29247 - MACCHINE ELETTRICHE T

Anno Accademico 2017/2018

  • Docente: Giovanni Serra
  • Crediti formativi: 9
  • SSD: ING-IND/32
  • Lingua di insegnamento: Italiano
  • Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
  • Campus: Bologna
  • Corso: Laurea in Ingegneria dell'energia elettrica (cod. 8610)

Conoscenze e abilità da conseguire

Fornire adeguate conoscenze metodologiche ed operative per lo studio delle macchine elettriche maggiormente diffuse in ambito civile ed industriale, con particolare riguardo alle problematiche di carattere elettromagnetico, consentendo allo studente di acquisire criteri per la scelta e l'ottimizzazione delle prestazioni. Saranno inoltre forniti elementi di base relativamente alla regolazione della velocità di funzionamento.

Contenuti

Generalità
Richiami sulle leggi dell'elettromagnetismo e sulle principali proprietà dei materiali conduttori, dielettrici e ferromagnetici impiegati nella realizzazione delle macchine elettriche.
Cenni sui fenomeni termici transitori nelle macchine elettriche, normative di riferimento.
Trasformatori
Forma e realizzazione dei circuiti magnetici e degli avvolgimenti. Definizioni relative ai flussi dispersi. Circuito elettrico equivalente, perdite nel ferro, saturazione del nucleo magnetico. Funzionamento in regime sinusoidale, diagramma vettoriale. Funzionamento a carico, potenza nominale e rendimento. Variazione di tensione da vuoto a carico. Prove a vuoto ed in corto circuito, determinazione dei parametri caratteristici. Funzionamento in parallelo, determinazione delle condizioni ideali.

Trasformatore trifase, circuiti magnetici, tipo di collegamento degli avvolgimenti primari e secondari, gruppo di appartenenza. Funzionamento in regime sinusoidale simmetrico ed equilibrato.

Analisi del funzionamento a vuoto nei vari casi di collegamento primario e secondario. Armoniche di corrente e flusso.

Funzionamento in condizioni di carico squilibrato: stella/stella, triangolo/stella, stella/stella-neutro, coll.zig-zag. Determinazione impedenza omopolare.

Caratteristiche esterne del trasformatore su carico ohmico, induttivo e capacitivo, variazione di tensione da vuoto a carico, diagramma di Kapp.

Analisi del funzionamento in parallelo dei trasformatori con diverso rapporto di trasformazione.

Calcolo del coefficiente di autoinduzione di dispersione di un trasformatore nel caso di avvolgimenti cilindrici concentrici, a primario sdoppiato, a bobine alternate.

Autotrasformatore: deduzione dal trasformatore originario. Deduzione dati di progetto del trasformatore dai dati di specifica dell'autotrasformatore.

Il trasformatore a tre avvolgimenti: equazioni descrittive, circuito elettrico equivalente. Metodo per la misura dei parametri. Calcolo dei parametri del circuito elettrico equiv. del trasformatore a 3 avvolgimenti.

I trasformatori di misura. TV e TA: collegamenti a primario e secondario. Metodi per l'analisi delle cause di errore. Criteri di dimensionamento.

 


Macchine Elettriche rotanti
Generalità.
Forme costruttive delle macchine rotanti, nomenclatura, circuito magnetico.

Analisi armonica della distribuzione di campo magnetico prodotta da un gruppo di bobine a passo raccorciato.

Campi rotanti armonici prodotti da un sistema simmetrico di avvolgimenti percorso da un sistema equilibrato di correnti alternate sinusoidali. Condizioni di esistenza.

Calcolo della forza elettromotrice indotta in un avvolgimento a p coppie di poli da un campo magnetico rotante armonico avente Kp coppie di poli e velocità generica.

Fattore d'avvolgimento per la K-ma armonica.

Macchina asincrona
Generalità, struttura e nomenclatura.
Principio di funzionamento. Equazioni del circuito magnetico. Funzionamento in regime sinusoidale, a vuoto ed a carico. Circuito elettrico equivalente.

Funzionamento della macchina asincrona in presenza di campi rotanti armonici al traferro. Circuito equivalente generalizzato della macchina asincrona. Reattanza di dispersione al traferro.

Bilanci energetici, rendimento. Diagrammi vettoriali. Espressione della coppia, coppia massima, stabilità. Prove sulla macchina. Cenni sugli effetti dei campi armonici di ordine superiore. Macchine asincrone con rotore a gabbia di scoiattolo. Avviamento e regolazione della velocità.

Esecuzione e calcolo degli avvolgimenti per corrente alternata a semplice e doppio strato.

Il rotore a doppia gabbia ed a barre profonde. Equazioni di macchina e circuito elettrico equivalente del rotore a doppia gabbia.

La macchina asincrona monofase: principio di funzionamento, equazioni descrittive, circuito elettrico equivalente. Problematiche d'avviamento.



Macchina sincrona
Generalità, tipi di struttura, nomenclatura, principio di funzionamento.

Macchina a rotore isotropo, funzionamento a vuoto ed a carico in regime sinusoidale. Il diagramma di Behn-Eschemburg.
Macchina a poli salienti, reazione d'armatura in linearità magnetica, reattanze sincrone lungo gli assi longitudinale e trasversale. Diagramma di Arnold-Blondel.
Calcolo della reattanza longitudinale e trasversale delle macchine sincrone a poli salienti.

Deduzione dell'espressione della coppia delle macchine sincrone a poli lisci ed a poli salienti.

Limiti di stabilità in regime statico e dinamico, oscillazioni pendolari, avvolgimenti smorzatori. Funzionamento di un generatore sincrono in parallelo a rete di potenza infinita. Curva limite di prestazione (Capability). Macchine sincrone a magneti permanenti.

Modelli matematici delle macchine sincrone in saturazione magnetica: macchine a rotore isotropo ed anisotropo.

Macchine sincrone a magneti permanenti: tipologie costruttive, circuito magnetico. Motori a f.e.m. trapezia e motori a fem sinusoidale. Cause delle ondulazioni di coppia.

 

 

Macchina a corrente continua
Generalità, struttura e nomenclatura. L'indotto a tamburo, spazzole e collettore. Cenni sugli avvolgimenti per macchine a corrente continua. Il funzionamento a vuoto. Il funzionamento a carico e la reazione d'armatura. Equazioni della macchina in regime dinamico e stazionario. Coppia elettromagnetica. La commutazione nel caso ideale. Connessioni del circuito di eccitazione. Caratteristiche esterne dei generatori, regolazione della tensione, eccitazione compound. Caratteristiche meccaniche dei motori. Reversibilità del funzionamento delle macchine.

Avvolgimenti per le macchine a corrente continua: embricati semplici e multipli, ondulati semplici e multipli. Collegamenti equipotenziali.

Provvedimenti per la compensazione dei fenomeni di reazione d'armatura: poli ausiliari, avvolgimenti compensatori, spostamento delle spazzole.

Calcolo della tensione di reattanza e progetto dei poli ausiliari.

Testi/Bibliografia

B. Brunelli: Conversione elettrica ed elettromeccanica dell'energia, Pitagora, Bologna

A. E. Fitzgerald, C. Kingsley, A. Kusko: Macchine elettriche. Franco Angeli

E. Di Pierro: Costruzioni elettromeccaniche (vol. I e II). Eedizioni Scientifiche Siderea, Roma

L. Fusco, D. Iannuzzi, E. Pagano, L. Piegari: Macchine elettriche. Liguori Editore, Napoli

M. Kostenko, l. Piotrovsky: Electrical machines, (vol. I e II). Mir Publishers Moscow
P. L. ALGER: THE NATURE OF POLIPHASE INDUCTION MACHINES JOHN WILEY NEW YORK CHAPMAN & HALL LONDON
Copia delle presentazioni video utilizzate durante l'insegnamento

Sono inoltre disponibili appunti tratti dalle lezioni

Metodi didattici

Il corso prevede ore di lezione ed ore di esercitazione ove vengono sviluppati esempi applicativi.

Le esercitazioni proposte richiedono l'uso di calcolatrici tascabili, tabelle e grafici dedotti da cataloghi commerciali.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La prova finale di verifica dell'apprendimento consiste nel superamento di una prova scritta e di una prova orale su tre delle principali tematiche del Corso.

Strumenti a supporto della didattica

Durante il Corso saranno anche utilizzate presesentazioni audiovisive, saranno mostrati modelli funzionanti e sarà utilizzato software per l'analisi delle strutture elettromagnetiche.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giovanni Serra