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a Ciclo Unico
Scuola di Ingegneria
INGEGNERIA ELETTRONICA
Insegnamento
LABORATORIO DI ELETTRONICA
INP6074981, A.A. 2019/20

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2019/20

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea in
INGEGNERIA ELETTRONICA
IN0507, ordinamento 2011/12, A.A. 2019/20
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Curriculum Percorso Comune
Crediti formativi 6.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese ELECTRONICS LABORATORY
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione (DEI)
Sito E-Learning https://elearning.dei.unipd.it/course/view.php?idnumber=2019-IN0507-000ZZ-2019-INP6074981-N0
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione ITALIANO
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile PAOLO TENTI ING-INF/01
Altri docenti MARCO STELLINI 000000000000

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative ING-INF/01 6.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Secondo semestre
Anno di corso I Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
LABORATORIO 3.0 24 51.0
LEZIONE 3.0 24 51.0

Calendario
Inizio attività didattiche 02/03/2020
Fine attività didattiche 12/06/2020
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2011

Commissioni d'esame
Commissione Dal Al Membri
1 A.A. 2018/2019 01/10/2018 15/03/2020 TENTI PAOLO (Presidente)
STELLINI MARCO (Membro Effettivo)
BUSO SIMONE (Supplente)
CALDOGNETTO TOMMASO (Supplente)
CORRADINI LUCA (Supplente)
MATTAVELLI PAOLO (Supplente)
ROSSETTO LEOPOLDO (Supplente)
SPIAZZI GIORGIO (Supplente)

Syllabus
Prerequisiti: Il corso prevede conoscenze di Elettrotecnica, Elettronica, Controlli Automatici e Misure Elettroniche, in particolare per quanto riguarda i dispositivi a stato solido, l’analisi delle reti elettriche lineari e non-lineari, la modellistica a tempo continuo, i sistemi a retroazione, la dinamica dei sistemi lineari, l’uso di metodi e strumenti di misura nel dominio del tempo e della frequenza.
Conoscenze e abilita' da acquisire: Gli obiettivi formativi del corso, in termini di conoscenze e abilità da conseguire, sono molteplici.
Infatti nel loro percorso formativo gli studenti vengono esposti per la prima volta a tematiche relative al controllo elettronico di sistemi per la gestione dell’energia, che si dispiegano su diversi livelli, da quelli più specificamente fisico-tecnologici a quelli modellistico-circuitali, a quelli sistemici e applicativi.

CONOSCENZE DA ACQUISIRE
1. CONOSCENZE DI BASE SUI DISPOSITIVI ELETTRONICI DI POTENZA, relativamente alla struttura, alle tecnologie realizzative, al funzionamento e ai limiti operativi dei principali componenti di potenza di uso corrente (diodi, Power MOS, IGBT, tiristori), che nelle applicazioni di controllo di energia vengono sempre utilizzati come interruttori elettronici (switch).
2. CONOSCENZE SULLE PRINCIPALI STRUTTURE DI CONVERSIONE CC/CC E CA/CA, relativamente ai circuiti elettronici switching per il controllo dei flussi di potenza nei circuiti a corrente continua (convertitori buck, boost e buck-boost) e per la conversione bidirezionale da corrente continua a corrente alternata (inverter).
3. CONOSCENZE SULLE TECNICHE DI CONTROLLO DI SISTEMI A STATI DISCRETI, relativamente all’impiego di tecniche di modulazione di larghezza degli impulsi (PWM) per il controllo di sistemi elettronici di potenza basati su interruttori con alte frequenze di commutazione.
4. CONOSCENZE SULLA MODELLISTICA A TEMPO MEDIATO, relativamente alla rappresentazione dei convertitori switching tramite modelli a tempo continuo, con l’obiettivo di semplificare l’analisi dinamica e la sintesi dei controllori.
5. CONOSCENZE RELATIVE ALL’IMPIEGO DI TECNICHE DI CONTROLLO A RETROAZIONE DI TENSIONE E DI CORRENTE, relativamente alla struttura, al funzionamento, alle prestazioni statiche e dinamiche di convertitori operati con controllo di tensione e di corrente (media e di picco).
6. CONOSCENZE RELATIVE AI LIMITI OPERATIVI dei sistemi elettronici di potenza, dettati da stress termici ed elettrici, vincoli normativi affidabilistici e prestazionali, esigenze di efficienza energetica e ridotto impatto ambientale.

ABILITA’ DA ACQUISIRE
Durante tutto il corso le tematiche teoriche vengono intessute con quelle realizzative, con lo scopo di collegare le nozioni discusse in aula con gli ambiti applicativi, acquisire una visione sistemica, e maturare la capacità di verificare sperimentalmente i risultati teorici.
Questi obiettivi vengono perseguiti anche stimolando gli studenti a un’interazione continua, ponendo quesiti e argomenti di discussione non solo sugli argomenti del corso ma anche, più in generale, sulle applicazioni elettroniche di potenza in ogni possibile ambito: domestico, industriale, scientifico e tecnologico. Ciò abitua gli studenti a esporre le loro idee, favorisce la crescita del gruppo e la sua capacità di interagire dinamicamente, e crea una dialettica bidirezionale e ragionevolmente equilibrata tra docente e studenti.
L’attività di laboratorio integra queste abilità attraverso l’attuazione del lavoro di gruppo (team working), la soluzione condivisa dei problemi (problem solving) e la verifica sperimentale delle aspettative teoriche (fact checking).
Il corso è organizzato in modo da consentire allo studente di acquisire sia strumenti di analisi puntuale (studio di componenti e circuiti) che una visione sistemica, con una progressiva acquisizione di capacità di analisi critica delle soluzioni (costi/benefici), sensibilità ai limiti operativi a livello di componenti (stress) e sistemi (prestazioni) e, infine, abilità progettuali e sperimentali applicate ai circuiti e sistemi di conversione fondamentali.
Modalita' di esame: L’esame consiste in una prova di laboratorio articolata in due fasi.
Nella prima fase ciascuno studente deve dare prova di aver acquisito conoscenze e competenze sull’allestimento, la messa in funzione, l’acquisizione di forme d’onda sperimentali e l’analisi dei risultati di test per un circuito di prova (convertitore cc/cc o inverter), scelto tra quelli sperimentati durante le esercitazioni di laboratorio.
Nella seconda fase ciascuno studente deve dimostrare di possedere le conoscenze teoriche necessarie a giustificare le scelte progettuali del convertitore in prova, discuterne la risposta statica e dinamica e analizzare le discrepanze tra aspettative teoriche e risultanze sperimentali.
Criteri di valutazione: L’esame si svolge in laboratorio.
Ciascuno studente deve dare prova di aver acquisito conoscenze e competenze sull’allestimento, la messa in funzione, l’acquisizione di forme d’onda sperimentali e l’analisi dei risultati di test per un circuito di prova (convertitore cc/cc), scelto tra quelli sperimentati durante le esercitazioni di laboratorio.
Deve inoltre saper discutere la risposta statica e dinamica del convertitore in prova e analizzare le discrepanze tra aspettative teoriche e risultanze sperimentali.
Deve infine possedere le conoscenze teoriche presentate durante il corso.
Contenuti: Il corso inizia con una panoramica dei numerosi settori applicativi degli alimentatori elettronici e dei corrispondenti requisiti in termini elettrici, energetici, funzionali, affidabilistici, ambientali ed economici.
Vengono quindi introdotti i componenti elettronici di potenza di più largo impiego nei convertitori a commutazione (diodi, PowerMos, IGBT), e di ciascuno di essi vengono discusse le caratteristiche, i limiti operativi e gli ambiti di utilizzo.
Segue l’analisi delle principali topologie di convertitori cc/cc non isolati (buck, boost, buck-boost), delle loro caratteristiche in funzionamento continuo e discontinuo, della modellistica a tempo continuo, delle principali tecniche di controllo a retroazione di tensione e di corrente, e dei criteri di dimensionamento.
Viene poi affrontato lo studio degli schemi, delle caratteristiche operative e delle tecniche di controllo dei convertitori cc/ca (inverter) monofase e trifase, con esplicito riferimento all’applicazione ai sistemi di azionamento.
Infine, dopo un’analisi delle normative che limitano l’immissione di armoniche nella rete pubblica, vengono esaminate le principali configurazioni di circuiti per la correzione del fattore di potenza (boost, flyback).
Le cognizioni teoriche vengono sperimentate il laboratorio in una sequenza di esercitazioni strutturate dal componente al sistema, per verificare forme d’onda, stress, risposte statiche e dinamiche, influenza del tipo di controllo e dei parametri del controllore.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: Il corso, di natura fondamentalmente applicativa, si articola in un pari numero di lezioni teoriche ed esercitazioni di laboratorio.
Nel corso delle lezioni teoriche si forniscono allo studente i concetti, le metodologie, e gli strumenti di analisi e progettazione dei circuiti e sistemi elettronici per la gestione e conversione dell’energia elettrica. Ciò viene ottenuto facendo uso di un richiamo sistematico a nozioni apprese in altri corsi (Elettronica, Elettrotecnica, Controlli Automatici, Misure Elettroniche) e con un riferimento continuo ad applicazioni nei settori domestico e industriale. Ciò consente, da un lato, di dare un supporto interdisciplinare e metodologico all’analisi dei circuiti e sistemi elettronici di potenza, dall’altro a stimolare l’interesse degli studenti ad approfondire la conoscenza di apparati di vasto impiego.
Le lezioni vengono erogate in forma interattiva, sollecitando gli studenti a formulare quesiti e chiedere chiarimenti in tempo reale, così da favorire l’apprendimento e l’interazione di gruppo, mantenere viva l’attenzione e stimolare la curiosità conoscitiva e applicativa. Ciò consente di interessare e preparare gli studenti ai successivi corsi di approfondimento ed eventualmente indurre taluni a sperimentare su proprie realizzazioni i concetti appresi, ricorrendo al docente per suggerimenti e consulenza.
Le esercitazioni di laboratorio sono strutturate per dar modo agli studenti di sperimentare su circuiti reali le nozioni apprese a lezione, verificare il reale funzionamento dei convertitori, registrare e analizzare le differenze tra aspettative teoriche e risultanze applicative e comprendere l’impatto delle scelte progettuali e dei vincoli prestazionali e normativi.
Le esercitazioni vengono svolte da piccoli gruppi di studenti, con l’obiettivo di abituarli al team working e alla discussione collegiale dei problemi.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Il programma del corso è organicamente coperto dalle dispense e dal materiale distribuito in laboratorio. I testi di riferimento consentono l’approfondimento di argomenti di interesse generale sulle tematiche della conversione di energia. Inoltre tutto il materiale di supporto usato nel corso delle lezioni (file powerpoint, data sheet dei componenti, esercizi ed esempi di progettazione) è reso disponibile nella pagina moodle del corso, assieme a un programma dettagliato e ad una tabella di corrispondenza tra gli argomenti trattati e i corrispondenti capitoli delle dispense.
Testi di riferimento:
  • Mohan, Ned; Undeland, Tore M., Elettronica di potenzaconvertitori e applicazioniNed Mohan, Tore M. Undeland, William P. Robbins. Milano: U. Hoepli, 2005. ISBN 88-203-3428-3 Cerca nel catalogo
  • Mohan, Ned, Power electronics : converters, applications, and design. John Wiley & Sons: --, 2017. ISBN 0-471-22693-9 Cerca nel catalogo
  • Erickson, Robert Warren; Maksimovic, Dragan, Fundamentals of power electronicsrisorsa elettronicaRobert W. Erickson, Dragan Maksimović. New York: Kluwer Academic Publishers, 2004. ISBN 0792372700 Cerca nel catalogo

Didattica innovativa: Strategie di insegnamento e apprendimento previste
  • Laboratory
  • Case study
  • Working in group
  • Problem solving
  • Files e pagine caricati online (pagine web, Moodle, ...)

Didattica innovativa: Software o applicazioni utilizzati
  • Moodle (files, quiz, workshop, ...)

Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Energia pulita e accessibile Industria, innovazione e infrastrutture