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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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L'illuminamento , il Lux e l'illuminamento nei luoghi di lavoro secondo UNI EN 12462

A differenza dell'intensità luminosa e del flusso luminoso , che sono grandezze caratteristiche di una sorgente , l'illuminamento è una grandezza che riguarda una superficie.

Si definisce illuminamento E in un punto di una superficie il flusso dΦ ricevuto da un punto infinitamente piccolo di superficie illuminata , diviso per l'area dS dell'elemento stesso :

E = dΦ/dS

Ovviamente qualora il flusso fosse costante su una superficie più ampia l'espressione può essere estesa come E = Φ/S ; ne segue che l'unità di misura dell'illuminamento è data dal rapporto tra l'unità di misura del flusso e l'unità di misura della superficie :

Lux [Lx] = Lumen/mq

L'illuminamento è una grandezza fotometrica molto importante nella progettazione illuminotecnica : le norme stabiliscono infatti dei livelli di illuminamento medio mantenuto da tenere in determinati luoghi in base al compito visivo ivi previsto. A partire da questi valori si progetta la tipologia , la potenza e la disposizione dei corpi illuminanti.

Una norma molto importante a riguardo è la UNI EN 12464-2 che si occupa di Illuminazione nei posti di lavoro , sia posti di lavoro in interno ( parte 1 ) che posti di lavori in esterno ( parte 2 ) .

Vengono definiti , in base alle tipologie di locali e alle attività ivi svolte , dei valori illuminamento medio Em richiesto e delle fasce di illuminamento :

- illuminamento grossolano , tra 50 e 300 Lux
- illuminamento medio , tra 150 e 500 Lux
- illuminamento fine , tra 300 e 750 Lux
- illuminamento finissimo , tra 750 e 2000 Lux

Altri parametri definiti dalle norme per l'illuminazione dei luoghi di lavoro ( specialmente dalla UNI EN 12464-1:2011 ) sono l'indice unificato di abbagliamento ( Unified Glare Rating , UGRL ) , l'indice di resa cromatica ( Ra ) e l'uniformità di illuminamento ( Uo ).

I lux sono infine un parametro importante anche nell'illuminazione di emergenza , necessaria a prevedere la sicurezza e l'evacuazione delle persone negli edifici e nelle manifestazioni. La norma UNI EN 1838 prevede un illuminamento medio Em sul pavimento di almeno 1 Lux per le vie di fuga e di 15 Lux per i luoghi di lavoro pericolosi , dove anche in caso di assenza di tensione si deve essere in grado di mettere in sicurezza macchine e processi produttivi.

L'illuminazione di emergenza viene di solito fornita con lampade autonome , UPS/Soccorritori e , in alcune manifestazioni , con gruppi elettrogeni o torri faro che restano sempre accesi per l'intera durata dell'evento costituendo una fonte di energia alternativa a quella principale.

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L'intensità luminosa , la candela (Cd) e le curve fotometriche

L'intensità luminosa è una grandezza illuminotecnica propria di una sorgente luminosa e si definisce come il rapporto tra il flusso luminoso dΦ emesso da una sorgente in un determinato angolo solido dΩ e l'angolo solido stesso :

I = dΦ/dΩ

Se l'intensità è costante in tutte le direzioni , essendo 4π l'angolo solido complessivo , si ha :

I = Φ/4π

Questa condizione è di solito molto rara , perché quasi tutte le sorgenti luminose hanno caratteristiche direzionali , pertanto un'utile rappresentazione della sorgente è il solido fotometrico , che è il luogo geometrico delle estremità dei vettori intensità luminosa riportati in tutte le direzioni a partire dal punto dove si trova la sorgente.

Il solido fotometrico ha uno sviluppo tridimensionale lungo tutte le direzioni dell'angolo solido 4π ed è molto utile nei software di progettazione illuminotecnica , mentre è di più difficile lettura in una prima analisi delle caratteristiche della sorgente luminosa : pertanto , soprattutto nei cataloghi dei corpi illuminanti , vengono riportate rappresentazioni bidimensionali dette curve fotometriche , che altro non sono che diagrammi polari ottenuti da una determinata sezione del solido fotometrico.

La curva fotometrica riporta , per ciascun angolo del diagramma polare , l'intensità luminosa in candele. La lettura è facilitata da cerchi concentrici graduati con i valori in candele e , individuato l'angolo desiderato , dall'intersezione tra il raggio e la curva , si ottiene il valore in candele.

La candela è , appunto , l'unità di misura dell'intensità luminosa ed è l'unica grandezza fotometrica definita con un metodo fisico , tutte le altre grandezze illuminotecniche sono , come abbiamo visto a proposito del flusso luminoso , grandezze derivate :

1 candela viene definita come l'intensità luminosa emessa da una superficie di 1/600.000 mq di corpo nero ( radiatore integrale ) in una direzione ad essa perpendicolare alla temperatura di fusione del platino.

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Cosa sono i Lumen e cos'è il flusso Luminoso.

Il flusso luminoso è una grandezza fotometrica , caratteristica di una sorgente luminosa ( nella progettazione illuminotecnica un corpo illuminante ) , e si misura in Lumen.

La definizione del Flusso Luminoso è piuttosto difficile da capire per chi non ha buone basi matematiche , perché viene definita come un integrale : 

Φ = 683 Lm/W * ∫W(λ)*V(λ)*dλ .

Vediamo di capirlo meglio :

- W(λ) è la funzione che descrive l'andamento con la lunghezza d'onda λ della potenza della sorgente luminosa , espressa in Watt su metro

- V(λ) è la curva spettrale della visibilità relativa ; in pratica si tratta di una curva che , per ogni lunghezza d'onda λ , associa un coefficiente che tenga conto delle caratteristiche medie , statisticamente definite , dell'occhio umano ( si parla a tale proposito di occhio medio internazionale ). Tale curva assume un suo massimo, pari ad 1 , in corrispondenza della lunghezza d'onda λ = 555 nm ( corrispondente a un colore giallo-verdastro ) e tende a zero sotto i 380 nm ( colore violetto ) e sopra i 780 nm ( colore rosso ) . E' noto infatti che lo spettro della luce visibile è compreso proprio tra 380 nm e 780 nm. 

L'integrale in questione , quindi , pur essendo esteso da 0 a ∞ , assume in realtà valori non nulli solo tra 380 nm e 780 nm e può quindi anche scriversi come integrale da 380nm a 780nm .

Un modo per capire meglio la formula è considerare il caso di una luce monocromatica , ovvero caratterizzata da un'unica lunghezza d'onda : la funzione W(λ) sarà quindi nulla per tutti i valori di λ ad eccezione della lunghezza d'onda del colore considerato. In particolare , considerando proprio la lunghezza d'onda λ = 555 nm in cui il coefficiente V(555nm)=1 , se la sorgente irradia un flusso di 1W , essa produrrà un flusso luminoso di 683 Lumen.

Venendo quindi alla definizione di Lumen , nel sistema metrico internazionale di misura SI , il Lumen (Lm) è definito come il flusso luminoso emesso nell'angolo solido unitario da una sorgente puntiforme avente l'intensità luminosa di 1 candela. Scopriamo quindi che il Lumen è una grandezza derivata dalla candela , come lo sono tutte le altre grandezze fotometriche. La candela è l'unica grandezza fotometrica definita con un metodo fisico.

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Illuminotecnica : occhio umano e luminanza

L'occhio umano è l'organo deputato a tradurre i raggi luminosi in impulsi nervosi per il cervello. L'immagine di un qualsiasi oggetto viene proiettata sulla retina , dove termina il nervo ottico attraverso il quale gli impulsi vengono inviati al cervello.

Nella terminazione del nervo ottico e sulla retina sono presenti i coni e bastoncelli :

- i bastoncelli sono sensibili alle basse luminanze e percepiscono l'immagine solo in bianco e nero , cioè non distinguono i colori . Si parla in questo caso di visione scotopica .

- i coni sono sensibili solo oltre una certa luminanza minima e distinguono invece colori . Si parla in questo caso di visione fotopica.

L'uomo riesce a vedere solo entro determinate soglie di luminanza . La luminanza è una grandezza illuminotecnica che si misura nel sistema metrico internazionale in Candele per metro quadro ( Cd/mq ) . Un'altra unità di misura della luminanza , non riconosciuta dal SI , è il Lambert :

1 Lambert = 0,3183 cd/cm^2

La soglia minima di luminanza visibile è detta soglia dei bastoncelli e si trova all'incirca a 10 nanoLambert  , al di sotto di tale soglia l'occhio umano non è in grado di percepire. Sopra una certa soglia , posta intorno ai 5.000 Lambert ( 5 kLambert ) l'occhio resta abbagliato e si ha la soglia del dolore , perché l'occhio è soggetto ad abbagliamento .

La soglia dei coni sotto la quale l'occhio non è in grado di percepire i colori , è posta a circa a 1 microLambert . Per avere un'idea di immagini visualizzate al di sotto della soglia dei coni , la neve in una notte coperta si colloca a circa 10^-5 milliLambert e la neve in una notte stellata a circa 10^-4 milliLambert .

Tra 10^-2 MilliLambert e 10 Lambert si ha il crepuscolo , in cui i colori non vengono percepiti in modo netto , mentre a 10 Lambert si ha la soglia del giorno e la percezione dei colori diventa buona : la zona confortevole di lettura , molto importante nella progettazione illuminotecnica per assicurare il comfort visivo , si ha tra 10 e 100 Lambert. 

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L'inverter : cos'è , a cosa serve e in quali applicazioni viene impiegato .

Se sei arrivato in questa pagina alla ricerca del significato della parola inverter , il tuo ambito di provenienza potrebbe essere talmente ampio da abbracciare quasi ogni campo dell'elettronica. Gli inverter non sono altro che dei convertitori statici DC/AC , cioè dispositivi capaci di convertire una tensione continua in una alternata : trovano applicazione in moltissimi campi della nostra vita quotidiana. Dopo aver brevemente spiegato come funziona un inverter , ne vedremo alcune applicazioni , senza la pretesa di esaurirle tutte .

Un inverter rientra nella categoria dei convertitori statici : un convertitore è un dispositivo che riceve una grandezza elettrica in ingresso e ne restituisce in uscita una con determinate caratteristiche di forma d'onda , tensione e frequenza . A seconda che la tensione in ingresso o in uscita sia continua o alternata , possiamo distinguere :

- convertitore AC/DC , detto anche raddrizzatore
- convertitore DC/AC , detto appunto Inverter
- convertitore DC/DC , detto chopper
- convertitore AC/AC

I convertitori statici vengono detti tali perché , grazie all'introduzione dei dispositivi a semiconduttore , non necessitano di parti meccaniche in movimento come succedeva i convertitori elettromeccanici ( o convertitori rotanti ) , che erano delle macchine elettriche impiegate per ottenere le stesse funzioni prima dell'avvento dei semiconduttori.

Un inverter è solitamente costituito da una elettronica di comando e da una elettronica di potenza. L'elettronica di potenza è quella che , attraverso switch a semiconduttore opportunamente comandati e collegati , permette di ottenere la forma d'onda sinusoidale o simil-sinusoidale dell'ampiezza e della frequenza desiderate. L'elettronica di comando è quella che permette di generare i segnali di commutazione degli switch per regolare i parametri della forma d'onda in uscita.

A determinare le caratteristiche dell'elettronica di potenza sono :

- il tipo di forma d'onda che si vuole ottenere . Vi sono infatti inverter a forma sinuosoidale pura , in cui la forma d'onda si discosta da una sinusoide entro uno scostamento molto limitato e inverter a forma d'onda pseudosinusoidale o "sinsusoidale modificata" , in cui la forma d'onda sinusoidale è approssimata tramite dei gradini e più prossima a un'onda quadra che a una sinusoide

- il range di frequenza ( in Hz ) e il range di potenza ( in VA o kW ) . Questi parametri determinano il tipo di semiconduttore utilizzato , in quanto ve ne sono di più adatti a lavorare a basse frequenze ed alte potenze come i Triac o Tiristori ed altri più adatti a lavorare ad alte frequenze ma potenze più basse ( Mosfet , IGBT , Transistor ) . Un componente con buone prestazioni sia in potenza che in frequenza è il GTO , che risulta infatti uno dei componenti più utilizzato nella realizzazione degli inverter.

L'elettronica di comando , invece , dipende dal grado di controllo che si vuole avere su tensione e frequenza della forma d'onda in uscita. Vi sono infatti applicazioni in cui la frequenza di uscita deve essere stabile e costante ed altre in cui tensione , e soprattutto frequenza , sono parametri di comando di motori o altre apparecchiature elettriche.

Tra le applicazioni a frequenza costante ci sono tutti gli inverter utilizzati per alimentare apparecchiature elettriche a partire da batterie o tensioni costanti , ad esempio :

- i  Gruppi di Continuità - UPS ;
- gli alimentatori da collegare alla batteria degli autoveicoli ;
- gli alimentatori delle lampade di emergenza , che a partire da batterie locali ricreano la tensione di alimentazione sinusoidale in caso di assenza della tensione di linea ;
- gli inverter fotovoltaici ( i moduli fotovoltaici producono infatti tensione continua ) .

Gli inverter che invece agiscono variando la frequenza sono tutto il "mondo" degli azionamenti  e in particolare :

- automazione industriale , in cui trovano una grandissima applicazione e un livello di sviluppo sempre più accurato : si pensi , a proposito della complessità della logica di comando , che è sempre più frequente trovare inverter che abbiano a bordo integrato un controllore PID , cioè a regolazione proporzionale , integrale e derivativa rispetto allo scostamento dal valore dell'uscita da controllare
- comando dei motori elettrici ; anche laddove i motori elettrici non facciano parte di sistemi di automazione in cui la velocità vada controllata per gestire spostamenti e posizioni , l'uso dell'inverter è comunque molto utile nelle fasi di transitorio , perché riducono notevolmente gli spunti di avvio delle macchine ( fase di avviamento e di frenatura ).

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I perché della larga diffusione dei regolatori PID

I regolatori PID sono tra i primi algoritmi di controllo introdotti nell'automazione di processo eppure , nonostante i grandi progressi tecnologico , continuano ad avere un grande successo commerciale ed una grande diffusione.

Quali sono i motivi di questo successo e di questa longevità ? Vediamone alcuni :

1) Sono semplici da utilizzare e da configurare , perché nella forma base è necessario configurare solo tre parametri

2) L'algoritmo si può implementare con componenti meccanici , idraulici , pneumatici ed ovviamente elettronici , sia analogici a tempo continuo che digitali a tempo discreto. 

3) Nonostante la semplicità , sono comunque efficace nel controllo di molti processi industriali che non chiedono elevate prestazioni ( termoregolazione , chimica , industria alimentare , ecc )

4) Non necessitano della conoscenza del modello del processo da controllare , che è invece importante nella sintesi di algoritmi di controllo più complessi

5) Analogamente al punto 4 , le migliori prestazioni dei sistemi di controllo più complessi sono spesso vanificate dall'impiego di sensori e trasduttori non sufficientemente precisi , rumore , non linearità ed usura degli attuatori

6) L'elevata diffusione ha portato a :

6A) abbassamento dei prezzi , con relativo innalzamento del rapporto qualità/prezzo

6B) possibilità di trovarli già integrati a bordo di altri componenti di automazione quali Inverter , PLC , termoregolatori , già pronti per essere montati su guida DIN e quadri 

6C) larga conoscenza dell'algoritmo e delle tecniche di taratura , che ne permette la configurazione anche da parte di tecnici con medie conoscenze di informatica ed elettronica

7) possibilità , nonostante la semplicità , di realizzare anche sistemi di controllo più complessi integrando i blocchi PID in configurazioni più complesse : PID a parametri variabili , controllo adattativo , controllo predittivo , controllo in cascata , ecc

Gli inverter e gli azionamenti dispongono sempre più spesso di algoritmi PID fra le loro funzioni
Gli inverter e gli azionamenti elettrici per motori dispongono sempre più spesso di algoritmi PID fra le loro funzioni
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