139 resultados para Energy Harvesting, Convertitori di potenza, Maximum Power Point Tracking, Applicazioni low power
Resumo:
In questa tesi viene trattata la trasformata di Fourier per funzioni sommabili, con particolare riguardo per il cosiddetto teorema di inversione, che permette il calcolo di sofisticati integrali reali. Viene inoltre fornito un capitolo di premesse di analisi complessa, utili al calcolo esplicito di trasformate di Fourier.
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In questo lavoro viene presentato un modello matematico per l'aggregazione e la diffusione della beta-amiloide nel cervello umano affetto dalla malattia di Alzheimer, con la particolarit di considerare coefficienti di diffusione variabili e non costanti. Il modello basato sull'equazione di Smoluchowski discreta per l'aggregazione, modificata in modo opportuno per considerare anche il fenomeno di diffusione.
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Negli ultimi anni il tema del risparmio energetico nei sistemi elettronici ha suscitato sempre maggiore interesse, poich grazie allo sviluppo tecnologico stato possibile creare dispositivi in grado di operare a bassa potenza. Sempre pi applicazioni elettroniche richiedono di funzionare tramite fonti di energia limitata, come per esempio le batterie, con unautonomia in alcuni casi anche di 15-20 anni, questo il motivo per il quale diventato fondamentale riuscire a progettare sistemi elettronici in grado di gestire in modo intelligente lenergia a disposizione. Lutilizzo di batterie per spesso richiede costi aggiuntivi, come per esempio il semplice cambio, che in alcune situazioni potrebbe essere difficoltoso poich il sistema elettronico si potrebbe trovare in luoghi difficilmente raggiungibili dalluomo; ecco perch negli ultimi anni il tema della raccolta di energia o anche chiamato Energy Harvesting, sta suscitando sempre pi interesse. Con lEnergy Harvesting si possono catturare ed accumulare per poi riutilizzare, piccole quantit di energia presenti nellambiente. Attraverso sistemi di Energy Harvesting quindi diventato possibile trasformare energia cinetica, differenze di temperatura, effetto piezoelettrico, energia solare ecc.. in energia elettrica che pu essere utilizzata per alimentare semplici applicazioni elettroniche, nel caso di questa tesi un nodo sensore wireless. I vantaggi dei sistemi di Energy Harvesting rispetto a sistemi alimentati a batteria sono i seguenti: - Costi di manutenzione ridotti; - Fonte di energia idealmente inesauribile e con un impatto ambientale negativo nullo. La potenza fornita da sistemi di Energy Harvesting si aggira intorno a qualche centinaia di uW, perci chiaro che il sistema da alimentare deve essere ottimizzato il pi possibile dal punto di vista energetico, per questo motivo il progettista si deve impegnare per evitare qualsiasi spreco energetico e dovr utilizzare dispositivi che permettono una gestione intelligente dellenergia a disposizione, al fine di ottenere la migliore efficienza possibile.
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In the early 1970 the community has started to realize that have as a main principle the industry one, with the oblivion of the people and health conditions and of the world in general, it could not be a guideline principle. The sea, as an energy source, has the characteristic of offering different types of exploitation, in this project the focus is on the wave energy. Over the last 15 years the Countries interested in the renewable energies grew. Therefore many devices have came out, first in the world of research, then in the commercial one; these converters are able to achieve an energy transformation into electrical energy. The purpose of this work is to analyze the efficiency of a new wave energy converter, called WavePiston, with the aim of determine the feasibility of its actual application in different wave conditions: from the energy sea state of the North Sea, to the more quiet of the Mediterranean Sea. The evaluation of the WavePiston is based on the experimental investigation conducted at the University of Aalborg, in Denmark; and on a numerical modelling of the device in question, to ascertain its efficiency regardless the laboratory results. The numerical model is able to predict the laboratory condition, but it is not yet a model which can be used for any installation, in fact no mooring or economical aspect are included yet. dai primi anni del 1970 che si iniziato a capire che il solo principio dellindustria con lincuranza delle condizioni salutari delle persone e del mondo in generale non poteva essere un principio guida. Il mare, come fonte energetica, ha la caratteristica di offrire diverse tipologie di sfruttamento, in questo progetto stata analizzata lenergia da onda. Negli ultimi 15 anni sono stati sempre pi in aumento i Paesi interessati in questo ambito e di conseguenza, si sono affacciati, prima nel mondo della ricerca, poi in quello commerciale, sempre pi dispositivi atti a realizzare questa trasformazione energetica. Di tali convertitori di energia ondosa ne esistono diverse classificazioni. Scopo di tale lavoro analizzare lefficienza di un nuovo convertitore di energia ondosa, chiamato WavePiston, al fine si stabilire la fattibilit di una sua reale applicazione in diverse condizioni ondose: dalle pi energetiche del Mare del Nord, alle pi quiete del Mar Mediterraneo. La valutazione sul WavePiston basata sullo studio sperimentale condotto nellUniversit di Aalborg, in Danimarca; e su di una modellazione numerica del dispositivo stesso, al fine di conoscerne lefficienza a prescindere dalla possibilit di avere risultati di laboratorio. Il modello numerico in grado di predirre le condizioni di laboratorio, ma non considera ancora elementi come gli ancoraggi o valutazione dei costi.
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Levoluzione dei componenti elettronici di potenza ed il conseguente sviluppo dei convertitori statici dellenergia elettrica hanno consentito di ottenere unelevata efficienza energetica, sia nellambito degli azionamenti elettrici, sia nellambito della trasmissione e distribuzione dellenergia elettrica. Lefficienza energetica una questione molto importante nellattuale contesto storico, in quanto si sta facendo fronte ad una elevatissima richiesta di energia, sfruttando prevalentemente fonti di energia non rinnovabili. Lintroduzione dei convertitori statici ha reso possibile un notevolissimo incremento dello sfruttamento delle fonti di energia rinnovabili: si pensi ad esempio agli inverter per impianti fotovoltaici o ai convertitori back to back per applicazioni eoliche. Allaumentare della potenza di un convertitore aumenta la sua tensione di esercizio: le limitazioni della tensione sopportabile dagli IGBT, che sono i componenti elettronici di potenza di pi largo impiego nei convertitori statici, rendono necessarie modifiche strutturali per i convertitori nei casi in cui la tensione superi determinati valori. Tipicamente in media ed alta tensione si impiegano strutture multilivello. Esistono pi tipi di configurazioni multilivello: nel presente lavoro stato fatto un confronto tra le varie strutture esistenti e sono state valutate le possibilit offerte dallarchitettura innovativa Modular Multilevel Converter, nota come MMC. Attualmente le strutture pi diffuse sono la Diode Clamped e la Cascaded. La prima non modulare, in quanto richiede unapposita progettazione in relazione al numero di livelli di tensione. La seconda modulare, ma richiede alimentazioni separate e indipendenti per ogni modulo. La struttura MMC modulare e necessita di ununica alimentazione per il bus DC, ma la presenza dei condensatori richiede particolare attenzione in fase di progettazione della tecnica di controllo, analogamente al caso del Diode Clamped. Un esempio di possibile utilizzo del convertitore MMC riguarda le trasmissioni HVDC, alle quali si sta dedicando un crescente interesse negli ultimi anni.
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In questa tesi vengono analizzati alcuni schemi circuitali di convertitori di micro potenze da generatori termoelettrici sottoposti a gradienti di temperatura limitati. I circuiti, basati su oscillatori step-up in grado di innescarsi con tensioni di alimentazione estremamente basse, sono stati analizzati dal punto di vista teorico e mediante successive simulazioni circuitali. Le potenze ottenibili con gradienti di temperatura inferiori a 10K risultano tipicamente comprese tra qualche uW e qualche decina di uW, con efficienze fino a circa il 40%.
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Questo lavoro si occupato della ricerca e progettazione di un'antenna UWB per la realizzazione di un tag RFID e si colloca all'interno del progetto GRETA (GREen TAgs), finanziato dal MIUR. Le principali caratteristiche richieste al green tag sono: dimensioni complessive di massimo 4-5 cm, assenza di batterie e compatibilit con l'ambiente. L'eco-compatibilit viene garantita tramite la realizzazione dell'antenna al di sopra di un substrato di carta; i limiti derivanti dall'assenza di batterie vengono invece sopperiti tramite realizzazione di energy harvesting, al fine di raggiungere una completa autonomia energetica. Viene sfruttata la tecnica UWB per la comunicazione nella banda (3.1-4.8 GHz); l'energy harvesting si effettua invece a 868 MHz. Sono infine stati ricavati alcuni primi risultati relativi alla potenza rettificabile con la soluzione proposta, tramite realizzazione di un opportuno circuito rettificatore.
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La presente dissertazione investiga la possibilit di ottimizzare luso di energia a bordo di una nave per trasporto di prodotti chimici e petrolchimici. Il software sviluppato per questo studio pu essere adattato a qualsiasi tipo di nave. Tale foglio di calcolo fornisce la metodologia per stimare vantaggi e miglioramenti energetici, con accuratezza direttamente proporzionale ai dati disponibili sulla configurazione del sistema energetico e sui dispositivi installati a bordo. Lo studio si basa su differenti fasi che permettono la semplificazione del lavoro; nellintroduzione sono indicati i dati necessari per svolgere unaccurata analisi ed presentata la metodologia adottata. Inizialmente fornita una spiegazione sul layout dellimpianto, sulle sue caratteristiche e sui principali dispositivi installati a bordo. Vengono dunque trattati separatamente i principali carichi, meccanico, elettrico e termico. In seguito si procede con una selezione delle principali fasi operative della nave: seguito tale approccio in modo da comprendere meglio la ripartizione della richiesta di potenza a bordo della nave e il suo sfruttamento. Successivamente svolto un controllo sul dimensionamento del sistema elettrico: ci aiuta a comprendere se la potenza stimata dai progettisti sia assimilabile a quella effettivamente richiesta sulla nave. Si ottengono in seguito curve di carico meccanico, elettrico e termico in funzione del tempo per tutte le fasi operative considerate: tramite luso del software Visual Basic Application (VBA) vengono creati i profili di carico che possono essere gestiti nella successiva fase di ottimizzazione. Lottimizzazione rappresenta il cuore di questo studio; i profili di potenza ottenuti dalla precedente fase sono gestiti in modo da conseguire un sistema che sia in grado di fornire potenza alla nave nel miglior modo possibile da un punto di vista energetico. Il sistema energetico della nave modellato e ottimizzato mantenendo lo status quo dei dispositivi di bordo, per i quali sono considerate le configurazioni di Load following, two shifts e minimal. Una successiva investigazione riguarda linstallazione a bordo di un sistema di accumulo di energia termica, cos da migliorare lo sfruttamento dellenergia disponibile. Infine, nella conclusione, sono messi a confronto i reali consumi della nave con i risultati ottenuti con e senza lintroduzione del sistema di accumulo termico. Attraverso la configurazione minimal possibile risparmiare circa l1,49% dellenergia totale consumata durante un anno di attivit; tale risparmio completamente gratuito poich pu essere raggiunto seguendo alcune semplici regole nella gestione dellenergia a bordo. Lintroduzione di un sistema di accumulo termico incrementa il risparmio totale fino al 4,67% con un serbatoio in grado di accumulare 110000 kWh di energia termica; tuttavia, in questo caso, necessario sostenere il costo di installazione del serbatoio. Vengono quindi dibattuti aspetti economici e ambientali in modo da spiegare e rendere chiari i vantaggi che si possono ottenere con lapplicazione di questo studio, in termini di denaro e riduzione di emissioni in atmosfera.
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La tecnologia odierna, orientata sempre di pi verso il low-power, ha permesso di poter sviluppare sistemi elettronici in grado di autoalimentarsi senza alcun bisogno di sorgenti di energia tradizionali. Questo possibile, ad esempio, utilizzando trasduttori piezoelettrici, in grado di trasformare lenergia meccanica, provocata ad esempio da una vibrazione, in unaltra forma di energia che, in tal caso, risulta essere una grandezza elettrica. Il settore principale in cui viene impiegato questo componente quello dellEnergy Harvesting, ovvero un campo dellelettronica in cui si cerca di estrarre dall'ambiente circostante bassissime quantit di energia mediante tecniche opportune, cercando di ridurre i consumi dei circuiti di controllo annessi e renderli, in maggior parte, il pi possibile autosufficienti. Lobiettivo quello di implementare alcune tecniche di recupero dellenergia mediante circuiti gestiti a microcontrollore e valutare se tali metodiche portino a risultati accettabili in grado di soddisfare quelli che sono i requisiti che il mondo dellEnergy Harvesting richiede.
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In questo elaborato si riporta la caratterizzazione energetica di un sistema a microcontrollore basato su tecnologia FRAM. Sono state analizzate le innovazioni e i vantaggi portati dall'introduzione della memoria FRAM, le migliori configurazioni di funzionamento del microcontrollore studiato al fine di raggiungere consumi energetici di sistema il pi basso possibile.
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Il presente lavoro di Tesi stato incentrato sul dimensionamento di un sistema wireless epidermico abile a monitorare parametri fisiologici. La fase iniziale del lavoro stata spesa per indagare le varie tipologie di sorgenti utili ad effettuare Energy Harvesting in contesti applicativi biomedicali, ed analizzare lo stato dellarte in merito ai sistemi miniaturizzati, passivi, interfacciabili alla superficie corporea, configurabili nel settore di ricerca e-skin. Il corpo centrale del lavoro stato quello di dimensionare un nuovo sistema wireless epidermico, energeticamente autonomo. Tale sistema stato strutturato in tre catene costitutive. La prima di queste definita di Energy Harvesting e storage, presenta una cella solare, un boost converter charger per il management della potenza ed una thin film battery come elemento di storage. La seconda catena configurabile come quella di ricezione, in cui lelemento cruciale una Wake-Up Radio (WUR), la cui funzione quella di abilitare il sistema di misura costituito da Microcontroller e sensore solo quando un Reader comunicher la corretta sequenza di bit abilitanti alla lettura. La presente scelta ha mostrato vantaggi in termini di ridotti consumi. La terza ed ultima catena del sistema per mezzo di Microcontrollore e Transceiver consentir di trasmettere via RF il dato letto al Reader. Una interfaccia grafica utente implementata in Matlab stata ideata per la gestione dei dati. La sezione ultima della Tesi stata impostata analizzando i possibili sviluppi futuri da seguire, in particolare integrare il sistema completo utilizzando un substrato flessibile cos come il Kapton e dotare il sistema di sensoristica per misure biomediche specialistiche per esempio la misura del SpO2.
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Nellambito delle telecomunicazioni risulta di notevole rilievo la tecnologia ad onde convogliate, definita Power-Line Communication (PLC), che permette la trasmissione di dati sfruttando la rete elettrica come mezzo di trasmissione. Essa rappresenta una delle tecnologie promettenti per quanto concerne la fornitura di servizi come laccesso ad Internet, alla rete telefonica e al telecontrollo di apparecchi sempre pi sofisticati. Al fine di rendere possibile sia la trasmissione di potenza (alla frequenza di 50 Hz per lItalia) che di altri segnali dati (su bande a frequenza maggiore) saranno necessarie tecniche di modulazione avanzata, che per non rappresentano un argomento trattato a fondo in questa tesi. Lo sviluppo tecnologico degli ultimi anni ha permesso una notevole diffusione delle PLC soprattutto in applicazioni domestiche, grazie ai prezzi molto contenuti in parallelo alle ottime prestazioni, soprattutto nellautomazione. Obbiettivo dellelaborato risulta la rilevazione della risposta impulsiva in ambienti Power-Line di tipo Narrowband (a banda stretta), immettendo in rete sequenze di tipo casuale o pseudo-casuale, queste ultime definite Pseudo-Noise (PN); esse infatti hanno particolari propriet che renderanno possibile il raggiungimento dello scopo prefissato. Lo strumento fondamentale per le misurazioni sul campo effettuate risulta lAnalog Discovery (Digilent ne il produttore), utilizzato non solo come generatore di forme donda in ingresso ma anche come oscilloscopio per lanalisi del segnale ricevuto.
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Fino ad un recente passato, le macchine elettriche di tipo trifase costituivano lunica soluzione in ambito industriale per la realizzazione di azionamenti di grande potenza. Da quando i motori sono gestiti da convertitori elettronici di potenza si ottenuto un notevole passo in avanti verso linnovazione tecnologica. Infatti, negli ultimi decenni, le tecnologie sempre pi allavanguardia e laumento dellutilizzo dellelettronica, sia in campo civile quanto in quello industriale, hanno contribuito a una riduzione dei costi dei relativi componenti; questa situazione ha permesso di utilizzare tecnologie elaborate che in passato avevano costi elevati e quindi risultavano di scarso interesse commerciale. Nel campo delle macchine elettriche tutto questo ha permesso non solo la realizzazione di azionamenti alimentati e controllati tramite inverter, in grado di garantire prestazioni nettamente migliori di quelle ottenute con i precedenti sistemi di controllo, ma anche lavvento di una nuova tipologia di macchine con un numero di fasi diverso da quello tradizionale trifase, usualmente impiegato nella generazione e distribuzione dellenergia elettrica. Questo fatto ha destato crescente interesse per lo studio di macchine elettriche multifase. Il campo di studio delle macchine multifase un settore relativamente nuovo ed in grande fermento, ma gi possibile affermare che le suddette macchine sono in grado di fornire prestazioni migliori di quelle trifase. Un motore con un numero di fasi maggiore di tre presenta numerosi vantaggi: 1. la possibilit di poter dividere la potenza su pi fasi, riducendo la taglia in corrente degli interruttori statici dellinverter; 2. la maggiore affidabilit in caso di guasto di una fase; 3. la possibilit di sfruttare le armoniche di campo magnetico al traferro per ottenere migliori prestazioni in termini di coppia elettromagnetica sviluppata (riduzione dellampiezza e incremento della frequenza della pulsazione di coppia); 4. lopportunit di creare azionamenti elettrici multi-motore, collegando pi macchine in serie e comandandole con un unico convertitore di potenza; 5. Maggiori e pi efficaci possibilit di utilizzo nelle applicazioni Sensorless. Il presente lavoro di tesi, ha come oggetto lo studio e limplementazione di una innovativa tecnica di controllo di tipo sensorless, da applicare in azionamenti ad orientamento di campo per macchine asincrone eptafase. Nel primo capitolo vengono illustrate le caratteristiche e le equazioni rappresentanti il modello della macchina asincrona eptafase. Nel secondo capitolo si mostrano il banco di prova e le caratteristiche dei vari componenti. Nel terzo capitolo sono rappresentate le tecniche di modulazione applicabili per macchine multifase. Nel quarto capitolo vengono illustrati il modello del sistema implementato in ambiente Simulink ed i risultati delle simulazioni eseguite. Nel quinto capitolo viene presentato il Code Composer Studio, il programma necessario al funzionamento del DSP. Nel sesto capitolo, sono presentati e commentati i risultati delle prove sperimentali.
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Lintroduzione massiccia dellelettronica di potenza nel campo degli azionamenti elettrici negli ultimi decenni ha sostanzialmente rivoluzionato la tipologia di alimentazione dei motori elettrici. Da un lato ci ha migliorato la qualit del controllo della velocit, ma dallaltro ha aggravato le sollecitazioni che gli isolanti delle macchine devono sopportare. Si infatti passati da tecniche di controllo tradizionali, che consistevano nellalimentare i motori in alternata direttamente con la rete sinusoidale a 50 Hz (o a 60 Hz), ad alimentazioni indirette, cio realizzate interponendo tra la rete e la macchina un convertitore elettronico (inverter). Tali dispositivi operano una conversione di tipo ac/dc e dc/ac che permette, come nella modulazione Pulse Width Modulation (PWM), di poter variare la frequenza di alimentazione della macchina, generando una sequenza di impulsi di larghezza variabile. Si quindi passati dalle tradizionali alimentazioni con forme donda alternate sinusoidali a forme di tensione impulsive e ad elevata frequenza, cio caratterizzate da rapidi fronti di salita e di discesa (dellordine di qualche kV/s). La natura impulsiva di queste forme donda ha aggravato la sollecitazione elettrica a cui sono sottoposti i materiali impiegati per lisolamento dei conduttori degli avvolgimenti delle macchine. E importante notare che lutilizzo dei dispositivi elettronici, che ormai si trovano sparsi nelle reti di bassa tensione, assorbono correnti ad elevato contenuto armonico sul lato di prelievo, hanno quindi un effetto distorcente che altera landamento sinusoidale della rete stessa. Quindi, senza opportuni filtri, anche tutte le altre utenze connesse nelle vicinanze, dimensionate per alimentazioni sinusoidali di tipo tradizionale, possono risentire di queste distorsioni armoniche. Per tutti questi motivi sorta la necessit di verificare ladeguatezza dei tradizionali isolamenti ad essere in grado di sopportare le sollecitazioni che derivano dallutilizzo di convertitori elettronici. In particolare, per i motori elettrici tale interrogativo stato posto in seguito al verificarsi di un elevato numero di guasti inaspettati (precoci), probabilmente imputabile alla diversa sollecitazione elettrica applicata ai materiali. In questa tesi ci si occupati della progettazione di un inverter di media tensione, che verr impiegato per eseguire prove sugli avvolgimenti di statore di motori (formette), al fine di condurre successivamente uno studio sullinvecchiamento dei materiali che compongono gli isolamenti. Tale inverter in grado di generare sequenze di impulsi con modulazione PWM. I parametri caratteristici delle sequenze possono essere modificati in modo da studiare i meccanismi di degradazione in funzione della tipologia delle sollecitazioni applicate. Avendo a che fare con provini di natura capacitiva, il cui isolamento pu cedere durante la prova, il sistema deve essere intrinsecamente protetto nei confronti di tutte le condizioni anomale e di pericolo. In particolare deve essere in grado di offrire rapide ed efficaci protezioni per proteggere limpianto stesso e per salvaguardare la sicurezza degli operatori, dato lelevato livello delle tensioni in gioco. Per questo motivo stata pensata unarchitettura di sistema ad hoc, in grado di fronteggiare le situazioni anomale in modo ridondante. E infatti stato previsto linserimento di un sistema di controllo basato sul CompactRIO, sul quale stato implementato un software in grado di monitorare le grandezze caratteristiche del sistema e le protezioni che affiancheranno quelle hardware, realizzate con dispositivi elettronici. I dispositivi elettronici di protezione e di interfacciamento sono stati studiati, implementati e simulati con PSpice, per poi essere successivamente dimensionati e realizzati su schede elettroniche, avvalendosi del software OrCAD. La tesi strutturata come segue: - Il primo capitolo tratta, in maniera generale, i motori asincroni trifase, gli inverter e linvecchiamento dei sistemi isolanti, con particolare interesse alle sollecitazioni meccaniche, termiche ed elettriche nel caso di sollecitazioni impulsive; - Il secondo capitolo riguarda il sistema realizzato nel suo complesso. Inizialmente verr descritto lo schema elettrico generale, per poi analizzare pi nello specifico le varie parti di cui il sistema composto, come linverter di media tensione, il generatore di media tensione, la scheda di disaccoppiamento ottico, la scheda di controllo del generatore di media tensione, la scheda OCP; - Il terzo capitolo descrive le lavorazioni meccaniche eseguite sulle scatole contenti i rami di inverter, la realizzazione delle fibre ottiche e riporta le fasi di collaudo dellintero sistema. Infine, verranno tratte le conclusioni.