PRESENTAZIONE

Nell'insegnamento di elettrotecnica, verranno analizzati circuiti elettrici in regime stazionario, transitorio, sinusoidale monofase e trifase.

I contenuti prenderanno anche in considerazione STCW Sezione A-III/6 Requisiti minimi obbligatori per la certificazione degli ufficiali elettrotecnici.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L'insegnamento si prefigge di fornire agli studenti gli elementi essenziali per la comprensione dell'analisi dei fenomeni elettromagnetici. Nella prima parte dell'insegnamento vengono introdotti gli strumenti per l'analisi di circuiti elettrici in corrente continua. La seconda parte dell'insegnamento è focalizzata sull'analisi dei circuiti elettrici che operano in regime sinusopidale, sia monofase che trifase, con cenni sui principali aspetti appicativi dell'utilizzo della potenza elettrica.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L’obiettivo dell'insegnamento di Elettrotecnica è di fornire agli studenti la padronanza delle nozioni di base necessarie allo studio di modelli circuitali semplici dei fenomeni elettrici, con particolare riferimento agli aspetti energetici.

Saranno trattati i metodi fondamentali nell’analisi di circuiti elettrici lineari, tempo invarianti, a parametri concentrati e ne verrà illustrato l’impiego per la soluzione di problemi circuitali. L'analisi dei circuiti sarà svolta nel dominio tempo (regime stazionario, risposta transitoria) e nel dominio frequenza (regime sinusoidale permanente).

Al termine dell’insegnamento lo Studente dovrà aver compreso i concetti fondamentali della teoria dei circuiti, essere in grado di classificare i problemi circuitali dei tipi presentati, e di impostarne correttamente la soluzione.

L’insegnamento fornisce gli strumenti teorici per il raggiungimento delle competenze richieste dalle singole funzioni previste dalla Convenzione STCW. Vengono fornite le conoscenze teoriche per sviluppare le competenze previste dalle Funzioni 1,2,3 della Tabella A-III/6 della Convenzione STCW (electrotechnical officer).  Vengono fornite le conoscenze teoriche per sviluppare le competenze previste dalle Funzioni 1,2,3,4 della Tabella A-III/1 e A-III/2 della Convenzione STCW (marine engineer). L’insegnamento contribuisce al potenziamento delle soft skills, in particolare la competenza alfabetico-funzionale.

PREREQUISITI

L'insegnamento di elettrotecnica non prevede particolari pre-requisiti. Tuttavia le conoscenze di base della Matematica sono un importante ausilio per lo studio e per la soluzione dei circuiti elettrici: in particolare l'algebra lineare, le operazioni con i numeri complessi, il concetto di equazione differenziale e come affrontare problemi di Cauchy lineari del primo e del secondo ordine.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni teoriche accompagnate da esercitazioni concettuali e da esercizi applicativi e numerici.  

Le lezioni si terranno in aula in modalità frontale. Saranno previste attività di team-working, che permetterà di lavorare sulla competenza alfabetico-funzionale.

Si consigliano gli studenti lavoratori e gli studenti con certificazione di DSA, di disabilità o di altri bisogni educativi speciali di contattare il docente all’inizio del corso per concordare modalità didattiche e d’esame che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Il modello circuitale
Corrente elettrica e tensione elettrica. Differenza di potenziale. Il circuito elettrico: ipotesi di modello e limiti di validità. Componenti circuitali: terminali e morsetti, bipoli e multipoli, superfici limite. Circuiti a parametri concentrati. Convenzioni di segno per tensioni e correnti. Leggi di Kirchhoff delle tensioni e delle correnti.
Relazioni linearmente indipendenti nelle leggi di Kirchhoff e tecniche elementari di selezione.
Equazioni dei componenti, piano tensione-corrente. Bipoli elementari: resistenza, circuito aperto, corto circuito, generatori indipendenti ideali di tensione e di corrente. Rappresentazioni delle equazioni dei componenti nel piano v-i.
Potenza elettrica istantanea. Potenza di un bipolo. Convenzioni dei generatori e degli utilizzatori. Potenza assorbita da un resistore. Effetto Joule. Teorema di Tellegen. Conservazione delle potenze. 

Circuiti resistivi
Definizioni e ipotesi di modello. Resistori: resistore lineare tempo-invariante, equazione costitutiva, calcolo di resistenza e conduttanza. Collegamenti in serie e in parallelo, partitori di tensione e di corrente. Concetto di equivalente di rete, formule degli equivalenti di rete di resistori in serie e in parallelo. Tecniche di riduzioni delle reti. Trasformazione stella-triangolo e triangolo-stella. Teoremi delle reti per reti resistive: teorema di Thevenin, teorema di Norton, tecniche di calcolo delle relative reti equivalenti. Teorema di massimo trasferimento di potenza. Generatori non ideali, teorema di Millmann. Teorema di sovrapposizione degli effetti ed esempi di applicazioni. Cenni a tecniche generali per la soluzione dei circuiti.

Condensatori ed induttori
Condensatore e induttore ideali, proprietà elementari. Equazioni costitutive, energia immagazzinata, condizioni iniziali, variabili di stato. Collegamenti in serie e in parallelo di condensatori e induttori e loro equivalenti. Componenti reali.

Equazioni di circuiti dinamici e loro soluzione
Richiami di equazioni differenziali lineari a coefficienti costanti: soluzione equazione differenziale omogenea associata attraverso il polinomio caratteristico e calcolo dell'integrale particolare, condizioni iniziali. Soluzione di semplici circuiti del primo ordine resistivo-capacitivi o resistivo-induttivi. Comportamento limite di induttori e condensatori di fronte a brusche variazioni. Circuiti del secondo ordine con induttanze e capacità. Tipologie delle radici dell’equazione caratteristica e correlazione con le risposte circuitali. Risposta a stato zero e risposta a ingresso nullo. Esempi di soluzione di semplici circuiti dinamici.

Equazioni di circuiti in regime sinusoidale permanente e loro soluzione
Soluzione a regime di un circuito lineare dissipativo con eccitazione sinusoidale. Rappresentazione di grandezze sinusoidali mediante numeri complessi: metodo dei fasori. Definizioni di impedenza e ammettenza. Impedenze e ammettenze di tutte le tipologie di componenti lineari. Estensione dei teoremi delle reti al regime sinusoidale. Cadute di tensione. Rifasamento. Esempi di risoluzione di semplici circuiti lineari di interesse applicativo.

Potenze in regime sinusoidale: potenza istantanea, attiva, reattiva e apparente. Potenza apparente complessa. Teorema di Tellegen per reti dissipative. Conservazione della potenza attiva e reattiva.

Risonanza e antirisonanza.

Tecniche operative di soluzione di circuiti: metodo delle potenze, metodi basati sulle impedenze.

Sistemi trifasi
Definizioni e motivazioni d’impiego dei sistemi trifasi. Sistemi trifasi a tre e a quattro conduttori. Tensioni stellate e concatenate, sistemi simmetrici ed equilibrati. Terne dirette, inverse e omopolari. Grandezze di linea e di fase, potenze nei sistemi trifasi, soluzione per fase di circuiti simmetrici semplici.

Sistemi non equilibrati.

Esempi di soluzione di circuiti trifasi di interesse applicativo, equilibrati e non.

L’insegnamento contribuisce al raggiungimento di uno o più dei seguenti Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda ONU 2030:

• Obiettivo 4. Fornire un’educazione di qualità, equa ed inclusiva, e opportunità di apprendimento per tutti
• Obiettivo 5. Raggiungere l’uguaglianza di genere ed emancipare tutte le donne e le ragazze

L’insegnamento contribuisce al potenziamento delle soft skills, in particolare la competenza alfabetico-funzionale.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

In aggiunta ai testi suggeriti nei riferimenti bibliografici sottostanti, disponibili in prestito nella Biblioteca di Facoltà, sono disponibili nella pagina AulaWeb del corso copie di appunti
del corso e di esercitazioni corredate delle soluzioni.

Testi agguntivi (opzionali) per approfondimenti sulla materia

• M. Repetto, S. Leva: “Elettrotecnica – Elementi di Teoria ed Esercizi”, 2^ edn, Città Studi Edizioni, Torino, 2018
• L. Verolino: “Elementi di Reti Elettriche”, 1^ edn, EdiSES, Napoli, 2019
• C. K. Alexander, M.N.O. Sadiku: “Circuiti elettrici” III edn., McGraw Hill Italia, 2008.
• C. K. Alexander, M.N.O. Sadiku: “Foudamentals of Electric Circuits" Circuiti elettrici” V ed. McGraw Hill,  2013
• G. Rizzoni: “Elettrotecnica – Principi e applicazioni”, II edn., McGraw Hill Libri Italia, 2008

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

MASSIMO BRIGNONE (Presidente)

MANSUETO ROSSI

ANDREA BONFIGLIO (Presidente Supplente)

DANIELE MESTRINER (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/corsi/10948/studenti-calendario

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

La verifica dell'apprendimento si compone di una parte scritta ed una orale, nelle quali sarà sarà richiesto all'allievo di risolvere circuiti in regime stazionario, in evoluzione dinamica o in regime sinusoidale (monofase o trifase) e l'esposizione di concetti teorici, compresi enunciati e dimostrazioni dei teoremi affrontati durante l'insegnamento.

L'esame scritto si intende superato se lo studente avrà ottenuto un punteggio maggiore o uguale a 16 (su un massimo di 30 punti). Per partecipare alla prova scritta occorrerà iscriversi, secondo le attuali disposizioni, almeno cinque giorni prima della data dell'esame sul sito https://servizionline.unige.it/studenti/esami/prenotazione

La prova orale deve essere sostenuta nell'appello della prova scritta, salvo casi particolari che dovranno essere vagliati di volta in volta dalla Commissione.

Il voto finale sarà una media pesata dei risultati ottenuti nelle due prove. Se la prova orale è insufficiente la commissione si riserva la possibilità di annullare anche l'esame scritto. Un voto pari o superiore a 27/30 nella prova scritta non pregiudica la possibilità di ottenere un voto finale di 30/30 dopo la prova orale.

Sono previste due prove parziali (tipicamente la prima tra fine Ottobre e inizio Novembre, la seconda a Dicembre). Gli studenti che totalizzeranno una valutazione media delle due prove intermedie maggiore uguale a 16 (sedici) punti su un massimo di trenta, avranno la possibilità di essere esonerati dalla prova scritta finale. Il voto complessivo con cui si accederà alla prova orale sarà la media di quello ottenuto nelle due prove parziali.

L’esame potrà essere svolto online nei casi previsti dal Regolamento di Ateneo.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L’esame scritto valuterà la capacità di risolvere circuiti elettrici, siano essi in regime stazionario, dinamico e sinusoidale (monofase e trifase). Verrà valutato l’utilizzo di una terminologia adeguata, il procedimento risolutivo, la chiarezza dell’elaborato e la sua presentazione.

L’esame orale verificherà la capacità di analizzare criticamente aspetti pratici e teorici fondamentali per risolvere circuiti elettrici. Verrà valutata la qualità dell’esposizione, l’utilizzo corretto del lessico specialistico, la capacità di ragionamento critico sullo studio realizzato, la rielaborazione personale dei concetti presentati durante le lezioni frontali.

Calendario appelli

ALTRE INFORMAZIONI

Sono presupposti importanti e alla base dell'insegnamento le conoscenze dei fondamentali di matematica, geometria e fisica, e soprattutto aver fatto propri i concetti principali e il metodo critico e scientifico caratteristico di queste discipline.