Ingegneria Energetica - Energy Engineering

Descrizione del corso Il corso illustra la teoria di funzionamento delle principali tipologie di macchine elettriche di potenza di largo impiego nell'industria e nelle centrali elettriche. Partendo dai principi della teoria dei circuiti elettrici e dei circuiti magnetici, vengono approfonditi i seguenti argomenti: trasformatore monofase/trifase, campo magnetico rotante, macchina ad induzione monofase/trifase, macchina sincrona a campo avvolto e a magneti permanenti, macchine in CC. Argomenti del corso CENNI DI ELETTROMAGNETISMO Equazioni di Maxwell. Leggi integrali elettriche: potenziale elettrostatico, legge di Faraday-Neumann-Lenz. Applicazione ai circuiti elettrici: legge di Ohm, bilancio di tensione. Leggi integrali magnetiche: legge di Gauss per il magnetismo, legge di Ampere. Applicazione ai circuiti magnetici: legge di Hopkinson, equilibrio delle forze magnetomotrici. NOTE INTRODUTTIVE SULLE MACCHINE ELETTRICHE Classificazione delle macchine elettriche, valori nominali, potenze dissipate, rendimenti, raffreddamento. TRASFORMATORI Elementi sulla struttura del trasformatore monofase. Studio del campo magnetico sia nel nucleo che negli avvolgimenti. Flussi di dispersione e induttanze di dispersione. Equazioni operative e circuito equivalente. Prove a vuoto e in cortocircuito e relative curve caratteristiche. Calcolo della regolazione della tensione e dell'efficienza sotto carico. Collegamento in parallelo e funzionamento di trasformatori monofase. Autotrasformatori. Trasformatore con tre e più avvolgimenti. Banco trifase e trasformatori trifase. Connessioni di avvolgimento a stella, triangolo e zig-zag. Spostamento angolare. Equazioni del trasformatore trifase. Circuito equivalente trifase. Trasformatori trifase con carico squilibrato: spostamento del potenziale di centro stella. Circuiti equivalenti di sequenza diretta, inversa e zero. Armoniche di corrente e tensione nei trasformatori trifase. CAMPO MAGNETICO ROTANTE Teoria del campo magnetico rotante con p coppie di poli generato da un sistema di corrente trifase. Generalità sugli avvolgimenti per macchine a corrente alternata (AC). Fattore di distribuzione e di passo. Circuiti magnetici in macchine rotanti e forza magnetomotrice (FMM). Induttanze di dispersione nelle macchine rotanti. MACCHINE AD INDUZIONE Elementi sulla struttura della macchina ad induzione. Funzionamento ed equazioni della macchina ad induzione a rotore bloccato. Principio di funzionamento del motore asincrono. Scorrimento. Equazioni della macchina a induzione che incorporano la rotazione del rotore e circuito equivalente. Calcolo della coppia elettromagnetica della macchina. Analisi dei campi operativi delle macchine ad induzione e diagramma circolare. Avviamento motore asincrono a rotore avvolto. Teoria dei motori con rotore a singola e doppia gabbia; rotore a barre profonde. Motore asincrono monofase. MACCHINE SINCRONE Elementi sulla struttura della macchina sincrona. Funzionamento del generatore sincrono a vuoto e sotto carico. Reazione di armatura. Reattanza sincrona e circuito equivalente semplificato. Calcolo della coppia elettromagnetica e cenni sulla stabilità statica. Macchine a rotore tondo e diagramma di Potier. Funzionamento in parallelo con una rete di potenza infinita. Caratteristiche a vuoto e di cortocircuito e caratteristiche di corrente. Funzionamento con carico isolato e caratteristiche esterne. Motori sincroni. Caratteristiche a "V". Macchina sincrona a rotore saliente: teoria della doppia reazione (Blondel), reattanza sincrona diretta e in quadratura. MACCHINE A CORRENTE CONTINUA Struttura: circuito magnetico, avvolgimenti, collettore. Forza elettromotrice indotta nell'avvolgimento del rotore e nel piano neutro. Curva caratteristica a vuoto. Funzionamento a carico, reazione di armatura e piano di inversione della corrente rotorica. Calcolo della coppia elettromagnetica. Cenni sulla commutazione. Avvolgimento compensatore. Tipi di eccitazione. Curve caratteristiche delle dinamo. Motori elettrici a corrente continua e loro curve caratteristiche. Cenni sulla regolazione della velocità.

Corsi di Analisi Matematica, Fisica (meccanica, elettromagnetismo) e Ingegneria Elettrica (teoria dei circuiti elettrici).

- “Theory of electrical machines”, Claudio Bruzzese, Società Editrice Esculapio, 2021.

La frequenza in persona alle lezioni frontali è fortemente raccomandata per tutta la durata del corso.

L'esame orale si compone di tre domande sulla teoria del corso. Per superare l'esame occorre conseguire un voto non inferiore a 18/30. Per conseguire un punteggio almeno pari a 18/30 lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza sufficiente degli argomenti trattati nel programma e illustrati in classe. Per conseguire un punteggio pari a 30/30 e lode, lo studente deve invece dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso, essendo in grado di raccordarli in modo logico e coerente.

- Electric machinery / A. E. Fitzgerald, Charles Kingsley, Jr., Stephen D. Umans. -6th ed. p. cm. -(McGraw-Hill series in electrical engineering)

Gli obiettivi formativi del corso sono legati quasi esclusivamente all’acquisizione di conoscenze nuove per lo studente, per cui la didattica frontale è indispensabile strumento didattico, anche per migliorare le competenze linguistiche degli studenti stranieri.