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Le armoniche nella rete elettrica : problemi e soluzioni. I filtri attivi e passivi per le armoniche.

Che Problemi creano le Armoniche negli Impianti Elettrici

I principali problemi che possono creare le armoniche negli impianti elettrici sono:

  • Perdita di Potenza Apparente
  • Riscaldamento dei Cavi e delle varie connessioni ( effetto Joule causato dalle singole armoniche di corrente )
  • Presenza di Corrente nel Neutro ( Riscaldamento e Perdite )
  • Inquinamento nell’Impianto Elettrico: la distorsione in corrente THDI introduce a sua volta una distorsione in tensione THDU; la tensione di sbarra pertanto, risulta deformata - per cui tutte le utenze collegate sono alimentate a loro volta da una tensione deformata con conseguenti malfunzionamenti.
  • Rischio di Rottura dei condensatori ; la corrente è pari a: I= UCω; con corrente armonica di classe k avremo: ω=2πkf per cui I= 2πkfUC per cui per una qualsiasi frequenza si può avere un effetto di risonanza tra la capacità C con l’Induttanza L dell’impianto con conseguente aumento della corrente.
  • Problemi nei Trasformatori : riduzione della Potenza,aumento delle perdite a vuoto,aumento delle perdite a carico,aumento rumore
  • Problemi nei Motori : Aumento delle perdite per Effetto Joule nello Statore , presenza di coppie pulsanti
  • Interventi Intempestivi di relè di protezione
  • Interventi intempestivi di interruttori
  • Allarmi Generici ed immotivati su utenze sensibili
  • Disturbo su rete Dati
  • Blocco di apparecchiature elettroniche
  • Errate misure di grandezze elettriche : particolare attenzione all’utilizzo dei contatori per la misura dell’energia scambiata e dell’energia generata in caso di impianti di produzione da fonti rinnovabili ( fotovoltaico , eolico , biomasse , ecc. )
  • Costi aggiuntivi , per tutti i motivi sopra elencati. 

Come si Risolvono i problemi inerenti le Armoniche negli Impianti Elettrici

Le strategie per ridurre o addirittura eliminare le armoniche negli impianti elettrici possono essere di due tipi:

1. Accettare la presenza delle armoniche e quindi sovradimensionare le apparecchiature, in modo particolare raddoppiare la sezione dei cavi e raddoppiare la potenza della sorgente

2. Eliminare parzialmente o totalmente le armoniche utilizzando filtri o compensatori attivi. A tal proposito si possono utilizzare:

A. FILTRI PASSIVI LC

I filtri passivi LC sono dimensionati ( scelta dei valori di L e C ) per essere sintonizzati sulla frequenza da eliminare o  su una banda di frequenze da attenuare. Presentano però due svantaggi ovvero : l’eliminazione delle armoniche è efficace solo per l’impianto specifico, quindi l’aggiunta e la rimozione di carichi potrebbe compromettere il sistema di filtraggio ,  inoltre è spesso difficile implementare tali filtri in un impianto esistente.

B. FILTRI ATTIVI O COMPENSATORI ATTIVI DI ARMONICHE

I filtri attivi, detti anche compensatori attivi di armoniche eliminano le armoniche iniettando correnti armoniche uguali e contrarie nel momento in cui si verifica la presenza di armoniche stesse. Tale tipo di filtro agisce in tempo reale ed è più efficace e flessibile rispetto ai filtri passivi e in più è facilmente adattabile. Trattandosi di un dispositivo complesso ha ovviamente un costo maggiore , soprattutto al crescere della potenza dell'impianto da filtrare ( in foto , i filtri attivi serie Accusine della APC - gruppo Schneider Electric ).

C. FILTRI OMOPOLARI

I filtri omopolari hanno il compito di filtrare le armoniche omopolari di classe 3, permettendo un riequilibrio delle correnti di fase .

[ Autore : Vincenzo Ronca - Perito Industriale Spec. Elettrotecnica e Automazione ] 

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Le Armoniche negli impianti elettrici : cosa sono e come si creano

Cosa sono le Armoniche

Le Armoniche sono Correnti elettriche o Tensioni elettriche sinusoidali che hanno una frequenza pari a un multiplo intero della frequenza del sistema di distribuzione ( 50Hz in Italia ) , denominata frequenza fondamentale. Esse, sovrapponendosi rispettivamente alla Corrente Fondamentale e alla Tensione Fondamentale provocano la distorsione della forma d’onda.

Quando si alimenta un’apparecchiatura elettrica in alternata, ci si aspetta che essendo la tensione di forma sinusoidale, anche la corrente assorbita dal carico sia sinusoidale; ciò però, purtroppo, è vero solo per alcuni tipi di carichi che sono detti carichi lineari , ovvero quei carichi dove la relazione che lega l’ingresso e l’uscita (e quindi tensione e corrente), sia rappresentata da una retta. Oggi invece, con l’avvento di nuove tecnologie nell'industria , nel terziario e anche in ambito civile , è sempre più diffusa la presenza di un’altra tipologia di carichi, che sono detti carichi non lineari nei quali la relazione tra corrente e tensione non è più rappresentata da una retta.

La causa principale delle armoniche risiede proprio nel fatto che nella maggior parte degli impianti si fa uso di apparecchiature che utilizzano l’Elettronica di Potenza ( Carichi Non Lineari ) , come Inverter , UPS , macchine a controllo numerico. In generale, la rete fornisce un’alimentazione di 50/60 Hz di tensione sinusoidale e la forma d’onda della corrente fornita dalla sorgente in risposta al fabbisogno del carico, dipende dal tipo di carico :

- in caso di carichi lineari, la corrente assorbita è sinusoidale e ha la stessa frequenza della tensione ( può essere al massimo sfasata di certo angolo ø rispetto alla tensione , detto sfasamento e determinando un altro problema di qualità dell'energia elettrica . Lo sfasamento deve essere infatti contenuto entro certi valori : il fattore di potenza , che si calcola come cosø deve essere sopra il valore 0.9 , altrimenti l'ente erogatore può applicare una penale in bolletta ) ; la legge di Ohm stabilisce un rapporto lineare tra la Tensione e la Corrente ( V=R*I ) con un coefficiente costante , ovvero l’impedenza del carico;
- nel caso di carichi non lineari, la corrente assorbita dal carico è periodica ma non sinusoidale: in tal caso la forma d’onda della corrente è distorta dalle correnti armoniche. In questo caso l’impedenza del carico varia nel singolo periodo e il rapporto tra la corrente e la tensione non è lineare. La corrente assorbita dal carico sarà data da una combinazione di :

1.Una corrente sinusoidale denominata fondamentale, alla frequenza di 50/60 Hz

2. Armoniche, ossia correnti sinusoidali con un’ampiezza minore di quella della fondamentale, ma con frequenza che è un multiplo della fondamentale e che definisce l’ordine armonico.

Le armoniche generate dai carichi non lineari generano 3 tipi di correnti armoniche, tutte di ordine dispari ( la sinusoide è una funzione dispari ) ovvero:

1. Armoniche H7-H13 - Sequenza Positiva
2. Armoniche H5-H11 - Sequenza Negativa
3. Armoniche H3-H9 - Omopolari

Importante porre l’accento sul fatto che le correnti armoniche omopolari ( H3 e multipli dispari, scritte 3*(2k+1) con k numero intero ) , nei sistemi trifase si sommano nel conduttore di neutro e ciò è dovuto al fatto che il proprio ordine 3*(2k+1) è multiplo del numero di fasi, ossia coincidono con lo spostamento delle correnti di fase (1/3 di periodo).

Ciò permette di esprimere un’importante considerazione, ovvero che quando non ci sono armoniche la corrente nel neutro è uguale a 0; quando ci sono le armoniche , la corrente nel neutro è uguale a: I1+I2+I3=3 I H3 e per questo nei casi di impianti elettrici con neutro distribuito bisogna prestare particolare attenzione alle armoniche di questo tipo.

[ Autore : Vincenzo Ronca - Perito Industriale Spec. Elettrotecnica e Automazione ]

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Il motore a collettore in corrente continua : com'è fatto e come funziona

Con motore in corrente continua si è soliti indicare una macchina elettrica a collettore in corrente continua funzionante come motore, in grado cioè di trasformare energia elettrica in energia meccanica ; la stessa macchina può comunque funzionare anche come dinamo, quando riceve potenza meccanica (ad esempio trainata da un altro motore) e restituisce potenza elettrica, e come freno , quando riceve sia energia elettrica che meccanica e le dissipa sotto forma di calore.

Nella sezione di una macchina in corrente continua a collettore possiamo individuare tre parti costitutive , come evidenziato nel disegno a fondo pagina ( figura 1 ) :

1. Lo statore (in verde in figura 1 ), solitamente realizzato in ferro omogeneo, che con le sue espansioni polari (due in figura ) deve generare un campo magnetico il più possibile uniforme. Nei motori in corrente continua i poli Nord e Sud sono ottenuti avvolgendo sulle espansioni un circuito di eccitazione percorso dalla corrente di eccitazione Ie ; nei motori a magneti permanenti l’avvolgimento di eccitazione non è presente, perché lo statore è costituito appunto da una calamita e quindi è possibile controllare il motore solo sulla tensione o sulla corrente di armatura.

2. Il rotore (in rosa in figura 1 ), che è invece in ferro lamellare : le lamelle sono separate da un isolante per aumentare la resistenza elettrica e diminuire quindi le correnti parassite indotte per magnetizzazione. Nel rotore sono ricavate delle cave su cui alloggiano i conduttori del circuito di armatura; si tratta di un’unica spira, opportunamente intrecciata in modo che le correnti entranti e uscenti si sistemino rispetto all’asse delle spazzole come indicato in figura 1: tutte le correnti entranti a destra dell’asse e tutte le correnti uscenti alla sinistra.

3. Il collettore ( in celeste in figura 1 ), le cui spazzole realizzano un contatto strisciante con le lamelle di terminazione dei conduttori del rotore; le spazzole sono in grafite e le lamelle in ferro dolce, così che si usurino solo le prime, meno costose e più semplici da sostituire.

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Ridurre lo spunto dei motori elettrici : Stella/triangolo , soft starter , inverter , reostati e reattanze

Uno dei principali problemi nell'utilizzo industriale dei motori elettrici , soprattutto quelli asincroni trifase che sono tra i più diffusi , è la corrente di spunto . Infatti all'avvio del motore ( e in ogni transitorio che preveda fasi ON/OFF ) il motore assorbe una corrente che può arrivare anche a 8:10 volte la corrente a regime , a seconda delle caratteristiche del motore e della macchina su cui è montato , che può prevedere un avvio a vuoto o parzialmente sotto carico.

Questo può determinare diversi problemi al sistema che eroga la potenza al motore : dimensionamento delle linee e degli interruttori ( che possono aprire il circuito se le curve dei magnetotermici non sono adatte a certi sovraccarichi ) , necessità di impegnare una potenza maggiore con l'ente erogatore ( quota fissa in bolletta ) o , nel caso il motore sia alimentato in condizioni ordinarie o di emergenza da un generatore elettrico , anche l'impossibilità di avviare il l'apparecchiatura che utilizza il motore ( compressore , pompa , condizionatore , ecc )  se la potenza meccanica del gruppo elettrogeno è inferiore alla potenza richiesta allo spunto.

Per tutti questi motivi , sono stati studiati diversi metodi più o meno elaborati per ridurre il coefficiente di spunto del motore. Vediamone alcuni :

1) Impedenze variabili ( resistenze o reattanze variabili ) :

- nei motori a rotore avvolto , potendo accedere al circuito rotorico , viene inserito un reostato di avviamento in serie a ciascuna fase di tale circuito. Dimensionando opportunamente il valore di tale resistenza , si può ottenere anche un avvio con buoni valori della coppia motrice. Il reostato , completamente inserito al momento dell'avviamento mediante delle spazzole , verrà gradualmente disinserito , mentre il rotore accelera. Alla fine della manovra verrà ripristinato il cortocircuito agli anelli , sollevando le spazzole del circuito reostatico al fine di ridurre le perdite per attrito.

- nei motori in cui il rotore è in cortocircuito e non accessibile ( motori a gabbia semplice ) , non potendo accedere al circuito rotorico , vengono inserite delle impedenze statoriche che , con la loro caduta di tensione , limitano la tensione al motore. In questo modo viene però anche ridotta la coppia di avviamento , che viene aumentata gradatamente insieme alla tensione fino a disinserire i resistori ad avviamento terminato . I motori asincroni più diffusi sono quelli con rotore a gabbia semplice , in cui l'avvolgimento rotorico è costituito da sbarre collegate frontalmente da due anelli conduttori che determinano perennemente il corto circuito dell'avvolgimento.

Si è parlato genericamente di impedenze , perché si può ricorrere sia a resistenze che reattanze , ciascuna delle quali presenta vantaggi e svantaggi :

- le resistenze causano perdite per effetto Joule
- le reattanze abbassano ulteriormente il fattore di potenza

Un esempio di reattanza trifase per avviamento motore ( fonte CTA SRL )
Un esempio di reattanza trifase per avviamento motore ( fonte CTA SRL )

2) Avviamento stella-triangolo :

anche l'avviamento con commutazione stella-triangolo rientra nelle tecniche di avviamento con riduzione della tensione. Infatti nel motore in cui le fasi statoriche sono collegate a stella , viene predisposto un commutatore che , alla partenza , li collega a stella . In questo modo :

- la tensione di alimentazione di ogni fase risulta √3 volte inferiore a quella con collegamento ordinario a triangolo
- la corrente di spunto si riduce di 1/3 rispetto a quella che si avrebbe con inserzione diretta ( collegamento a triangolo )
- anche la coppia motrice si riduce di 1/3

Come per i reostati , al termine della fase di avviamento , il commutatore torna nella posizione di regime , facendo in modo che le fasi statoriche tornino ad essere collegate a triangolo. L'avviamento stella triangolo ha avuto una grande diffusione prima dell'avvento dei dispositivi a semiconduttore come Softstarter e Inverter , perché è di semplice realizzazione ed è utilizzato per motori di media e piccola potenza , fino a qualche centinaio di kW.

3) Soft-Start : 

anche i softstarter ( detti anche avviatori statici ) rientrano tra le metodologie di avviamento che riducono la tensione rispetto all'avvio diretto , ma grazie all'impiego dei semiconduttori di potenza e spesso all'integrazione a bordo di dispositivi logici , permette il ricorso a tecniche più complesse dell'avviamento stella-triangolo o delle impedenze.

L'avviamento viene effettuato ad esempio con una rampa di tensione di cui si può programmare il valore iniziale , il tempo di accelerazione ( ascesa della rampa ) , la coppia iniziale. Questo permette un avviamento dolce e graduale che riduce lo stress meccanico e gli strappi. La stessa funzionalità può essere impiegata per la decelerazione , che impedisce arresti troppo bruschi del motore che possono essere svantaggiosi in diverse applicazioni come nastri trasportatori e pompe ( colpo d'ariete ). Altre funzionalità che integrano gli avviatori statici soft start sono :

- contattore di by-pass che esclude l'intero avviatore quando il motore è stato avviato , riducendo le perdite per effetto joule sui semiconduttori
- protezione termica del motore
- moduli di comunicazione bus per il controllo remoto

Il vantaggio dei softstart è anche quello di non essere eccessivamente costosi : per avere una panoramica dei prezzi in base alle potenze e alle funzionalità , consulta l'apposita sezione del nostro catalogo sugli azionamenti elettrici .


Un softstarter della Schneider Electric : sono ben visibili le regolazioni per la tensione iniziale e il tempo iniziale e finale della rampa 

4) Inverter :

il principio di avviamento dei motori asincroni con gli inverter è la tipologia decisamente più avanzata e quindi più costosa rispetto alle precedenti. Un inverter è infatti un convertitore statico di frequenza , pertanto il controllo dell'avviamento avviene modificando non solo la tensione ma anche la frequenza.

In un motore asincrono , infatti , la regolazione della velocità può essere realizzata variando la frequenza della tensione di alimentazione , perché la la velocità di rotazione del campo magnetico rotante varia proporzionalmente alla frequenza :

ns=60*f/p dove p è il numero di poli

In particolare , poiché la coppia del motore è proporzionale al rapporto tra la tensione e la frequenza [ CM≈K*(V/f) ] , potendo agire su entrambi questi parametri in modo da mantenere il rapporto più possibile costante , l'avviamento tramite inverter ha il grande vantaggio di poter effettuare un avviamento senza riduzione della coppia motrice.

Altri vantaggi sono che , essendo il convertitore un dispositivo elettronico che riceve in ingresso corrente alternata , la raddrizza e poi la trasforma nuovamente in corrente alternata di frequenza e tensioni diverse , all'ingresso il fattore di potenza è molto alto ( superiore a 0.9 ) e non è necessario rifasamento. Per contro , questa operazione comporta la generazione a monte di disturbi elettromagnetici sotto forma di armoniche , che vanno opportunamente filtrate per non portare ripercussioni alla rete dell'ente erogatore.

In generale il controllo dell'avviamento dell'avviamento di un motore asincrono tramite inverter può essere visto come un caso particolare di controllo della velocità : l'inverter viene impiegato in quelle applicazioni dove il controllo della velocità del motore deve essere tenuto sempre sotto controllo e , a differenza del softstart , non viene disinserito una volta terminato l'avviamento , ma il driver continua a fornire al motore i parametri di funzionamento.

Il controllo di velocità tramite inverter è un argomento molto più ampio e complesso del solo avviamento , così ampio che sarà trattato in una sezione a parte : si pensi ad esempio che oltre agli inverter che permettono il controllo V/f , detti inverter scalari , ci sono oggi sul mercato anche gli inverter vettoriali che oltre alle variabili tensione e frequenza permettono di controllare direttamente la coppia del motore , rendendo via via i motori asincroni concorrenziali coi motori in corrente continua nelle applicazioni di automazione industriale avanzata , dove è richiesta notevole precisione.

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Che cos'è un Esperto in Gestione dell'Energia , EGE

EGE è l'acronimo di Esperto in Gestione dell'Energia. La figura è prevista dalla norma UNI-CEI 11339 e per diventare Esperto in Gestione dell'Energia bisogna sostenere un esame presso il SECEM , Sistema europeo per la certificazione in energy management . Lo stesso SECEM permette poi di consultare il registro degli EGE suddivisi per regione , area di interesse ( civile o industriale ) e attività in grado di svolgere , quali analisi del sistema energetico , conduzione e manutenzione degli impianti , consulente energetico , contabilità energetica analitica e valutazione dei risparmi , contrattualistica e analisi dei contratti di fornitura e cessione dell'energia.

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Che cos'è una E.S.Co , Energy Service Company

E.S.Co è l'acronimo di Energy Service Company ovvero una società di servizi energetici. Tali società devono certificarsi ai sensi della norma UNI CEI 11352 dimostrando di avere al proprio interno figure tecniche tali da essere in grado di svolgere l'audit preliminare , in base agli esiti scegliere le azioni di risparmio energetico e poi verificare gli esiti di questo efficientamento. Il servizio fornito dall'Energy Service Company si ripaga spesso grazie ai risparmi conseguiti .  

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Macchine elettriche : Motori e alternatori , sincroni e asincroni , monofase e trifase

Una macchina elettrica è un dispositivo che riceve in ingresso un'energia , di tipo elettrico o meccanico , e ne restituisce in uscita un'altra , di tipo elettrico o meccanico . Perché la macchina possa definirsi elettrica , almeno una di queste due energie deve essere appunto di tipo elettrico ( non è ovviamente una macchina elettrica una macchina che riceva in ingresso energia meccanica e la trasformi in energia meccanica , seppure di forma diversa ).

In base a questa definizione , possiamo considerare tre casi di macchine elettriche :

1) i motori , che ricevono in ingresso energia elettrica e la trasformano in energia meccanica
2) i generatori , che ricevono in ingresso energia meccanica e la trasformano in energia elettrica
3) tra le macchine elettriche che trasformano energia elettrica in altra energia elettrica con diverse proprietà , consideriamo i trasformatori e i convertitori rotanti.

Il trasformatore riceve in ingresso una energia elettrica caratterizzata da una tensione V , una corrente I e una forma d'onda di frequenza F e restituisce in uscita un'energia con la stessa frequenza F ma diversi valori di tensione e corrente. I trasformatori vengono infatti solitamente utilizzati per innalzare una tensione o abbassarla o come trasformatori d'isolamento.

Diversa è la casistica dei convertitori rotanti : benché siano stati utilizzati per molti anni per trasformare una tensione alternata in una tensione continua ( raddrizzatori o convertitori AC/DC ) , una tensione continua in una alternata ( convertitori DC/AC ) o una tensione alternata in un'altra alternata con diversa frequenza ( convertitori AC/AC ) , oggi il loro utilizzo è stato definitivamente sostituito dai convertitori statici come l'inverter , che utilizzano allo stesso scopo i dispositivi a semiconduttore. Restano comunque un validissimo esempio di come l'uomo si sia ingegnato , nel corso dei secoli , per modificare le grandezze elettriche ricorrendo a dispositivi meccanici.

Una proprietà quasi sempre rispettata dalle macchine elettriche di cui al punto 1) e 2) è quella di essere macchine reversibili , ovvero la stessa macchina che viene utilizzata come motore applicando una tensione elettrica agli avvolgimenti e prelevando energia meccanica dall'albero motore , può essere utilizzata come generatore , fornendo energia meccanica all'albero motore e prelevando energia elettrica agli estremi degli avvolgimenti.

Per questo , considerando ad esempio le due macchine più diffuse , si parla semplicemente di macchina asincrona trifase , macchina sincrona trifase lasciando la specificazione che si tratti di motore o generatore/alternatore all'uso che si fa della macchina stessa. In termini applicativi , comunque , la macchina sincrona trova molte più applicazioni come alternatore , mentre la macchina asincrona trova molte più applicazioni come motore.

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Appunti di Elettronica 1 : Sommario

Appunti del corso di Elettronica 1 , Facoltà di Ingegneria Elettronica :

 

1. Gli amplificatori: amplificatore di tensione, amplificatore di corrente, amplificatore di transresistenza, amplificatore di transconduttanza, amplificatori operazionali ideali, configurazione invertente e corto-circuito virtuale, derivatore, integratore, sommatore pesato, configurazione non invertente, amplificatore differenziale

2. Amplificatore operazionale reale, andamento di Av con la frequenza, struttura interna di un o.a. common mode reiection ratio CMRR, resistenze di ingresso e di uscita, tensione di offset e corrente di offset in ingresso

3. Il diodo, modelli del diodo, raddrizzatore ad una semionda, superdiodo, versione alternativa, misura di tensioni sinusoidali, raddrizzatore a doppia semionda, rivelatore di picco

4. BJT: modello statico di Ebers-Moll, regime normale diretto, saturazione, regime inverso, cut-off, caratteristiche grafiche, modelli equivalenti per piccoli segnali, bjt come amplificatore: emettitore comune, collettore comune, base comune

5. Polarizzazione dei bjt discreti, singola alimentazione, doppia alimentazione, significato grafico del punto di lavoro, polarizzazione nei circuiti integrati, specchio di corrente e generatori di corrente

6. Metal-oxide-silicon-field-effect-transistor, MOSFET: equazioni e modelli, polarizzazione dei FET e amplificatori monostadio: source comune, gate comune e drain comune

7. Amplificatori differenziali, coppia differenziale a bjt, analisi quantitativa per grandi segnali, comportamento lineare per piccoli segnali, resistenza di ingresso differenziale e guadagno differenziale, guadagno di modo comune ed effetti delle asimmetrie, amplificatore differenziale a carico attivo e a MOSFET

8. Amplificatori multistadio e controreazione, vantaggi della controreazione: stabilizzazione, aumento della banda, riduzione del rumore, aumento del range di linearità, retroazione serie-parallelo, retroazione serie-serie, retroazione parallelo-serie, retroazione parallelo-parallelo, calcolo del guadagno d'anello

9. Stadi di uscita negli amplificatori di potenza, stadio di uscita in classe A, in classe B, distorsione di crossover, amplificatori in classe AB, polarizzazione con diodi, circuito moltiplicatore della Vbe, dissipazione del calore nei bjt di potenza

10. Analisi in frequenza, risposta di un amplificatore, analisi in bassa frequenza, analisi in alta frequenza, metodo delle costanti di tempo

11. Comportamento in frequenza del source-comune, modello del bjt alle alte frequenze, analisi in frequenza dell'emettitore comune, analisi in frequenza del base comune, configurazione cascode, risposta del collettore comune, cascata di un collettore comune e di un emettitore comune, risposta del differenziale

12. Stabilità e criterio di Nyquist, effetto della controreazione sui poli di un amplificatore, compensazione in frequenza

13. Oscillatore armonico smorzato, oscillatore armonico smorzato con elemento attivo, oscillatori quasi-sinusoidali con schema a controreazione e metodo della funzione descrittiva, esempi di funzioni descrittive

14. Oscillatore a ponte di Wien, oscillatore a sfasamento, oscillatori sinusoidali con generatori di corrente: oscillatori di colpitts, oscillatori di rilassamento, classificazione dei Sistemi del I ordine

15. Multivibratore astabile con resistore anomalo, resistori S a componenti discreti, comparatori di tensione, multivibratore monostabile ed astabile con timer 555, trigger di Schmidt, multivibratore astabile con Trigger di Schmidt

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Appunti di Tecnologie dei Sistemi di Controllo : Sommario

Appunti del corso di Ingegneria e Tecnologia dei Sistemi di Controllo , Facoltà di Ingegneria Elettronica :

1. Il motore a collettore in corrente continua, equazioni statiche del motore, equazioni differenziale elettriche, equazione differenziale meccanica, rendimento del motore

2. Modalità di controllo del motore in corrente continua, motore con eccitazione costante controllato sulla tensione di armatura, comportamento a regime permanente nel controlla sulla Va, motore con eccitazione costante controllato sulla Ia, motore con corrente di armatura costante controllato sulla tensione di eccitazione, motore con Va costante controllato sulla tensione di eccitazione, motore con eccitazione in serie, motore con eccitazione costante, comportamento come freno e generatore, gruppo di Ward-Leonard

3. Motori a commutazione elettronica: motori brushless, modalità di controllo, controllo con correnti sinusoidali, motori passo-passo, principi di funzionamento dei motori passo-passo a magneti permanenti, controllo a passo intero e a mezzo passo, motori passo-passo a riluttanza variabile, motori ibridi, coppia statica o di tenuta e coppia residua, comportamento dinamico su un singolo passo e comportamento dinamico in rotazione continua, dispositivi di pilotaggio, controllo a passi interpolanti

4. Motori elettrici in corrente alternata, modalità costruttive, funzionamento intuitivo di un motore asincrono trifase, caratteristiche coppia motrice-velocità, controllo in frequenza, motore asincrono bifase

5. Amplificatori elettronici di potenza, classificazione dei convertitori statici, chopper monodirezionale a transistor, chopper bidirezionale a transistor,

6. Silicon controlled rettifier (SCR), caratteristica anodica, caratteristica di gate, circuiti di accensione e spegnimento, rettificatore controllato a una semionda con SCR, rettificatore a doppia semionda e triac, rettificatore a doppia semionda con trasformatore, rettificatore semicontrollato a ponte, raddrizzatore a una semionda con carico attivo, chopper monodirezionale con SCR

7. Convertitori statici continua-alternata (inverter) e gto, inverter parallelo, commutazioni ausiliarie e riduzione del contenuto armonico, controllo dell'ampiezza della tensione: modulazione ad impulso singolo, modulazione a più impulsi, modulazione sinusoidale

8. Trasduttori di posizione: il potenziomentro, potenziometri lineari, potenziometri non lineare, parametri caratteristici dei potenziometri: linearità e conformità, risoluzione e granulosità, potenza dissipabile, rumore introdotto, caratteristiche del carico, effetti del carico

9. Altri trasduttori di posizione: trasformatore differenziale ad E, circuiti per il trattamento del segnale del trasformatore, sincro-trasformatore, resolver, errori di velocità nel resolver, inductosyn, encoder assoluto, encoder incrementale, estensimetro

10. Trasduttori di velocità: dinamo tachimetrica, tachimetro in corrente alternata,

11. Trasduttori di forza, pressione accelerazione: trasduttori piezoelettrici, trasduttori piezoresistivi, trasduttori a filo vibrante o a membrana vibrante

12. Trasduttori di temperatura: termocoppie, termoresistenze, termistori; trasduttori di livello: trasduttori a galleggiante, trasduttori a ultrasuoni

13. Controllori logici programmabili (plc),sistemi di controllo discreti, sistemi a stati finiti, descrizione delle sequenza di eventi, sequential functional chart, traduzione del sfc in linguaggio a contatti

14. Le reti locali, architettura a livelli secondo il modello ISO-OSI, i 7 livelli del modello ISO-OSI in dettaglio, tipologia e topologia delle reti locali, architetture commerciali e protocollo tcp-ip, bus di campo, confronto fra profibus e wordfip

15. Affidabilità,

16. Riduttori, calcolo del rapporto di riduzione, riduttori a più stadi

17.Regolatori pneumatici, attuatori pneumatici e valvole, otturatori, trasduttore posizione-pressione a ugello e lamina, regolatore proporzionale (amplificatore pneumatico)

18. Regolatori idarulici,attuatore pneumatico con pistone e distributore a cassetti, altri tipi di attuatori idraulici a pressione costante,attuatore idraulico a portata variabile, trasduttore a getto oscillante, resistenza idraulica e capacità idraulica,integratore,regolatore proporzionale

19. Robotica industriale, geometria di un robot: link, giunti e gradi di libertà, coordinate omogenee, problema cinematico diretto e convenzioni di Denavit-Hartenberg, sistema di riferimento per l'organo terminale, coordinate generalizzate e problema cinematico inverso,modalità di assegnamento della traiettoria, modalità di controllo

20. Sistemi di visione artificiale, acquisizione delle immagine, preelaborazione, segmentazione, descrizione , riconoscimento e interpretazione

 

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Appunti di Telecomunicazioni : Sommario

Appunti del corso di Campi Elettromagnetici , Facoltà di Ingegneria Elettronica

1. Richiami sui processi stocastici e loro spettri di potenza, il rumore termico

2. Canale binario awgn, trasmissione unipolare, trasmissione bipolare o antipodale

3. Rumore bianco attraverso sistemi lineari: banda equivalente; rumore bianco attraverso sistemi rumorosi: temperatura equivalente di rumore, cascata di 2-porte rumorosi

4. Temperatura equivalente di rumore per attenuatore resistivo, caso con rumorosità e guadagno non uniformi in frequenza

5. Modulazioni analogiche, modulazione di ampiezza, modulazione dsb e demodulazione dsb, modulazione am convenzionale, modulazione ssb e demodulazione ssb, modulazione vsb

6. Modulatori e demodulatori AM: dagli schemi concettuali a quelli circuitali, demodulatore bilanciato, ring modulator, switching modulator, modulatore in quadratura,

7. Modulazioni angolari: FM e PM, spettro del segnale FM o PM a banda stretta, spettro FM o PM nel caso di modulante sinusoidale,modulatori e demodulatori angolari

8. Confronto fra le modulazioni analogiche: qualità del segnale dsb-sc, qualità del segnale ssb, qualita del segnale AM convenzionale, qualità nelle modulazioni angolari

9. Pre-enfasi e de-enfasi nella modulazione FM, ricostruzione della portante

10. Teoria dell'informazione, entropia di una sorgente, source coding theorem

11. Codici a lunghezza fissa, variabile, istantanei e autosincronizzanti, algoritmo di codifica di Huffman, algoritmo di codifica di Lempel-Ziv

12. Misura della distorsione da codifica a basso rate, mutua informazione, entropia differenziale di una variabile continua, definizioni di distanza e distorsione, rate-distortion function

13. ISI: interferenza di intersimbolo

14. Quantizzazione: uniforme e non uniforme, quantizzazione vettoriale, modulazione pcm e calcolo dell'occupazione di banda nel pcm telefonico, nel segnale audio musicale, nel segnale televisivo

15. Quantizzazione non uniforme nella telefonia, evoluzioni della tecnica pcm, dpcm, modulazione delta-pcm

16. Tecniche di analisi-sintesi, cenni sul formato jpeg

17. Lo studio geometrico delle modulazioni numeriche, rappresentazione vettoriale di un set di m segnali, modulazioni numeriche con set unidimensionale: ask e pam, costellazioni di segnali in spazio bidimensionale: modulazioni PSK, APK, QAM, set di segnali m-dimensionale con m>2: le modulazioni PPM ed FSK

18 . Ricezione di un segnale numerico, demodulatore a correlatore, demodulatore a filtro adattato, rilevatore (decisore) attimo, metodo della probabilità a posteriori per segnale 2PAM antipodale

19. Schemi dei demodulatori PAM, PSK; QAM, FSK

20. Calcolo delle probabilità di errore: PAM binaria ed m-aria, PPM binaria ed m-aria, PSK, DPSK, QAM, modulazioni m-arie ortogonali,

21. Teorema di Shannon-Hartley, modulazioni m-arie biortogonali, modulazioni m-erie transortogonali e fsk non coerente, il problema della sincronizzazione

22. Codifica di canale, codici a blocco, codici a minima distanza, effetto dei codici sulle probabilità di errore

23. Spettro di un segnale numerico in banda base e in banda traslata, codifica di linea, return to zero RZ, non return to zero NRZ, AMI, HDBN, CPFSK

Tesina : Analisi delle modulazioni analogiche col software di simulazione di sistemi di comunicazione SERENADE 8.5 Student Version
matlab

Allegato : Funzione matlab per stabilire il grado di bianchezza di un segnale campionato attraverso il test di Anderson

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