ELECTROTECNICS

ELECTROTECNICS

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iten
Codice
101133
ANNO ACCADEMICO
2021/2022
CFU
6 cfu al 2° anno di 10948 MARITIME SCIENCE AND TECHNOLOGY (L-28) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
ING-IND/31
LINGUA
Inglese
SEDE
GENOVA (MARITIME SCIENCE AND TECHNOLOGY)
periodo
1° Semestre
materiale didattico

PRESENTAZIONE

Nel corso di elettrotecnica, verranno analizzati circuiti elettrici in regime stazionario, transitorio, sinusoidale monofase e trifase.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

The course gives the essential elements for understanding of analysis and exploitation of the electromagnetic phenomena. In the first part of the course the instruments for static and quasi-static analysis by circuit methods are introduced. In the second part of the course the principal application aspects of exploitation of power electromagnetic phenomena are introduced: electrical motors, power electronics and power electrical systems.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L’obiettivo del corso 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, fino ad arrivare, qualora possibile, alla loro soluzione analitica.

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.

Modalità didattiche

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

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, induttori e doppi bipoli
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. Omogenea associata e integrale particolare, condizioni iniziali, equazione caratteristica. 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.

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

Ricevimento: Il ricevimento è da concordare su appuntamento (e-mail: massimo.brignone@unige.it), sia in modalità remota tramite l'applicazione TEAMS, sia attraverso incontri frontali (ovviamente, quest'ultima modalità sarà disponibile a seconda delle misure anti COVID-19) 

LEZIONI

Modalità didattiche

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

ORARI

L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su EasyAcademy.

ESAMI

Modalità d'esame

 Attenzione: in ragione dei provvedimenti relativi all'emergenza sanitaria nCOVID-19, le modalità riportate sotto potrebbero essere soggette a significative variazioni.

La verifica dell'apprendimento si compone di una parte scritta e 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 il corso.

L'esame scritto si intende superato se lo studente ha ottenuto un voto maggiore o uguale a 16 (su um massimo di 30). Per partecipare alla prova scritta occorre
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 è 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 hanno una media maggiore uguale a 18 (trentesimi)e che in entrambe le prove parziali hanno ottenuto una valutazione maggiore od uguale a 16 (trentesimi), sono esonerati dalla prova scritta finale. Il voto complessivo con cui si accederà alla prova orale è la media di quello ottenuto nelle due prove parziali.

Modalità di accertamento

I dettagli sulle modalità di preparazione per l’esame e sul grado di approfondimento di ogni argomento verranno dati nel corso delle
lezioni teoriche e durante le esercitazioni.

L’esame scritto verificherà l’effettiva acquisizione delle conoscenze di base, in particolar modo della parte pratica di risoluzione circuiti, siano essi in regime stazionario, dinamico e sinusoidale (monofase e trifase). Lo studente dovrà essere in grado di rispondere alle domande poste nei problemi, motivandole adeguatamente, presentando un elaborato chiaro ed ordinato in cui ogni grandezza utilizzata dovrà essere definita. Verrnno parimenti valutati il risultato numerico e il procedimento di soluzione proposto.  


L’esame orale verterà principalmente sugli argomenti trattati durante le lezioni frontali di teoria e avrà lo scopo di valutare non soltanto se
lo studente ha raggiunto un livello adeguato di conoscenze, ma se ha acquisito la capacità di analizzare criticamente eventuali circuiti elettrici che verranno posti nel corso dell'esame. I teoremi e le dimostrazioni proposte durante le lezioni teoriche e/o durante le esercitazioni saranno richiesti durante l'esame orale. Sarà oggetto di valutazione anche la precisione, la chiarezza, la rielaborazione personale e l'utilizzo di una terminologia corretta con cui avverrà l'esposizione dei concetti richiesti.

 

ALTRE INFORMAZIONI

Sono presupposti importanti e alla base del corso 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.