29904 - ELEMENTI DI INGEGNERIA ELETTRICA T

Conoscenze e abilità da conseguire

Acquisire le metodologie necessarie per lo studio dei circuiti elettrici in regime continuo. Acquisire le conoscenze di base necessarie per la analisi dei circuiti elettrici in regime sinusoidale monofase e trifase e dei circuiti magnetici. Fornire le conoscenze di base relative alle macchine elettriche ed agli impianti elettrici in generale, con particolare riferimento alle applicazioni nell'industria chimica.

Contenuti

Requisiti/Propedeuticità consigliate

Sono richieste le conoscenze di matematica relative ai sistemi di equazioni algebriche lineari, alle operazioni con i numeri complessi, e al calcolo differenziale e integrale. Sono inoltre richieste le conoscenze di base di fisica, con particolare riferimento all'elettromagnetismo. Tali conoscenze possono essere acquisite superando i corsi di Analisi Matematica e di Fisica Generale T-1 e Fisica Generale T-2.

Programma

Il programma del corso si articola nelle sezioni riportate di seguito.

Campi Elettromagnetici

Richiami sui principali operatori vettoriali. Definizioni fondamentali. Equazioni di Maxwell in forma locale ed integrale. Dalla teoria dei campi alla teoria dei circuiti. Elettrostatica. Equazioni di Laplace e di Poisson, problema generale dell’elettrostatica, matrice di capacità, condensatori.

Circuiti Elettrici

Reti e circuiti a parametri concentrati. Leggi di Kirchhoff. Principali elementi circuitali: resistenze, induttori, condensatori, generatori indipendenti di tensione e di corrente. Regimi stazionari. Serie e parallelo di resistenze. Trasformazioni triangolo - stella. Metodi di studio dei circuiti elettrici. Metodo delle equazioni di Kirchhoff. Metodo dei potenziali di nodo. Metodo delle correnti di maglia. Principio di sovrapposizione degli effetti. Teorema di Tellegen. Teoremi di Thevenin e di Norton. Transitori nei circuiti elettrici. Circuiti RC, LC, RLC. Stato iniziale dei componenti con memoria. Regimi sinusoidali. Legge di Ohm simbolica e concetto di impedenza. Leggi di Kirchhoff simboliche. Studio di circuiti in regime sinusoidale mediante il metodo simbolico. Potenza in regime sinusoidale. Rifasamento. Sistemi trifase. Utilizzatori a stella e a triangolo. Utilizzatori equilibrati e squilibrati. Potenza assorbita da un utilizzatore trifase. Trifase con neutro.

Magnetostatica

Proprietà magnetiche della materia, materiali diamagnetici, paramagnetici e ferromagnetici, circuiti magnetici, coefficienti di auto e mutua induzione. Legge di Hopkinson.

Macchine elettriche

Principi di conversione elettromeccanica dell’energia. Fenomeni di perdita nelle macchine elettriche.

Il trasformatore. Principio di funzionamento. Ipotesi di campo. Equazioni interne ed esterne. Circuiti equivalenti. Funzionamento a vuoto ed in corto circuito. Misura del rendimento. Trasformatore trifase.

Campo magnetico rotante

Macchine asincrone. Principio di funzionamento. Teorema di equivalenza. Circuito equivalente. Caratteristica meccanica ed elettromeccanica. Problematiche di avviamento della macchina asincrona.

Macchine sincrone. Principio di funzionamento. Caratteristiche costruttive. Funzionamento da generatore e da motore. Regolazione di frequenza e tensione. Circuito equivalente.

Sistemi elettrici per l’energia

Generalità sui sistemi elettrici per l’energia: generazione, trasmissione e distribuzione della energia elettrica. Cenni sulle centrali elettriche e sulle fonti energetiche. Centrali termoelettriche e principali combustibili. Linee elettriche, dispositivi di manovra e protezione.

Sicurezza elettrica

Effetti della folgorazione sul corpo umano. Sicurezza elettrica, contatto diretto e indiretto, tipi di isolamento, impianto di terra, relè differenziale. Principali criteri di progetto degli impianti. Lettura di schemi di impianti elettrici.

Testi/Bibliografia

G. Rizzoni “Elettrotecnica. Principi e applicazioni”, Mc Graw-Hill, Terza Edizione, 2013 o edizioni successive.

K. Alexander, M. Sadiku, “Circuiti elettrici”, Mc Graw-Hill, 2012, o edizioni successive.

Ghigi, Martelli, Mastri “Esercizi di Elettrotecnica”, Progetto Leonardo, 2000

Hambley, “Elettrotecnica”, quarta edizione, Pearson, 2009.

Metodi didattici

I contenuti del corso vengono illustrati durante le lezioni frontali in aula; si prevedono due ore settimanali dedicate ad esercitazioni. Sono inoltre previste sei esercitazioni di laboratorio la cui frequenza è obbligatoria, di cui tre esercitazioni a carattere sperimentale e tre esercitazioni al calcolatore. Nelle esercitazioni a carattere sperimentale si affronterà la realizzazione di circuiti in corrente continua ed alternata e la misura del rendimento convenzionale del trasformatore. Nelle esercitazioni al calcolatore si affronterà la soluzione di circuiti in corrente continua, alternata e in fase transitoria avvalendosi di software commerciali.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Le prove, scritta ed orale, verteranno sugli argomenti riportati nel programma del corso e svolti in aula.

1. Le dispense costituiscono un ausilio didattico, ma non sostituiscono le lezioni, pertanto tutto il programma svolto a lezione costituisce materia d’esame.
2. Sono previste, durante lo svolgimento del corso, due prove parziali, una approssimativamente a metà corso, e l'altra alla fine.
3. Ogni prova parziale prevede due esercizi e una o più domande di teoria. Al termine delle prove parziali, verranno assegnati i punteggi complessivi sugli esercizi e sulle domande teoriche, ed il voto finale.
4. I due esercizi della prima prova parziale si riferiranno a: Reti Elettriche in Regime Stazionario, Reti Elettriche in Fase Transitoria
5. I due esercizi della seconda prova parziale si riferiranno a: Circuiti Magnetici, Reti Elettriche in Regime Sinusoidale, Reti Elettriche Trifase
6. Il tempo a disposizione per affrontare le domande di teoria è di circa 20 min per domanda. Sarà distribuito un foglio protocollo ed il testo della prova, sul quale l’allievo dovrà porre (nello spazio a ciò riservato) Cognome, Nome, Numero di matricola. Al termine del tempo prescritto i fogli ed il testo dovranno essere riconsegnati.
7. La risposta a ciascuna domanda dovrà essere contenuta all’incirca in una/due facciate di foglio protocollo (le risposte troppo lunghe costituiranno elemento di penalizzazione nel voto)
8. Le domande si riferiscono a: esposizioni di argomenti o dimostrazioni.

   Nel caso sia richiesto di illustrare un argomento l’esposizione dovrà essere sintetica, rilevando solo i punti essenziali della trattazione e citando le leggi necessarie per l’esposizione.

   Nel caso di dimostrazioni il candidato dovrà tracciare qualitativamente gli schemi od i grafici di riferimento, scrivere le espressioni necessarie e precisare, ove sia utile, i limiti di validità della dimostrazione richiesta.

9. Durante le prove scritte non è consentito l’utilizzo di alcun ausilio didattico (libri, dispense o appunti). Sarà possibile utilizzare una calcolatrice, ma solo per lo svolgimento degli esercizi.
10. Gli elementi di giudizio con cui saranno valutate le domande di teoria saranno (in ordine di importanza):

    · La correttezza delle risposte;

    · La chiarezza, la completezza e la sintesi delle risposte.

11. I risultati delle prove scritte saranno resi disponibili in Internet sul sito AMS Campus
12. Gli studenti che abbiano conseguito la sufficienza nelle prove parziali (voto maggiore o uguale a 18/30 sia sugli esercizi, sia sulla teoria), potranno scegliere se verbalizzare il voto complessivo ottenuto o sostenere un esame orale.
13. Qualora la sufficienza nelle due parti non sia stata conseguita, ma il voto finale risulti comunque maggiore o uguale a 15/30, lo studente sarà ammesso all'esame orale.
14. Nel caso in cui il voto finale risulti minore di 15/30, lo studente non sarà ammesso alla prova orale, e sarà tenuto a sostenere l'esame completo.
15. L'esame completo è costituito da una prova scritta ed una prova orale. La prova scritta è costituita da due esercizi. Per accedere alla prova orale è necessario avere conseguito alla prova scritta un punteggio maggiore o uguale a 15/30.
16. I due esercizi della prova scritta dell’esame completo si riferiranno a: Reti Elettriche in Regime Stazionario, Reti Elettriche in Fase Transitoria, Circuiti Magnetici, Reti Elettriche in Regime Sinusoidale, Reti Elettriche Trifase

Strumenti a supporto della didattica

Le dispense del corso sono disponibili sul sito Insegnamenti OnLine (https://iol.unibo.it). Su tale sito sono anche disponibili presentazioni utilizzate durante il corso ed esempi di prove d'esame. 

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Marco Breschi

Consulta il sito web di Pier Luigi Ribani