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A.A. 2019/20
Sistemi di propulsione elettrica per i trasporti
L’insegnamento presenta le principali caratteristiche delle macchine e degli azionamenti elettrici più comunemente adottati nella propulsione elettrica e/o ibrida nel settore dei trasporti: trazione ferroviaria, trazione stradale di tipo elettrico puro e di tipo ibrido e cenni all’elettrificazione dei sistemi di trasporto in ambito aeronautico e navale. Partendo dai requisiti e dalle prestazioni richieste dalle diverse applicazioni, vengono descritte e analizzate le principali architetture dei sistemi di propulsione e le tecnologie dei principali componenti degli azionamenti di trazione: motori, convertitori elettronici di potenza, strategie e sistemi di controllo.
Sistemi di propulsione elettrica per i trasporti
The course 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 the electrification of aeronautical and marine transport 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.
Sistemi di propulsione elettrica per i trasporti
L’obiettivo principale dell’insegnamento è quello di fornire all’allievo le conoscenze di sistema affinché sia in grado di 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 gli aspetti principali per la 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.
Sistemi di propulsione elettrica per i trasporti
The objective of the course 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 basic issues for the 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.
Sistemi di propulsione elettrica per i trasporti
Le precedenze raccomandate includono le nozioni base dell’elettrotecnica, della meccanica, e delle macchine elettriche.
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The prequisites include the basic notions of electrotechnics, mechanics and electric machines.
Sistemi di propulsione elettrica per i trasporti
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. Aspetti energetici e termici. Aspetti di integrazione a bordo veicolo. Sistemi con alimentazione da rete: trazione ferroviaria Reti elettriche per la trazione ferroviaria e sottostazioni di alimentazione in corrente continua e alternata. Sistemi di trazione a corrente continua con regolazione reostatica. Sistemi di trazione a corrente continua con regolazione elettronica. Sistemi di trazione a corrente alternata. Sistemi di trazione politensione. Sistemi di trazione diesel-elettrico. Sistemi di trazione per alta velocità 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.
Sistemi di propulsione elettrica per i trasporti
General aspects • Introduction and historical notes in the use of the electric energy in transportations. • 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. • 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 traction systems. • Diesel-hybrid traction systems. • High speed traction systems. On board supplied systems: electric and hybrid vehicles • On board energy storage/generation. • Traction systems for pure electric vehicles. • Charging equipments and infrastructures. • Hybrid traction architectures: series, parallel, series/parallel. • Interactions with the thermal engine.
Sistemi di propulsione elettrica per i trasporti
Sistemi di propulsione elettrica per i trasporti
Sistemi di propulsione elettrica per i trasporti
L’insegnamento si articola in due parti principali con lezioni dedicate al trasporto su gomma e su rotaia. Le esercitazioni in aula sono dedicate ad esemplificazioni quantitative di specificazione di massima di requisiti prestazionali. Inoltre sono previste esercitazioni di laboratorio in cui lo studente utilizzerà modelli di simulazione per determinare le caratteristiche dei powertrain e le prestazioni veicolo.
Sistemi di propulsione elettrica per i trasporti
The teaching is organized in two main parts with lessons focused on road and rail transports. The classroom exercises are focused on examples of preliminary specifications of technical requirements. Furthermore, modeling exercises are developed to simulate the powertrains characteristics and the vehicles performances.
Sistemi di propulsione elettrica per i trasporti
Il materiale didattico impiegato durante le lezioni ed esercitazioni sarà reso disponibile agli studenti sul portale della didattica. Per approfondimenti: - C. Mi, 'M.A. Masrur, D.W. Gao, “Hybrid Electric Vehicles Principles and Applications with Practical Perspectives”', Chichester, West Sussex, U.K., John Wiley & Sons Ltd, 2011. - I. Husain, 'Electric and hybrid vehicles: design fundamentals', CRC Press, 2010; - G. Vicuna, 'Organizzazione e tecnica ferroviaria', CIFI Ed, 1986.
Sistemi di propulsione elettrica per i trasporti
The teaching material used during lessons and classroom exercises will be available on the website. For in-depth analysis: - C. Mi, 'M.A. Masrur, D.W. Gao, “Hybrid Electric Vehicles Principles and Applications with Practical Perspectives”', Chichester, West Sussex, U.K., John Wiley & Sons Ltd, 2011. - I. Husain, 'Electric and hybrid vehicles: design fundamentals', CRC Press, 2010; - G. Vicuna, 'Organizzazione e tecnica ferroviaria', CIFI Ed, 1986.
Sistemi di propulsione elettrica per i trasporti
Modalità di esame: Prova scritta (in aula);
Sistemi di propulsione elettrica per i trasporti
Allo studente saranno posti, in forma scritta, quesiti quantitativi e qualitativi inerenti specifici argomenti nell’ambito dell’intero programma svolto. Il livello di preparazione del candidato sarà valutato in termini di: - conoscenze del contesto applicativo, dei principi di funzionamento, e delle diverse opzioni tecnologiche degli azionamenti elettrici nelle applicazioni trasportistiche; - capacità di specificazione tecnica di massima delle prestazioni e delle caratteristiche degli azionamenti elettrici a partire dai requisiti dell’applicazione. La prova ha una durata di 2 ore. Durante la prova scritta non si potranno consultare testi, dispense e formulari. Inoltre, non è ammesso portare in aula dispositivi multimediali con accesso al web (ad esempio, smartphone, smartwatch e tablet). E’ ammesso l’utilizzo della calcolatrice. 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, tipicamente entro due/tre giorni dallo svolgimento della prova scritta. Gli studenti potranno visionare il compito e la relativa valutazione durante un incontro generale la cui data verrà fissata di volta in volta. La data dell’incontro sarà comunicata agli studenti tramite avviso sul portale della didattica in concomitanza con la pubblicazione dei risultati della prova scritta. E’ obbligatoria la prenotazione all’esame tramite il portale della didattica.
Sistemi di propulsione elettrica per i trasporti
Exam: Written test;
Sistemi di propulsione elettrica per i trasporti
The student will be asked to answer written questions to demonstrate his knowledge on specific topics included in the teaching program. The competence level of the candidate will be evaluated in terms of: - knowledge of the applications, working principles and technological options for the electric drives for transportation; - capability in preliminary technical specifications of performances, features and characteristics of electric drives for the applications. The examination consists of a written test lasting 2 hours. During the written test, textbooks, notes and formularies cannot be consulted. Moreover, it is not possible to bring in the classroom electronic devices having web access (e.g., smartphone, smartwatch and tablet). It is permitted the use of the calculator. The use of any didactic materials is not allowed. 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, approximately two/three days after the test. The students can look at the corrected test and its mark during a general meeting after the publication of the marks. The date of the meeting will be communicated to the students through a message on the Teaching Portal. To take the exam the student must book the exam through the Teaching Portal.