioni e delle caratteristiche degli azionamenti elettrici a partire dai requisiti dell’applicazione. La prova scritta, di durata di 30 minuti, consiste in 20 domande a risposta inerenti specifici argomenti nell'ambito del programma svolto. E’ obbligatoria la prenotazione all'esame tramite il portale della didattica. Durante la prova scritta non si potranno consultare testi, dispense e formulari; è ammesso l’utilizzo della calcolatrice per la risoluzione degli eventuali quesiti di calcolo. L’esame è superato se l’elaborato scritto ottiene un voto da 18/30 a 30/30 (lode inclusa). L’esito della prova sarà comunicato agli studenti tramite un avviso sul portale della didattica.
Exam: Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);
The exam consists of a written test at the PC using the web platform of Politecnico (Exam) with the support of the proctoring tool (Respondus). The assessment aims at evaluating the student’s competences on specific topics included in the teaching program, such as the knowledge of the applications, working principles and technological options for the electric drives for transportation. Moreover, the competence level of the candidate will also be evaluated in terms of capability in preliminary technical specifications of performance, features and characteristics of electric drives for the applications. The test indicatively lasts 30 minutes and consist of 20 multiple-choice questions concerning specific arguments of the teaching program, also including analytical computations presented during the exercitations. To take the exam the student must book the exam through the Teaching Portal. During the test, textbooks, notes and formularies cannot be consulted; it is permitted the use of the calculator. The examination is passed if the written test gets a mark from 18/30 up to 30/30 (including the laude). The mark will be communicated to the students through a message on the Teaching Portal.
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