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DINAMICA DELLE MACCHINE ELETTRICHE

CODICE 56646
ANNO ACCADEMICO 2021/2022
CFU 6 cfu al 1° anno di 8731 INGEGNERIA ELETTRICA (LM-28) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE ING-IND/32
LINGUA Italiano
SEDE GENOVA (INGEGNERIA ELETTRICA )
PERIODO 1° Semestre
MATERIALE DIDATTICO AULAWEB

PRESENTAZIONE

L'insegnamento è offerto al 1° Semestre del 1° Anno del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Elettrica. I contenuti si collocano nell'ambito della conversione elettromeccanica dell'energia, linea culturale fondamentale del percorso formativo in Ingegneria Elettrica per lo studio dei sistemi di produzione, trasmissione, conversione ed utilizzazione dell'energia elettrica.

 

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L'insegnamento 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.

Nello specifico lo studente sarà in grado di:

  • conoscere gli effetti della saturazione magnatica su transitori dei trasformatori;
  • acquisire i principi e le metodologie applicative della conversione elettromeccanica dell'energia;
  • applicare le trasformazioni di variabili nell'analisi transitoria dei sistemi elettrici trifase;
  • dedurre i modelli dinamici delle macchine elettriche a collettore, asincrone e sincrone per studi del comportamento perturbato dovuto a effetti di guasti e regolazioni;
  • risolvere problemi di comportamento dinamico delle macchine elettriche nelle applicazioni reali utilizzando modelli dinamici semplificati e discutendo criticamente i risultati.

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 2021-2022, a causa della pandemia, il corso sarà svolto in modalità mista con lezioni svolte in parte a distanza e in parte in presenza in aula al fine di coordinare e favorire l'apprendimento  dei contenuti dell'insegnamento.

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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

 

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

GIO BATTISTA DENEGRI (Presidente)

ANDREA BONFIGLIO

RENATO PROCOPIO (Presidente Supplente)

LEZIONI

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 2021-2022, a causa della pandemia, il corso sarà svolto in modalità mista con lezioni svolte in parte a distanza e in parte in presenza in aula al fine di coordinare e favorire l'apprendimento  dei contenuti dell'insegnamento.

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ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Modalità d'esame

L'esame prevede una prova orale tendente ad evidenziare sia l'acquisizione dei contenuti fondamentali negli aspetti più concettuali, sia le capacità d'impiego delle metodologie operative ad applicazioni di interesse.

La prova, della durata di circa un'ora, è articolata su tre domande relative a:

  • discussione di aspetti fondamentali della conversione elettromeccanica dell'energia e delle trasformazioni di variabili;
  • modellistica, impostazione e discussione di transitori delle macchine a collettore, in funzionamento da motore e dei trasformatori con saturazione;
  • modellistica, impostazione e discussione di transitori di guasto e comportamenti dinamici di regolazione di velocità delle macchine sincrone e asincrone impiegate sia come generatori che motori. 

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Le modalità di accertamento del livello di preparazione hanno lo scopo di evidenziare le capacità di ragionamento evitando riproposizioni mnemoniche di contenuti del corso.

Nello specifico, lo studente deve dimostrare:

  • la capacità di discutere ipotesi, proprietà fondamentali e limiti applicativi dei modelli dinamici delle macchine elettriche;
  • la capacità di impostare e risolvere semplici esempi applicativi leggermente modificati rispetto a quelli proposti nel corso;
  • la capacità di validare i risultati ottenuti da modellizzazioni dettagliate anche sulla base di quelli attesi da approcci ingegneristici semplificati.

Calendario appelli

Data Ora Luogo Tipologia Note
11/01/2022 09:30 GENOVA Orale
27/01/2022 09:30 GENOVA Orale
10/02/2022 09:30 GENOVA Orale
09/06/2022 09:30 GENOVA Orale
30/06/2022 09:30 GENOVA Orale
21/07/2022 09:30 GENOVA Orale
08/09/2022 09:30 GENOVA Orale