ELETTROTECNICA

ELETTROTECNICA

_
iten
Codice
60337
ANNO ACCADEMICO
2019/2020
CFU
9 cfu al 2° anno di 8720 INGEGNERIA MECCANICA (L-9) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
ING-IND/31
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (INGEGNERIA MECCANICA )
periodo
1° Semestre
materiale didattico

PRESENTAZIONE

Il corso fornisce gli elementi essenziali per la comprensione dell'analisi e dello sfruttamento dei fenomeni elettromagnetici. Nella prima parte del corso sono presentati gli strumenti di analisi di tipo stazionario e quasi stazionario mediante l'approccio circuitale. Nella seconda parte del corso vengono presentati i pricipali aspetti applicativi dello sfruttamento ingegneristico di potenza dei fenomeni elettromagnetici: macchine elettriche, elettronica di potenza, sistemi elettrici.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso si propone di fornire le conoscenze e gli strumenti indispensabili per lo studio e l’analisi dei circuiti elettrici in corrente continua ed in corrente alternata monofase e trifase; le macchine elettriche, i sistemi elettronici di potenza, gli azionamenti elettrici ed i sistemi elettrici per l’energia.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Frequentando le lezioni e le esercitazioni dell’insegnamento di Elettrotecnica lo studente sarà in grado di:

  • conoscere in maniera approfondita le basi teorico-applicative relative all’analisi dei circuiti elettrici in regime stazionario e in regime sinusoidale (monofase e trifase);
  • conoscere in maniera superficiale gli strumenti matematici per l’analisi dei circuiti elettrici nel dominio tempo;
  • conoscere i principali fenomeni fisici che sottendono al funzionamento delle macchine elettriche (trasformatori, macchine ad induzione, macchine sincrone);
  • conoscere i primi rudimenti per l’analisi dei trasformatori e delle macchine ad induzione in ambito operativo;
  • conoscere i principali aspetti applicativi relativi all’elettronica di potenza ed ai convertitori statici;
  • conoscere in maniera descrittiva le problematiche relative agli azionamenti elettrici ed alle loro applicazioni;
  • conoscere le principali problematiche relative allo studio ed all’analisi dei sistemi elettrici di potenza;
  • avere dimestichezza con le tecniche di analisi semplificata dei sistemi utilizzatori bassa tensione, con particolare enfasi allo studio di grandezze quali: caduta di tensione, rendimento, valutazioni energetiche. Conosceranno inoltre le problematiche relative al rifasamento ed alle specifiche tecniche di calcolo.

PREREQUISITI

Conoscenze di Analisi Matematica e Fisica fornite dai corsi di base.

Modalità didattiche

Il corso si sviluppa principalmente attraverso didattica frontale con ausili informatici audiovisivi (circa 70 ore). Sono inoltre previste sessioni di esercizi svolti in aula (circa 30 ore). Gli studenti che frequentano il corso debbono registrarsi al sito di didattica on-line dell’Ateneo denominato AulaWeb, iscrivendosi al corso. In tal modo avranno accesso al materiale didattico del corso, riceveranno via e-mail le comunicazioni del docente e avranno accesso ai risultati delle prove scritte.

Per lo svolgimento degli esercizi in aula, sono previste due ore settimanale, in preparazione delle prove pratiche, a partire, indicativamente, dalla seconda settimana di ottobre.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Prima parte

Circuiti

  • Considerazioni introduttive: Introduzione - Trasmissione di potenza - Generatori, Utilizzatori, Linee. (1h)
  • Fenomeni elettromagnetici: Approccio generale alla soluzione dei problemi elettromagnetici - Carica elettrica - Corrente elettrica - Conduttori filamentari - Legge di continuità della corrente elettrica - Misura della corrente elettrica: amperometro - Campo elettrico - Tensione elettrica - Misura della tensione elettrica: voltmetro. (3h)
  • Conduzione elettrica: Leggi di Ohm e Joule - Resistività e conducibilità - Conduttori di forma generica - Bipolo resistore - Caratterizzazione di un bipolo resistore. (2h)
  • Generatori elettrici: Introduzione - Comportamento a vuoto dei generatori - Comportamento a carico dei generatori - Bilancio energetico dei generatori - Tipologie di generatori elettrici. (2h)
  • Bipoli e bilancio energetico: Introduzione - Caratteristica esterna di un bipolo - Bipoli particolari (corto circuito e circuito aperto) - Potenza elettrica - Misura della potenza elettrica: wattmetro. (1h)
  • Proprietà delle reti elettriche: Introduzione - Regime di funzionamento (stazionario, variabile, transitorio) - Analisi delle reti elettriche - Topologia delle reti elettriche - Leggi di Kirchhoff - Metodi di soluzione per le reti elettriche. (2h)
  • Reti in regime stazionario: Introduzione - Bipoli connessi in serie - Collegamento serie di un generatore ideale di tensione e di un resistore - Resistori in serie: resistenza equivalente - Bipoli connessi in parallelo - Collegamento parallelo di un generatore ideale di corrente e di un resistore - Resistori in parallelo: conduttanza equivalente - Reti di resistori: concetto di equivalenza - Trasformazione stella-triangolo - Metodi di analisi delle reti in regime stazionario - Metodo della sovrapposizione degli effetti - Metodo delle correnti di anello - Semplificazione della rete - Teorema di sostituzione - Circuito equivalente di Thevenin - Circuito equivalente di Norton - Formule di Millmann – Rendimento e massimo trasferimento di potenza (cenni). (5h)
  • Fenomeni dielettrici – Condensatore: Introduzione - Legge di Gauss e fludsso dielettrico – Condensatore - Condensatore piano - Bipolo condensatore - Condensatore in regime stazionario - Condensatore in regime transitorio - Energia elettrostatica - Serie e parallelo di condensatori - Corrente di spostamento (cenni). (3h)
  • Fenomeni magnetici – Induttori: Introduzione - Materiali magnetici - Materiali ferromagnetici - Induzione magnetica - Legge di Faraday-Neumann – Induttori - Induttori solenoidali - Mutui induttori - Bipolo e doppio bipolo induttore - Induttori in regime stazionario - Induttori in regime transitorio - Energia magnetica - Serie e parallelo di induttori. (3h)
  • Reti in regime sinusoidale: Introduzione - Grandezze sinusoidali isofrequenziali: concetto di fasore - Rappresentazione grafica ed operazioni sui fasori - Legge di Ohm generalizzata – Impedenze - Analisi delle reti in regime sinusoidale - Circuiti equivalenti di Thevenin e Norton in regime simbolico - Potenza scambiata da un bipolo in regime sinusoidale (potenza attiva, reattiva, apparente) - Strumenti di misura in c.a. (cenni). (6h)
  • Reti trifase in regime sinusoidale: Introduzione - Terne simmetriche di f.e.m. - Tensioni di fase e tensioni concatenate - Carichi trifase - Terne di correnti di fase - Analisi delle reti trifase - Rete ridotta monofase - Potenze nei sistemi trifase. (4h)
  • Circuiti magnetici: Introduzione – Riluttanza - Circuiti magnetici nei nuclei ferromagnetici - Traferro - Leggi dei circuti magnetici - Tecniche di analisi dei circuiti magnetici (cenni). (2h)

Seconda parte

Macchine elettriche

  • Trasformatori: Trasformatori monofase - Circuito equivalente del trasformatore - Funzionamento a vuoto ed in corto circuito - Funzionamento a carico - Parallelo di trasformatori monofase - Trasformatori trifase - Circuito equivalente del trasformatore trifase - Parallelo di trasformatori trifase - Autotrasformatore (cenni). (7h)
  • Macchine elettriche rotanti: Principio di funzionamento - Struttura delle macchine elettriche rotanti. (2h)
  • Macchine asincrone: Struttura - Principio di funzionamento della macchina asincrona trifase - Funzionamento a carico - Circuito equivalente semplificato - Diagramma circolare - Caratteristica meccanica - Avviamento del motore asincrono - Regolazione della velocità - Generatore asincrono - Motore asincrono monofase. (3h)
  • Macchine sincrone: Struttura - Principio di funzionamento - Funzionamento a vuoto di una macchina sincrona - Funzionamento a carico - Circuito equivalente della macchina sincrona - Comportamento elettromeccanico - Macchina sincrona monofase. (3h)

Elettronica di Potenza e Azionamenti

  • Convertitori statici: Componenti elettronici - Conversione a.c./d.c. - Conversione d.c/a.c. – Chopper. (3h)
  • Azionamenti elettrici: Caratteristiche di un azionamento - Azionamenti con motori convenzionali - Azionamenti con motori speciali. (3h)

Sistemi Elettrici di Potenza

  • Linee elettriche: Tipologie - Circuiti equivalenti - Caduta di tensione in linea - Dimensionamento delle linee (3h)
  • Sistemi elettrici di potenza: Caratteristiche dell’energia elettrica - Linee elettriche di potenza - Stazioni e cabine di trasformazione - Sistemi elettrici in c.c. - Componenti dei sistemi elettrici - Protezione delle apparecchiature. (3h)
  • Impianti elettrici di distribuzione ed utilizzatori: Impianti utilizzatori in bassa tensione - Tipologie di impianti utilizzatori.  – Rifasamento. (3h)
  • Sicurezza e Normativa: Infortunio elettrico - Impianti di terra. Normativa giuridica (legge 186, legge 46) - Norme CEI - Norme EN - Altre normative. (1h)

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Il materiale didattico fornito dal docente è contenuto nel sito di didattica on-line dell’Ateneo (AulaWeb). Dalla cartella “appunti del corso” sono scaricabili (in formato pdf) i files contenenti copia delle dispense utilizzate dal docente. Dalla cartella “esercitazioni” sono scaricabili una serie d’esercizi risolti. Dalla cartella “risultati delle prove scritte” sono scaricabili i testi e le soluzioni delle prove scritte degli anni precedenti.

Inoltre è possibile consultare per approfondimenti i seguenti testi (tutti disponibili nel CSB di scuola):

M. Guarnieri, A. Stella: “Principi ed applicazioni di Elettrotecnica (volume primo)”, Edizioni Libreria Progetto Padova.

C. K. Alexander, M.N.O. Sadiku: “Circuiti elettrici”, McGraw-Hill, ISBN 88 386 0853-9.

C. A. Desoer, S. Kuh: “Fondamenti di teoria dei circuiti”, Franco Angeli Editore, Collana di Ingegneria Elettrica.

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: Ricevimento studenti: su appuntamento previo contatto per e-mail oppure telefonico. Docente Prof. Paolo Molfino    Dipartimento DITEN Uff:   Via Opera Pia 11 (ex-CNR), 3^ piano Tel:    010 3532713      e-mail: paolo.molfino@unige.it Sul sito AulaWeb dell'insegnamento gli studenti possono trovare la mappa che permette di raggiungere facilmente l'ufficio del docente.  

Commissione d'esame

PAOLO MOLFINO (Presidente)

PIETRO OSCAR VENTURA

MANSUETO ROSSI

MARIO NERVI

GIULIO BARABINO

MASSIMO BRIGNONE

LEZIONI

Modalità didattiche

Il corso si sviluppa principalmente attraverso didattica frontale con ausili informatici audiovisivi (circa 70 ore). Sono inoltre previste sessioni di esercizi svolti in aula (circa 30 ore). Gli studenti che frequentano il corso debbono registrarsi al sito di didattica on-line dell’Ateneo denominato AulaWeb, iscrivendosi al corso. In tal modo avranno accesso al materiale didattico del corso, riceveranno via e-mail le comunicazioni del docente e avranno accesso ai risultati delle prove scritte.

Per lo svolgimento degli esercizi in aula, sono previste due ore settimanale, in preparazione delle prove pratiche, a partire, indicativamente, dalla seconda settimana di ottobre.

ESAMI

Modalità d'esame

l'esame prevede il superamento di una prova scritta seguita da una prova orale.

Prova Scritta: sono previste due prove scritte durante il periodo di lezione (compitini) costituite da un esercizio ciascuna da risolversi in un’ora. Sono inoltre previste prove scritte con cadenza mensile durante i periodi di esami (Gennaio-Febbraio e Giugno-Settembre), costituite da due esercizi da risolversi in due ore.

Per ogni esercizio proposto si deve rispondere esattamente a tre domande, ciascuna delle quali vale un punto, per un totale sui due esercizi di 6 punti. Per l’ammissione alla prova orale si sommano i risultati delle due prove scritte intermedie. ovvero dei due esercizi della prova scritta sostenuta: si è ammessi se il punteggio totale risulta essere ≥ 4 su 6. Per quanto riguarda le prove scritte intermedie sono ammessi solo studenti che frequentano il corso per la prima volta.

Il superamento delle prove scritte garantisce l’ammissione alle prove orali sino alla prima prova scritta dell’anno accademico successivo. Superato tale termine deve essere nuovamente superata la prova scritta.

Prova Orale: sessioni a cadenza settimanale, a numero chiuso. La votazione finale prescinde dal voto riportato nella prova scritta.

La prova orale consiste in un colloquio di circa trenta minuti su esempi pratici (esercizi) ed argomenti teorici. Durante i periodi di interruzione delle lezioni, l’iscrizione alle sessioni d’esame a numero chiuso si effettua mediante la procedura online dell’Ateneo, le iscrizioni sono aperte a partire dalla settimana precedente a quella della sessione d’esame prescelta. Nei periodi di lezione sono previste prove orali su appuntamento, previo contatto col docente, riservate agli studenti che hanno terminato il ciclo triennale (studenti che hanno già frequentato il terzo anno di corso).

Modalità di accertamento

Le prove d’esame hanno lo scopo di accertare il livello di preparazione dello studente con particolare enfasi sui seguenti aspetti:

  • conoscenze acquisite in merito ai principali elementi di base che caratterizzano lo studio dei circuiti elettrici (tra cui, ad esempio: concetto di bipolo, leggi di Ohm e di Kirchhoff, Teoremi di Thevenin e Norton, formule di Millmann, analisi fasoriale, ecc.) – conoscenze valutabili durante la prova orale;
  • capacità di applicarle su problemi specifici (soluzione di esercizi numerici: prova scritta);
  • conoscenze acquisite in merito ai principali aspetti applicativi dell’elettromagnetismo (tra cui, ad esempio: trasformatori, macchine ad induzione, elettronica di potenza, sistemi elettrici)  – conoscenze valutabili durante la prova orale;
  • capacità di analizzare semplici problemi relativi ai sistemi elettrici utilizzatori bassa tensione che coinvolgono l’analisi di trasformatori, motori ad induzione, carichi elettrici, rifasamento (soluzione di esercizi numerici: prova scritta).