SAPIENZA UNIVERSITÀ DI ROMA CORSI DI LAUREA MAGISTRALI DI INGEGNERIA ELETTROTECNICA ED ENERGETICA

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1 SAPIENZA UNIVERSITÀ DI ROMA CORSI DI LAUREA MAGISTRALI DI INGEGNERIA ELETTROTECNICA ED ENERGETICA LIBRETTO DELLE LEZIONI DEL CORSO MACCHINE ELETTRICHE MACCHINE E AZIONAMENTI ELETTRICI Anno Accademico tutte le lezioni programmate in aula 40, Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Via delle Sette Sale 12b in Roma. 29 Settembre :00 15:30 Introduzione al corso. I sistemi elettrici in corrente alternata. Sistemi elettrici monofase e sistemi trifase. 29 Settembre :45 17:15 Potenza ed energia in regime sinusoidale permanente. La potenza attiva e la potenza reattiva: modello matematico ed interpretazione fisica. I sistemi trifase; necessità della variazione del livello di tensione. Il teorema di Thevenin per la modellazione dei reti a potenza infinita, limitata e nulla. Il teorema di Kennelly e Steinmetz, rappresentazione fasoriale di grandezze sinusoidali. Il teorema di Boucherot per i bilancio delle potenze attive e reattive nelle reti sinusoidali. 30 Settembre :15 11:45 Le equazioni di Maxwell in forma differenziale. Dalle equazioni di Maxwell al teorema di Faraday- Neumann-Lenz e al teorema di circuitazione. La riluttanza dei circuiti magnetici. Le equazioni dell elettrostatica e della magnetostatica. Il potenziale scalare elettrostatico ed il potenziale vettore magnetostatico in problemi 2D. Il legame tra flusso del vettore induzione magnetica e potenziale vettore per problemi 2D. Significato fisico delle linee equipotenziali (interpretabili come linee di flusso). 02 Ottobre :00 13:30 La legge di Faraday-Neumann-Lenz per conduttori di sezione non trascurabile. La definizione di flusso concatenato. Legame funzionale tra correnti stazionarie ed il flusso concatenato: i coefficienti di auto e mutua induzione. Definizione di auto induttanza e di mutua induttanza. Il libretto delle lezioni pagina 1 di 7

2 componente trasformatore ideale: definizione ed equazioni costitutive. Il trasformatore reale: definizione della rete a T equivalente agli induttori mutuamente accoppiati. 06 Ottobre :00 15:30 Perdite nel trasformatore monofase: perdite nel circuito magnetico perdite nel ferro perdite negli avvolgimenti 06 Ottobre :45 17:15 Il circuito equivalente definitivo del trasformatore monofase. Il circuito equivalente di riferimento del sistema nel suo complesso: rete di potenza infinita, limitata, nulla. 07 Ottobre :15 11:45 Problemi del circuito equivalente definitivo del trasformatore monofase: rendimento, potenza dissipata, il diagramma fasoriale del trasformatore monofase. Prove a vuoto e in corto circuito. 09 Ottobre :00 13:30 Prova in corto circuito e tensione di corto circuito. Limiti di macchina in tensione e in corrente; caduta di tensione da vuoto a carico. 13 Ottobre :00 15:30 Rendimento di in trasformatore monofase. Parallelo di due trasformatori monofase. 13 Ottobre :45 17:15 Il trasformatore trifase. Il banco trifase. Realizzazione di collegamenti a triangolo e a stella mediante opportuna connessione degli avvolgimenti primari e secondari. Rapporto di trasformazione, gruppo o indice orario 14 Ottobre :15 11:45 Misure di corrente, tensione potenze attive in un sistema trifase. Equilibrio termico di un trasformatore. La protezione dei trasformatori: interruttori e sezionatori. libretto delle lezioni pagina 2 di 7

3 16 Ottobre :00 13:30 Esercitazione numerica sul trasformatore trifase. 20 Ottobre :00 15:30 Energia nel campo magnetico. Andamenti delle linee di flusso nel trasformatore. Calcolo della Xcc. Forme d onda della corrente a vuoto per materiali non lineari. Soppressione delle armoniche di ordine superiore. 20 Ottobre :45 17:15 L autotrasformatore. 21 Ottobre :15 11:45 Spostamento del potenziale di centro stella per trasformatori trifase. Trasformatori a flussi liberi ed a flussi vincolati. Il trasformatore a tre colonne. 23 Ottobre :00 13:30 Trasformatori a tre avvolgimenti. Reattanze di corto circuito binarie. Transitorio di inserzione di un trasformatore monofase a vuoto- 27 Ottobre :00 15:30 I collegamenti dei trasformatori trifase e le componenti armoniche delle correnti di magnetizzazione. Il trasformatore trifase con alimentazione squilibrata. I circuiti di sequenza diretta, inversa ed omopolare nei trasformatori trifasi a flussi liberi collegati a stella e a triangolo. 27 Ottobre :45 17:15 Esercitazione sul trasformatore trifase: determinazione dei parametri del circuito equivalente a partire dalle prove a vuoto e di corto circuito; calcolo della caduta di tensione da vuoto a carico, calcolo del rendimento in un ciclo di carico giornaliero. 28 Ottobre :15 11:45 libretto delle lezioni pagina 3 di 7

4 Una struttura elementare ad una cava e rotore magneticamente anisotropo per il calcolo della coppia di riluttanza. Una struttura elementare simmetrica con statore e rotore ad una cava per il calcolo della coppia motrice in una macchina elementare. Coppia di riluttanza e coppia di azione. 30 Ottobre :00 13:30 Strutture magnetiche di macchine elettriche rotanti: statore traferro rotore. Il campo magnetico alternativo e rotante prodotto da sistemi equilibrati di correnti. Teorema di Galileo Ferraris. 03 Novembre :00 15:30 La macchina asincrona con rotore avvolto. Il circuito della macchina a rotore bloccato equivalente alla macchina in rotazione. Il circuito del trasformatore trifase equivalente alla macchina asincrona a rotore bloccato. 03 Novembre :45 17:15 Il circuito equivalente definitivo della macchina asincrona a rotore avvolto. Strutture magnetiche a più coppie di poli. Curva coppia-scorrimento. 04 Novembre :15 11:45 La potenza sincrona, il rendimento di rotore, punto di funzionamento della macchina con le possibili tipologie di coppie resistenti. Macchina funzionante da generatore, motore, freno. 06 Novembre 2014 Lezione non tenuta per sospensione dell attivitià didattica di SAPIENZA Università di Roma, dovuta ad allerta meteo della Protezione Civile Regionale. 10 Novembre :00 15:30 Avvolgimenti a più cave per fase, il coefficiente di distribuzione, il coefficiente di passo. Macchine multipolari. 10 Novembre :45 17:15 Avvolgimenti a passo accorciato. Avviamento reostatico e stella-triangolo. libretto delle lezioni pagina 4 di 7

5 11 Novembre :15 11:45 Esercitazione numerica sulla macchina ad induzione con rotore avvolto. 13 Novembre :00 13:30 Campi di funzionamento della macchina. Controllo della frequenza. 17 Novembre :45 17:15 Macchina asincrona con rotore a gabbia. Circuito equivalente monofase. Macchina a doppia gabbia, condizioni sui parametri di rotore. Macchina asincrona monofase, circuito equivalente monofase ottenuto con il metodo delle componenti simmetriche. 18 Novembre :15 11:45 Macchina sincrona: la cattura del flusso, struttura, principio di funzionamento. FEM a vuoto in funzione della corrente di eccitazione e circuito equivalente. Equazioni di statore della macchina lineare ed isotropa connessa ad una rete di potenza infinita. 20 Novembre :00 13:30 Lezione annullata per permettere lo svolgimento in aula 40 della prova scritta degli esami di stato Novembre :00 15:30 Dispositivi per elettronica di potenza. Diodo, thyristor, transistor, FET, MOS-FET, IGBT. 24 Novembre :45 17:15 Strutture di conversione: raddrizzatori monofase e trifase, inverter, chopper, alimentatori. 25 Novembre :15 11:45 Lezione non tenuta, in quanto lo slot è stato ceduto al prof. Stefano Atzeni (da recuperare il ). libretto delle lezioni pagina 5 di 7

6 27 Novembre :00 13:30 Diagramma della fmm. Macchina equivalente a rotore fermo ed alimentata da un sistema simmetrico di correnti alternate. Relazione di fase fra la fmm di rotore e la E0, relazione di fase tra corrente stato ricca ed E0. Flusso disperso e concatenato, le reattanze di dispersione e di reazione. 01 Dicembre :00 15:30 La macchina sincrona a poli lisci. Funzionamento da generatore, parallelo con la rete, la sottoeccitazione e la sovraeccitazione. 01 Dicembre :45 17:15, la coppia elettromagnetica e l angolo delta, il funzionamento da motore. Diagramma di Potier. 02 Dicembre :15 11:45 La macchina a poli salienti, la teoria della doppia reazione. 04 Dicembre : La coppia elettromagnetica della macchina a poli salienti in funzione dell angolo di carico. Analisi dei transitori nella macchina lineare a poli lisci, il rapporto di corto circuito. La stabilità alle piccole perturbazioni (criterio delle aree). 09 Dicembre :15 11:45 La macchina in corrente continua. Struttura. Principio dei funzionamento. Studio di una macchina a doppio strato con modello alla Lorentz. Avvolgimento embricato a doppio strato. 09 Dicembre :00 13:30 (recupero lezione del ceduta al prof. Azteni) Macchine in corrente continua: la forza magnetomotrice di statore, quella di rotore. La fmm totale. Gli effetti della non linearità e i provvedimenti per limitarli: spostamento del piano delle spazzole, avvolgimenti di commutazione, avvolgimenti compensatori. 09 Dicembre :30 19:00 libretto delle lezioni pagina 6 di 7

7 Esercitazione di laboratorio: la macchina a sincrona a poli salienti. Avviamento, parallelo con la rete di potenza infinita, comportamento elettromagnetico a vuoto ed a carico. 11 Dicembre :00 : 13:30 La commutazione monolama nelle macchine in corrente continua. Topologie di eccitazione e schema a blocchi delle perdite. 15 Dicembre :00 15:30 Calcolo della fem di macchina. Calcolo della coppia di macchina con metodo diretto e con il metodo indiretto. 15 Dicembre :45 17:15 Caratteristica elettrica, elettromeccanica, meccanica per la macchina con eccitazione in derivazione e con eccitazione serie. 16 Dicembre :00 12:30 Esercitazione sulla macchina in corrente continua. 18 Dicembre :00 13:30 Esercitazione numerica su una utenza elettrica industriale alimentata da rete per mezzo di un trasformatore, nella quale è presente una macchina sincrona a poli lisci per la movimentazione di un carico ed il rifasamento concentrato. * * * FINE DEL PRESENTE DOCUMENTO * * * 27 DICEMBRE 2014 * * * libretto delle lezioni pagina 7 di 7