PIANI DI POTENZIAMENTO DELLA RETE DI RICERCA SCIENTIFICA E TECNOLOGICA

 

 

"Affidabilità, sicurezza e compatibilità nei sistemi di trasporto"

Ministero dell'Istruzione       dell'Università e della Ricerca

Relazione scientifica 4° anno di attività-proroga ministeriale 

Dip. di Ing.Elettrica ed Elettronica  Università degli Studi di Cagliari 

 

Ente: Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica –Università di Cagliari

Titolo del Piano:  Compatibilità elettromagnetica

Titolo del Progetto:   Affidabilità, sicurezza e compatibilità nei sistemi di trasporto

Identificativo del Progetto: Cluster 13-P.3

Stato di avanzamento: dal   4/02/2003 al 3/08/2003

1.      NOTIZIE SULL’ANDAMENTO DEL PROGETTO

1.1          Obiettivi realizzativi 

Il progetto in esame è articolato su quattro differenti work-package, ciascuno dei quali, come riportato nel progetto esecutivo, è contraddistinto dal raggiungimento di un determinato obiettivo.

 

Workpackage n° 3.1.

Il primo work-package, indicato nel progetto esecutivo con l’espressione work-package n° 3.1, ha come obiettivo la realizzazione di un laboratorio di compatibilità elettromagnetica costituito da una camera semianecoica compatta delle dimensioni di 7.8x4.0x3.6 metri circa (come da variante al progetto approvata dal Comitato Tecnico Scientifico Ministeriale) per l’esecuzione delle misure  necessarie alla certificazione delle apparecchiature elettriche ed elettroniche e delle relative apparecchiature fisse e mobili necessarie. Il laboratorio ha consentito e consentirà di sperimentare e verificare i meccanismi di propagazione dei disturbi di origine elettromagnetica trasmessi per accoppiamenti da campo elettrico, magnetico, conduttivo e di impedenza comune e di fornire un valido supporto per le aziende locali che intendono, così come prescritto dalla direttiva Europea sulla EMC, certificare i loro prodotti. Per il raggiungimento tale obiettivo, nell’ultimo semestre di attività del Cluster 13, è stata completata la fase di acquisto della strumentazione e di messa a punto del software necessario alla gestione automatizzata del laboratorio stesso. Questo ha consentito di rendere operativa la camera semianecoica già realizzata e collaudata dalla società Albatros (sempre nell’ambito del cluster 13) nel terzo anno di attività, così come riportato nella relazione scientifica precedente.

 

Workpackage n° 3.2.

Il secondo Workpackage, denominato nel progetto esecutivo come  Workpackage n° 3.2, ha come obiettivo l’analisi delle cause e dei meccanismi di trasmissione dei disturbi di origine elettromagnetica, finalizzata allo sviluppo di modelli matematici per la simulazione del comportamento emissivo dei dispositivi elettronici di potenza. In particolare l’analisi, la modellizzazione e la simulazione delle sorgenti e dei canali di accoppiamento dei disturbi elettromagnetici sarà indirizzata alla valutazione e alla risoluzione delle relative problematiche, connesse al funzionamento dei sistemi elettronici di potenza  e dei sistemi di telecomunicazione a bordo e fuori bordo. A tal fine è stata eseguita una serie di studi preliminari atti a definire dei modelli generali sui quali condurre l’attività di ricerca. Utilizzando le competenze specifiche dei ricercatori afferenti al Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica, sono stati affrontati diversi aspetti dei fenomeni oggetto dello studio. Il gruppo di Convertitori Macchine ed Azionamenti Elettrici ha portato a termine la fase di studio e modellazione dei fenomeni di natura elettromagnetica legati all’utilizzo dei convertitori elettronici di potenza. Nel corso di questo ultimo semestre sono state affrontate problematiche inerenti sia l’efficienza dei percorsi di accoppiamento dei disturbi elettromagnetici condotti/irradiati e le loro modellazioni matematiche, sia l’efficienza delle sorgenti dei disturbi stessi. In particolare, è stato portato a termine lo studio del comportamento in alta frequenza di un dissipatore di calore per impieghi nel campo dell’elettronica di potenza e della sua modellizzazione matematica. A tal proposito è stato affinato il modello matematico del dissipatore presentato nella relazione precedente consentendo una migliore rispondenza tra i risultati delle simulazioni e i rilievi sperimentali eseguiti.

  

Workpackage n° 3.3.

Il terzo Workpackage, indicato nel progetto esecutivo con l’espressione Workpackage n° 3.3, ha come obiettivo la produzione di strumenti software e programmi di calcolo automatico per il progetto di apparecchiature e di sistemi caratterizzati da ridotta emissione ed elevata immunità rispetto ai disturbi elettromagnetici. Come si può evincere dall’analisi del progetto esecutivo, questo workpackage è strettamente connesso al precedente e ne costituisce la naturale evoluzione. Alcuni argomenti precedentemente esposti hanno in questo contesto trovato le loro applicazioni software. In particolare sono stati, inoltre, sviluppati e testati, sulla base dei dati sperimentali ottenuti, dei codici software di modellizzazione in alta frequenza di dissipatori di calore per switch di potenza.

 

1.2          Attività svolte

 Workpackage n° 3.1.

Il Workpackage n° 3.1, ha come obiettivo la realizzazione di un laboratorio di compatibilità elettromagnetica per prove EMC a tre metri. In questo contesto, è stata completata la terza fase che consiste nell’acquisizione della strumentazione necessaria a rendere operativo il laboratorio stesso. Le caratteristiche della camera semianecoica realizzata sono state riportate nella precedente relazione.

 

Workpackage n° 3.2. & Workpackage n° 3.3.

Le attività condotte nel Workpackage n° 3.2 hanno avuto il loro naturale proseguimento nel Workpackage n° 3.3. Per tal motivo si è ritenuto opportuno effettuare la descrizione contemporanea delle attività svolte nei due workpackage. Inoltre, vista la diversificazione tematica degli argomenti trattati, le attività svolte saranno descritte qui di seguito per temi, ciascuno caratterizzato da un specifico titolo.

 

Modellizzazione in alta frequenza di un dissipatore di calore per switch di potenza.

Il crescente aumento delle velocità di commutazione degli switches statici di potenza ha certamente consentito la realizzazione di dispositivi (azionamenti elettrici, alimentatori switching ecc) caratterizzati da migliori prestazioni dinamiche, ma conseguentemente, ha determinato anche un aumento delle emissioni elettromagnetiche del sistema. Il noise elettromagnetico condotto ed irradiato prodotto dalla commutazione degli switches di potenza disturba sia i sottosistemi più suscettibili del dispositivo stesso che lo produce sia altri dispositivi sensibili “vicini”. Per tale ragione, nell’ambito del cluster 13, è stato, effettuato uno studio sia su la sorgente di disturbo sia sul percorso (path) di accoppiamento. Questo ha consentito, conoscendo il comportamento in alta frequenza della sorgente e del percorso di accoppiamento di minimizzare gli effetti del noise prodotto. In particolare, è stato sviluppato un modello matematico semplificato di un dissipatore di calore “necessario per facilitare la dissipazione della potenza termica prodotta dallo switch a causa delle perdite, sia per conduzione che per commutazione”, che consente di studiare il suo comportamento in alta frequenza e di costituire un valido contributo in fase di design del dispositivo elettronico di potenza. Infatti, dal punto di vista EMI, il dissipatore di calore funge da percorso di accoppiamento tra la sorgente di rumore elettromagnetico, lo switch elettronico, e l’ambiente esterno.  L’analisi è stata condotta modellando dapprima il dissipatore rappresentato nella figura 1 e poi, estendo i risultati a dissipatori con geometria simile. Il modello utilizzato per l’analisi matematica del comportamento alle alte frequenze del dissipatore è stato ottenuto sulla base di modelli utilizzati per lo studio delle antenne stampate. In particolare, è stato utilizzato il modello della microstriscia caricata periodicamente con le ammettenze d’ingresso delle linguette (alette). Le prove sperimentali hanno messo in luce la bontà del modello utilizzato che consente di rappresentare in maniera attendibile il comportamento in alta frequenza del dissipatore stesso e di fornire un utile contributo al progettista nella fase di design del dispositivo.

 

·       Elenco Pubblicazioni Scientifiche

·          Bartolini G., Pisano A., Punta E., Usai E.  "A survey of applications of second-order sliding mode control to mechanical systemsInternational Journal of Control, in press.

·          Bartolini G., Pisano A., Pisu P.  "A Simplified Exponentially Convergent Rotor Resistance Estimator for Induction Motors", IEEE Trans. Automatic Control, in press.

·          Bartolini G., Damiano A., Gatto G.L., Marongiu I., Pisano A., Usai E.  "Robust Speed and Torque Estimation in Electrical Drives by Second Order Sliding Modes" IEEE Trans. on Control Systems Technology, vol. 11, n. 1, pp. 84-90, 2003.

·          Damiano A., Gatto G.L., Marongiu I., Pisano A  "Second-Order Sliding-Mode Control of Permanent Magnet DC Drives” Submitted for publication

·          Damiano A., Gatto G.L., Marongiu I., Perfetto A  “An Adaptive Synchronous Reference Frame Controller for Parallel Active Filter” Proceedings of the 10th European conference on Power Electronics and Applications – EPE 2003  2-4 September 2003 - Toulouse

 

L’attività di ricerca sopra menzionata è stata condotta nel settimo semestre da personale dipendente a tempo indeterminato afferente al Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica. L’elenco del personale impegnato nelle suddette attività di ricerca è qui di seguito riportato:

Personale dipendente a tempo indeterminato afferente al Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica-Università degli Studi di Cagliari:

prof. Ignazio Marongiu, prof. Giorgio Corriga, prof. Giuseppe Mazzarella, prof. Daniele Giusto, prof. Mario Tosi, prof. Nicolino Locci, prof. Domenico Salimbeni, prof. Saverio Sanna, prof. Luigi Raffo, prof. Alfonso Damiano, prof. Fabrizio Pilo, prof. Carlo Muscas ing. Gianluca Gatto, ing. Gianni Celli.

  

Dall’analisi delle presenze del personale afferente al progetto è risultato, per il periodo in esame, un impegno orario complessivo del personale pari a 185 ore.

 Nella tabella 1 viene riportato il quantitativo di ore dedicata a ciascuna attività.

Tabella 1 - Impegno di personale.

OBIETTIVI

ATTIVITÀ

ORE DI PERSONALE

Ea

Ec

E2,5b

NE

Ext

Totale

Workpackage  3.1

Realizzazione di un laboratorio di compatibilità elettromagnetica

Progettazione e realizzazione di un laboratorio costituito da una camera schermata compatta per prove di compatibilità elettromagnetica

0

0

0

0

0

0

Workpackage  3.2

.Studi di modellistica e simulazione con verifiche sperimentali sul campo ed in laboratorio

Attività di ricerca, simulazione  e sperimentazione riguardante le cause e i meccanismi di trasmissione dei disturbi  condotti e irradiati generati dalle apparecchiature elettroniche di potenza dei sistemi di trazione

115

0

0

0

0

115

Workpackage  3.3

Progettazione di strutture con ridotta emissione, trasmissione e ricezione

Attività di ricerca e di produzione di strumenti software e programmi di calcolo automatico per il progetto di apparecchiature e di sistemi caratterizzati da ridotta emissione ed elevata immunità rispetto ai disturbi

70

0

0

0

0

70

 

TOTALE

185

0

0

0

0

185

 

 

1.3          Scostamenti

 L’attività svolta nei 3 anni e mezzo (43 mesi) ha consentito il raggiungimento di tutti gli obiettivi preposti in ciascuno Workpackage previsti dal progetto in oggetto.

 

1.4          Valutazione critica dell’iniziativa

         1.4.1   Prospettive di successo scientifico-tecnologico

La realizzazione di un laboratorio di compatibilità elettromagnetica nella Regione Sardegna costituisce sicuramente un indicatore di successo scientifico e tecnologico dell’iniziativa. Infatti, tale struttura sarà l’unica (civile) in grado di effettuare studi e misure di compatibilità elettromagnetica e supportare in maniera adeguata (pre-certificazione EMC) le imprese locali. Come è ben noto lo studio delle problematiche di compatibilità elettromagnetica sta assumendo oggigiorno un peso specifico sempre più rilevante nelle progettazione di dispositivi elettrici ed elettronici. Per tale motivo è auspicabile che la struttura in fase di realizzazione (laboratorio di compatibilità elettromagnetica), assuma, come è anche previsto dal progetto, le connotazioni di polo tecnologico di supporto e di servizio alle aziende sarde operanti nel settore. I risultati ottenuti nei tre anni e mezzo di ricerca fanno ritenere di poter proporre nel prossimo futuro la realizzazione è l’ottimizzazione (di quelli già realizzati) di programmi di calcolo automatico, basati sui modelli in alta frequenza dei diversi componenti elettrici/elettronici elaborati nel corso della ricerca relativa al progetto cluster 13. Questi software, offriranno un valido supporto per il progetto di apparecchiature e di sistemi caratterizzati da ridotta emissione ed elevata immunità ai disturbi sia irradiati che condotti. Inoltre, si è cercato con un buon successo e si cercherà sempre più di assolvere ad uno dei più importanti obiettivi cioè alla divulgazione dei risultati ottenuti alle PMI operanti nel settore. Questo consentirà sempre più di considerare il laboratorio realizzato un punto di riferimento per i problemi di compatibilità elettromagnetica in Sardegna.

 

1.4.2   Giudizio su il progetto

Visto l’interesse che il laboratorio di compatibilità Elettromagnetica ha destato in questi ultimi anni nell’ambito delle Piccole medie imprese locali, e per quanto sopra esposto, riteniamo con che il progetto Cluster 13 portato a termine con successo ha pienamente soddisfatto, nonostante le numerose difficoltà incontrate nel corso della sua genesi e sviluppo, le premesse iniziali.

 

2.                STATO DI AVANZAMENTO ECONOMICO DEL PROGETTO

 Il confronto tra la tabella di pianificazione economico temporale riportata nella precedente relazione scientifica (terzo anno) e la tabella consuntiva economico temporale (Tabella 2.2) mette in evidenza la presenza di una piccola differenza tra le spese previste e quelle rendicontate a fine progetto.

  

Tabella 2.2 Rendicontazione annuale periodo 4/02/2002 - 03/02/2003

Consuntivo

Dal 4/03/2003   al 3/08/2003

Personale dipendente

€ 6.872,05

Personale non dipendente

€ 0,00

Pesonale distaccato

€ 0,00

Attrezzature

€ 0,00

Materiali durevoli

€ 0,00

Materiali consumo

€ 0,00

Viaggi e Missioni

€ 0,00

Commesse interne

€ 0,00

Commesse esterne

€ 0,00

Consulenze

€ 0,00

Prestazione di terzi

€ 0,00

Opere edili

€ 0,00

Acquis. Immobili

€ 0,00

Costi specifici

€ 157.220,80

Spese generali

€ 2.757,07

Totale

€ 166.849,91

 

 

 Nella tabella 2.3 sono riportate le spese sostenute relative al periodo di rendicontazione ripartite per Workpackage.

  

Tabella 2.3 Ripartizione delle spese di progetto relative al periodo 4/02/2003 – 3/08/2003

 

 

 

Workpackage 3.1

Attività  1

€ 155.021,75

Workpackage 3.2

Attività  1

€ 4.370,95

Workpackage 3.3

Attività  1

€ 2.501,10

 

TOTALE

161.893,80

 Nella tabella 2.4 sono state riportate per ogni singola voce di spesa i risultati della rendicontazione totale del progetto e della spesa effettuata nell’ultimo semestre.

 

Tabella. 2.4 Tabella consuntiva

 

Spese ultimo semestre

Consuntivo dal 5/12/’99 al 4/08/2003

Personale dipendente

€ 6.872,00

€ 378.205,00

Personale non dipendente

€ 0,00

€ 0,00

Personale distaccato

€ 0,00

€ 0,00

Attrezzature

€ 0,00

€ 0,00

Materiali durevoli

€ 0,00

€ 1.025,00

Materiali consumo

€ 0,00

€ 0,00

Viaggi e Missioni

€ 0,00

€ 1.660,00

Commesse interne

€ 0,00

€ 0,00

Commesse esterne

€ 0,00

€ 0,00

Consulenze

€ 0,00

€ 0,00

Prestazione di terzi

€ 0,00

€ 0,00

Opere edili

€ 0,00

€ 0,00

Acquis. Immobili

€ 0,00

€ 0,00

Costi specifici

€ 157.221,00

€ 514.373,00

Spese generali

€ 2.755,00

€ 151.735,00

Totale

€ 164.644,25

€ 1.046.998,00

NB: I costi specifici sono quelli relativi alla realizzazione della camera semianecoica.

 


 

 

 

Cagliari li ___________________

Il Responsabile Scientifico

   Prof. Ignazio Marongiu

 

 

 

 

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