Laboratorio di Macchine ed Azionamenti Elettrici
Personale
Federico Attilio Caricchi
Professore ordinario
Ruolo: Responsabile scientifico
email: federico.caricchi@uniroma1.it
tel: 0644585503
https://gomppublic.uniroma1.it/Docenti/Render.aspx?UID=b5caeed9-1ed7-448...
Descrizione del laboratorio
- sistemi elettrici di propulsione per veicoli sia ibridi, sia totalmente elettrici;
- sistemi integrati di generazione da fonti rinnovabili di energia;
- tipologie innovative di convertitori statici di potenza con componenti elettronici di nuova generazione;
- tecniche innovative di controllo a microprocessore per azionamenti elettrici.
Il laboratorio, che occupa un'area di circa 200 mq, è dotato di macchinario per lavorazioni meccaniche e di attrezzature e strumentazioni scientifiche idonee alla costruzione e alle prove di prototipi di macchine elettriche e di convertitori statici di potenza che sono sviluppati nell'ambito di diversi progetti di ricerca finanziati da enti pubblici o da privati. Di seguito sono evidenziate alcune delle tematiche di ricerca sviluppate o attualmente in corso.
- Macchine a magneti permanenti di struttura innovativa.
Le attività di ricerca in questo settore sono finalizzate alla progettazione e alla sperimentazione di prototipi di motori e di generatori caratterizzati da una tipologia costruttiva detta "a flusso assiale" o "a disco". In particolare, è stato approfondito lo studio di macchine la cui struttura di base è costituita da due dischi rotorici a magneti permanenti tra i quali è posto uno statore toroidale (quest'ultimo realizzato disponendo un avvolgimento trifase a bobine concentrate su un nucleo ferromagnetico avvolto a nastro e senza cave), come schematicamente mostrato in Fig. 1.
Sebbene idonea all'impiego in molte delle applicazioni elettromeccaniche, la disposizione costruttiva mostrata in Fig. 1 è particolarmente adatta per la realizzazione di macchine elettriche multipolari (e quindi caratterizzate da elevata coppia e basso numero di giri) destinate al funzionamento da motore o da generatore. Oltre a ciò, soprattutto per quelle applicazioni in cui siano imposti vincoli sul diametro esterno della macchina, la struttura di Fig. 1 costituisce il modulo di base con cui possono essere realizzate macchine elettriche multistadio, nelle quali la coppia di dimensionamento richiesta è ottenuta da due o più stadi disposti assialmente su uno stesso albero di rotazione: tale disposizione conduce a significativi benefici sul costo di produzione della macchina grazie alla possibilità di soddisfare un'ampia fascia di potenze di dimensionamento attraverso un processo di costruzione "modulare", e quindi standardizzato.
| Fig.1: Struttura di una macchina a magneti permanenti a flusso assiale |
Nell'ambito delle attività di ricerca rivolte allo studio delle macchine a flusso assiale sono stati realizzati numerosi prototipi destinati a diverse applicazioniTali prototipi hanno fornito verifiche sperimentali delle metodologie di progetto e hanno portato al deposito di brevetti riguardanti diverse soluzioni costruttive originali che sono state concepite nell'ambito della ricerca. Tra queste, particolarmente significative sono:
- una disposizione dell’avvolgimento statorico della macchina che consente il raffreddamento diretto ad acqua , cosi' da ottenere, oltre a prestazioni specifiche piu' elevate, una capacita' di sovraccarico dell'ordine del 100% per diversi minuti, come spesso richiesto nelle applicazioni della propulsione elettrica di veicoli;
- una disposizione dell'avvolgimento statorico della macchina che consente di realizzare macchine a magneti permanenti a flusso assiale aventi due rotori controrotanti , le quali consentono vantaggiose soluzioni per i sistemi di propulsione navale;
- una struttura di macchina con statore a settori rimovibili per applicazioni multimegawatt nella generazione eolica o nella propulsione navale;
- un azionamento, per la propulsione elettrica di veicoli a tre o a quattro ruote, che impiega un unico motore a flusso assiale con rotori a gabbia alimentato da inverter : i due rotori a gabbia sono tra loro meccanicamente indipendenti e il comportamento elettromagnetico della macchina e' tale da ottenere sulle due ruote l'effetto "differenziale" necessario alla propulsione del veicolo in curva.
- Oltre che per le applicazioni specifiche sopra evidenziate, le attività di ricerca si sono orientate anche verso la progettazione e la costruzione di motori a flusso assiale, monofase o trifase, per applicazioni di largo impiego in ambito civile o industriale, quali azionamenti di pompe, argani per ascensori senza riduttore di velocità , gruppi elettrogeni trasportabili.
- Azionamenti per la propulsione elettrica di veicoli stradali
Le attivita' di ricerca sono finalizzate alla progettazione e alla sperimentazione di prototipi di azionamenti che permettono di migliorare le caratteristiche del sistema di propulsione di veicoli elettrici in termini di architettura, rendimento, peso complessivo, prestazioni, ecc. In particolare, sono oggetto di studio propulsori elettrici basati sull'impiego di azionamenti con motori a magneti permanenti a flusso assiale i quali sono integrati nel cerchio della ruota.
La struttura complessiva del sistema di propulsione del veicolo è quindi determinata dal numero di ruote da motorizzare, essendo pertanto utilizzato un singolo azionamento per la motorizzazione di veicoli a due o a tre ruote, mentre per i veicoli a quattro ruote sono impiegate una o due coppie di azionamenti gemelli.
L'alimentazione da batteria del motore di trazione è realizzata mediante una interfaccia elettronica di potenza di tipo bidirezionale, per la cui realizzazione sono state sperimentate diverse configurazioni, convenzionali o innovative, le quali permettono il controllo della frenatura elettrica del veicolo con recupero di energia in batteria e/o in banchi di supercondensatori; inoltre, a veicolo fermo, lo stesso convertitore di potenza impiegato per la trazione può essere utilizzato, previa la semplice manovra di un commutatore, per attuare la ricarica della batteria dalla rete di distribuzione.
3. Sistemi di generazione da fonti rinnovabili.
Le attività di ricerca sono dedicate all'analisi, alla progettazione e alla sperimentazione di sistemi di generazione da fonti rinnovabili, i quali possono essere connessi direttamente alla rete distribuzione o essere destinati all'alimentazione di carichi isolati. Sono oggetto di studio soluzioni che consentono di migliorare le caratteristiche di tali sistemi in termini di rendimento, costo, affidabilita', continuita' di alimentazione, ecc..
Per lo sviluppo di prototipi da sperimentare in campo sono considerati sia generatori a disco direttamente accoppiati alla turbina eolica , sia topologie innovative di convertitori di potenza atte alla realizzazione di sistemi di generazione integrata (e.g.,eolico-fotovoltaica, diesel-eolico, ecc.) ad alto rendimento di conversione.
| Banco freno da 150 kW, 1000 Nm, vel. max 3000 rpm. |  |
| Banco freno da 60 kW, 200 Nm, vel. max 7000 rpm. |  |
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