Servizi per la didattica

Conversione statica dell'energia elettrica


A.A. 2023/24

Lingua dell'insegnamento


Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Elettrica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico

SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/32 10 B - Caratterizzanti Ingegneria elettrica
Al giorno d’oggi, la connessione alle rete di distribuzione nella maggior parte delle applicazioni elettriche è realizzata tramite dei convertitori elettronici di potenza, siano esse applicazioni da utilizzatore che da generatore (per esempio energie rinnovabili). Il convertitore elettronico di potenza è introdotto sia per garantire la compatibilità tra sorgente e carico dove necessario, sia per permettere la regolazione del flusso di potenza in base alle esigenze dell’applicazione, permettendo di perseguire ottimizzazioni secondarie quali per esempio l’efficienza energetica. L'insegnamento di conversione statica dell’energia elettrica ha lo scopo di fornire le basi necessarie alla comprensione del funzionamento dei convertitori elettronici di potenza ed fornire gli strumenti per il design e dimensionamento degli stessi.
Nowadays, the connection to the grid in most electrical applications is made through electronic power converters, both user and generator applications (for example, renewable energy). The electronic power converter is introduced both to ensure compatibility between source and load where necessary and to allow the regulation of the power flow according to the application's needs, allowing to pursue secondary optimizations such as energy efficiency. The static electricity conversion course aims to provide the necessary basis for understanding the operation of electronic power converters and provide the tools for their design and sizing.
• 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
Consciousness, that is know-why over the know-how, of the wideness and interdisciplinarity of the matter, and of the different scientific means available, as requested by: non-linear and time-interval analysis, frequency-range- depending modelling and analysis, well-defined-purpose math models and their accuracy-class evaluation. Knowledge and understanding of commutating (non-linear electrical) circuits analysis and definition of the canonical switching cell. Knowledge of power semiconductor devices, their drivers, dynamics and data-sheet parameters. Knowledge of circuit properties and skills in the comparative analysis of cost and loss of power conversion structures (power reactive semiconductors and bipoles). Understanding of Static Power Conversion circuits Vs power device properties, from past State-of-the-Art CSI and 2L-VSI to future multilevel VSI. Knowledge and understanding of general properties in time-differential analysis and average PWM regulation. Knowledge and design know-how of PWM modulation and control techniques (analog and digital).
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).
Basic and advanced electrotechnics, basic electronic components, concepts of electrical safety and electromagnetic compatibility, basic knowledge of Fourier and Laplace transforms and block-scheme, fundamentals of dynamics and control of electrical systems.
Introduzione della conversione a commutazione, concetto del polo di commutazione ideale, strutture a commutazione elementari, modulazione PWM. Dispositivi per la commutazione forzata, switch e diodi, macro caratteristiche. Dinamica della commutazione forzata, analisi e prestazioni, realizzazione dei pilotaggi e gestione delle condizioni di guasto. Analisi delle strutture DC/DC fondamentali reali, calcolo delle perdite valutazione degli stress sui componenti. Strutture derivate DC/DC e tecniche di modulazione Conversione DC/AC: inverter mono fase, inverter trifase VSI, tecniche di modulazione Conversione AC/DC, interfacciamento lato rete, strutture monofase e trifase, unidirezionali e bidirezionali e multi-livello.
1) Scientific, analytical, methodological and technological fundamentals of the switched power conversion, in particular for the composition of canonical cells with diode and power semiconductors and their pulse-width modulation (PWM); fundamental models for failure, cost and power loss (conduction and switching); 25 2) Comparative analysis of loss dynamics and cost, for fundamental and composed conversion structures, that is semiconductor and reactive power devices; 20 3) Power semiconductors: structure and physical realizazions in terms of electronic, mechanical, thermal and electrical properties; classification; characterization of BJT MOSFET and IGBT; dynamic models and drivers to dominate optimal switchings; homogeneity Vs specialization; 25 4) Analysis and peculiar properties of the closed loop control of PWM converters; 20 5) Conceptual and analytical evaluation of inverter structures, from the past current-supplied thyristor conversion to the present of the two-level inverters, up to the best prospects of multilevel power conversion for Medium Voltage and high power; 10
Le normali attività didattiche basate su lezioni teoriche svolte in classe saranno affiancate sia da attività di esercitazione sperimentali in laboratorio che da attività di esercitazioni numeriche e di simulazione. Per le attività in sperimentali in laboratorio saranno proposte delle esercitazioni dimostrative su convertitori reali a supporto della teoria presentata a lezione. Le attività di esercitazione numerica ed simulative sono volte ad fornire metodi d’analisi delle strutture presentate.
Course and final examination options have been rearranged for the on-line teaching to mitigate the effects on the didactics of the ongoing emergency, as known at the beginning of the first academic semester. This has been jointly accomplished with the students, in great majority joining the offer freely and by own will. The new organization is conceived as a standing didactic laboratory, for the student-to-students (with the permanent assistance of the teacher) production of written and published didactic documents on the lessons and its discipline, jointly developed by working groups of three or four students, each one focused on a monographic theme having wide technological value and deep scientific meaning: 19 groups have been freely self-offered and proposed, 19 different themes have been assigned to them. The work will be developed as a group while the evaluation will remain individual one, on the basis of a final short oral personal presentation, in the style of the Thesis one. The non participating students will freely benefit the material produced by the 19 groups, being presented and discussed as course drafts/training during the lessons. For these students, the final examination will remain the conventional oral one, as in the past years while on-line. Lessons and training will be offered only on-line strictly following the Dispense del Corso already known and established, adopted also by the groups as the reference fundamental common knowledge. The working Groups will select from the lessons and the books their start off for a progressive development of their Theme, freely spreading on their specific research and simulations to be offered to the didactic community. As a further enforcement, the Lessons are accordingly organized to stimulate the revision and the re-utilization of previous courses knowledge, that is the ability to self-correlate the knowledge already acquired, for the elaboration of interdisciplinary engineering technological concepts of higher complexity level in the real applications. The interdisciplinary complexity of the subject is however presented according to a strict methodological organization of engineering , according to priorities pre-defined at the beginning of the course, of functionality reliability and competitiveness in cost and efficiency of the converters. The first part of the course, gained through the scientific assessment of the properties (ideal and non) of semiconductors and switching structures, is completed by the working Groups research and simulation results adopted also as training material, easing each student in developing his skills in choosing and adopting the fundamental professional tools for evaluation analysis and design purposes. Given the emergency, this interactive organization has been adopted to enforce at best the interpersonal communication, within the common interests in studying and deserving the final didactic examination goal.
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.
For reference: A. Fratta, "Dispense del corso di Conversione Statica dell'Energia Elettrica", Politecnico di Torino, CLUT (in Italian). B. J.G.Kassakian, M.F.Schlecht, G.C.Verghese, "Principles of Power Electronics", MIT, Addison-Wesley, USA. Written presentations and reports of the labs are available on-line. For deeper insight: N.Mohan, T.Undeland, W.P.Robbins, "Elettronica di Potenza, Convertitori e Applicazioni", Ulrico Hoepli Editore S.p.A. 2005. Muhammad H. Rashid, "Power Electronics, Circuits, Devices and Applications", Pearson Education,Inc.
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.
Exam: Compulsory oral exam;
One-hour long oral final examination. Just for the first session after the course, students can choose to orally present their contributions to written lab reports.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
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