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EMILIO LORENZANI
Professore Ordinario
Dipartimento di Scienze e Metodi dell'Ingegneria
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Insegnamento: Elettrotecnica e macchine elettriche
Ingegneria meccatronica (Offerta formativa 2022)
Obiettivi formativi
Il corso intende fornire gli strumenti necessari per l’analisi e la soluzione di reti elettriche in regime stazionario, dinamico e transitorio, e delle loro applicazioni.
Nel corso verranno studiate le principali macchine elettriche statiche e dinamiche: in particolare il trasformatore, la macchina in corrente continua, la macchina sincrona e la macchina asincrona.
Per una più completa comprensione degli obiettivi formativi, si rimanda alla lettura dei risultati di apprendimento attesi a seguito dello svolgimento del presente percorso formativo.
Prerequisiti
Conoscenze/Abilità: Teoria dell’Elettromagnetismo; Trigonometria; Numeri Complessi; Calcolo infinitesimale; Equazioni differenziali lineari a coefficienti costanti; Calcolo vettoriale.
Programma del corso
Legenda: 1 CFU corrisponde a 9 ore di lezione
La suddivisione dei contenuti per CFU e il dettaglio degli argomenti trattati possono subire leggere modifiche nel corso dell’insegnamento, anche alla luce della riposta degli studenti e delle studentesse.
36 ore corrispondenti a 4 CFU sono dedicate ai seguenti argomenti di Richiami di elettromagnetismo e teoria dei circuiti:
Regime quasi stazionario, modello a parametri concentrati e bipoli. Leggi di Kirchoff e Legge di Ohm. Collegamento serie e parallelo dei bipoli. Generatori ideali e reali di tensione e corrente. Metodi di risoluzione di circuiti in corrente continua. Teorema di Millman. Teoremi di Thevenin e di Norton. Potenza in corrente continua. 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: risoluzione dei circuiti mediante il metodo simbolico (trasformata di Steinmetz).
18 ore corrispondenti a 2 CFU sono dedicate ai seguenti argomenti di Applicazioni dell’elettrotecnica:
Massimo trasferimento di potenza generatore-carico in corrente continua. Ponte di Wheatstone.
Filtri del primo e del secondo ordine (circuiti risonanza serie e antirisonanza). Potenze elettriche in regime sinusoidale. Tecniche di rifasamento per carichi ohmico-induttivi. Cenni di distribuzione dell’energia. Sistemi trifase. Collegamenti generatore-carico a stella e a triangolo. Potenza nei sistemi trifase. Wattmetro e misura della potenza nei sistemi trifase.
27 ore corrispondenti a 3 CFU sono dedicate ai seguenti argomenti di Macchine elettriche: Introduzione alle macchine elettriche statiche e dinamiche. Trasformatore ideale, quasi ideale e reale: principio di funzionamento e circuito equivalente. Prove standard di caratterizzazione. Motore DC: costruzione, principio di funzionamento, circuito equivalente e curve caratteristiche.
Struttura e principio di funzionamento e circuito equivalente della macchina sincrona.
Struttura, principio di funzionamento e caratteristica meccanica della macchina asincrona.
Metodi didattici
L’insegnamento viene erogato in lingua italiana mediante lezioni frontali in presenza. Le lezioni comprendono una parte teorica e una parte di esercitazioni. 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 parte teorica consolida la comprensione e conoscenza degli argomenti esposti. Le esercitazioni hanno lo scopo di affinare le capacità applicative dello studente e sono dedicate alla soluzione di esercizi numerici e applicazioni pratiche, facendo uso dei metodi teorici esposti. La risoluzione degli esercizi avviene mediante metodi analitici e con l’utilizzo di ipotesi semplificative del modello del sistema. La frequenza alle lezioni non è obbligatoria ma fortemente consigliata.
Testi di riferimento
Possibili libri di testo:
G. Fabricatore, "Elettrotecnica ed applicazioni", Ed. Liguori, 1994
Rizzoni G., "Elettrotecnica, Principi e applicazioni",
McGraw-Hill, McGraw-Hill, 3a edizione, 2013
Rizzoni G., "Fundamentals of Electrical Engineering", McGraw-Hill
Allan R. Hambley "Elettrotecnica" quarta edizione, Pearson editore
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
Verifica dell'apprendimento
L’esame si svolgerà al termine dell’insegnamento secondo il calendario ufficiale degli appelli d’esame.
L’esame consiste di una prova scritta che prevede la soluzione di alcuni esercizi e una prova orale.
La prova scritta, sotto forma di test della durata di 60 minuti, costituita da tre esercizi:
-un esercizio in Corrente Continua
-un esercizio in Corrente Alternata
-un Transitorio del primo ordine
Il punteggio è identico per ogni tipo di esercizio
La prova si ritiene superata se il punteggio complessivamente totalizzato è sufficiente. Solo chi supera la prova scritta può accedere alla prova Orale.
Opzionalmente, è possibile svolgere l'esame suddiviso in due parti, per mezzo di una prova intermedia e una prova finale integrativa.
La prova intermedia sarà una prova scritta sotto forma di test della durata di 45 minuti, composta da due esercizi:
-un esercizio in Corrente Continua
-un Transitorio del primo ordine
La prova intermedia si ritiene superata se il punteggio complessivo totalizzato è sufficiente, e permette di accedere alla prova finale integrativa.
La prova finale integrativa avrà la durata di 25 minuti e sarà composta da un esercizio in Corrente Alternata.
Le prove si riterranno superate se il punteggio complessivamente totalizzato è sufficiente.
Solo chi supera le due prove scritte può accedere alla prova Orale.
La prova orale si svolge sotto forma di colloquio della durata indicativa di 30-40 minuti e verte su tutti gli argomenti del corso, con particolare riguardo ai contenuti applicativi e alle macchine elettriche.
Per il superamento dell’esame tutte le prove devono risultare sufficienti.
La valutazione complessiva è determinata per il 40% dalle prove scritte e per il 60% dalla prova orale.
Risultati attesi
Di seguito vengono riportati gli obiettivi di apprendimento, in riferimento ai descrittori di Dublino.
A. Conoscenza e capacità di comprensione delle seguenti tematiche.
1. Conoscere e comprendere il regime quasi stazionario e la teoria dei circuiti a parametri concentrati.
2. Conoscere e comprendere i metodi classici di risoluzione dei circuiti elettrici in corrente continua.
3. Conoscere e comprendere il comportamento energetico dei bipoli Condensatore e Induttore.
4. Conoscere e comprendere la potenza elettrica in corrente continua e in regime sinusoidale.
5. Conoscere e comprendere i sistemi trifase e il collegamento dei wattmetri per la misura della potenza.
6. Conoscere e comprendere la costruzione e il principio di funzionamento dei trasformatori
7. Conoscere e comprendere la costruzione e il principio di funzionamento dei motori DC
8. Conoscere e comprendere la costruzione e il principio di funzionamento delle macchine sincrone
9. Conoscere e comprendere la costruzione e il principio di funzionamento delle macchine asincrone
B. Conoscenza e capacità di comprensione applicate:
1. Capacità di analizzare e risolvere reti elettriche lineari in regime continuo, alternato e in transitorio.
2. Calcolo della potenza e bilancio energetico.
3. Comprendere e analizzare la letteratura specifica e i dati di targa delle macchine elettriche.
C. Capacità di apprendimento:
Utilizzare in autonomia gli strumenti metodologici acquisiti utili al proseguimento degli studi e all'aggiornamento delle proprie conoscenze e competenze al fine di facilitare l'adattamento ai cambiamenti tecnologici, organizzativi e contestuali.
D. Autonomia di giudizio:
1. Lo studente avrà sviluppato la capacità di affrontare con autonomia le scelte metodologiche di analisi e soluzione dei problemi relativi alle tematiche affrontate nel corso.
2. Lo studente saprà collegare in modo logicamente coerente i vari concetti e principi fondamentali dalla teoria per affrontare casistiche differenti da quelle viste a lezione
E. Abilità comunicative:
Lo studente avrà sviluppato la capacità di esporre in modo chiaro gli argomenti affrontati nel corso, argomentando con precisione e proprietà di linguaggio.