369MI - ELETTRONICA DI POTENZA 2021
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L’elettronica, nel senso più stretto del termine, è la scienza e tecnologia del moto delle cariche in un gas, nel vuoto o in un semiconduttore. Più comunemente il termine elettronica si riferisce a quella disciplina che si occupa di circuiti elettrici che comprendono componenti come valvole termoioniche (dette anche tubi a vuoto) e dispositivi a semiconduttore come diodi e transistor.
Volendo individuare una data di nascita dell’elettronica si potrebbe dire che è il 1904, anno di invenzione della valvola termoionica da parte di Fleming. L’elettronica moderna si può invece dire che è nata nel 1948 con l’invenzione del transistor a semiconduttore.
Con il termine elettronica normalmente ci si riferisce all’elettronica di segnale, cioè la disciplina che si occupa di circuiti elettronici concepiti per la gestione dell’informazione.
L’elettronica di potenza è la disciplina che si occupa dei circuiti elettronici concepiti per controllare il flusso di energia elettrica.
La nascita dell’elettronica di potenza si potrebbe far risalire al 1902, con l’invenzione della valvola raddrizzatrice al mercurio. Nel 1956 fu inventato il tiristore (o SCR), il primo componente a semiconduttore specifico per l’elettronica di potenza. Da allora sono stati introdotti molti altri tipi di dispositivi di potenza a semiconduttore e di circuiti elettronici di potenza, con un’accelerazione tra la fine degli anni ottanta e i primi anni novanta.
Le crescenti prestazioni e le funzioni sempre più complesse insite nelle moderne applicazioni tecnologiche richiedono un controllo via via più accurato del flusso dell’energia elettrica e la conversione delle grandezze elettriche (tensione e corrente) da una forma ad un’altra (da alternata a continua e viceversa) oppure, mantenendo la stessa forma, la variazione dei loro parametri (ampiezza e frequenza).
Lo sviluppo dell’elettronica di potenza permette di far fronte in maniera sempre più soddisfacente alle esigenze appena descritte. È per questo che oggigiorno l’elettronica di potenza è presente in quasi tutte le più moderne applicazioni dove viene impiegata l’energia elettrica.
In molte applicazioni moderne, quali i trasporti (treni, aerei, navi da crociera, automobili elettriche ed ibride), le macchine utensili, la robotica, ma anche elettrodomestici quali la lavatrice, è richiesta la conversione di energia elettrica in energia meccanica. In questo caso l’elettronica di potenza è parte integrante dei cosiddetti azionamenti elettrici, che saranno oggetto di un corso specifico.
L’elettronica di potenza è anche alla base degli alimentatori per oggetti di uso quotidiano quali la radio, il televisore, il computer.
Fra le applicazioni di punta vanno ricordati i moderni sistemi di condizionamento della potenza per gli impianti elettrici e soprattutto un settore in forte espansione quale è quello delle fonti di energia rinnovabili (fotovoltaico ed eolico).
I circuiti elettronici di potenza, composti da dispositivi di potenza a semiconduttore con la funzione di interruttori, sono detti convertitori statici. Essi sono impiegati per la gestione e la conversione dell’energia elettrica e possono essere suddivisi nelle seguenti quattro categorie:
Convertitori ca-cc
Convertitori cc-ca
Convertitori cc-cc
Convertitori ca-ca
La denominazione “statico” deriva dall’assenza di organi in movimento e si contrappone alla conversione rotante che utilizza macchine elettriche rotanti. L’attuale sviluppo di dispositivi elettronici di potenza ha portato ad un’ampia diffusione dei convertitori statici che, a parte casi molto particolari, hanno completamente soppiantato i convertitori rotanti a causa del miglior rendimento, della maggiore affidabilità e delle possibilità di controllo.
Il corso si prefigge di fornire agli studenti una buona conoscenza dei principi dell’elettronica di potenza in modo che, una volta nel mondo del lavoro, siano in grado di affrontare le sue molteplici applicazioni con la capacità di comprensione, progettazione e “problem solving” di chi conosce il perché delle cose.
Durante il corso verranno presentati il principio di funzionamento, il controllo, il dimensionamento e le problematiche dei principali convertitori statici appartenenti alle quattro categorie sopra elencate, considerando sia i convertitori tradizionali che quelli più moderni.