Insegnamento mutuato da: B024414 - TRAZIONE STRADALE E FERROVIARIA Laurea Magistrale in INGEGNERIA MECCANICA Curriculum VEICOLI FERROVIARI
Lingua Insegnamento
Il corso viene svolto in lingua italiana.
Contenuto del corso
Il corso ha lo scopo di fornire conoscenze e competenze relative ai seguenti argomenti:
1)Dinamica dei veicoli ferroviari e stradali
2)Sistemi di azionamento utilizzati in ambito ferroviario
3)Standard di Elettrificazione ed armamento della linea aerea
4)Dinamica del veicolo Stradale
5)Powertrain elettrici ed ibridi
6)Elementi per il dimensionamento preliminare di sistemi di propulsione elettrici per AUV
Luca Pugi
Meccatronica. Elementi di Trazione Elettrica
Esculapio 2° edizione 2017
Obiettivi Formativi
Lo Scopo è fornire conoscenze utili a comprensione, progettazione e simulazione dei sistemi di trazione stradale e ferroviaria
Prerequisiti
Conoscenze di base di Meccanica ed Elettrotecnica
Metodi Didattici
Lezione Frontale
Stesura di un Elaborato, un modello di simulazione o una ricerca bibliografica.
Visite tecniche e seminari (se rese possibili da situazione COVID)
Altre Informazioni
Corso Interdisciplinare per studenti di ingegneria meccanica elettrica e dell'automazione
Modalità di verifica apprendimento
esame orale con annessa discussione di un elaborato svolto autonomamente dallo studente
Programma del corso
Estratto dell’indice delle dispense del corso
1 Introduzione
I Trazione Elettrica Ferroviaria
2 Materiale Rotabile
2.1 L’accoppiamento ruota-rotaia: accenni . . . . . . . . . .
2.2 Materiale Rotabile: Terminologia . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1 Rodiggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 Dinamica Longitudinale
3.1 Elementi di Dinamica Longitudinale . . . . . . . . . . . . .
3.1.1 Profilo Altimetrico della linea . . . . . . . . . . . .
3.1.2 Resistenze di Rotolamento . . . . . . . . . . . . . .
3.1.3 Contributi Inerziali . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.4 Calcolo degli sforzi di trazione e limite di aderenza . .
3.1.5 Valutazione del coefficiente di aderenza in condizioni nominali e degradate . . . . . . . . . .
3.1.6 Caratteristica Ideale degli Sforzi di Trazione . . . .
3.1.7 Indici di Prestazione: Massima velocità, accelerazione
residua, pendenza superabile . . . . . . .
3.1.8 Funzionamento in Quattro Quadranti: Frenatura Dissipativa e Rigenerativa . . .
3.1.9 Limitazioni di Slew Rate . . . . . .
3.2 Elementi di meccanica del veicolo: accenni . . . .
3.2.1 Principali elementi di un carrello ferroviario . . . . .
3.2.2 Cabraggio Cassa e Carrello . . . . . . .
3.2.3 Accenni di Dinamica Laterale: Sopra-Elevazione di Binario ed Accelerazione Non Compensata . . . . . .
3.2.4 Moti di Serpeggio: il modello semplificato di Klingel . .
3.2.5 Condizione di Svio . . . . . . . . . . .
3.2.6 Limiti di Resistenza dell’Armamento . . . . . . . . .
3.3 Il Freno Pneumatico Ferroviario . . . . . . . . .
3.3.1 introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.2 L’impianto frenante principali elementi costitutivi . .
4 Azionamenti Ferroviari
4.1 Trazione a Vapore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.1 Principio di Funzionamento . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.2 Principali Caratteristiche . . . . . . . . . . . . . .
4.2 Sistemi Trifase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3 motore DC serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.1 Frenatura Elettrica . . . . . . . . .
4.3.2 Funzionamento del motore DC serie con corrente alternata monofase ..
4.4 Azionamenti DC Full Chopper . . . . . . . . . .
4.4.1 Motori e Convertitori per i Controlli di Campo ed Armatura
4.4.2 Il Chopper di Frenatura . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4.3 Alimentazione e Filtri . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4.4 Semplificazione dell’Impianto in Applicazioni Ferroviarie
Note: Configurazione con Chopper ad Un Quadrante
e Controllo di Campo . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5 Motori AC con controllo vettoriale . . . . . . . . . . .
4.5.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.2 Struttura Modulare dell’Apparato di Trazione . . . .
4.5.3 Motori di trazione asincroni principio di regolazione . .
4.5.4 Motori di trazione a magneti permanenti, principio di regolazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.5 L’Inverter: principio di funzionamento . . . . . . .
4.5.6 Motori Asincroni in Parallelo . . . . . . . . . . . .
4.5.7 Motori con Avvolgimento a Doppia Stella . . . . . . . .
4.5.8 Convertitori Statici Multilivello . . . . . . . . . . . . . .
4.5.9 Interruzione della conduzione di SCR e GTO . . . . .
5 La Linea di Alimentazione
5.1 La Catenaria: principali componenti . . . . . . . . . . .
5.1.1 Tiri e Masse per metro della linea . . . . . . . . . . .
5.2 Il Pantografo: principali componenti . . . . . . . . . . . . .
5.3 Interazione Pantografo Catenaria . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.1 Captazione Multipla . . . . .
5.4 Linee Aeree in Corrente Continua . . .
5.4.1 Raddrizzatori controllati, Recupero ed Accumulo di energia
5.4.2 Perdite e cadute di tensione lungo la linea . . . . . . . .
5.4.3 Protezione dei circuiti DC di Potenza: Interruttori Extra-Rapidi . . . .. . . . .
5.4.4 Alimentazioni di Sistemi Ausiliari . . . . . . . . . . . .
5.5 Linee Aeree in Corrente Alternata Monofase . . . . . . . . . . .
5.5.1 Generazione di Corrente Alternata a Frequenza Ferroviaria
5.5.2 Alimentazione con Frequenza Industriale . . . . . . . . .
5.5.3 Alimentazione 2X25kV . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 Soluzioni Direct Drive e Sistemi Maglev
6.1 Sistemi Maglev . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.1 Levitazione EMS ed EDS . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.2 Propulsione e Frenatura . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.3 Funzionalità di Guida . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.4 Guida e Stabilizzazione . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2 Maglev con tracciato in Depressione (Vac-Train) . . . . . . . .
6.2.1 Il progetto Swissmetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3 Valutazioni economiche e Scenari Futuri . . . . . . . . . . . . .
II Trazione Elettrica e Ibrida di Veicoli Stradali
7 Trazione Stradale
7.1 Modello ad un grado di libertà . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.1.1 Calcolo della Accelerazione del Veicolo . . . . . . . . . .
7.2 Distribuzione degli Sforzi Longitudinali . . . . . . . . . . . . .
7.3 Dinamica Longitudinale e Laterale . . . . . . . . . . . . . . . .
7.3.1 Modello a Spazzola: longitudinale e laterale . . . . . . .
7.3.2 Mutuo impegno di aderenza longitudinale e trasversale:
Ellisse di Contatto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.3.3 Stabilità del Veicolo In Curva: il modello a bicicletta . .
7.4 Caratteristica di Coppia e Potenza . . . . . . . . . . . . . . . .
7.4.1 Trasmissione del Moto: Cambio e Frizione . . . . . . . .
8 Veicoli Elettrici ed Ibridi 287
8.1 Principali Componenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2 Configurazione Serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.1 Principio di Funzionamento in relazione alla taglia degli
Accumulatori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3 Configurazione Parallela . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3.1 Dispositivi Combinatori Epicicloidali . . . . . . . . . . .
8.3.2 Honda IMA (Integrated Motor Assist) . . . . . . . . . .
8.3.3 Trans-Motor o Combinatore di Velocità . . . . . . . . .
8.4 Configurazione Serie-Parallelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.4.1 Trazione Elettrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.4.2 Avviamento/Passaggio al Funzionamento Ibrido . . .
8.4.3 Trazione Ibrida ed EVT . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.4.4 Hybrid Synergy Drive: ulteriori considerazioni . . . . .
8.4.5 Altri esempi di Powetrain Ibridi con configurazione serie
parallelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.5 Recupero ed Accumulo per Trasmissioni a Fluido . . . . .
8.6 Accumulatori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.6.1 Batterie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.6.2 Esempi di Datasheet e Materiale Integrativo . . . . . . .
8.6.3 Super-Condensatori . . . . . . . .
8.6.4 Sistemi di Accumulo Ibridi . . . . . . . .
8.7 Sistemi di Ricarica e Captazione Wireless: Accenni . . .
8.7.1 Captazione e Ricarica Wireless: Circuiti Elettrici Risonanti
III Propulsione Elettrica Navale
9 Propulsione Scelta e Dimensionamento
9.1 Introduzione: Trasmissione Elettrica e Propulsione Elettrica . .
9.2 Trattazione Adimensionale e Serie Sistematiche . . . . . . . . .
9.2.1 Eliche Intubate e Mantelli Acceleranti . . . . . . . . . .
9.3 Eliche in Quattro Quadranti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.4 Funzionamento a Regime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.5 Accoppiamento tra Propulsore ed Azionamenti . . . . . . . . .
9.5.1 Propulsori con Passo Variabile . . . . . . . . . . . . . .