Sistema automatico per la localizzazione dei guasti della trazione elettrica lungo le linee ferroviarie in corrente continua

Sistema automatico, per migliorare la procedura di localizzazione dei guasti nelle linee ferroviarie in corrente continua con l'obiettivo di contenere i tempi di intervento e limitare i disagi nella circolazione dei treni.

Collaudo funzionale di un inverter trifase per trazione elettrica stradale

Lo scopo della tesi è collaudare un inverter trifase per trazione elettrica stradale al fine di determinarne le specifiche nominali e di massima. Il lavoro è stato organizzato procedendo inizialmente con l’individuazione delle parti principali che concorrono alla formazione del convertitore, studiandone il principio di funzionamento e i diversi valori di tensione e di corrente che ne caratterizzano le prestazioni. Successivamente si è passati al collaudo della parte di potenza del convertitore con l’obiettivo di determinarne le prestazioni in relazione alla massima temperatura consentita di funzionamento. Questo tipo di prova ha richiesto l’individuazione di una sorgente di alimentazione dell’inverter in grado di fornire i picchi di potenza necessari durante la fase di sovraccarico (si tratta di diversi kW per alcune decine di secondi) e contemporaneamente di un carico trifase in grado di assorbire queste potenze senza danneggiarsi. E’ molto importante tenere presente che la prova per la determinazione delle prestazioni nominali dell’inverter, richiede una durata di diverse decine di minuti cioè fin tanto che l’inverter non ha raggiunto l’equilibrio termico e quindi la temperatura non varia apprezzabilmente nel tempo. Allo scopo si è impiegata come sorgente di alimentazione un pacco di batterie Litio-Ioni costituito da 32 celle da 160Ah collegate in serie per una tensione nominale di 105V, mentre come carico si è utilizzato un motore asincrono trifase collegato direttamente in uscita dell’inverter.

Analisi critica del People Mover di Bologna: dallo studio della domanda alle analisi swot.

Lo scopo della tesi è analizzare gli aspetti principali del progetto People Mover di Bologna, toccando gli aspetti costruttivi, ambientali e trasportistici, esaminando lo studio della domanda di trasporto e svolgendo infine un analisi swot dei punti di forza o debolezza. Il People Mover di Bologna è un sistema innovativo di trasporto pubblico che collegherà in 7 minuti la stazione ferroviaria all’aeroporto Marconi, effettuando una sola fermata intermedia presso il Lazzaretto, un’area destinata ad ospitare un nuovo insediamento abitativo nonché nuovi spazi per l’Università di Bologna. Il People Mover è un sistema di trasporto pubblico che offre: certezza sui tempi di percorrenza, mobilità silenziosa, zero emissioni (trazione elettrica), sicurezza di esercizio, costi ridotti rispetto ad una metropolitana. Dopo aver valutato in sede di analisi swot, i pro e contro di tale opera è giusto fare un confronto tra il People Mover e il Servizio Ferroviario Metropolitano. In passato il confronto fra i sostenitori del People mover e del Sistema ferroviario metropolitano è stato in parte ideologico, in parte politico e solo limitatamente tecnico. La tesi analizza le differenze tecniche dei due sistemi di trasporto. Voler far convivere sulla stessa infrastruttura due utenze molto diverse (quella aeroportuale e quella pendolare) è difficile e porterebbe alla non soddisfazione di entrambe. Se l’utenza aeroportuale chiede rapidità e spazio per i bagagli, i pendolari chiedono maggiori posti a sedere e maggiore intensità del servizio. In conclusione lo scopo di questa tesi non è porre dei dubbi sul progetto dell’opera stessa, peraltro già in fase di cantierizzazione, ma fornire un analisi più completa sul progetto.

Studio di un azionamento brushless di tipo predittivo per la trazione in un veicolo elettrico ibrido

Nel campo dell’automotive, negli ultimi anni, gli sviluppi sono stati consistenti: infatti sono state introdotte sul mercato molte novità, tra le quali vetture con propulsione elettrica o ibrida. Il controllo del motore termico durante il moto è studiato da moltissimi anni, mentre il controllo di un motore elettrico è tuttora in fase di continua ricerca e sviluppo. Infatti, con l’introduzione di tecniche vettoriali, si sono ottenuti notevoli miglioramenti a livello di qualità di utilizzo del motore elettrico stesso. In particolare, l’introduzione di un nuovo metodo di controllo che prende il nome di “controllo predittivo” cerca di ottimizzare ulteriormente la propulsione elettrica. Oggetto di studio in questa tesi è il controllo predittivo implementato per la regolazione delle correnti di statore in un motore brushless. Dopo una presentazione di carattere generale, che spazia dalle tipologie di vetture elettriche alle batterie utilizzate a bordo, passando dai vari tipi di propulsori elettrici verosimilmente utilizzabili, viene descritto, a livello teorico, il sistema utilizzato nelle simulazioni in questa tesi, prestando particolare attenzione alla macchina sincrona brushless a magneti permanenti ed al suo controllo vettoriale oltre che alla tecnica per un corretto deflussaggio. Successivamente sono descritti il controllo predittivo di corrente utilizzato nelle simulazioni, con un occhio di riguardo alla compensazione del ritardo di calcolo necessario per ottimizzare ulteriormente il controllo del motore di trazione elettrico, e la modellizzazione del veicolo elettrico ibrido in ambiente Simulink di Matlab, rimandando alle Appendici A e B per la eventuale consultazione dei codici implementati. Infine sono presentati i risultati ottenuti con vari tipi di prove per verificare se effettivamente il veicolo esegue ciò che è richiesto.

Sistemi di protezione per i guasti verso terra

Con questa tesi di laurea si vogliono analizzare le possibili cause e motivazioni e le molteplici soluzioni di fenomeni presenti sia in ambito domestico sia in ambito industriale e riguardanti i sistemi di protezione per i guasti verso terra. Le problematiche analizzate, come si vedrà, sono sempre più tematiche di attualità e questo a causa del sempre maggiore utilizzo di elettronica di potenza, convertitori, inverter, computer e controlli elettronici in generale. Se da un lato questi carichi sono sempre più sensibili ad interruzioni o anomalie nella tensione ai loro capi, d’altro canto spesso essi stessi sono tra i colpevoli delle anomalie stesse. In un primo momento si vedrà un fenomeno molto comune e conosciuto che è lo scatto intempestivo del differenziale che può causare danni di una certa entità. In una seconda parte saranno poi analizzate altre problematicità legate all’interruttore differenziale ed ai sistemi di terra, in particolare per quanto riguarda il loro funzionamento nel caso di correnti di guasto non perfettamente sinusoidali o totalmente non sinusoidali. La non sinusoidalità, originata prevalentemente dai carichi non lineari, oltre a dare le problematiche ben conosciute sia a livello di rete sia a livello dei carichi collegati (aumenti delle perdite, malfunzionamenti, sovraccarico del conduttore di neutro) dà distorsione della corrente (in questo caso di quella di guasto a terra) modificando sia il comportamento del differenziale in caso di guasto (ad esempio mancato intervento dell’interruttore con i conseguenti pericoli per l’essere umano) sia le curve di sicurezza. Per procedere ad un’analisi più dettagliata delle non idealità nel funzionamento nell’interruttore automatico differenziale (sia per quanto riguarda lo scatto intempestivo sia per quanto riguarda altre problematiche) è necessario conoscerne in maniera adeguata sia la struttura sia il principio di funzionamento ed anche le diverse tipologie esistenti sul mercato.

Il recupero della ex ferrovia Rimini-San Marino : un'occasione per la mobilità lenta nel territorio riminese

Questo lavoro riguarda il recupero di una ferrovia dismessa per la realizzazione di una "greenway", ovvero un percorso per la mobilità lenta. Per mobilità lenta si intende mobilità alternativa al traffico veicolare motorizzato e riguarda il muoversi su un territorio a piedi in bicicletta o con altro mezzo di trasporto senza l’ausilio di un motore. La lentezza è una caratteristica che permette una visione nuova dei paesaggi che si attraversano, siano essi naturali o urbani. In alcuni casi si parla anche di circolazione dolce. Questo tipo di circolazione necessita di infrastrutture con caratteristiche adatte a questa funzione, attrezzate in modo da consentire il più alto grado di fruibilità e comodità d’uso. Esse devono servire a muoversi nel territorio in maniera comoda e sicura. Una ferrovia dismessa si presta ad essere riconvertita in un percorso per la mobilità lenta in quanto presenta caratteristiche compatibili con questo nuovo utilizzo. In primo luogo le caratteristiche geometriche come ad esempio le pendenze ridotte, la larghezza e la regolarità del tracciato e la pubblica proprietà. Una ferrovia dismessa rappresenta una opportunità per l’intero territorio attraversato in quanto può rappresentare un importante elemento di connessione fra le popolazioni e le risorse del territorio. La connessione richiama il concetto di rete che è formata da punti e da linee che li collegano fra di loro. Questo concetto è importante per capire come questo percorso possa interagire con le altre risorse territoriali. Ad esempio in alcuni casi una greenway può costituire un corridoio ecologico ed entrare a far parte di una rete ecologica, diventando così una importante risorsa per la diffusione della biodiversità. Nell’affrontare un argomento complesso come la riconversione di una ferrovia dismessa è stata fondamentale l’esperienza fatta sul campo visitando casi di greenway già realizzate in Italia, dalla quale è stato possibile estrapolare una serie di soluzioni da adottare per analogia al caso in esame. E’ stato importante inoltre tutto il lavoro di conoscenza riguardante la storia della ferrovia e le tecniche realizzative dei fabbricati e manufatti, che ha permesso di studiare soluzioni progettuali adatte ad un nuovo utilizzo compatibile alla funzione originaria degli stessi. Le analisi territoriali hanno permesso poi di ricavare importanti informazioni riguardanti il tipo di utenza potenziale, le risorse del territorio attraversate dal tracciato storico, nonché le previsioni future ricavate dagli strumenti urbanistici vigenti. Tutte queste informazioni sono state sintetizzate in una analisi criticità/potenzialità che ha permesso di individuare le azioni progettuali necessarie. Mentre l’analisi territoriale è svolta a tavolino, la successiva analisi del percorso invece è stata portata a termine con un rilievo diretto sul campo al fine di verificare le informazioni raccolte in precedenza. Dividendo il percorso in tratti omogenei è stato possibile assegnare ad ogni tratto un corrispondente tipo di intervento. La verifica di criticità e potenzialità ha permesso poi di programmare corrispondenti azioni progettuali al fine di risolvere le prime ed assecondare le seconde. Le tipologie di intervento individuate sono tre: gli Interventi sul percorso che riguardano la sistemazione del fondo stradale per renderlo adatto ad un utilizzo ciclopedonale e la sistemazione a verde di alcuni tratti urbani; gli interventi di nuova realizzazione che riguardano la realizzazione di nuove infrastrutture per la risoluzione di criticità oppure la realizzazione di padiglioni per assecondare le potenzialità; ed infine gli interventi sul patrimonio storico che riguardano il riutilizzo degli edifici e manufatti della ex ferrovia. Vi è infine un caso applicativo che riassume tutte queste tipologie di intervento: la ex area ferroviaria di Rimini Marina, che è ritenuta un’area dalle alte potenzialità per la sua propensione a diventare punto di partenza dell’intero sistema lineare, ma anche luogo accentratore di servizi per l’intero quartiere che risulta a carattere prevalentemente turistico-residenziale. In questo modo si ritiene possibile fare rivivere la ex ferrovia facendola diventare cioè un insieme di luoghi connessi a servizio della comunità.

Realizzazione e collaudo di un inverter di media tensione per prove su formette

L’introduzione massiccia dell’elettronica di potenza nel campo degli azionamenti elettrici negli ultimi decenni ha sostanzialmente rivoluzionato la tipologia di alimentazione dei motori elettrici. Da un lato ciò ha migliorato la qualità del controllo della velocità, ma dall’altro ha aggravato le sollecitazioni che gli isolanti delle macchine devono sopportare. Si è infatti passati da tecniche di controllo tradizionali, che consistevano nell’alimentare i motori in alternata direttamente con la rete sinusoidale a 50 Hz (o a 60 Hz), ad alimentazioni indirette, cioè 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 è quindi passati dalle tradizionali alimentazioni con forme d’onda alternate sinusoidali a forme di tensione impulsive e ad elevata frequenza, cioè caratterizzate da rapidi fronti di salita e di discesa (dell’ordine di qualche kV/µs). La natura impulsiva di queste forme d’onda ha aggravato la sollecitazione elettrica a cui sono sottoposti i materiali impiegati per l’isolamento dei conduttori degli avvolgimenti delle macchine. E’ importante notare che l’utilizzo 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 l’andamento 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 è sorta la necessità di verificare l’adeguatezza dei tradizionali isolamenti ad essere in grado di sopportare le sollecitazioni che derivano dall’utilizzo di convertitori elettronici. In particolare, per i motori elettrici tale interrogativo è 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 è occupati della progettazione di un inverter di media tensione, che verrà impiegato per eseguire prove sugli avvolgimenti di statore di motori (formette), al fine di condurre successivamente uno studio sull’invecchiamento dei materiali che compongono gli isolamenti. Tale inverter è 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 può 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 l’impianto stesso e per salvaguardare la sicurezza degli operatori, dato l’elevato livello delle tensioni in gioco. Per questo motivo è stata pensata un’architettura di sistema ad hoc, in grado di fronteggiare le situazioni anomale in modo ridondante. E’ infatti stato previsto l’inserimento di un sistema di controllo basato sul CompactRIO, sul quale è 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 è strutturata come segue: - Il primo capitolo tratta, in maniera generale, i motori asincroni trifase, gli inverter e l’invecchiamento 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 verrà descritto lo schema elettrico generale, per poi analizzare più nello specifico le varie parti di cui il sistema è composto, come l’inverter 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 dell’intero sistema. Infine, verranno tratte le conclusioni.