ANALISI, SIMULAZIONE E TARATURA DEL REGOLATORE AUTOMATICO DI TENSIONE IN UN SISTEMA DI ELETTROGENERAZIONE MARINA

The objective of this thesis is to model, simulate, and tune a diesel-generator-based power system for marine propulsion. To this end, the IEEE 421.5 AC8B standard—adopted by Isotta Fraschini Motori—is utilized for the mathematical representation, analysis, and simulation of brushless excitation systems. This allows for the evaluation of stability and dynamic performance, and the subsequent tuning of the PID controllers regulating the armature voltage of the brushless synchronous generator (i.e., the voltage supplied to shipboard loads). The thesis is organized into five chapters. The first provides a general overview of the industrial sector dedicated to manufacturing engines and generators for marine applications and briefly outlines the challenges involved in stabilizing the voltage supplied to electrical loads. The second chapter analyzes the architecture of the system in question, tracing the path from the prime mover (diesel engine) to the alternator, via the exciter machine and the control and protection systems. The third chapter presents the state of the art regarding the necessary voltage regulators and standard tuning practices. The fourth chapter describes the development of the source code (MATLAB) used for tuning and simulation, as well as the Simulink model employed for the simulation itself. Finally, the fifth chapter analyzes the results obtained, aiming to reproduce and improve upon an auto-tuning profile provided by the Basler DECS 250 (a PID regulator used by Isotta Fraschini Motori) in order to enhance the system's response to voltage fluctuations affecting shipboard electrical loads.

L’obiettivo di questa tesi è modellare, simulare e tarare un sistema elettrogeno per propulsori marini basati su generatori Diesel. A tal fine si utilizza lo standard IEEE 421.5 AC8B, adottato da Isotta Fraschini Motori, per la rappresentazione matematica, analisi e simulazione di sistemi di eccitazione brushless per valutarne stabilità e prestazioni dinamiche e quindi tarare regolatori PID di tensione di armatura del generatore sincrono brushless, ovvero, quella fornita ai carichi di bordo. La struttura dell’elaborato si compone di cinque capitoli. Il primo fornisce un inquadramento generale del settore industriale che si occupa della realizzazione di motori e generatori per applicazioni marittime e descrive sinteticamente le sfide che si presentano per stabilizzare la tensione fornita ai carichi elettrici. Successivamente, il secondo capitolo analizza l'architettura dell’impianto considerato, partendo dal motore primo (diesel) e arrivando all’alternatore, passando dalla macchina eccitatrice e dai sistemi di regolazione e protezione. Il terzo capitolo presenta lo stato dell’arte dei regolatori di tensione necessari e come questi vengono usualmente tarati. Il quarto capitolo descrive lo sviluppo del codice sorgente (Matlab) utilizzato per la taratura e la simulazione e del modello Simulink utilizzato per la simulazione. Infine, il quinto capitolo analizza i risultati ottenuti, nel tentativo di riprodurre e migliorare un profilo di auto-tuning proposto dal Basler Decs 250 (regolatore PID utilizzato da Isotta Fraschini Motori) al fine di migliorare la risposta a variazioni della tensione resa disponibile ai carichi elettrici di bordo.