OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso si propone di fornire le conoscenze e gli strumenti indispensabili per lo studio e l’analisi dei circuiti elettrici in corrente continua ed in corrente alternata monofase e trifase; le macchine elettriche, i sistemi elettronici di potenza, gli azionamenti elettrici ed i sistemi elettrici per l’energia.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Frequentando le lezioni e le esercitazioni dell’insegnamento di Elettrotecnica lo studente sarà in grado di:

• conoscere in maniera approfondita le basi teorico-applicative relative all’analisi dei circuiti elettrici in regime stazionario e in regime sinusoidale (monofase e trifase);
• conoscere in maniera superficiale gli strumenti matematici per l’analisi dei circuiti elettrici nel dominio tempo;
• conoscere i principali fenomeni fisici che sottendono al funzionamento delle macchine elettriche (trasformatori, macchine ad induzione, macchine sincrone);
• conoscere i primi rudimenti per l’analisi dei trasformatori e delle macchine ad induzione in ambito operativo;
• conoscere i principali aspetti applicativi relativi all’elettronica di potenza ed ai convertitori statici;
• conoscere in maniera descrittiva le problematiche relative agli azionamenti elettrici ed alle loro applicazioni;
• conoscere le principali problematiche relative allo studio ed all’analisi dei sistemi elettrici di potenza;
• avere dimestichezza con le tecniche di analisi semplificata dei sistemi utilizzatori bassa tensione, con particolare enfasi allo studio di grandezze quali: caduta di tensione, rendimento, valutazioni energetiche. Conosceranno inoltre le problematiche relative al rifasamento ed alle specifiche tecniche di calcolo.

PREREQUISITI

Conoscenze di Analisi Matematica e Fisica fornite dai corsi di base.

MODALITA' DIDATTICHE

Il corso si sviluppa principalmente attraverso didattica frontale con ausili informatici audiovisivi (circa 70 ore). Sono inoltre previste sessioni di esercizi svolti in aula (circa 30 ore). Gli studenti che frequentano il corso debbono registrarsi al sito di didattica on-line dell’Ateneo denominato AulaWeb, iscrivendosi al corso. In tal modo avranno accesso al materiale didattico del corso, riceveranno via e-mail le comunicazioni del docente e avranno accesso ai risultati delle prove scritte.

Per lo svolgimento degli esercizi in aula, sono previste due ore settimanale, in preparazione delle prove pratiche, a partire, indicativamente, dalla seconda settimana di ottobre.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Prima parte

Circuiti

• Considerazioni introduttive: Introduzione - Trasmissione di potenza - Generatori, Utilizzatori, Linee. (1h)
• Fenomeni elettromagnetici: Approccio generale alla soluzione dei problemi elettromagnetici - Carica elettrica - Corrente elettrica - Conduttori filamentari - Legge di continuità della corrente elettrica - Misura della corrente elettrica: amperometro - Campo elettrico - Tensione elettrica - Misura della tensione elettrica: voltmetro. (3h)
• Conduzione elettrica: Leggi di Ohm e Joule - Resistività e conducibilità - Conduttori di forma generica - Bipolo resistore - Caratterizzazione di un bipolo resistore. (2h)
• Generatori elettrici: Introduzione - Comportamento a vuoto dei generatori - Comportamento a carico dei generatori - Bilancio energetico dei generatori - Tipologie di generatori elettrici. (2h)
• Bipoli e bilancio energetico: Introduzione - Caratteristica esterna di un bipolo - Bipoli particolari (corto circuito e circuito aperto) - Potenza elettrica - Misura della potenza elettrica: wattmetro. (1h)
• Proprietà delle reti elettriche: Introduzione - Regime di funzionamento (stazionario, variabile, transitorio) - Analisi delle reti elettriche - Topologia delle reti elettriche - Leggi di Kirchhoff - Metodi di soluzione per le reti elettriche. (2h)
• Reti in regime stazionario: Introduzione - Bipoli connessi in serie - Collegamento serie di un generatore ideale di tensione e di un resistore - Resistori in serie: resistenza equivalente - Bipoli connessi in parallelo - Collegamento parallelo di un generatore ideale di corrente e di un resistore - Resistori in parallelo: conduttanza equivalente - Reti di resistori: concetto di equivalenza - Trasformazione stella-triangolo - Metodi di analisi delle reti in regime stazionario - Metodo della sovrapposizione degli effetti - Metodo delle correnti di anello - Semplificazione della rete - Teorema di sostituzione - Circuito equivalente di Thevenin - Circuito equivalente di Norton - Formule di Millmann – Rendimento e massimo trasferimento di potenza (cenni). (5h)
• Fenomeni dielettrici – Condensatore: Introduzione - Legge di Gauss e fludsso dielettrico – Condensatore - Condensatore piano - Bipolo condensatore - Condensatore in regime stazionario - Condensatore in regime transitorio - Energia elettrostatica - Serie e parallelo di condensatori - Corrente di spostamento (cenni). (3h)
• Fenomeni magnetici – Induttori: Introduzione - Materiali magnetici - Materiali ferromagnetici - Induzione magnetica - Legge di Faraday-Neumann – Induttori - Induttori solenoidali - Mutui induttori - Bipolo e doppio bipolo induttore - Induttori in regime stazionario - Induttori in regime transitorio - Energia magnetica - Serie e parallelo di induttori. (3h)
• Reti in regime sinusoidale: Introduzione - Grandezze sinusoidali isofrequenziali: concetto di fasore - Rappresentazione grafica ed operazioni sui fasori - Legge di Ohm generalizzata – Impedenze - Analisi delle reti in regime sinusoidale - Circuiti equivalenti di Thevenin e Norton in regime simbolico - Potenza scambiata da un bipolo in regime sinusoidale (potenza attiva, reattiva, apparente) - Strumenti di misura in c.a. (cenni). (6h)
• Reti trifase in regime sinusoidale: Introduzione - Terne simmetriche di f.e.m. - Tensioni di fase e tensioni concatenate - Carichi trifase - Terne di correnti di fase - Analisi delle reti trifase - Rete ridotta monofase - Potenze nei sistemi trifase. (4h)
• Circuiti magnetici: Introduzione – Riluttanza - Circuiti magnetici nei nuclei ferromagnetici - Traferro - Leggi dei circuti magnetici - Tecniche di analisi dei circuiti magnetici (cenni). (2h)

Seconda parte

Macchine elettriche

• Trasformatori: Trasformatori monofase - Circuito equivalente del trasformatore - Funzionamento a vuoto ed in corto circuito - Funzionamento a carico - Parallelo di trasformatori monofase - Trasformatori trifase - Circuito equivalente del trasformatore trifase - Parallelo di trasformatori trifase - Autotrasformatore (cenni). (7h)
• Macchine elettriche rotanti: Principio di funzionamento - Struttura delle macchine elettriche rotanti. (2h)
• Macchine asincrone: Struttura - Principio di funzionamento della macchina asincrona trifase - Funzionamento a carico - Circuito equivalente semplificato - Diagramma circolare - Caratteristica meccanica - Avviamento del motore asincrono - Regolazione della velocità - Generatore asincrono - Motore asincrono monofase. (3h)
• Macchine sincrone: Struttura - Principio di funzionamento - Funzionamento a vuoto di una macchina sincrona - Funzionamento a carico - Circuito equivalente della macchina sincrona - Comportamento elettromeccanico - Macchina sincrona monofase. (3h)

Elettronica di Potenza e Azionamenti

• Convertitori statici: Componenti elettronici - Conversione a.c./d.c. - Conversione d.c/a.c. – Chopper. (3h)
• Azionamenti elettrici: Caratteristiche di un azionamento - Azionamenti con motori convenzionali - Azionamenti con motori speciali. (3h)

Sistemi Elettrici di Potenza

• Linee elettriche: Tipologie - Circuiti equivalenti - Caduta di tensione in linea - Dimensionamento delle linee (3h)
• Sistemi elettrici di potenza: Caratteristiche dell’energia elettrica - Linee elettriche di potenza - Stazioni e cabine di trasformazione - Sistemi elettrici in c.c. - Componenti dei sistemi elettrici - Protezione delle apparecchiature. (3h)
• Impianti elettrici di distribuzione ed utilizzatori: Impianti utilizzatori in bassa tensione - Tipologie di impianti utilizzatori.  – Rifasamento. (3h)
• Sicurezza e Normativa: Infortunio elettrico - Impianti di terra. Normativa giuridica (legge 186, legge 46) - Norme CEI - Norme EN - Altre normative. (1h)

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Il materiale didattico fornito dal docente è contenuto nel sito di didattica on-line dell’Ateneo (AulaWeb). Dalla cartella “appunti del corso” sono scaricabili (in formato pdf) i files contenenti copia delle dispense utilizzate dal docente. Dalla cartella “esercitazioni” sono scaricabili una serie d’esercizi risolti. Dalla cartella “risultati delle prove scritte” sono scaricabili i testi e le soluzioni delle prove scritte degli anni precedenti.

Inoltre è possibile consultare per approfondimenti i seguenti testi (tutti disponibili nel CSB di scuola):

M. Guarnieri, A. Stella: “Principi ed applicazioni di Elettrotecnica (volume primo)”, Edizioni Libreria Progetto Padova.

C. K. Alexander, M.N.O. Sadiku: “Circuiti elettrici”, McGraw-Hill, ISBN 88 386 0853-9.

C. A. Desoer, S. Kuh: “Fondamenti di teoria dei circuiti”, Franco Angeli Editore, Collana di Ingegneria Elettrica.