OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso fornisce una trattazione generale delle macchine elettriche per studi transitori, dinamici ed armonici. Vengono proposte le metodologie modellistiche e sviluppati aspetti applicativi per fornire gli strumenti adeguati per l'analisi di problematiche di regolazione e di guasto in ottica di definizione di sistemi di controllo e protezione.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Gli obiettivi generali indicati si inseriscono nell'ambito fondamentale della preparazione di un ingegnere elettrico magistrale relativo alla gestione della produzione, conversione ed utilizzazione dell'energia elettrica. Sono forniti i modelli dinamci delle macchine elettriche e gli strumenti operativi analitici e numerici per affrontare gli aspetti di controllo, protezione ed attenuazione dei disturbi negli studi di stabilità delle reti elettriche, del controllo degli azionamenti elettrici e della gestione di impianti elettrici industriali con produzione energetica da fonti rinnovabili.

MODALITA' DIDATTICHE

Tipologia delle attività didattiche

Il corso abbina alle lezioni teoriche (50 ore) un ciclo di esercitazioni (10 ore) con sviluppo di esempi applicativi ed elaborazioni quantitative talvolta con l'uso di programmi di simulazione dinamica. Le esercitazioni sono integrate nel contesto delle lezioni e riguardano procedure di soluzione di semplici problemi inerenti i contenuti del corso con coinvolgimento degli studenti.

Nell'anno accademico 2020-2021 il corso sarà svolto essenzialmente in modalità a distanza con alcuni incontri, se possibile, in presenza per attività di omogeneizzazione e coordinamento.

Modalità d'esame

La verifica prevede un colloquio orale tendente ad evidenziare sia l'acquisizione dei contenuti fondamentali negli aspetti più concettuali, sia le capacità applicative delle metodologie operative.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Sommario

I contenuti del corso affrontano lo studio della modellistica transitoria e dinamica delle macchine elettriche. E' sviluppato lo studio del comportamento transitorio dei trasformatori in presenza di saturazione con applicazioni ai fenomeni di inserzione dei trasformatori, ferrorisonanza, cortocircuito e sovratensione. Per le macchine rotanti, è sviluppata la teoria generalizzata  delle conversione elettromeccanica dell'energia sulla base dell'approccio a circuiti accoppiati in moto relativo e correlate trasformazioni di riferimento.

Programma

1. Fenomeni transitori nelle macchine elettriche: Classificazione nel contesto temporale. Metodologie di analisi.

2. Trasformatori. Descrizione per analisi transitorie e non lineari in presenza di saturazione. Forma d'onda della corrente a vuoto. Armoniche. Correnti d'inserzione e di cortocircuito. Ferrorisonanza. Distribuzione di sovratensioni impulsive. Sollecitazione dielettrica.

3. Conversione elettromeccanica dell’energia. Modellizzazione a circuiti accoppiati dei sistemi elettromeccanici. Bilancio energetico. Forze e coppie elettromagnetiche da energia e co-energia magnetica. Sistemi con magneti permanenti. Applicazioni ai motori passo.

4. Introduzione alla modellistica e dinamica delle macchine elettriche rotanti: Descrizioni circuitali delle macchine a collettore, asincrone e sincrone. Equazioni dinamiche. Trasformazioni di variabili. Circuiti equivalenti dinamici. Equazioni di stato. Modelli ridotti per specifiche applicazioni. Formulazione operazionale e vettoriale. Schemi a blocchi. Inizializzazione dei modelli dinamici dallo studio a regime. Identificazione dei parametri da prove sperimentali. Applicazioni dei modelli allo studio di transitori elettrici e/o elettromeccanici significativi nell'esercizio delle macchine elettriche rotanti (avviamento motore a collettore, funzionamento in alternata  motore a collettore con eccitazione serie,  corto circuito motore ad induzione, avviamento diretto e a frequenza variabile motore induzione, controllo flusso orientato motore induzione, corto circuito macchina sincrona, stabilità transitoria macchina sincrona).

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Documentazione Didattica

Gli argomenti sviluppati nel corso sono illustrati in una raccolta di dispense rese disponibili su Aula Web del Corso di Studi.

Per completezza, sono forniti alcuni riferimenti bibliografici con contenuti aderenti agli argomenti proposti nel corso. Non sono sostitutivi delle dispense in quanto da un lato non sono esaustivi e dall'altro includono argomenti che non fanno parte del programma dell'insegnamento

Riferimenti bibliografici:

1. Fitzgerald, Kingsley, Kusko - “Macchine Elettriche - Processi, apparati e sistemi per la conversione di energia”, Franco Angeli, 1978.

2. Krause, Wasynczuk, Sudhoff - Analysis of Electric Machinery and Drive Systems, 2nd Edition, Mc Graw Hill, 2002