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Insegnamento: Elettrotecnica e macchine elettriche (Offerta Formativa a.a. 2017/2018)

Corso di studio: INGEGNERIA MECCATRONICA (D.M.270/04)

CFU12
Moduli

Modulo: Elettrotecnica
TAF: Affine/Integrativa; SSD: ING-IND/31; Ambito: Attività formative affini o integrative
Docenti: Emilio LORENZANI

Modulo: Macchine elettriche
TAF: Caratterizzante; SSD: ING-IND/32; Ambito: Ingegneria dell'automazione
Docenti: Emilio LORENZANI, Claudio BIANCHINI

Materiale Didattico Accedi al materiale didattico su Dolly
Propedeuticità obbligatorie
Modalità di accertamento del profitto Orale
Modalità di valutazione Voto
Esse3 Accedi ai dati dell'insegnamento su Esse3
Lingua di insegnamento

Italiano

Partizionamento studenti

Nessun partizionamento

Obiettivi

Il corso ha lo scopo di fornire le conoscenze di base nell'ambito dell'analisi dei circuiti elettrici, dei fenomeni elettromagnetici ed i principi di funzionamento delle più diffuse macchine elettriche.
Di seguito vengono riportati gli obiettivi di apprendimento, in riferimento ai descrittori di Dublino.

Conoscenza e capacità di comprensione delle seguenti tematiche.
1. Teoria elettromagnetica, dei circuiti magnetici e delle approssimazioni/semplificazioni del regime quasi stazionario che portano alla teoria dei circuiti a parametri concentrati.
2. Metodi classici di risoluzione dei circuiti elettrici in corrente continua.
3. Comportamento energetico dei bipoli Condensatore e Induttore.
4. Analisi di circuiti elettrici che presentano transitori del primo e secondo ordine.
5. Analisi dei circuiti elettrici in condizione di regime sinusoidale.
6. Concetto di potenza elettrica in regime sinusoidale e rifasamento.
7. Sistemi trifase.
8. Teoria generale della conversione elettromeccanica dell’energia.
9. Concetto di regione di funzionamento a coppia costante e a potenza costante.
Struttura, principio di funzionamento e circuito equivalente delle seguenti macchine elettriche:
10. macchina elettrica in corrente continua;
11. trasformatore;
12. macchina sincrona;
13. macchina a induzione.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione alle seguenti tematiche.
14. Risoluzione di circuiti in corrente continua in condizioni di regime e transitorio.
15. Risoluzione di circuiti in regime sinusoidale.
16. Determinazione del punto di lavoro di macchine in corrente continua a magneti permanenti, ad eccitazione indipendente e ad eccitazione serie.
17. Calcolo della coppia/forza agente su un elettromagnete.
18. Procedure standard per la determinazione dei parametri interni del circuito equivalente del trasformatore reale e determinazione del rendimento convenzionale.
19. Calcolo del punto di lavoro di macchine a induzione.

Prerequisiti

Analisi matematica, Fisica I, Fisica II.

Contenuti

Teoria dei campi elettromagnetici (richiami), equazioni di Maxwell in forma locale ed integrale, richiami sulla polarizzazione della materia. Modello a parametri concentrati e bipoli. Teoria dei circuiti. Circuiti magnetici e mutuo accoppiamento.
Metodi di risoluzione di circuiti in corrente continua.
Circuiti a parametri concentrati. Comportamento energetico dei bipoli C ed L.
Analisi dei circuiti in regime transitorio con soluzione nel dominio del tempo.
Circuiti in condizioni di regime sinusoidale: metodo simbolico (trasformata di Steinmetz). Potenza in regime sinusoidale. Rifasamento. Risonanza e antirisonanza.
Sistemi trifase. Collegamenti a stella e a triangolo.
Trasformatore monofase, ideale, quasi-ideale e reale. Principio di funzionamento e circuito equivalente. Funzionamento a vuoto e a carico con determinazione dei diagrammi fasoriali. Rendimento convenzionale. Prova a vuoto e in corto circuito.
Conversione elettromeccanica dell’energia. Energia e Coenergia. Determinazione della forza/coppia erogata da un attuatore elettrico.
Principio di funzionamento della macchina in corrente continua a magneti permanenti, ad eccitazione indipendente ed eccitazione serie. Circuito equivalente. Caratteristica meccanica. Tecniche per cambiare la velocità di rotazione. Regione di funzionamento a coppia costante e a potenza costante.
Struttura delle macchine sincrone e dei motori brushless a magneti permanenti. Principio di funzionamento e tecniche di controllo del motore brushless trapezoidale e sinusoidale. Modello stazionario delle macchine a magneti permanenti.
Campo magnetico rotante. Struttura e principio di funzionamento della machina a induzione. Modello stazionario della macchina a induzione. Modello circuitale equivalente. Prova a vuoto e a rotore bloccato. Regolazione della velocità della macchina a induzione. Controllo del rapporto tensione/frequenza costante.

Metodi didattici

Il corso prevede principalmente l’utilizzo di lezioni frontali, contestualmente all’introduzione dei nuovi concetti ne viene data subito l’applicazione tramite la soluzione di semplici esempi fino ad arrivare allo studio di sistemi complessi. Gli argomenti del corso vengono trattati con metodo analitico e/o euristico. La risoluzione degli esercizi avviene mediante metodi analitici e con l’utilizzo di ipotesi semplificative del modello del sistema.

Verifica dell'apprendimento

L’esame prevede: 1: una prova scritta con tre esercizi di Elettrotecnica e due esercizi di Macchine Elettriche. I tre esercizi di Elettrotecnica sono delle seguenti tre tipologie: circuito in corrente continua, circuito con transitori di tensione e corrente, circuito in regime sinusoidale. La parte di Elettrotecnica dello scritto ha l’obiettivo di verificare gli obiettivi di apprendimento 2-6 e 14-15. I due esercizi di Macchine Elettriche potranno essere delle seguenti tre tipologie: determinazione delle condizioni operative (coppia, velocità, tensioni di alimentazione, ecc…) di macchine in corrente continua, determinazione forze e/o correnti in elettromagneti, determinazione delle condizioni operative di macchina a induzione. La prova scritta ha una durata di 3 ore. La valutazione dello scritto è determinata per 3/5 dalla parte di Elettrotecnica e per 2/5 dalla parte di Macchine Elettriche. La parte di Macchine Elettriche dello scritto ha l’obiettivo di verificare gli obiettivi di apprendimento 8-11, 13, 16,17,19. 2: una prova orale riguardante sia la parte di Elettrotecnica, sia la parte di Macchine Elettriche. Il peso della prova orale e la valutazione della stessa è invertita rispetto alla prova scritta: 3/5 parte di Macchine Elettriche, 2/5 parte di Elettrotecnica. L’esame si considera superato solo se risultano sufficienti entrambe le prove. La votazione finale è determinata dalla media delle votazioni delle due prove, scritta e orale. La prova orale inizia dall’analisi della prova scritta sostenuta dallo studente e dalla discussione delle metodologie adottate per la risoluzione degli esercizi e degli errori commessi. Nella prova orale possono essere chiesti tutti gli argomenti spiegati a lezione e quindi si verificano tutti gli obiettivi di apprendimento. Ci si concentrerà con maggiore insistenza sugli obiettivi di apprendimento non trattati (o non trattati appieno) nella prova scritta, ossia gli obiettivi 1, 3, 4, 6, 7-13, 18.

Risultati attesi

Vedi "Obiettivi".

Testi

Possibili libri di testo/consultazione:

Rizzoni G., "Elettrotecnica, Principi e applicazioni",
McGraw-Hill, 3a edizione, 2013

G. Fabricatore, "Elettrotecnica ed applicazioni",
Ed. Liguori, 1994

Olivieri e Ravelli "Principi ed Applicazioni di Elettrotecnica", Volume 1 e Volume 2, CEDAM

Fitzgerald A. E. , Kinsley C. jr. , "Macchine Elettriche", F. Angeli (advanced)

Schaum's Solved Problems Series: 3000 Solved Problems in Electric Circuits

Docenti

Claudio BIANCHINI
Emilio LORENZANI
Emilio LORENZANI