Programma svolto di Elettrotecnica, elettronica e automazione. Modulo n 1/ Argomento: Studio di reti in corrente continua

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1 Programma svolto di Elettrotecnica, elettronica e automazione Classe III sez. CR Istituto Tecnico dei Trasporti e Logistica Nautico Colombo di Camogli Docenti: D Alessandro Donato, Ferraro Silvano Testo adottato: Conte G., Ceserani M., Impallomeni E., Elettrotecnica ed elettronica Modulo n 1/ Argomento: Studio di reti in corrente continua U. D. 1: Generatori. Legge di Ohm. Corrente elettrica. Tensione elettrica. Legge di Ohm. Generatore di tensione. Generatore di corrente. Diagramma tensione-corrente. Resistività. Coefficiente di temperatura. U. D. 2: Reti elettriche. Principi di Kirchhoff. Tensione fra due punti di una rete. Resistenza equivalente. Trasformazione stella-triangolo. Partitore di tensione e di corrente. Risoluzione dei circuiti. Generatore reale di tensione. Metodo della sovrapposizione degli effetti. U. D. 3: Energia e potenza. Energia e potenza elettrica. Effetto Joule. U. D. 4: Esercitazioni di laboratorio. Verifica della legge di Ohm. Verifica del I principio di Kirchhoff. Verifica del II principio di Kirchhoff. Misurazione di una resistenza con metodo volt-amperometrico. Misurazione della potenza con metodo volt-amperometrico. Modulo n 2/ Argomento: Elettrostatica U. D. 1: Campo elettrico. Forze elettrostatiche. Campo elettrico. Energia e potenziale. Conduttore all interno di un campo elettrico. Effetto delle punte. Schermo elettrostatico. U. D. 2: Condensatori. Capacità. Condensatore. Dielettrico. Rigidità dielettrica. Collegamenti tra condensatori. U. D. 3: Transitori capacitivi. Carica del condensatore per mezzo del generatore di corrente. Energia immagazzinata nel condensatore. Principio di continuità. Curve esponenziali. U. D. 4: Esercitazioni di laboratorio. Transitorio di carica e scarica di un condensatore. Modulo n 3/ Argomento : Elettromagnetismo U. D. 1: Generazione del campo magnetico. Campo magnetico prodotto da magneti e da corrente. Campo generato dalla presenza contemporanea di più conduttori. Solenoide. U. D. 2: Induzione elettromagnetica. Induttanza. Flusso magnetico. Legge di Faraday. Legge di Lenz. Esempi di induzione elettromagnetica. Autoinduttanza. Induttore. U. D. 3: Forza di Lorentz. Motore a corrente continua rudimentale. U. D. 4: Circuiti magnetici. Materiali ferromagnetici. Caratteristica di magnetizzazione. Materiali diamagnetici e paramagnetici. Modulo n 4/ Argomento: Regime alternativo sinusoidale U. D. 1: Funzioni periodiche. Grandezza periodica. Grandezza alternata. Componente continua. Valor medio. Valore picco-picco. Valore efficace di tensioni e correnti periodiche. U. D. 2: Esercitazioni di laboratorio. Rilievo di valori relativi a grandezze periodiche e alternate.

2 Programma svolto di Elettrotecnica, elettronica e automazione Classe III sez. CN/B Istituto Tecnico dei Trasporti e Logistica Nautico Colombo di Camogli Docenti: D Alessandro Donato, Ferraro Silvano Testo adottato: Conte G., Ceserani M., Impallomeni E., Elettrotecnica ed elettronica Modulo n 1/ Argomento: Studio di reti in corrente continua U. D. 1: Generatori. Legge di Ohm. Corrente elettrica. Tensione elettrica. Legge di Ohm. Generatore di tensione. Generatore di corrente. Diagramma tensione-corrente. Resistività. Coefficiente di temperatura. U. D. 2: Reti elettriche. Principi di Kirchhoff. Tensione fra due punti di una rete. Resistenza equivalente. Trasformazione stella-triangolo. Partitore di tensione e di corrente. Risoluzione dei circuiti. Generatore reale. Metodo della sovrapposizione degli effetti. U. D. 4: Energia e potenza. Energia e potenza elettrica. Effetto Joule. U. D. 5: Esercitazioni di laboratorio. Verifica della legge di Ohm. Verifica del I principio di Kirchhoff. Verifica del II principio di Kirchhoff. Misurazione di una resistenza con metodo volt-amperometrico. Misurazione della potenza con metodo volt-amperometrico. Modulo n 2/ Argomento: Elettrostatica U. D. 1: Campo elettrico. Forze elettrostatiche. Campo elettrico. Energia e potenziale. Conduttore all interno di un campo elettrico. Effetto delle punte. Schermo elettrostatico. U. D. 2: Condensatori. Capacità. Condensatore. Dielettrico. Rigidità dielettrica. Collegamenti tra condensatori. U. D. 3: Transitori capacitivi. Carica del condensatore per mezzo del generatore di corrente. Energia immagazzinata nel condensatore. Principio di continuità. Curve esponenziali. U. D. 4: Esercitazioni di laboratorio. Transitorio di carica e scarica di un condensatore. Modulo n 3/ Argomento : Elettromagnetismo U. D. 1: Generazione del campo magnetico. Campo magnetico prodotto da magneti e da corrente. Campo generato dalla presenza contemporanea di più conduttori. Solenoide. U. D. 2: Induzione elettromagnetica. Induttanza. Flusso magnetico. Legge di Faraday. Legge di Lenz. Esempi di induzione elettromagnetica. Autoinduttanza. Induttore. U. D. 3: Forza di Lorentz. Motore a corrente continua rudimentale. U. D. 4: Circuiti magnetici. Materiali ferromagnetici. Caratteristica di magnetizzazione. Materiali diamagnetici e paramagnetici. Modulo n 4/ Argomento: Regime alternativo sinusoidale U. D. 1: Funzioni periodiche. Grandezza periodica. Grandezza alternata. Componente continua. Valor medio. Valore picco-picco. Valore efficace di tensioni e correnti periodiche.

3 Programma svolto di Elettrotecnica ed elettronica Classe IV sez. TM/A Istituto Tecnico dei Trasporti e Logistica Nautico Colombo di Camogli Docenti: D Alessandro Donato, Penna Giovanni Testo adottato: dispense a cura del docente Modulo n 1/ Argomento: Correnti alternate U. D. 1: Grandezze periodiche. Grandezza periodica. Grandezza alternata. Componente continua. Valor medio. Valore picco-picco. Valore efficace di tensioni e correnti periodiche. Fattore di forma. Funzione sinusoidale. Fase di una sinusoide. Rappresentazione vettoriale delle sinusoidi. Numeri complessi. U. D. 2: Circuiti in corrente alternata. Circuito resistivo in regime sinusoidale. Circuiti puramente induttivi, puramente capacitivi, R-L serie, R-C serie, R-L-C serie. Risonanza. Impedenza equivalente. Circuiti R-L e R-C in parallelo. Ammettenza. Circuito risonante parallelo. U. D. 3: Potenza in corrente alternata. Potenza in regime variabile. Potenza in regime sinusoidale. U. D. 4: Prove di laboratorio. Misurazione della potenza in regime alternativo sinusoidale. Modulo n 2/ Argomento: Sistemi trifasi U. D. 1: Sistemi trifasi. Sistemi polifasi. Carico trifase equilibrato collegato a stella. Carico equilibrato collegato a triangolo. Carico squilibrato collegato a stella. Carico squilibrato collegato a triangolo. U. D. 2: Potenze di sistemi trifasi. Potenza nei sistemi trifasi. Potenza con carico equilibrato, collegato a stella, con e senza neutro. Potenza con carico a triangolo equilibrato. Potenza nei carichi squilibrati. U. D. 3: Prove di laboratorio. Misurazione della potenza trifase con metodo di Aron. Modulo n 3/ Argomento: Macchine elettriche U. D. 1: Trasformatore. Energia e potenza. Perdite e rendimento nella macchina elettrica. Trasformatore monofase ideale. Perdite e rendimento. Circuiti equivalenti nel funzionamento a vuoto e a carico del trasformatore ideale e relativi diagrammi fasoriali. Circuito equivalente del trasformatore reale. Trasformatore trifase. Autotrasformatore. Parallelo fra trasformatori. Prove di laboratorio: Prova a vuoto di un trasformatore trifase. Prova a vuoto di una macchina asincrona. U. D. 2: Macchina asincrona. Costituzione della macchina asincrona. Campo rotante. Caratteristica meccanica. Funzionamento allo spunto. Funzionamento a carico. Avviamento della macchina asincrona con riduzione della tensione di alimentazione; avviamento stella-triangolo; avviamento con resistenze rotoriche; avviamento nel motore con doppia gabbia e con gabbia a barre alte. U. D. 3: Macchina sincrona. Costituzione e funzionamento della macchina sincrona. Angolo di carico. Diagramma fasoriale. Caratteristica meccanica. Caratteristica pseudomeccanica (stallo, fuga, perdita del passo). Eccitazione senza spazzole. Modulo n 4/ Argomento: Impianti elettr. e sicurezza sulle navi (progetto Students at work) U. D. 1. Cenni sugli impianti elettrici navali; protezione da sovracorrenti: fusibili, interruttori magnetotermici; cavi elettrici nelle navi; emergenza; incendi.

4 Programma svolto di Elettrotecnica ed elettronica Classe IV sez. TM/B Istituto Tecnico dei Trasporti e Logistica Nautico Colombo di Camogli Docenti: D Alessandro Donato, Ferraro Silvano Testo adottato: dispense a cura del docente Modulo n 1/ Argomento: Correnti alternate U. D. 1: Grandezze periodiche. Grandezza periodica. Grandezza alternata. Componente continua. Valor medio. Valore picco-picco. Valore efficace di tensioni e correnti periodiche. Fattore di forma. Funzione sinusoidale. Fase di una sinusoide. Rappresentazione vettoriale delle sinusoidi. Numeri complessi. U. D. 2: Circuiti in corrente alternata. Circuito resistivo in regime sinusoidale. Circuiti puramente induttivi, puramente capacitivi, R-L serie, R-C serie, R-L-C serie. Risonanza. Impedenza equivalente. Circuiti R-L e R-C in parallelo. Ammettenza. Circuito risonante parallelo. U. D. 3: Potenza in corrente alternata. Potenza in regime variabile. Potenza in regime sinusoidale. U. D. 4: Prove di laboratorio. Misurazione della potenza in regime alternativo sinusoidale. Modulo n 2/ Argomento: Sistemi trifasi U. D. 1: Sistemi trifasi. Sistemi polifasi. Carico trifase equilibrato collegato a stella. Carico equilibrato collegato a triangolo. Carico squilibrato collegato a stella. Carico squilibrato collegato a triangolo. U. D. 2: Potenze di sistemi trifasi. Potenza nei sistemi trifasi. Potenza con carico equilibrato, collegato a stella, con e senza neutro. Potenza con carico a triangolo equilibrato. Potenza nei carichi squilibrati. U. D. 3: Prove di laboratorio. Misurazione della potenza trifase con metodo di Aron. Modulo n 3/ Argomento: Macchine elettriche U. D. 1: Trasformatore. Energia e potenza. Perdite e rendimento nella macchina elettrica. Trasformatore monofase ideale. Perdite e rendimento. Circuiti equivalenti nel funzionamento a vuoto e a carico del trasformatore ideale e relativi diagrammi fasoriali. Circuito equivalente del trasformatore reale. Trasformatore trifase. Autotrasformatore. Parallelo fra trasformatori. Prove di laboratorio: Prova a vuoto di un trasformatore trifase. U. D. 2: Macchina asincrona. Costituzione della macchina asincrona. Campo rotante. Caratteristica meccanica. Funzionamento allo spunto. Funzionamento a carico. Avviamento della macchina asincrona con riduzione della tensione di alimentazione; avviamento stella-triangolo; avviamento con resistenze rotoriche; avviamento nel motore con doppia gabbia e con gabbia a barre alte. Prove di laboratorio: Prova a vuoto di una macchina asincrona. U. D. 3: Macchina sincrona. Costituzione e funzionamento della macchina sincrona. Angolo di carico. Diagramma fasoriale. Caratteristica meccanica. Caratteristica pseudomeccanica (stallo, fuga, perdita del passo). Eccitazione senza spazzole. U. D. 4: Macchina a corrente continua. Struttura. Motore a corrente continua con eccitazione in derivazione: schema elettrico e caratteristica meccanica. Motore a corrente continua con eccitazione in serie: schema elettrico e caratteristica meccanica. Dinamo con eccitazione indipendente: schema elettrico e caratteristica nel piano V-I.

5 Programma svolto di Controlli e automazione Classe V sez. TM/A Istituto Tecnico dei Trasporti e Logistica Nautico Colombo di Camogli Docenti: D Alessandro Donato, Penna Giovanni Testo adottato: dispense a cura del docente Modulo n 1/ Argomento: Introduzione e strumenti matematici U. D. 1: Cenni storici sui controlli automatici. U. D. 2: Introduzione all automazione navale. U. D. 3: Definizioni. Definizioni di sistema, controllo, variabili, segnali, ingresso di controllo, ingresso di disturbo, uscita, regolatore, sistema lineare, errore, fedeltà di risposta. U. D. 4: Ingressi canonici. Definizioni di impulso, gradino, rampa, rampa parabolica. U. D. 5: Algebra degli schemi a blocchi. Connessioni in cascata, in parallelo, in retroazione. U. D. 6: Trasformate di Laplace. Trasformate e antitrasformate di Laplace degli ingressi canonici e della funzione esponenziale. Modulo n 2/ Studio della risposta la gradino di sistemi dei I e del II ordine U. D. 1: Sistemi del primo ordine. Poli e zeri di una funzione di trasferimento. Ordine di un sistema. Sistema del I ordine: risposta al gradino, costante di tempo. Tempo di assestamento. U. D. 2: Sistemi del secondo ordine. Coefficiente di smorzamento, pulsazione naturale. Caso di poli reali e distinti. Caso di poli reali e coincidenti. Caso di poli complessi e coniugati. Tempo di assestamento, sovraelongazione percentuale. U. D. 3: Prove di laboratorio. Simulazioni delle risposte dei sistemi del I e II ordine col software Scicoslab. Modulo n 3/ Argomento: Stabilità e sistemi in retroazione. U. D. 1: Stabilità dei sistemi e retroazione. Definizioni relativi alla stabilità. Stabilità e risposta libera di un sistema. Proprietà generali dei sistemi retroazionati. Esempio: la macchina del timone. U. D. 2: Criterio di stabilità. Stabilità nei sistemi lineari: relazione tra stabilità e segno della parte reale dei poli della funzione di trasferimento. Modulo n 4/ Argomento: Modi di regolazione. U. D. 1: Regolazione ON-OFF. Isteresi. Diagramma temporale. U. D. 2: Regolatori PID. Regolatore ad azione proporzionale. Regolatore ad azione integrale. Regolatore ad azione derivativa. Regolazione PI; PD; PID. U. D. 3: Prove di laboratorio. Simulazioni delle risposte di un sistema controllato con PID tramite il software Scicoslab. Modulo n 5/ Argomento: Trasduttori e attuatori nell automazione navale. U. D. 1: Attuatori. Attuatori lineari e rotativi. U. D. 2: Trasduttori. Generalità: trasduttori attivi e passivi, primari e secondari, caratteristiche. Trasduttori di spostamento: potenziometro resistivo, interruttori di posizione, contatti reed. Trasduttori di velocità: sensore centrifugo di velocità, dinamo tachimetrica, ruota fonica. Accelerometri. Termometri. Sensori di livello. Modulo n 6/ Argomento: Automazione degli apparati di bordo. U. D. 1: Autopilota, timoneria. Schema a blocchi dell autopilota. Retroazione nella macchina del timone. Retroazione dell angolo di prora. Regolatore PID nell autopilota. U. D. 2: Navigazione integrata. U. D. 3.: Stabilizzazione della nave. Metodi passivi e attivi per la stabilizzazione: a masse oscillanti, con giroscopio, con alette. Modulo n 7/ Argomento: Il PLC. U. D. 1: Costituzione del PLC. CPU, modulo di ingresso, modulo di uscita, alimentazione, memoria. U. D. 2: Linguaggi di programmazione. Ladder. Schema a blocchi funzionali. Autoritenuta. Avviamento stella-triangolo di un motore asincrono. Firme docenti Firme alunni

6 Programma svolto di Controlli e Automazione Classe V sez. TM/B Istituto Tecnico dei Trasporti e Logistica Nautico Colombo di Camogli Docenti: D Alessandro Donato, Penna Giovanni Testo adottato: dispense a cura del docente Modulo n 1/ Argomento: Introduzione e strumenti matematici U. D. 1: Cenni storici sui controlli automatici. U. D. 2: Introduzione all automazione navale. U. D. 3: Definizioni. Definizioni di sistema, controllo, variabili, segnali, ingresso di controllo, ingresso di disturbo, uscita, regolatore, sistema lineare, errore, fedeltà di risposta. U. D. 4: Ingressi canonici. Definizioni di impulso, gradino, rampa, rampa parabolica. U. D. 5: Algebra degli schemi a blocchi. Connessioni in cascata, in parallelo, in retroazione. U. D. 6: Trasformate di Laplace. Trasformate e antitrasformate di Laplace degli ingressi canonici e della funzione esponenziale. Modulo n 2/ Studio della risposta la gradino di sistemi dei I e del II ordine U. D. 1: Sistemi del primo ordine. Poli e zeri di una funzione di trasferimento. Ordine di un sistema. Sistema del I ordine: risposta al gradino, costante di tempo. Tempo di assestamento. U. D. 2: Sistemi del secondo ordine. Coefficiente di smorzamento, pulsazione naturale. Caso di poli reali e distinti. Caso di poli reali e coincidenti. Caso di poli complessi e coniugati. Tempo di assestamento, sovraelongazione percentuale. U. D. 3: Prove di laboratorio. Simulazioni delle risposte dei sistemi del I e II ordine col software Scicoslab. Modulo n 3/ Argomento: Stabilità e sistemi in retroazione. U. D. 1: Stabilità dei sistemi e retroazione. Definizioni relativi alla stabilità. Stabilità e risposta libera di un sistema. Proprietà generali dei sistemi retroazionati. Esempio: la macchina del timone. U. D. 2: Criterio di stabilità. Stabilità nei sistemi lineari: relazione tra stabilità e segno della parte reale dei poli della funzione di trasferimento. Modulo n 4/ Argomento: Modi di regolazione. U. D. 1: Regolazione ON-OFF. Isteresi. Diagramma temporale. U. D. 2: Regolatori PID. Regolatore ad azione proporzionale. Regolatore ad azione integrale. Regolatore ad azione derivativa. Regolazione PI; PD; PID. U. D. 3: Prove di laboratorio. Simulazioni delle risposte di un sistema controllato con PID tramite il software Scicoslab. Modulo n 5/ Argomento: Trasduttori e attuatori nell automazione navale. U. D. 1: Attuatori. Attuatori lineari e rotativi. U. D. 2: Trasduttori. Generalità: trasduttori attivi e passivi, primari e secondari, caratteristiche. Trasduttori di spostamento: potenziometro resistivo, interruttori di posizione, contatti reed. Trasduttori di velocità: sensore centrifugo di velocità, dinamo tachimetrica, ruota fonica. Accelerometri. Termometri. Sensori di livello. Modulo n 6/ Argomento: Automazione degli apparati di bordo. U. D. 1: Autopilota, timoneria. Schema a blocchi dell autopilota. Retroazione nella macchina del timone. Retroazione dell angolo di prora. Regolatore PID nell autopilota. U. D. 2: Navigazione integrata. U. D. 3.: Stabilizzazione della nave. Metodi passivi e attivi per la stabilizzazione: a masse oscillanti, con giroscopio, con alette. Modulo n 7/ Argomento: Il PLC. U. D. 1: Costituzione del PLC. CPU, modulo di ingresso, modulo di uscita, alimentazione, memoria. U. D. 2: Linguaggi di programmazione. Ladder. Schema a blocchi funzionali. Autoritenuta. Avviamento stella-triangolo di un motore asincrono.

7 Programma svolto di Elettrotecnica ed elettronica Classe V sez. TM/B Istituto Tecnico dei Trasporti e Logistica Nautico Colombo di Camogli Docenti: D Alessandro Donato, Penna Giovanni Testo adottato: dispense a cura del docente Modulo n 1/ Argomento: Ripasso sulle macchine elettriche rotanti U. D. 1: Macchina asincrona. Costituzione della macchina asincrona. Campo rotante. Avvolgimento a quattro poli. Funzionamento allo spunto. Funzionamento a carico. Caratteristica meccanica. Metodi di avviamento: tensione ridotta, stella-triangolo, inserzione di resistenze rotoriche, rotore a barre alte e a doppia gabbia. U. D. 2: Macchina sincrona. Costituzione e funzionamento della macchina sincrona. U. D. 3: Macchina a corrente continua. Struttura. Dinamo. Circuito magnetico della macchina a corrente continua. Avvolgimento indotto. Dinamo a magneti permanenti come generatore reale. Motore a corrente continua. Funzionamento a vuoto della macchina a corrente continua come motore. Macchina a c. c. a eccitazione indipendente, serie e derivata, con relative caratteristiche meccaniche. U. D. 4: Prove di laboratorio. Prova a vuoto sulla macchina asincrona. Modulo n 2/ Diodo, transistor, tiristori; circuiti raddrizzatori e invertitori U. D. 1: Materiali semiconduttori. Materiali semiconduttori; semiconduttori drogati. U. D. 2: Il diodo. La giunzione pn. Polarizzazione diretta e inversa. Caratteristiche ideale e reale del diodo nel piano V-I. Diodo LED. Diodo Zener. Punto di lavoro. U. D. 3: I tiristori. SCR. TRIAC. GTO. U. D. 4: Raddrizzatori. Raddrizzatore a singola semionda. Raddrizzatore con trasformatore a presa centrale. Ponte di Graetz. U. D. 5: Il transistor. Il transistor BJT; caratteristiche nel piano V-I; equazioni caratteristiche di un transistor BJT; impieghi dei transistor; zone di funzionamento; funzionamento on-off di un transistor; determinazione grafica del punto di lavoro. U. D. 6: Invertitori. Inverter a singolo e a doppio ponte. U. D. 7: Prove di laboratorio. Diodo raddrizzatore. Modulo n 3/ Argomento: Onde elettromagnetiche; il radar U. D. 1: Onde elettromagnetiche. Frequenza, lunghezza d onda, velocità di propagazione. Spettro elettromagnetico. Modalità di propagazione delle onde elettromagnetiche; tipologie di onde. Le modulazioni di ampiezza, di frequenza, di fase. I mezzi trasmissivi. Tipologie di antenne. Telecomunicazioni marittime. U. D. 2: Il radar. Principi di funzionamento. Schema a blocchi. Duplexer: circuito e funzionamento; circuito con tubi a vuoto TR e ATR; circuito con diodo di tipo PIN. Parametri caratteristici. Equazione radar. Antenne radar. Schermo PPI. Modulo n 4/ Argomento: Amplificatore operazionale, i filtri U. D. 1: L amplificatore operazionale. Amplificatore operazionale ideale. Amplificatore operazionale in configurazione invertente, non invertente, sommatore, derivatore, integratore. U. D. 2: I filtri. Filtri passivi e attivi. Filtro passa-basso; esempio di applicazione nell autopilota di una nave. Filtro passa-alto. Filtro passa-banda. U. D. 3: Prove di laboratorio. Amplificatore operazionale. Filtri. Modulo n 5/ Argomento: Impianti elettrici di bordo U. D. 1: Componenti principali degli impianti elettrici. Trasporto, distribuzione dell energia elettrica. Sistemi TT, TN e IT. Interruttori magnetotermici. Fusibili. La selettività delle protezioni. Interruttori differenziali. Il contattore. Il relè ausiliario. Il rischio elettrico. I pulsanti. U. D. 2. Componenti e problematiche degli impianti navali. Cavi senza propagazione di fiamma; cavi atossici. Cenni sulla compatibilità elettromagnetica. U. D. 3: Schemi di impianti elettrici navali (cenni). Sistemi di distribuzione negli impianti elettrici navali. Distribuzione in media tensione. Distribuzione in bassa tensione: impianto radiale, impianto radiale misto, impianto radiale con anello di riserva.