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 dinamici 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 anche 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

L'insegnamento 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 2022-2023, l'insegnamento ritornerà ad essere svolto con lezioni in presenza in aula con il supporto di materiale didattico al fine favorire l'apprendimento  dei contenuti proposti.

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PROGRAMMA/CONTENUTO

Sommario

I contenuti dell'insegnamento 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 per la definizione di modelli con impostazione vettoriale sempre di più largo impiego, anche in linea, nelle applicazioni industriali.

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 dell'insegnamento sono illustrati in una raccolta di dispense rese disponibili su Aula Web del Corso di Studi. I contenuti delle dispense sono ridondanti rispetto a quanto trasferibile durante il periodo delle lezioni. Le parti integrative possono essere utili per appofondimenti individuali non fiscali dal punto di vista dell'esame.

Per completezza, sono anche forniti alcuni riferimenti bibliografici con contenuti aderenti agli argomenti proposti. 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