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.

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;
- conoscere il comportamento dinamico degli azionamenti elettrici e stimare le condizioni limite per il loro sfruttamento nel contesto applicativo.

Le precedenze raccomandate includono le nozioni base dell’elettrotecnica, della meccanica, e delle macchine elettriche.

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 (cenni).
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.

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.

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.

Allo studente saranno posti, in forma scritta, quesiti inerenti specifici argomenti nell’ambito del 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.