Al giorno d’oggi, la connessione alla rete di distribuzione di energia elettrica delle varie utility, nella maggior parte casi, è realizzata tramite convertitori elettronici di potenza, sia per applicazioni da utilizzatore che da generatore (per esempio applicazioni di generazione da fonti rinnovabili). Il convertitore elettronico di potenza è utilizzato principalmente per garantire la compatibilità tra sorgente e carico dove necessario, per esempio nel caso dei panelli fotovoltaici permette di interfacciare una sorgente in regime DC con una rete AC. Inoltre, permettere la regolazione del flusso di potenza in base alle esigenze dell’applicazione consentendo in generale un’ottimizzazione dell’efficienza del sistema L'insegnamento di Elettronica di Potenza per l’Energia ha lo scopo di fornire le basi necessarie alla comprensione del funzionamento dei convertitori elettronici di elettronica potenza e fornire gli strumenti per il design e dimensionamento di massima degli stessi.

• Comprendere ed analizzare i circuiti in commutazione elementari, polo di commutazione unidirezionale • Comprendere e analizzare topologie di convertitori note e sconosciute per valutare correttamente i vantaggi e gli svantaggi rispetto all'applicazione • Comprendere e definire le specifiche del convertitore di potenza • Selezione della corretta topologia del convertitore e relativa tecnologia dei dispositivi elettronici di potenza per una data applicazione • Comprendere e analizzare la dinamica di commutazione dei dispositivi di potenza, valutazione delle perdite e degli stress termici • Comprendere definire e progettare i filtri d’ingresso ed uscita dei convertitori elettronici di potenza

Per affrontare l'insegnamento sono richieste buone conoscenze di elettrotecnica, fondamenti di elettronica di potenza (sia elettronica di base che elettronica di potenza), fondamenti di azionamenti elettrici (controlli automatici e dinamica della regolazione dei sistemi elettrici).

Introduzione dei convertitori elettronici di potenza, macrostruttura, classificazioni Richiami sui componenti reattivi: induttori e condensatori Introduzione della cella canonica a commutazione e principi di regolazione PWM Introduzione del concetto di switch elettronico di potenza e principi della commutazione Dispositivi elettronici di potenza in silicio: - Diodo di potenza - Diodo Schottky - Transistor bipolare BJT - Transistor ad effetto di campo MOSFET - Insulated Gate Bipolar Transistor IGBT Dispositivi wide band gap: - SiC Schottky diode - SiC power MOSFET - Dispositivi su base GaN, E-mode e D-mode Packaging dei dispositivi elettronici di potenza e modello termico Condensatori per l’elettronica di potenza, caratteristiche per l’utilizzo nei convertitori a seconda della funzione Componenti magnetici per l’elettronica di potenza, applicazioni, materiali e funzioni Circuiti per il pilotaggio degli switch elettronici di potenza Misure di grandezze elettriche nei convertitori elettronici di potenza Convertitori elettronici di potenza elementari: - Convertitore step-down unidirezionale in regime CCM - Convertitore step-up unidirezionele in regime CCM - Convertitore step-down unidirezionale in regime DCM - Convertitore step-up unidirezionele in regime DCM - Convertitore Buck-Boost, principi di funzionamento - Convertitore Flyback - Polo di commutazione bidirezionale - Modulatori PWM e tempi franchi Inverter monofase a mezzo ponte, modulazione lineare e sovramodulazione Inverter monofase ponte ad H, tecniche di modulazione: Bipolare, Unipolare, Unipolare con unfolding, Phase-shift Inverter monofase ponte H VSI in funzione della tecnica di modulazione: valutazione degli stress in corrente, residui di modulazione applicati al carico, introduzione dei modi differenziali e comuni di funzionamento. Inverter trifase quattro fili, funzionamento, modulazione lineare e sovramodulazione, spettro armonico, carichi squilibrati Inverter trifase due livelli (collegamento a 3 fili): principio di funzionamento, modulazione sinusoidale, modello dinamico, bilancio di potenza, vettori di tensione applicati Inverter trifase a due livelli, tecniche di modulazione continue e discontinue: S-PWM, SVM,CBSVM-PWM, S-THI PWM, DPWM-Min/Max, DPWMx, x=0,1,2,3,G Inverter trifase interfacciamento alla rete filtri e problemi EMI Convertitore AC/DC monofase, Boost PFC, interleaved Boost PFC, inverter monofase con unfolding, EMI

Le normali attività didattiche basate su lezioni teoriche svolte in classe con materiale di supporto saranno affiancate sia da attività di esercitazione sperimentali in laboratorio che da attività di esercitazioni numeriche e di simulazione. Le attività di esercitazione numerica e simulative sono volte a fornire metodi d’analisi e valutazione sia dei dispositivi elettronici di potenza che delle strutture di conversione presentate a lezione. Le attività saranno basate sull'utilizzo dei software: - LTspice software di simulazione cirquitale free fornito da Analog Device - PLECS di Plexim, disponibile la licenza studenti per gli iscritti al corso, verranno fornite le credenziali per il rilascio della licenza - MATLAB di Mathworks, software disponibile in licenza per gli studenti del Politecnico Sono previste 3 esercitazioni sperimentali: - Esercitazione sui dispositivi elettronici di potenza presentati a lezione in particolare si svolgeranno test di commutazione di vari dispositivi con sistema DPT - Esercitazione sul convertitore DC/DC bidirezionale e sul inverter monofase a ponte completo, tecniche di modulazione ed EMI - Esercitazione sull’inverter trifase, modalità di funzionamento, tecniche di modulazione ed EMI

Riferimenti: L’eventuale materiale didattico impiegato durante l'insegnamento (presentazioni, datasheet, articoli accademici) sarà reso disponibile tramite il portale della didattica. Eventuali testi a supporto: N.Mohan, T.Undeland, W.P.Robbins, "Elettronica di Potenza, Convertitori e Applicazioni", Ulrico Hoepli Editore S.p.A. 2005 Rashid, M. H., “Elettronica di potenza. Dispositivi e circuiti vol.1” Pearson Education,Inc., 2007 Rashid, M. H., “Elettronica di potenza. Applicazioni vol.2” Pearson Education, Inc., 2008 B. J.G.Kassakian, M.F.Schlecht, G.C.Verghese, "Principles of Power Electronics", MIT, Addison-Wesley, USA A. Fratta, "Dispense del corso di Conversione Statica dell'Energia Elettrica", Politecnico di Torino, CLUT.

Slides; Dispense; Esercitazioni di laboratorio; Strumenti di simulazione;

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;

Exam: Compulsory oral exam;

... Esame consiste di una prova orale della durata approssimativa di 45 minuti, articolato su due o tre domande riguardanti il programma dell'insegnamento svolto a lezione che ad esercitazione.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.