Sezione M Elettrotecnica

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1 Sezione M Elettrotecnica 1 ELETTROTECNICA GENERALE (E. Bottani) 1.1 Unità di misura elettriche magnetiche Sistemi coerenti di unità. Sistema Internazionale Sistemi classici di unità elettromagnetiche Correnti costanti Correnti «continue» della pratica Senso delle correnti elettriche nei circuiti Potenze e forze elettromotrici in un generico bipolo Legge di Ohm Reti di bipoli. Leggi di Kirchhoff Campi di corrente Formule per la resistenza ohmica Portata delle condutture Condensatori e campo elettrico nei dielettrici Condensatori Campo elettrico nei dielettrici Formule per la capacità Tensione massima applicabile ad un condensatore. Rigidità dielettrica Induttori e campo magnetico Generalità Induttori Campi magnetici Formule per la permeanza, induttanza e mutua induttanza Proprietà dei materiali magnetici Correnti varianti comunque Generalità Forze elettromotrici d induzione magnetica Equazioni per le correnti variabili comunque Corrente alternata Generalità Grandezze alternative Diagrammi vettoriali e uso dei numeri complessi Bipoli elementari in corrente alternata Circuiti con più elementi Circuiti equivalenti Relazioni energetiche Circuiti trifasi SISTEMI ELETTRICI PER L ENERGIA 2.1 Generalità (A. Silvestri) Premessa Normalizzazione e unificazione Definizione CEI di impianto elettrico Funzioni e struttura di un sistema elettrico per l energia (A. Silvestri) Produzione, trasporto, utilizzazione Trasformazione... 43

2 2.2.3 Distribuzione primaria e secondaria Trasmissione e subtrasmissione Struttura di un sistema elettrico per l energia Conversione e trasmissione in corrente continua Regolazione Calcoli di rete (A. Silvestri) Classificazione Scopi Le norme sui cortocircuiti Calcoli di load flow (A. Silvestri) Equazioni alle ammettenze e alle impedenze nodali Impostazione del problema di load flow Metodi di Gauss e di Gauss-Seidel Metodo di Newton-Raphson Metodo di Ward-Hale Metodo di Carpentier Metodo di Stott Metodo in corrente continua Analisi della sicurezza statica Ripartizione ottima del carico Il mercato dell energia elettrica (A. Berizzi, A. Silvestri) Premessa La Direttiva Europea 96/92/CE La situazione italiana Modalità di fornitura L Acquirente Unico (AU) Il Gestore della Rete di Trasmissione Nazionale (GRTN) Il Gestore del Mercato Elettrico (GME) Gli impianti di produzione La distribuzione La qualità dell alimentazione L importazione I servizi ancillari Il Mercato elettrico Calcoli di cortocircuito (A. Silvestri) Premessa Teorema di Thévenin per il calcolo delle correnti di cortocircuito trifase simmetrico Trasformazione di Fortescue dei componenti simmetrici Cortocircuiti dissimmetrici Considerazioni qualitative sui valori delle impedenze di sequenza dei vari elementi Caso più gravoso tra i cortocircuiti considerati Guasti dissimmetrici in serie Impiego della norma IEC 909 (e della corrispondente CEI 11-25) per il calcolo delle correnti di cortocircuito e loro effetti (V. Cavallotti) Definizioni Tipi di cortocircuito possibili Generatore di tensione equivalente Impedenza di cortocircuito nel punto di guasto Impedenze di cortocircuito dei vari elementi di un impianto Conversione di impedenze, tensioni e correnti Calcolo delle correnti di cortocircuito senza l apporto dei motori Corrente minima di cortocircuito Contributo dei motori asincroni

3 Esempio di calcolo delle correnti di cortocircuito in una rete trifase in BT Rete a MT e BT di uno stabilimento industriale. Esempio di calcolo Effetti termici, elettrodinamici ed effetto arco delle correnti di cortocircuito (V. Cavallotti) Effetti termici Effetti elettrodinamici Arco tra parti in tensione o verso terra MISURE ELETTRICHE (P. Regoliosi) 3.1 Generalità Definizioni Classificazione Strumenti di laboratorio Tipi e caratteristiche Strumenti industriali Tipi e caratteristiche Errori degli strumenti industriali indicatori Amperometri e voltmetri Wattmetri Varmetri Ohmmetri Fasometri Frequenziometri (o frequenzimetri) Registratori Contatori (integratori) Indicatori di medio-massimo Derivatori e resistori addizionali Trasformatori di misura (riduttori) Metodi di laboratorio Generalità Metodi industriali Generalità Circuiti a corrente continua Circuiti a corrente alternata, monofasi (frequenza industriale) Circuiti trifasi a tre fili, simmetrici (nelle tensioni) ed equilibrati (nelle correnti) o ritenuti tali convenzionalmente Circuiti trifasi a tre fili, simmetrici (nelle tensioni) ma squilibrati (nelle correnti) Sistemi trifasi a tre fili, dissimmetrici e squilibrati Potenze piccolissime con cos ϕ di valore normale (> 0,5) Potenze con cos ϕ piccolissimo (< 0,2) Sistemi trifasi a quattro fili (con neutro) Energia elettrica e sua tariffazione Misurazione dell energia MACCHINE ELETTRICHE (P. De Pol, V. Gorio) 4.1 Generalità Definizioni Macchine elettriche a corrente alternata Generatori e motori sincroni Motori asincroni trifasi Macchine elettriche a corrente continua Generatori e motori a corrente continua Trasformatori Generalità

4 5 LINEE ELETTRICHE 5.1 Linee aeree Sistemi, tensione e frequenze (G. Corbellini, P. De Pol) Criteri per la scelta del tipo di conduttore e della sezione (G. Corbellini, P. De Pol) Materiali per conduttori (G. Corbellini, P. De Pol) Norme di legge (G. Corbellini, P. De Pol) Sezioni e formazioni normali dei conduttori (G. Corbellini, P. De Pol) Calcolo dei parametri specifici (G. Corbellini, P. De Pol) Calcolo delle perdite e delle cadute di tensione (G. Corbellini, P. De Pol) Determinazione di sezione e massa del conduttore (G. Corbellini, P. De Pol) Calcoli meccanici (M. Comolo, M. Finzi) Linee elettriche sotterranee (F. Marocchi, A. Morello) Costruzione dei cavi elettrici isolati Accessori e posa Scelta delle tensioni d isolamento dei cavi Scelta delle sezioni dei cavi in relazione alle intensità di corrente da trasmettere Proprietà elettriche CONVERTITORI ELETTRONICI DI POTENZA (G. Parigi) 6.1 Generalità Definizioni Cicli di carico dei convertitori elettronici Sistemi di commutazione Convertitori omogenei e convertitori misti Parzializzazione e frazionamento Caratteristiche Raddrizzatori Fattore di potenza della conversione e armoniche Guasti Rendimento Calcolo di massima dei gruppi raddrizzatori Applicazioni Invertitori Generalità e classificazione Funzionamento Guasti Applicazioni Convertitori di frequenza Generalità e classificazione Convertitori di corrente continua Generalità Frazionatore (d.c. chopper converter) Applicazioni Dispositivi a valvola elettronica di potenza Ampolle o cilindri a vapore di Hg Celle o dispositivi a semiconduttore. Generalità Valori nominali e valori caratteristici dei diodi e tiristori Dimensionamento dei complessi riguardo alla corrente e protezioni relative Dimensionamento dei complessi riguardo alla tensione e protezioni relative Rendimento dei convertitori a semiconduttori STRUMENTI ELETTRONICI DI MISURA (I. Gorini) 7.1 Introduzione Generalità

5 7.1.2 Informazioni fornite dai costruttori Misure di tensione Voltmetri Voltmetri per tensioni costanti Voltmetri di tipo analogico Voltmetri di tipo digitale Voltmetri di tipo digitale a campionamento Voltmetri digitali a potenziometro con servomotore Voltmetri digitali a rampa continua Voltmetri digitali a gradinata Voltmetri digitali ad approssimazioni successive Voltmetri di tipo digitale a integrazione Voltmetri digitali a conversione di tensione in tempo Voltmetri digitali a conversione di tensione in frequenza Voltmetri per tensioni alternate Voltmetri per tensioni alternate a valor medio Voltmetri per tensioni alternate a valore efficace Misure di intensità di corrente Generalità Amperometri per correnti costanti Amperometri per correnti costanti con resistore campione come derivatore Amperometri per correnti costanti con amplificatore corrente/tensione Amperometro a pinza Amperometri per correnti alternate Misure di resistenza in corrente continua Generalità Ohmmetro a tensione imposta Ohmmetro a corrente impressa Misure di impedenza in corrente alternata Generalità Strumenti di tipo volt-amperometrico Strumenti a ponte Strumenti a risonanza Misure di potenza Wattmetri per misure a frequenza industriale e a frequenze elevate Misure di tempo e frequenza Generalità Misure di frequenza Misure di periodo Misure di intervalli di tempo Misure di rapporti di frequenze Il contatore universale AZIONAMENTI ELETTRICI A VELOCITÀ VARIABILE (G. Petrecca) 8.1 Generalità Definizioni La regolazione di velocità delle macchine elettriche Definizioni Regolazione delle macchine in c.c Macchina in c.c. con eccitazione tipo serie Macchina in c.c. con eccitazione indipendente Macchina asincrona trifase a gabbia Macchina sincrone Macchina a collettore in c.a

6 8.3 Classificazione degli azionamenti Generalità Azionamenti con macchine in c.a Generalità Azionamento con macchina asincrona in c.a. con controllo di tensione e frequenza di alimentazione di statore Azionamento con macchina asincrona in c.a. con controllo della tensione di alimentazione di statore Azionamento con macchina asincrona ad alimentazione monofase con condensatore e con controllo della tensione d alimentazione Azionamento con macchina asincrona ad anelli e reostato sul rotore Scherbius con macchine rotanti Scherbius totalmente statico (cascata iposincrona) Kraemer con macchine rotanti Kraemer statico Azionamenti con motore a collettore in c.a Motore Schrage Giunto elettromagnetico a scorrimento Azionamento con macchina sincrona con controllo di tensione e frequenza di alimentazione di statore Macchina sincrona con cicloconverter Macchina sincrona autopilotata Azionamenti con macchine in c.c Generalità Azionamenti unidirezionali da linee in c.a Azionamenti bidirezionali da linea in c.a. con inversione sull armatura Azionamenti bidirezionali da linea in c.a. con inversione sul campo Azionamento con macchina a commutazione elettronica ACCUMULATORI E PILE (G. Clerici) 9.1 Accumulatori Accumulatori al piombo Accumulatori al nichel-cadmio Accumulatori al nichel-idruri metallici Accumulatori al litio Pile Pile industriali Pile campione Pile a combustibile SISTEMI DI PROTEZIONE (G. Pratesi, M. Delfanti) 10.1 Definizioni Premessa Definizione di sistema di protezione Guasti e funzionamenti anomali di un sistema elettrico Protezione principale e di riserva Tempo di eliminazione di un guasto Requisiti dei sistemi di protezione Trasformatori di corrente e di tensione per le protezioni Generalità Trasformatori di corrente (TA) Trasformatori di tensione (TV) I relè elettrici Generalità

7 Classificazione dei relè: tipologia costruttiva Classificazione dei relè: caratteristica di intervento Equazione generale di equilibrio dei relè Relè a una sola grandezza agente: relè di corrente e di tensione Relè differenziale semplice Relè differenziale compensato Relè direzionali Protezioni a impedenza Selezione e tempo di eliminazione dei guasti Generalità Selettività in base al tempo di intervento Selettività in base alla grandezza agente Selettività energetica Selettività logica Protezione dei generatori Generalità Possibili guasti e malfunzionamenti Protezione contro i guasti interni Protezione contro i guasti esterni Protezioni contro i funzionamenti anomali Esempio di protezione di riserva: protezione MAIG Protezione dei trasformatori Generalità Protezione dei trasformatori alimentati su due lati Protezione dei trasformatori di distribuzione AT/MT Protezione dei trasformatori di distribuzione MT/BT Linee elettriche: protezioni e dispositivi complementari Generalità Linee di trasmissione Linee di distribuzione MT Protezione delle linee di distribuzione BT Dispositivi complementari: la richiusura automatica delle linee - codice Protezione dei motori in corrente alternata Generalità Protezione di massima corrente contro il cortocircuito (codice 50) Protezione differenziale (codice 87 M) Protezione contro il sovraccarico termico (codice 51, 49) Protezione per rotore bloccato e per avviamento prolungato (codice 51LR) Protezione per guasto a terra (codice 64) Protezione di minima tensione (codice 27) Funzionamento con tensioni di alimentazione dissimmetriche (codice 46-49) Protezione contro avviamenti ripetuti (codice 66)

8

9 Sezione N Elettronica, Informatica, Telecomunicazioni (L. Mezzalira) 1 COMPONENTI ELETTRONICI (M. Carminati) 1.1 Generalità Assemblaggio e packaging dei componenti Il rumore nei dispositivi elettronici Componenti passivi Resistori Condensatori ed induttori Diodi Transistori Bipolari JFET MOSFET Circuiti integrati analogici Amplificatori operazionali e per strumentazione Amplificatori programmabili e filtri attivi Circuiti integrati digitali Porte logiche Memorie Microcontrollori, DSP e FPGA Circuiti integrati misti Convertitori ADC e DAC Interruttori analogici Potenziometri digitali Oscillatori e DDS Dispositivi di potenza Regolatori di tensione Interruttori di potenza Dispositivi optoelettronici e mems Dispositivi optoelettronici Dispositivi MEMS ELETTRONICA ANALOGICA (T. Besana) 2.1 Amplificatori operazionali Caratteristiche generali di un amplificatore operazionale Costituzione circuitale interna di un AO... 19

10 2.1.3 Parametri di un amplificatore operazionale ideale Altri parametri interessanti un AO reale Risposta di un AO a grandi segnali Comportamento in frequenza di un AO e sfasamento del segnale d uscita La retroazione Applicazioni degli AO Amplificatore invertente Amplificatore non invertente Sommatore analogico Amplificatore di corrente Amplificatore corrente-tensione Amplificatore tensione-corrente Amplificatore invertente accoppiato in alternata Amplificatore differenziale Amplificatore logaritmico/antilogaritmico Integratore Differenziatore Amplificatore selettivo con rete a doppio «T» LA SINTESI DEI FILTRI ANALOGICI (A. Liberatore, A. Luchetta) 3.1 Generalità sui filtri elettrici Tipi di funzioni filtranti I diagrammi di Bode Metodi di approssimazione Normalizzazione e denormalizzazione Trasformazione in frequenza Uso delle tabelle I filtri passivi Procedimenti di sintesi di bipolo Sintesi di filtri LC doppiamente caricati Sintesi di filtri LC semplicemente caricati I parametri immagine I filtri attivi La sensibilità Sintesi mediante strutture in cascata Sintesi mediante simulazione di strutture passive Amplificatori operazionali a transconduttanza Blocchi base Filtri OTA in cascata Filtri OTA a scala ELETTRONICA DIGITALE (L. Mezzalira) 4.1 Algebra di Boole Caratteristiche generali Operazioni logiche fondamentali Proprietà dell algebra di Boole Sintesi di una funzione logica Circuiti logici Famiglie Logiche Famiglie Bipolari Circuiti MOS Circuiti CMOS Circuiti combinatori SSI... 90

11 4.2.6 Logiche sequenziali Circuiti logici MSI Circuiti integrati LSI e VLSI SISTEMI DI ACQUISIZIONE DATI (M. Carminati) 5.1 Generalità Sensori ed attuatori Architetture Campionamento dei segnali Teorema del campionamento Finestratura Circuiti di sample and hold Conversione digitale-analogica Proprietà generali Architetture interne Conversione analogico-digitale Proprietà generali Architetture classiche Convertitori sigma-delta Dimensionamento della catena di acquisizione Criteri di dimensionamento Circuiti di lettura e condizionamento Accorgimenti realizzativi CALCOLATORI DIGITALI (C. Bolchini, C. Pilato) 6.1 Cenni storici Architettura del calcolatore Unità centrale di elaborazione Memoria centrale Il formato delle istruzioni e i modi di indirizzamento L insieme di istruzioni (Instruction set) Interfaccia di ingresso/uscita I microprocessori Architetture dei processori moderni Le memorie Organizzazione interna La gerarchia di memoria Periferiche LA CODIFICA DELLE INFORMAZIONI 7.1 Rappresentazione posizionale dei numeri (F. Salice) Numeri interi Numeri con parte frazionaria Codici alfanumerici (F. Salice) ASCII Altre codifiche (F. Salice) Codici numerici Codici correttori e rilevatori Codici rilevatori d errore singolo Codici correttori di singolo errore Altri codici Sicurezza e crittografia (L.O. Breveglieri) Premessa

12 7.4.2 Sicurezza Cenno storico Concetti e modelli di base Crittosistema simmetrico Crittosistema asimmetrico Firma digitale Crittosistemi avanzati e innovativi IL BUS DI SISTEMA (L. Milani) 8.1 Generalità Struttura a bus Considerazioni generali Funzionalità logica del bus Standard di bus di sistema Bus VME (Versa Module European) Multibus II Altri bus PROBLEMATICHE DI INTERFACCIAMENTO (L. Mezzalira) 9.1 Introduzione Segnali Segnali analogici Segnali digitali Campionamento di segnali digitali Temporizzazione e sincronizzazione di acquisizione ed emissione di informazioni Tecniche di sincronizzazione dei trasferimenti di informazione Interfacce circuitali Circuiti di supporto al microprocessore Interfacciamento parallelo Interfacciamento seriale Controllo dell interrupt Accesso diretto in memoria (DMA) Timer, counter CRT controller COMUNICAZIONE TRA ELABORATORI 10.1 Generalità (D. Ciminaghi) Tipi di connessione Sincronizzazione Caratteristiche fisiche del canale trasmissivo Standard elettrici e tecniche di trasmissione Rilevazione e correzione degli errori di trasmissione Collegamenti simplex, half duplex e full duplex Collegamenti punto a punto e reti di calcolatori Caratteristiche e problematiche fondamentali delle reti IEEE 488 (D. Ciminaghi) Generalità Descrizione delle linee Trasferimenti di messaggi Alcuni comandi Specifiche elettriche e meccaniche Implementazione Centronics (D. Ciminaghi) Trasferimento di dati

13 10.4 Modello ISO/OSI (D. Ciminaghi) Generalità Termini fondamentali e convenzioni Servizi e protocolli Modalità operative dei livelli Primitive Dialoghi Protocolli Livelli Standard di livello fisico per comunicazioni seriali (D. Ciminaghi) EIA RS232-C/CCITT V EIA RS423-A/CCITT V EIA RS422-A/CCITT V EIA RS EIA RS449, CCITT X.21, X.21 bis HDLC (D. Ciminaghi) Generalità Struttura del frame Tipi di frame Correzione degli errori Rete ISDN (D. Ciminaghi) Generalità Modalità di accesso e specifiche di Livello Fisico Connettori Caratteristiche elettriche e codifica di canale Livello Data Link Livello Network Livelli superiori Reti locali (D. Ciminaghi) Generalità Livello Physical Topologie Livello Data Link Ethernet (D. Ciminaghi) Generalità Livello Physical Livello Data Link Livello Network Livello Transport Livello Session Bus di campo (D. Ciminaghi) Bus di campo e sistemi di controllo distribuito Requisiti dei bus di campo Standard per bus di campo WORLDFIP (D. Ciminaghi) Livello Physical Livello Data Link Livello Application Profibus (D. Ciminaghi) Livello Physical Livello Data Link PROFIBUS FMS - Livello Application Modalità d implementazione del bus

14 10.13 Protocolli Internet (D. Ciminaghi, G. Verticale) Analogie con il modello ISO/OSI Riferimenti normativi Livello Fisico/Data link Livello Network Livello Transport Livello Application WPAN (Wireless Personal Area Network) (S. Maggi) Introduzione alle WPAN IEEE e Bluetooth IEEE e Zigbee INGEGNERIA DEL SOFTWARE (S. Rizzo) 11.1 Generalità Prodotto software e progetto software L ingegneria del software Users Requirements Il ciclo di vita Definizione dei software requirements Una possibile classificazione Caratteristiche Progetto Una premessa Scomposizione in moduli Strutture dati Strumenti e risorse Progetto di dettaglio Scomposizione dei moduli Codifica e debug La qualità del software Verifica e validazione Test Integrazione e testing Unit testing Integrazione software Integrazione di sistema La manutenzione del software Linguaggi di programmazione Sintassi del linguaggio Assembly Direttive di assegnamento Linguaggi evoluti Sistemi di sviluppo e programmi di supporto Generalità Programmi di supporto LA GESTIONE INFORMATICA DEI DATI (S. Ceri) 12.1 Definizioni Breve illustrazione del linguaggio SQL La gestione dei dati nel mondo del web SISTEMI INFORMATIVI (C. Batini, B. Pernici) 13.1 L informazione e i sistemi informativi Struttura di un sistema informativo e informatico Tipologie di sistemi informativi

15 13.4 Le qualità di un sistema informativo Il ciclo di vita del sistema informativo Conclusioni INTRODUZIONE AGLI IMPIANTI INFORMATICI (M. Gribaudo) 14.1 Generalità Sistemi di storage Dischi tradizionali e SSD Sistemi RAID Virtualizzazione e Cloud Computing IL WORLD WIDE WEB (WWW) (P. Fraternali) 15.1 Il Web e la rete Internet Breve storia del Web Il protocollo HTTP Il linguaggio di descrizione dei contenuti HTML I motori di ricerca Il Web come piattaforma di sviluppo delle applicazioni Il linguaggio Javascript e i componenti client-side Il Web come piattaforma di servizi Le direzioni di sviluppo del Web GRAFICA COMPUTERIZZATA (M. Gribaudo) 16.1 Codifica dell informazione grafica Introduzione Immagini vettoriali Immagini raster Spazi di colore Compressioni delle immagini Formati misti Introduzione alla grafica tridimensionale Generalità La proiezione delle coordinate La codifica delle superfici La rasterizzazione I modelli d illuminazione Le sorgenti luminose Le normali alle superfici I modelli d illuminazione Lambert e Phong Texture, materiali e shader SOFTWARE DI CALCOLO (P. Rugarli) 17.1 Premessa Sviluppo software Modelli teorici Struttura del software Programmazione a oggetti Validazione, test e certificazione del software Errori nel software Validazione Certificazione Criteri per la scelta di un software Normativa e software Prassi e prospettive

16 18 TEORIA DEI CONTROLLI AUTOMATICI (G. Biondo, E. Sacchi) 18.1 Introduzione Sistemi e controllo Sistema orientato Definizioni e rappresentazioni di un sistema Problematica dei sistemi Funzione di trasferimento Modellizzazione Simulazione Schemi a blocchi Tipi di controllo Analisi e sintesi del controllo a retroazione Strumenti matematici per l analisi dei sistemi Trasformata di Fourier Trasformata di Laplace Scomposizione in frazioni parziali Trasformata di Laplace di equazioni differenziali Algebra delle matrici Equazioni alle differenze finite Trasformata-Z Metodi d inversione Equazioni alle differenze finite e trasformata-z Convoluzione Analisi nel dominio del tempo Risposta transitoria Criterio di stabilità di Routh Precisione e tipo di sistema Sensibilità in regime permanente Analisi nel dominio della frequenza Risposta armonica Diagrammi di Bode Diagrammi polari Criteri di stabilità di Nyquist e Bode Precisione e sensibilità con i diagrammi di Nyquist Cerchi M ed N Diagrammi di Nichols Sintesi dei sistemi di controllo a retroazione Generalità Reti correttrici Compensazione con reti correttrici Regolatori standard RADIOCOMUNICAZIONI 19.1 Generalità (G.B. Stracca, G. Filiberti) Sistemi di radiocomunicazioni Collegamenti direzionali a microonde tra punti fissi (ponti radio) (G.B. Stracca, G. Filiberti) Considerazioni generali Qualità di tramissione e fattori che la determinano Tecniche particolari Progetto di un ponte radio analogico FM-FDM Progetto di ponti radio per segnali numerici Sistemi di comunicazione nella gamma VHF e sistemi radiomobili (G.B. Stracca, G. Filiberti) Gamma VHF ( MHz) e relativi sistemi radiomobili

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