Ingegneria Meccanica

Il corso di Elettrotecnica introduce ai temi fondamentali dell’elettrotecnica, attraverso un percorso suddiviso in moduli. A partire da una semplice introduzione fino a focus specifici sui circuiti elettrici, macchine elettriche e impianti elettrici, alla fine del percorso il discente avrà in assimilato competenze nel mondo dell’energia elettrica che oggi è pervasiva in tutti i settori dell’ingegneria industriale. PARTE A - ANALISI DELLE RETI ELETTRICHE Conoscenza delle leggi di funzionamento dei circuiti in regime stazionario, quasi stazionario e transitorio e delle loro proprietà energetiche. Conoscenza dei principali metodi di analisi e capacità di applicarli numericamente. MODULO1 - ELEMENTI INTRODUTTIVI (2 ore): Teoria dei circuiti a costanti concentrate, Leggi di Kirchhoff, Bipoli elettrici, Convenzioni sui bipoli, Leggi costitutive, Multipoli MODULO 2 - RETI RESISTIVE IN REGIME CONTINUO (10 ore): Circuiti elementari, Resistenza equivalente o di ingresso, Partitore di tensione e di corrente, Legge di Ohm generalizzata, Adattamento del carico, Connessione di generatori indipendenti, Principio di sostituzione, Principio di sovrapposizione degli effetti, Reti di bipoli, Metodi sistematici di analisi delle reti elettriche di bipoli, Nozioni di base sulla teoria dei grafi, Analisi su base maglie e su base tagli, Metodo delle correnti di maglia e metodo degli anelli, Metodo dei nodi, Analisi con generatori non trasformabili e con generatori pilotati, Teorema di Tellegen, Teorema di Thevenin e di Norton, Doppi bipoli resistivi, Trasformatore ideale MODULO 3 - REGIME PERIODICO SINUSOIDALE (12 ore): Funzioni sinusoidali nel tempo, Fasori e loro proprietà, Teorema di Kennelly-Steinmetz, Equazioni di Kirchhoff nel dominio dei fasori, Relazioni costitutive nel dominio dei fasori, Impedenza e ammettenza, Mutua induttanza, Calcolo simbolico mediante fasori e analisi delle reti, Potenze in regime sinusoidale, Adattamento del carico, Rifasamento MODULO 4 - RETI TRIFASE (8 ore): Sistemi trifase, Sistemi simmetrici ed equilibrati, Sistemi simmetrici e squilibrati, Sistemi con filo di neutro, Bilancio delle potenze, Confronto tra sistema trifase e monofase, Rifasamento MODULO 5 - RETI DINAMICHE (8 ore): Introduzione alle reti non degeneri, Reti ad una costante di tempo nel dominio del tempo, Reti a due costanti di tempo nel dominio del tempo, Poli di una rete, Trasformata di Laplace, Leggi di Kirchhoff nel dominio di Laplace, Leggi costitutive nel dominio di Laplace, Impedenza e ammettenza nel dominio di Laplace, Calcolo simbolico MODULO 6 - REGIME PERIODICO NON SINUSOIDALE (4 ore): Serie di Fourier trigonometrica ed esponenziale, Trasformata di Fourier, Valore efficace e Total Harmonic Distortion, Le potenze nel regime periodico non sinusoidale, Diagrammi di Bode, Reti risonanti serie e parallelo, Cenni sui filtri PARTE B - PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO DELLE MACCHINE ELETTRICHE Conoscenza del funzionamento delle principali macchine elettriche e dei principali azionamenti elettrici. MODULO 7 – TRASFORMATORE (8 ore): Circuiti magnetici, Trasformatore reale e circuito equivalente, Dati di targa, Prova a vuoto e in corto circuito, Funzionamento a vuoto e sotto carico. Bilancio energetico, Parallelo di trasformatori, Autotrasformatore, Trasformatore trifase. MODULO 8 - MACCHINE ELETTRICHE ROTANTI (4 ore): Principi di funzionamento: conversione elettromeccanica dell’energia, Forza elettromotrice indotta, Potenza convertita e coppia sviluppata, Struttura delle macchine rotanti, Potenze perdite e rendimento, Il campo magnetico rotante MODULO 9 - MACCHINA ASINCRONA (8 ore): Motore trifase, Circuito equivalente del motore asincrono, Coppia e caratteristica meccanica, Stabilità di funzionamento, Avviamento, Principali tipologie costruttive, Cenni sul generatore asincrono, Motore monofase, Dati di targa, Normativa tecnica MODULO 10 - MACCHINA SINCRONA (4 ore): Tipologie costruttive: rotore liscio e a poli salienti, Circuito equivalente: modello di Behn Eschemburg, Diagramma di funzionamento della macchina sincrona: funzionamento a vuoto e sotto carico, Modelli di Potier e di Blondel, Impiego della macchina sincrona come generatore e come motore, Dati di targa, Normativa tecnica MODULO 11 - NOZIONI DI ELETTRONICA DI POTENZA (4 ore): Componenti: diodo ideale, diodo a semiconduttore, transistor bipolare a giunzione (BJT), IGBT, tiristore (SCR), Convertitori AC-DC (raddrizzatori): raddrizzatori monofase e trifase, raddrizzatori controllati, Conversione DC-AC (invertitori), Conversione DC-DC: step-down (buck converter), step-up (boost converter), buck-boost converter MODULO 12 - NOZIONI DI AZIONAMENTI ELETTRICI MACCHINE SPECIALI (2 ore): Generalità: caratteristiche meccaniche stazionarie e stabilità, Azionamenti con motori convenzionali, Motore sincrono a magneti permanenti, Motori brushless dc (a forma trapezia), Motori brushless ac, Motore a passo (stepping motor), Motori a passo a riluttanza variabile, Motori a passo a magnete permanente, Motori a passo ibridi, Motore switched reluctance PARTE C - IMPIANTI ELETTRICI Conoscenza del funzionamento degli impianti elettrici in bassa tensione MODULO 13 - LINEE ELETTRICHE (4 ore): Tipologie, Schemi equivalenti, Caduta di tensione: linee a sbalzo, linee alimentate da due estremità, linee ad anello, Comportamento termico delle linee, Dimensionamento delle linee MODULO 14 - SISTEMI ELETTRICI DI POTENZA (4 ore): Sistemi elettrici in alternata, Sistemi elettrici in continua, Dispositivi di manovra e protezione: tipologie e caratteristiche MODULO 15 - SICUREZZA NEI SISTEMI ELETTRICI (4 ore): Principi di sicurezza elettrica, Contatti diretti ed indiretti, Impianti di messa a terra: tensione di passo e di contatto MODULO 16 - IMPIANTI ELETTRICI UTILIZZATORI (4 ore): Generalità sugli impianti di media tensione e di bassa tensione, Sistemi di distribuzione in BT: TT, TN, IT, Tipologie di impianti, Principali norme tecniche sugli impianti elettrici

Corsi propedeutici consigliati: Analisi I e II, Fisica I e II, Geometria.

Daniele, Liberatore, Graglia, Manetti, Elettrotecnica, Monduzzi Editore. G. Fabricatore, Elettrotecnica e applicazioni, Liguori Editore. G. Martinelli, M. Salerno, Fondamenti di elettrotecnica, Edizioni Siderea. M. Guarnieri, A. Stella, Principi e applicazioni di elettrotecnica, Edizioni Progetto Padova. N. Mohan, T. M. Undeland, W. P. Robbins, Elettronica di potenza – Convertitori e applicazioni, Hoepli. L. Ferraris, Macchine elettriche, CLUT Editrice. M. Pezzi, Macchine elettriche, Zanichelli.

Volontaria

Esame scritto e orale

Daniele, Liberatore, Graglia, Manetti, Elettrotecnica, Monduzzi Editore. G. Fabricatore, Elettrotecnica e applicazioni, Liguori Editore. G. Martinelli, M. Salerno, Fondamenti di elettrotecnica, Edizioni Siderea. M. Guarnieri, A. Stella, Principi e applicazioni di elettrotecnica, Edizioni Progetto Padova. N. Mohan, T. M. Undeland, W. P. Robbins, Elettronica di potenza – Convertitori e applicazioni, Hoepli. L. Ferraris, Macchine elettriche, CLUT Editrice. M. Pezzi, Macchine elettriche, Zanichelli.

L'esame consta di tre esercizi da svolgersi in tre ore: un primo esercizio sui circuiti (solo questo da svolgersi simbolicamente senza calcoli numerici - 6 punti); un secondo esercizio sui circuiti in regime variabile nel tempo (12 punti); un terzo esercizio sulla parte di impianti di bassa tensione (12 punti). Successivamente, dopo una pausa di 15 minuti, vi è la parte di teoria che consiste nel rispondere per iscritto a due domande in un'ora di tempo. L'esame complessivamente dura circa 4 ore e mezzo. Il voto finale è la media tra la prova scritta e la prova orale.