ELETTROTECNICA ED AZIONAMENTI ELETTRICI

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1 9 CFU, 1 Periodo rocco.rizzo@dsea.unipi.it REGISTRO DELLE LEZIONI DEL CORSO DI ELETTROTECNICA ED AZIONAMENTI ELETTRICI PER ALLIEVI INGEGNERI MECCANICI A.A. 2010/2011 Docente: Rocco Rizzo Consulta Lezioni in ordine Cronologico Consulta Lezioni in ordine di Argomento

2 A.A. 2010/2011 NOTA: per consultare gli argomenti trattati nelle singole lezioni, cliccare su go to Lezione. ( : lezioni NON tenute, : lezioni di recupero, : esercitazioni, : laboratorio). LEZIONI DAL 25 OTTOBRE 2010 AL 29 GENNAIO 2011 Settimana Lunedì Martedì Mercoledì Giovedì Venerdì 25 Ottobre 31 Ottobre 01 Novembre 07 Novembre 08 Novembre 14 Novembre 15 Novembre 21 Novembre 22 Novembre 28 Novembre 29 Novembre 05 Dicembre 06 Dicembre 12 Dicembre 13 Dicembre 19 Dicembre 20 Dicembre 26 Dicembre 10 Gennaio 16 Gennaio 17 Gennaio 23 Gennaio 24 Gennaio 30 Gennaio 25/10 01/11 08/11 15/11 22/11 29/11 06/12 13/12 20/12 10/01 17/01 24/01 go to Lezione go to Lezione go to Lezione go to Lezione go to Lezione go to Lez./Eser. go to Lez./Eser. go to Lezione go to Lezione go to Esercit. go to Esercit. go to Lezione 26/10 02/11 09/11 16/11 23/11 30/11 07/12 14/12 21/12 11/01 18/01 25/01 go to Lezione go to Lezione go to Lez./Eser. go to Lezione go to Lezione go to Lezione go to Lezione AM go to Lezione PM go to Lezione AM go to Lezione PM go to Lezione AM go to Lezione PM go to Lezione AM go to Esercit. PM go to Esercit. go to Laborat. 27/10 03/11 10/11 17/11 24/11 01/12 08/12 15/12 22/12 12/01 19/01 26/01 go to Lezione go to Lezione go to Esercit. go to Lezione go to Lezione go to Lezione go to Esercit. go to Lezione go to Lezione go to Esercit. go to Laborat. 28/10 04/11 11/11 18/11 25/11 02/12 09/12 16/12 23/12 13/01 20/01 27/01 go to Lezione go to Lez./Eser. go to Lezione go to Esercit. go to Lezione go to Esercit. go to Esercit. go to Esercit. go to Lezione go to Esercit. go to Lezione 29/10 05/11 12/11 19/11 26/11 03/12 10/12 17/12 24/12 14/01 21/01 28/01 29/01 22/01 15/01 25/12 18/12 11/12 04/12 27/11 20/11 13/11 06/11 30/10 Sab. 30/01 23/01 16/01 26/12 19/12 12/12 05/12 28/11 21/11 14/11 07/11 31/10 Dom.

3 Lezioni per argomento, A.A. 2010/2011 Teoria dei Circuiti Lezioni Tot. ore Principi Fondamentali - Dai campi ai circuiti; Definizioni di corrente, tensione, potenza ed energia; I Bipoli Elettrici; I Principi di Kirchhoff; il Teorema di Tellegen; Il Principio di Sostituzione/Equivalenza; Elementi circuitali - Il Resistore; Il Generatore; Il Condensatore; L Induttore; Gli Induttori Mutuamente Accoppiati; Risoluzione del Problema Fondamentale delle reti - Reti resisitive; Il Partitore di tensione e di corrente; I teoremi ed i principi sulle reti; Metodi di risoluzione generali: correnti di ramo; correnti di maglia; tensioni nodali; Cenni sulle reti lineari dinamiche e soluzione con il metodo classico di un circuito RL; Circuiti in regime sinusoidale - Richiamo sui fasori; Rappresentazione fasoriale di Tensione e Corrente; La Potenza; Il rifasamento; I circuiti risonanti; Circuiti in regime periodico NON sinusoidale - La trasformata serie di Fourier; I Sistemi Trifase - Introduzione e vantaggi; Sistemi a 3 o 4 fili; Principali definizioni (tensioni concatenate e stellate, ecc.); Metodi di risoluzione dei Sistemi Simmetrici ed Equilibrati e dei Sistemi Simmetrici e Squilibrati; Potenza e Rifasamento; 25/10/10 26/10/10 28/10/10 02/11/10 03/11/10 04/11/10 08/11/10 09/11/10 10/11/10 11/11/10 15/11/10 16/11/10 17/11/10 18/11/10 22/11/10 23/11/10 24/11/10 25/11/10 29/11/10 11/01/11 Macchine Elettriche ed Azionamenti Elettrici Lezioni Tot. ore Lez Eserc. 9 I circuiti magnetici - leggi principali; circuito equivalente; forze magnetiche tra nuclei; Trasformatore monofase e trifase; Macchine elettriche rotanti - generalità e classificazione; il problema termico; Campo magnetico rotante; Motore asincrono; Macchina sincrona; Motore Brushless; Motore passo-passo; Motore in corrente continua (DC); Lettura di cataloghi - Esempi di cataloghi di Trasformatori e Motori Elettrici; Dimensionamento elettrico di un officina meccanica (valutazione carichi; scelta del trasformatore e dei cavi); Convertitori Elettronici di potenza - Diodi, Tiristori, Transistori; Conversione AC/DC; Conversione DC/DC; Conversione DC/AC; Configurazioni tipiche di convertitori per gli Azionamenti elettrici; Azionamenti elettrici - struttura generale; Esempi di specifiche (variazione di velocità; regolazione; inseguimento); Campi operativi per i vari azionamenti; Breve classificazione dei carichi meccanici; Breve richiamo sull accoppiamento motore-carico; Criteri di scelta, con relativi esercizi, di azionamenti per carichi meccanici tipici; Laboratorio - attività di laboratorio e prove su diversi tipi di motori elettrici; 01/12/10 02/12/10 06/12/10 07/12/10 07/12/10 09/12/10 13/12/10 14/12/10 14/12/10 15/12/10 16/12/10 20/12/10 21/12/10 21/12/10 22/12/10 10/01/11 11/01/11 12/01/11 13/01/11 17/01/11 18/01/11 19/01/11 20/01/ /01/11 Lez Eserc Labor. 2 Principi di Sicurezza Elettrica e di Impianti Elettrici Lezioni Tot. ore Normativa - Introduzione alle Norme; Schema di Sistemi Elettrici (TT, TN, IT); Dispositivi di protezione; Rischio connesso all utilizzo della corrente elettrica; Modello circuitale del corpo umano; Il Terreno come conduttore; Limiti convenzionali di sicurezza; Protezione delle persone contro i contatti diretti ed indiretti; Struttura dell impianto di terra; Impianto elettrico - simboli grafici utilizzati nei progetti; descrizione e commento dettagliato dello schema elettrico di un quadro BT di un impianto industriale; 24/01/11 27/01/11 Lez. 5

4 Argomento lezione del 25 Ottobre 2010 Aula A26-3 ore - Introduzione al corso: programma di massima degli argomenti; modalità di esame; bibliografia; - Lezione introduttiva: dai campi elettromagnetici ai circuiti elettrici; Condizione di Abraham sulla lunghezza d onda in relazione alle dimensioni fisiche del sistema (λ L) per il passaggio dal modello campistico (Equazioni di Maxwell) al modello circuitale (Principi di Kirchhoff); - Descrizione del Problema Fondamentale dell Elettrotecnica; - Definizioni di base: corrente, tensione, potenza ed energia; - I bipoli elettrici: definizione; relazione costitutiva; - Convenzioni per la potenza (riferimenti associati e NON associati); - Classificazione dei bipoli; tipologie di comando (in tensione o corrente); bipoli lineari o non-lineari, con o senza memoria, tempo-varianti o tempo-invarianti, passivi o attivi, conservativi o dissipativi; - Definizione di rete elettrica; - 1 e 2 Principio di Kirchhoff; Inizio Lezione ore 14:45 - Fine lezione: ore 17:30.

5 Argomento lezione del 26 Ottobre 2010 Aula A28-2 ore - Teorema di Tellegen sulla Potenza istantanea; - Definizione di circuito equivalente e Principio di Sostituzione; - Collegamenti tipici tra bipoli: serie, parallelo, misti e stella/triangolo (solo equivalenza schematica); - Elementi circuitali: introduzione; - Il Resistore: relazione costitutiva (Legge di Ohm); Collegamenti tipici tra resistori; Caratterizzazione energetica dei resistori; - Il bipolo Generatore: ideale di tensione e ideale di corrente; Collegamenti tipici tra generatori; Inizio Lezione ore 16:45 - Fine lezione: ore 18:30.

6 Argomento lezione del 28 Ottobre 2010 Aula F5-2 ore - Generatori controllati; Caratterizzazione energetica dei generatori; Generatore come bipolo attivo; - Il Bipolo Condensatore: relazione costitutiva; Collegamenti tipici tra condensatori; Caratterizzazione energetica dei condensatori. - Il Bipolo Induttore: relazione costitutiva; Collegamenti tipici tra induttori; Caratterizzazione energetica degli induttori; - Il Doppio Bipolo Induttore Mutuamente Accoppiato: relazione costitutiva; problema del segno dei contributi di mutua induzione; Inizio Lezione ore 14:45 - Fine lezione: ore 16:30.

7 Argomento lezione del 1 Novembre ore - Lezione NON TENUTA per festività di tutti i Santi.

8 Argomento lezione del 2 Novembre 2010 Aula A28-2 ore - Trasformazioni a T e a Pi-greca ; Caratterizzazione energetica di Induttori Mutuamente Accoppiati; Vincolo sul coefficiente di mutua induzione: M L 1 L 2. - Risoluzione del Problema fondamentale dell Elettrotecnica: a) Formulazione matematica per la descrizione del modello circuitale; b) Soluzione del modello matematico; - Applicazione alle Reti Resistive; - Il 2 Principio di Kirchhoff in forma operativa con esempio; ulteriore esempio sul 2 PdK in forma operativa; - Metodi di soluzione particolari delle reti elettriche: partitore di tensione; partitore di corrente; Trasformazione topologica di generatori di tensione e generatori di corrente; Principio di Sovrapposizione degli Effetti; - Descrizione di due casi particolari del principio di sostituzione: generatore di tensione al posto di un ramo con tensione V nota e generatore di corrente al posto di un ramo con corrente I nota; NOTA: Tutti i metodi di soluzione, sia particolari, sia generali (cfr. lezioni successive), sono stati descritti facendo riferimento a reti elettriche resistive e sono stati applicati a semplici esercizi; Inizio Lezione ore 16:40 - Fine lezione: ore 18:30.

9 Argomento lezione del 3 Novembre 2010 Aula A28-1 ore - Teorema di Thevenin: dimostrazione; - Esempi di applicazione del teorema di Thevenin: esercizio semplice solo resistivo + esercizio con generatori controllati; Inizio Lezione ore 13:40 - Fine lezione: ore 14:30.

10 Argomento lezione del 4 Novembre 2010 Aula F5-2 ore - Teorema di Norton; - Esempi di applicazione del teorema di Norton (stesso esercizio risolto con Thevenin il giorno prima); - Corollario dei due teoremi: equivalenza tra generatori di tensione con resistenza in serie e generatori di corrente con resistenza in parallelo; - Teorema di Millman; - Esempio di applicazione del teorema di Thevenin: esercizio semplice solo resistivo; - Esempio di applicazione del teorema di Norton: esercizio con generatori controllati; Inizio Lezione ore 14:40 - Fine lezione: ore 16:30.

11 Argomento lezione del 8 Novembre 2010 Aula A26-3 ore - Metodi generali per la risoluzione di reti elettriche: metodo delle correnti di ramo (Tableau, maglie a finestra per l individuazione delle equazioni linearmente indipendenti con il 2 PdK); - Esempio con solo generatori di tensione; - Metodo delle correnti di ramo in presenza di generatori di tensione e di corrente; - Elementi di Topologia delle reti: principali definizioni; - Due teoremi (non dimostrati): a) note le correnti nelle corde è possibile ricavare le correnti in tutti i rami; b) note le tensioni sui rami d albero è possibile ricavare le tensioni su tutti i rami); - Il Metodo delle correnti di maglia (uso delle maglie monocorda per l individuazione delle equazioni linearmente indipendenti con il 2 PdK); - Esempio con soli generatori di tensione; Commento sul metodo del Tableau e delle maglie a finestra come alternativa per l individuazione delle equazioni linearmente indipendenti; - Metodo delle correnti di maglia in presenza di generatori di corrente; Inizio Lezione ore 14:45 - Fine lezione: ore 17:30.

12 Argomento lezione del 9 Novembre 2010 Aula A28-2 ore LEZIONE: - Il Metodo delle tensioni nodali; - Esempio con solo generatori di corrente; - Esempio con generatori di corrente e di tensione in percorso unico tra nodo di riferimento e altro nodo; - Commento sui generatori reali di tensione; ESERCITAZIONE: - Esercizio di applicazione del Metodo delle Correnti di Maglia (MCM) (maglie monocorda); - Risoluzione dello stesso esercizio con applicazione del Metodo delle Tensioni Nodali (MTN); - Ulteriore esercizio risolto con il MTN in presenza di generatore pilotato di corrente con anche un resistore in serie; - Esercizio di applicazione del Teorema di Thevenin con generatori pilotati; Inizio Lezione ore 16:40 - Fine lezione: ore 18:20.

13 Argomento lezione del 10 Novembre 2010 Aula A28-1 ore - Studio delle Reti Dinamiche: scrittura delle equazioni integro-differenziali - Esempio di risoluzione del transitorio in circuito RL con e(t) = E = costante ed e(t) = E M sin(ωt + α); Scomposizione in integrale particolare (di regime) e soluzione complementare (transitorio); il problema delle condizioni iniziali; definizione e commenti sulla costante di tempo τ del circuito; - Circuito RLC: scrittura dell equazione risolutiva di 2 ordine (non risolta ma solo commenti su difficoltà di risoluzione); - Soluzione di regime: schema a blocchi della trasformata di Steinmetz (o fasoriale); Inizio Lezione ore 13:40 - Fine lezione: ore 14:30.

14 Argomento lezione del 11 Novembre 2010 Aula F5-2 ore - Sintesi lezione precedente con schema a blocchi sull uso delle trasformate per l analisi dei circuiti elettrici: Laplace per lo studio dei transitori (solo accenno all esistenza); Steinmetz o Fasoriale per lo studio della soluzione a di regime sinusoidale; Fourier per lo studio di regime periodico NON sinusoidale; - Circuiti in regime sinusoidale; Definizione delle principali caratteristiche di una sinusoide: ampiezza, pulsazione, angolo di fase, periodo, frequenza; Definizione di Valore Efficace e suo significato fisico; - Uso dei fasori: passaggio dalla sinusoide nel dominio del tempo, al vettore rotante nel piano di Gauss, al suo fasore rappresentativo; esempi numerici; - Operazioni nel dominio del tempo e nel dominio dei fasori: somma, differenza; derivata e integrale (operazioni svolte anche per via grafica sul piano di Gauss); - Relazioni costitutive nel dominio dei fasori: Resistore; Inizio Lezione ore 14:45 - Fine lezione: ore 16:30.

15 Argomento lezione del 15 Novembre 2010 Aula A26-3 ore - Relazioni costitutive nel dominio dei fasori: Condensatore, Induttore e Induttori Mutuamente Accoppiati; - Definizione di Impedenza; Triangolo dell Impedenza; Legge di Ohm nel dominio dei fasori; l Ammettenza; triangolo dell Ammettenza; considerazioni sui collegamenti tipici: serie, parallelo e stella/triangolo di Impedenze; - Passaggio dal ramo fisico all impedenza equivalente e dall impedenza alla sua rappresentazione circuitale equivalente: Z = R + jx; - Casi particolari di impedenze (con relativa rappresentazione grafica dei fasori di tensione e corrente): Z ohmico-capacitiva; Z ohmico-induttiva; Z puramente ohmica; Z puramente capacitiva; Z puramente induttiva; - Svolgimento di due esercizi numerici di calcolo dell impedenza equivalente di rami RLC in vari collegamenti; - Svolgimento di un esercizio di applicazione dei fasori; metodo analitico e grafico; metodo del fasore presunto; - Commento sulla validità di tutti i principi, i teoremi ed i metodi di risoluzione visti per le reti resistive (PdK; metodo delle Correnti di ramo; MCM; MTN; ecc.) nel dominio fasoriale; - Trasformazione di un circuito semplice E-RLC dal dominio del tempo al dominio dei fasori; - Esercizio numerico; rappresentazione dei risultati (vettore di tensione e corrente) sul piano di Gauss; - Esercizio numerico: soluzione di un circuito con teorema di Thevenin; Inizio Lezione ore 14:45 - Fine lezione: ore 17:30.

16 Argomento lezione del 16 Novembre 2010 Aula A28-2 ore - La potenza nei circuiti in regime sinusoidale; potenza istantanea; suddivisione in potenza costante + potenza fluttuante; suddivisione in potenza attiva istantanea p a(t) + potenza reattiva istantanea p r (t); andamenti temporali sul piano p t; - I 4 parametri della potenza: P, Q, S e cos ϕ; - La potenza apparente complessa S ; - La potenza negli elementi circuitali: R, L, C e negli induttori mutuamente accoppiati; dimostrazione dell esistenza di un termine di potenza attiva relativa al mutuo accoppiamento; - Cenni sui metodi di misura della potenza: il Wattmetro; Inizio Lezione ore 16:40 - Fine lezione: ore 18:30.

17 Argomento lezione del 17 Novembre 2010, (tenuta dall Ing. Tucci) Aula A28-1 ore ESERCITAZIONE: - Esercizio di scrittura delle equazioni con il MCM ed il MTN ad un circuito in regime sinusoidale, in presenza di mutuo accoppiamento; - Commenti su trasformazione del mutuo accoppiamento per la scrittura delle equazioni con il MTN; Inizio Lezione ore 13:40 - Fine lezione: ore 14:30.

18 Argomento lezione del 18 Novembre 2010, tenuta dall Ing. Tucci Aula F5-2 ore ESERCITAZIONE: - Esercizio numerico di applicazione del teorema di NORTON ad un circuito in regime sinusoidale (uso dei fasori); - Esercizio numerico su un circuito in regime sinusoidale: uso dei fasori con relativo diagramma su piano di Gauss; - Esercizio numerico su un circuito in regime sinusoidale (MCM con i fasori); calcolo della potenza attiva, reattiva ed apparente erogata dal generatore di tensione (uso della potenza apparente complessa); determinazione dell energia elettromagnetica media immagazzinata nel condensatore della rete; Inizio Lezione ore 14:40 - Fine lezione: ore 16:30.

19 Argomento lezione del 22 Novembre 2010 Aula A26-3 ore - Teorema di Boucherot; - Esercizio numerico di ricapitolazione sulla potenza: circuito E-RLC con 3 modi distinti di calcolo potenza (Definizioni; Potenza complessa; Teorema di Boucherot); - Esercizio numerico sul calcolo della potenza in rami con induttori mutuamente accoppiati; - Il rifasamento monofase; problematica generale; il rifasamento totale; il rifasamento parziale; formule in termini energetici; - Sintesi delle formule sul rifasamento; - Osservazioni su rifasamento: 1) Corrente su carico prima e dopo il rifasamento nel caso in cui si supponga costante il Valore efficace della tensione sul carico; 2) Invarianza del rifasamento monofase rispetto alla tensione sul carico; 3) indicazione dei condensatori in KVAR anziché in Farad; 4) Prescrizioni normative: cos ϕ < 0.7 rifasamento obbligatorio; 0.7 < cos ϕ < 0.9 rifasamento facoltativo (ragioni economiche); 0.9 < cos ϕ < 1 rifasamento non necessario; 5) Modalità di rifasamento (centralizzato; distribuito; ecc.); 6) Commento sulla caduta di tensione (CdT) sulla linea e tensione sul carico nel caso in cui si fissa la tensione sul generatore al posto della tensione sul carico; CONCLUSIONI sul rifasamento: vantaggi; - Circuiti risonanti: calcolo della pulsazione di risonanza nel caso serie ed in quello parallelo; - Calcolo dell energia elettromagnetica istantanea e media immagazzinata negli elementi conservativi (Induttori, Condensatori ed Induttori Mutuamente accoppiati); Caso particolare dei circuiti risonanti (Energia pari al doppio di quella nei singoli elementi); Inizio Lezione ore 14:45 - Fine lezione: ore 17:30.

20 Argomento lezione del 23 Novembre 2010 Aula A28-2 ore - Caratterizzazione dei carichi monofase: dai dati di targa (P n, V n, e cos ϕ or Q n ) all impedenza equivalente ( Z c ); ( ) Calcolo della potenza con tensione diversa da quella nominale (P x = P n Vx 2). Vn - Introduzione al regime periodico NON sinusoidale; Condizioni di Dirichlet; Trasformata serie di Fourier; - Calcolo dei coefficienti delle armoniche; semplificazioni dovute alle simmetrie delle forme d onda; forma trigonometrica compatta della trasformata; forma esponenziale della trasformata; - Uso del principio di sovrapposizione degli effetti per il calcolo del contributo delle singole armoniche; rappresentazione dei generatori di tensione in serie e dei generatori di corrente in parallelo; antitrasformazione dal dominio di Fourier al dominio del tempo; - Parametri caratteristici: Valore efficace; fattore di distorsione armonica totale (THD); fattore di distorsione della n-esima armonica (D n); - Potenza nei circuiti a regime periodico NON sinusoidale; - Esercizio numerico per il calcolo della corrente, della potenza, del THD e del D n in un circuito R-L-C alimentato con un generatore di tensione di forma d onda rettangolare alternativa; Inizio Lezione ore 16:40 -Fine lezione: ore 18:30.

21 Argomento lezione del 24 Novembre 2010 Aula A28-1 ore - Sistemi trifase: introduzione e vantaggi; - Definizione di sistema trifase di tensioni; sequenza diretta ed inversa; andamento temporale delle tensioni di fase e dei relativi fasori rappresentativi; - Definizione di sistema simmetrico di tensioni trifase; fattore di rotazione α per la rappresentazione fasoriale; definizione di terna pura e spuria; definizione di terna dissimmetrica; - Definizione di carico trifase; carico equilibrato e squilibrato; definizione di terna di correnti equilibrata e squilibrata; terna di correnti pura e spuria; - Collegamenti tra i terminali delle fasi del generatore e del carico: collegamento a stella ( ) ed a triangolo ( ); definizione di punto neutro e centro stella; connessioni tipiche tra generatore e carico:,, e ; Inizio Lezione ore 13:40 -Fine lezione: ore 14:30.

22 Argomento lezione del 25 Novembre 2010 A22-2 ore - Definizione di fase e di linea; definizioni di tensione e corrente di fase (o stellata) e di linea (o concatenata); direzioni convenzionali delle correnti; rapporto tra grandezze di fase e di linea nel collegamento a stella e a triangolo; sintesi delle definizioni relative alle tensioni, alle correnti ed ai carichi; - Tipologia di Sistemi trifase: - Simmetrici ed Equilibrati; - Simmetrici e Squilibrati; - Dissimmetrici ed Equilibrati; - Dissimmetrici e Squilibrati; - Studio dei Sistemi Trifase Simmetrici ed Equilibrati; trasformazione stella/triangolo dei carichi; generatori equivalenti a stella; circuito monofase equivalente: dimostrazione equipotenzialità dei centri stella; analisi del circuito monofase equivalente e calcolo delle correnti sul circuito originale; - Determinazione della potenza istantanea in un sistema trifase simmetrico ed equilibrato; potenza con grandezze di fase e di linea; invarianza della potenza calcolata con le grandezze di linea rispetto al tipo di collegamento; - Definizione dei parametri di potenza nei sistemi trifase: Potenza attiva; Potenza reattiva, Potenza apparente e fattore di potenza; Potenza apparente complessa; - Numero di strumenti necessari per la misura della potenza nei sistemi trifase a 3 e 4 fili; Metodo Aron per la misura della potenza attiva nei sistemi trifase a 3 fili generali; dimostrazione del metodo Aron per la misura della potenza reattiva nei sistemi trifase simmetrici ed equilibrati; - Dimostrazione del vantaggio di risparmiare il 25% di volume di rame nell uso di una linea trifase al posto di una monofase; - Caratterizzazione dei carichi trifase: dai dati di targa alle impedenze equivalenti; esempio numerico con due carichi trifase in parallelo: calcolo dei parametri di potenza ad una tensione diversa da quella nominale e determinazione dell impedenza complessiva del carico; Inizio Lezione ore 14:40 -Fine lezione: ore 16:30.

23 Argomento lezione del 29 Novembre 2010 A26-3 ore LEZIONE: - Potenza apparente complessa; - Metodo Aron per la misura della potenza attiva nei sistemi trifase a 3 fili generali; dimostrazione del metodo Aron per la misura della potenza reattiva nei sistemi trifase simmetrici ed equilibrati; Rifasamento di un sistema trifase; Formula in termini di potenza reattiva; calcolo della capacità di rifasamento con collegamento a stella ed a triangolo; commento sull utilità dei vari collegamenti a secondo del livello della tensione del sistema (BT ; AT ); - Caratterizzazione dei carichi trifase: dai dati di targa alle impedenze equivalenti; - Impostazione dello studio dei sistemi trifase simmetrici e squilibrati: uso del teorema di Millman; ESERCITAZIONE: - Esercizio numerico per la soluzione di un sistema trifase a 3 fili simmetrico ed equilibrato tramite il metodo del circuito monofase equivalente; - Esercizio numerico per la soluzione di un sistema trifase a 3 fili simmetrico e squilibrato; - Esercizio numerico per la soluzione di un sistema trifase a 3 fili simmetrico e squilibrato con una fase interrotta; - Esercizio numerico per la soluzione di un sistema trifase a 3 fili simmetrico e squilibrato con due fasi in cto-cto; - Esercizio numerico per la soluzione di un sistema trifase a 3 fili simmetrico e squilibrato utilizzando il teorema di Thevenin ai capi del carico monofase derivato a valle della linea; - Commento sullo svolgimento degli altri esercizi sui sistemi trifase a 3 fili distribuiti in fotocopia; Inizio Lezione ore 14:40 -Fine lezione: ore 17:30.

24 Argomento lezione del 30 Novembre ore - Lezione NON TENUTA per sospensione ufficiale della didattica concessa dalla Presidenza della Facoltà

25 Argomento lezione del 1 Dicembre 2010 Aula A28-1 ore - Introduzione ai Circuiti Magnetici con richiamo al legame B H ed alla curva di prima magnetizzazione dei materiali ferromagnetici; - Leggi per l analisi dei circuiti magnetici e condizioni di idealità per il loro studio; analogie formali tra le grandezze magnetiche (flusso, forza magnetomotrice e riluttanza) e le grandezze elettriche (corrente, tensione e resistenza); - Il circuito equivalente per il calcolo del flusso e dell induzione magnetica nei nuclei ferromagnetici; Inizio Lezione ore 13:40 - Fine lezione: ore 14:30.

26 Argomento lezione del 2 Dicembre 2010 Aula F7-2 ore LEZIONE: - Calcolo dei parametri L ed M con commenti approfonditi sul segno di mutuo accoppiamento; - Forze magnetiche: dimostrazione del calcolo della forza come gradiente dell energia magnetica ( F = W m); ESERCITAZIONE: - Esempio di applicazione della teoria ad un circuito magnetico con traferro; - Esempio di applicazione della teoria ad un circuito con due finestre; - Esercizio sul calcolo della forza magnetica di un nucleo su un ancora magnetica; Inizio Lezione ore 14:45 - Fine lezione: ore 16:30.

27 Argomento lezione del 6 Dicembre 2010 Aula A26-3 ore ESERCITAZIONE: LEZIONE: - Esercizio sul calcolo della forza magnetica di un solenoide lungo su un cilindro magnetico mobile; - Esercizio sul calcolo della forza magnetica in un sistema magnetico a relè; - Forze magnetiche su conduttori immersi in un campo magnetico B: d F = d l BI; - Esercizio sul calcolo della coppia magnetica su una spira immersa in un campo magnetico B; - Il trasformatore monofase: ipotesi di idealità. Legge di Faraday-Lenz e Legge di Hopkinson; - Il trasformatore ideale: legame tra tensioni primarie e secondarie e tra correnti primarie e secondarie; - Utilità del trasformatore di potenza nel trasporto dell energia elettrica; - Il trasformatore monofase reale: decadenza delle ipotesi di idealità; fenomeno dell isteresi magnetica e delle correnti parassite; - Circuito elettrico equivalente con impedenze di dispersione primaria e secondaria; Inizio Lezione ore 14:45 - Fine lezione: ore 17:30.

28 Argomento lezione del 7 Dicembre 2010 Aula A24-1,5 ore - Il trasformatore monofase reale: accorgimenti costruttivi per ridurre l influenza delle correnti parassite e dell isteresi magnetica; - Circuiti elettrici equivalenti: completi e semplificati; - Prova a vuoto e prova in cto-cto; determinazione delle impedenze a vuoto e di cto-cto; - Rendimento convenzionale e caduta di tensione tra vuoto e carico (formula approssimata); - Introduzione al trasformatore trifase; - Vari tipi di collegamenti tra le fasi; rapporto di trasformazione a vuoto; circuito equivalente trifase e monofase; Dalla presente settimana e fino al termine del corso sono state aggiunte, in accordo con gli studenti, due ore di lezione/esercitazione per recuperare le ore perse durante il corso per festività e sospensioni della didattica; Inizio Lezione ore 11:40 - Fine lezione: ore 13:15.

29 Argomento lezione del 7 Dicembre 2010 Aula A28-2 ore LEZIONE: - Il trasformatore trifase: definizione di spostamento angolare e di gruppo; commento approfondito sui trasformatori in parallelo; - Specifiche per i trasformatori e dati di targa; - Cenno agli autotrasformatori ed ai trasformatori di misura; ESERCITAZIONE: - Esercizio numerico su un sistema monofase in presenza di trasformatore; - Esercizio numerico su un circuito magnetico con calcolo della forza magnetica; Inizio Lezione ore 16:45 - Fine lezione: ore 18:30.

30 Argomento lezione del 8 Dicembre ore - Lezione NON TENUTA per festività della Madonna Immacolata.

31 Argomento lezione del 9 Dicembre 2010 (tenuta dal Prof. Musolino) Aula F5-2 ore - Introduzione alla macchina asincrona; - Il campo magnetico rotante; Inizio Lezione ore 14:45 - Fine lezione: ore 16:30.

32 Argomento lezione del 13 Dicembre 2010 (tenuta dal Prof. Musolino) Aula A26-3 ore - Principio di funzionamento della macchina asincrona; - Circuito equivalente elettrico; - Bilancio energetico e rendimento; - Caratteristica meccanica, coppia massima, coppia di spunto e scorrimento massimo; Inizio Lezione ore 14:45 - Fine lezione: ore 17:30.

33 Argomento lezione del 14 Dicembre 2010 Aula A24-2 ore - Caratteristica meccanica in funzione dei parametri propri di macchina (p, R 2, X 2d, k) e dei parametri di alimentazione (V, f ); - Punti di funzionamento continuativo ed intermittente; - Stabilità meccanica motore-carico; - Problemi all avviamento: corrente di spunto e coppia di spunto; - Avviamento / ; variazione resistenza rotorica; motore a doppia gabbia; - Motore asincrono monofase: con condensatore di avviamento; a poli schermati; - Regolazione della velocità: variazione dello scorrimento; variazione numero di poli; controllo combinato V /f ; - Campo operativo del motore asincrono: zona di funzionamento continuativo; zona di funzionamento intermittente; Inizio Lezione ore 11:40 - Fine lezione: ore 13:25.

34 Argomento lezione del 14 Dicembre 2010 (tenuta dal Prof. Musolino) Aula A28-2 ore - Principio di funzionamento della Macchina Sincrona; - Modello di Behn-Eschemburgh; - Variazione della tensione a vuoto in funzione della tipologia di carico (puramente Ohmico, Ohmico-Induttivo; Ohmico-Capacitivo); - Caratteristica meccanica nel funzionamento da motore; Inizio Lezione ore 16:45 - Fine lezione: ore 18:30. Torna lezioni x calendario

35 Argomento lezione del 15 Dicembre 2010 Aula A28-1 ora ESERCITAZIONE: - Dimensionamento di una piccola Officina meccanica: commenti sullo schema elettrico del sistema; - Individuazione del carico elettrico complessivo; - Scelta del Trasformatore trifase da mettere nella cabina MT/BT con commenti approfonditi sui parametri riportati nei datasheet dei costruttori; - Calcolo dei parametri del circuito equivalente del trasformatore; - Determinazione della V % tra vuoto e carico con la formula approssimata; Inizio Lezione ore 13:40 - Fine lezione: ore 14:30.

36 Argomento lezione del 16 Dicembre 2010 Aula F5-2 ore ESERCITAZIONE: - Continuazione esercizio lezione precedente: disegno del circuito equivalente monofase tra il punto di consegna dell energia ed un punto periferico dell impianto; - Introduzione alla scelta dei cavi elettrici: problema termico (portata di corrente) e problemi tecnici (limiti sulla caduta di tensione); - Dimensionamento del cavo di alimentazione del carico 3 e del cavo di alimentazione di un motore asincrono trifase con relativo calcolo della V % e delle perdite per effetto Joule. - Calcolo della corrente di cto-cto sulla sbarra BT del trasformatore ed ai morsetti del motore asincrono; - Determinazione della batteria di condensatori di rifasamento da installare sul lato BT della cabina per rifasare l intero carico a cos ϕ r = 0.9; - Calcolo dei parametri della motore asincrono; - Determinazione della velocità del motore asincrono nelle condizioni nominali; - Determinazione della coppia nominale; - Determinazione della frequenza con cui alimentare il motore asincrono per portare la rotazione dell asse a 2400 giri/min con scorrimento nominale; - Calcolo della potenza meccanica erogata dal motore nelle reali condizioni di alimentazione (a scorrimento nominale); Inizio Lezione ore 14:45 - Fine lezione: ore 16:30.

37 Argomento lezione del 20 Dicembre 2010 Aula A26-3 ore - Introduzione ai Convertitori; - I componenti elettronici di potenza: Diodi; tiristori SCR; tiristori e transistor; curve caratteristiche e condizioni di commutazione; - Conversione AC-DC: raddrizzatori monofase e trifase; non-controllati e controllati; commento su diodo di ricircolo; condensatore di livellamento; - Conversione DC-AC: inverter monofase e trifase; standard e PWM; - Conversione DC-DC: chopper; commento su tecniche di comando; - Commento sul problema della distorsione armonica in rete; - Configurazioni di convertitori con le quali, a partire da una rete trifase a 4 fili con tensione e frequenza date, è possibile ottenere: a) tensione continua NON modulabile; b) tensione continua modulabile in ampiezza; c) tensione alternata di ampiezza fissa e frequenza variabile; d) tensione alternata di ampiezza e frequenza variabili; - Introduzione agli azionamenti elettrici: definizione da norme CEI; - Costituzione di un Azionamento Elettrico; - Esempi di possibile specifiche: variazione di velocità; regolazione di velocità; inseguimento di posizione; - Tipologie di controllo del moto tramite azionamenti elettrici: a catena aperta (senza retroazione); a catena chiusa (con retroazione); - Classi di potenza dei diversi motori elettrici; commento sui costi di azionamenti tipici; - Predisposizione degli azionamenti comuni a soddisfare specifiche tipiche; Inizio Lezione ore 14:45 - Fine lezione: ore 17:30.

38 Argomento lezione del 21 Dicembre 2010 Aula A24-2 ore - Principio di funzionamento del motore Brushless; - Principio di funzionamento del motore passo-passo; Inizio Lezione ore 11:40 - Fine lezione: ore 13:25.

39 Argomento lezione del 21 Dicembre 2010 Aula A28-2 ore - Comportamento termico delle macchine elettriche: modello semplificato; - Analisi del regime termico e determinazione della coppia nominale e del campo di funzionamento dei motori elettrici; - Analisi transitoria e tipi di servizio (continuativo, limitato ed intermittente periodico); - Classi di isolamento e temperature massime ammissibili; - Commento sul sovraccarico dei convertitori; Inizio Lezione ore 16:45 - Fine lezione: ore 18:30. Torna lezioni x calendario

40 Argomento lezione del 22 Dicembre 2010 Aula A28-1 ora - Tipologie di carichi in base alla funzione C r = F (ω): coppia costante; coppia proporzionale alla velocità; coppia inversamente proporzionale alla velocità; coppia proporzionale al quadrato della velocità; - Classificazione dei carichi: statici a velocità fissa; statici a velocità lentamente variabile; dinamici; periodici; - Accoppiamento motore/carico: riduttori di velocità (caratteristiche e rendimento); calcolo dell inerzia del carico vista dal lato motore; - Formule approssimate per il calcolo della corrente assorbita da un motore asincrono; Inizio Lezione ore 13:40 - Fine lezione: ore 14:30.

41 Argomento lezione del 10 Gennaio 2011 Aula A26-3 ore ESERCITAZIONE: - Esercizio numerico per la scelta di un motore asincrono trifase, allacciato direttamente alla rete, per la movimentazione verticale di un carico; verifica delle velocità a regime; stima del tempo di avviamento; analisi elettrica del sistema con calcolo delle perdite nel ferro e nel rame del motore; calcolo del rendimento; Commento sull inversione del senso di marcia dei motori Asincroni trifase; - Esercizio numerico per la scelta di un motore asincrono trifase (con relativo riduttore di velocità), allacciato direttamente alla rete, per la movimentazione di un carico con coppia resistente periodica; stima del tempo di avviamento; stima delle perturbazioni di velocità dovute alla coppia periodica; commento sull eventuale uso di un volano per la riduzione di tali perturbazioni; - Esercizio numerico per la scelta di un motore asincrono trifase e di una pompa oleodinamica per la movimentazione verticale di massi di marmo; verifica dell esistenza di un eventuale motore asincrono monofase per effettuare la stessa movimentazione; Inizio Lezione ore 14:45 - Fine lezione: ore 17:30.

42 Argomento lezione del 11 Gennaio 2011 Aula A24-2 ore - Introduzione alle macchine elettriche in corrente continua ( Motori DC ): caratteristiche costruttive; - Principio di funzionamento del motore elementare a magneti permanenti senza collettore; - Principio di funzionamento del collettore; tipologia di avvolgimenti di rotore; - Forza contro-elettro-motrice indotta negli avvolgimenti di rotore; circuito equivalente a corrente impressa ed a tensione impressa; - Funzionamento a vuoto e velocità ideale; - Equazioni elettriche e meccaniche di macchina; eguaglianza della costante di coppia e di tensione; - Determinazione delle equazioni e dei grafici delle caratteristiche elettromeccaniche (C = f (I i ), n = f (I i )) e della caratteristica meccanica (C = f (n)); - Problema della corrente di spunto; definizione di rendimento; - Cenni al funzionamento da generatore; Inizio Lezione ore 11:40 - Fine lezione: ore 13:25.

43 Argomento lezione del 11 Gennaio 2011, tenuta dall Ing. Tucci Aula A28-2 ore ESERCITAZIONE: - Esercizio di scrittura delle equazioni con il metodo delle tensioni nodali ad un circuito con induttori mutuamente accoppiati; - Esercizio di applicazione del Teorema di Thevenin ad un circuito in regime sinusoidale; - Esercizio numerico su un circuito magnetico a 2 ancore: determinazione circuito equivalente elettrico; calcolo energia magnetica immagazzinata nel sistema; Inizio Lezione ore 16:45 - Fine lezione: ore 18:30. Torna lezioni x calendario

44 Argomento lezione del 12 Gennaio 2011 Aula A28-1 ora - Descrizione del fenomeno relativo alla reazione di indotto; poli ausiliari e poli di compensazione; - Problemi relativi alla commutazione spazzole/lamelle; - Motori DC a campo avvolto : introduzione generale; - Motori DC ad eccitazione separata e parallela; schema circuitale; equazioni di macchina; - Determinazione delle equazioni e dei grafici delle caratteristiche elettromeccaniche (C = f (I i ), n = f (I i )) e della caratteristica meccanica (C = f (n)); Inizio Lezione ore 13:40 - Fine lezione: ore 14:30.

45 Argomento lezione del 13 Gennaio 2011 Aula F5-2 ore - Motori DC ad eccitazione serie; schema circuitale; equazioni di macchina; equazioni e grafici delle caratteristiche elettromeccaniche (C = f (I i ), n = f (I i )) e della caratteristica meccanica (C = f (n)); - Commento sull uso del Motore DC ad eccitazione serie in corrente alternata (motore universale); - Introduzione alla regolazione ed al controllo; - Motori DC a magneti permanenti: controllo in tensione; controllo in corrente; controllo tramite reostato in serie all indotto; - Motori DC ad eccitazione separata: stesse tecniche per motore a magneti permanenti + controllo a regolazione di flusso e controllo combinato flusso-tensione; Commento alla regolazione del motore con eccitazione parallela; - Cenni alla regolazione del Motore DC ad eccitazione serie; - Campo operativo dei Motore DC a magneti permanenti, ad eccitazione separata e parallela; - Inversione del senso di marcia per Motori DC; - Modello dinamico dei Motori DC: equazione elettrica completa del termine L dt di ed equazione meccanica dinamica: C m C r = J ω; caso di controllo in corrente; caso di controllo in tensione; - Equazione elettromeccanica differenziale del 2 ordine; - Modello ridotto con equazione differenziale del 1 ordine nel caso in cui la costante di tempo elettrica sia molto minore di quella meccanica: τ elet τ mecc ; - Esercizio numerico completo per lo studio di un transitorio elettromeccanico con modello ridotto; determinazione della costante di tempo elettrica e di quella meccanica in funzione dei dati da catalogo; Inizio Lezione ore 14:45 - Fine lezione: ore 16:30.

46 Argomento lezione del 17 Gennaio 2011 Aula A26-3 ore ESERCITAZIONE: - Esercizio numerico per la scelta di un azionamento (motore asincrono trifase+inverter) per la movimentazione di un carico a coppia costante e velocità variabile; stima del tempo di arresto nel caso di mancanza di alimentazione; - Esercizio numerico su un motore Brushless per la movimentazione di un carico di tipo periodico; - Svolgimento di tre esercizi numerici sui motori passo-passo; - Esercizio numerico su un Motore DC con eccitazione serie; Inizio Lezione ore 14:45 - Fine lezione: ore 17:30.

47 Argomento lezione del 18 Gennaio 2011 Aula A24-2 ore ESERCITAZIONE: - Esercizio numerico per la scelta di un motore Brushless per la movimentazione alternata di una massa su un percorso lineare; - Esercizio numerico per la scelta di un motore Brushless per la movimentazione di un braccio rotante di servizio ad una pressa per stampaggio di pezzi meccanici; Inizio Lezione ore 11:40 - Fine lezione: ore 13:25.

48 Argomento lezione del 19 Gennaio 2011 Aula A28-1 ora ESERCITAZIONE: - Esercizio numerico per la scelta di un motore Brushless per la movimentazione di un carico intermittente; Inizio Lezione ore 13:40 - Fine lezione: ore 14:30.

49 Argomento lezione del 20 Gennaio 2011 Aula F5-2 ore ESERCITAZIONE: - Esercizio numerico per la scelta di un azionamento (motore asincrono trifase+riduttore+inverter) per la movimentazione di un nastro trasportatore a velocità variabile; - Esercizio numerico su un Motore DC a magneti permanenti con carico variabile in funzione della velocità; Inizio Lezione ore 14:45 - Fine lezione: ore 16:30.

50 Argomento lezione del 24 Gennaio 2011 Aula A26-3 ore - Principi di Sicurezza Elettrica. introduzione generale; - Definizione di impianto elettrico; - Normativa giuridica (Leggi) e tecnica (Norme CEI): concetto di rischio e di livello di sicurezza accettabile; concetto di regola d arte ; marcatura CE e marchiatura IMQ; - Definizioni preliminari di (Massa, Massa estranea, circuiti terminali e di distribuzione, ecc.); - Struttura generale di un impianto elettrico; classificazione e descrizione dei sistemi TT, TN-C, TN-S, TN-C-S e IT; - Sicurezza delle persone e dei beni; - Protezioni degli impianti contro le sovracorrenti di sovraccarico e di guasto; descrizione dei principali dispositivi di protezione (Fusibili, Interruttori Automatici e Interruttori Differenziali); - Sicurezza delle persone: effetti della corrente elettrico sul corpo umano; limiti di pericolosità della corrente AC e DC; modello circuitale equivalente del corpo umano; il terreno come conduttore; tensione di contatto; tensione di contatto limite convenzionale; curva di sicurezza tensione-tempo; - Definizione di isolamento (funzionale, principale, supplementare, doppio or rinforzato); - Approfondimenti su concetto di massa e massa estranea; Inizio Lezione ore 14:45 - Fine lezione: ore 17:30.

51 Argomento lezione del 25 e 26 Gennaio 2011 Aula Laboratorio Dipartimento DESE - 2 ore ESERCITAZIONE DI LABORATORIO: - Analisi a vista di un Trasformatore trifase con descrizione dei dati di targa; - Analisi a vista di un Trasformatore monofase con relative prove a vuoto ed in cto-cto; descrizione del circuito di prova e dei principali strumenti di misura utilizzati (amperometri, voltmetri e wattmetri); - Analisi a vista di Motore Asincrono smontato; - Motore Asincrono trifase: descrizione dei dati di targa; prova a rotore libero ed a rotore bloccato; funzionamento allacciato direttamente in rete; funzionamento a velocità variabile con regolazione tramite inverter trifase; - Motore passo-passo comandato tramite pc in moto rotatorio ed alternativo; - Analisi a vista di Motore DC a Magneti permanenti; - Motori in DC: descrizione dei dati di targa e funzionamento con vari tipi di regolazione (velocità e posizione); - Motori Brushless: descrizione dei convertitori di regolazione e dei vari tipi di funzionamento; - Esame a vista e descrizione delle principali caratteristiche di diverse tipologie di cavi elettrici (di potenza e di segnale; multipolari ed unipolari); - Esame a vista di alcuni motori di grossa taglia presenti nell officina del Dipartimento (motori in DC, motori Asincroni con rotore avvolto; generatore sincrono); - Esame a vista e descrizione esterna di un raddrizzatore trifase a ponte di Graetz da 20 kw di potenza lato DC; - Esame a vista e descrizione esterna di un quadro elettrico BT con interruttori magnetotermici e differenziali; Per motivi di capienza massima del laboratorio, la lezione è stata organizzata in 4 turni (circa 15/20 persone x turno), così suddivisi: Martedì 25/1, 1 o turno: 9:00-10:45; 2 o : 10:45-12:30; Mercoledì 26/1, 3 o : 9:00-10:45; 4 o : 10:45-12:30.

52 Argomento lezione del 27 Gennaio 2011 Aula F5-2 ore - Sicurezza elettrica: definizione di contatto diretto ed indiretto; - Descrizioni delle principali metodologie di tipo passivo per la protezione contro i contatti indiretti; - Descrizioni delle principali metodologie di tipo attivo per la protezione contro i contatti indiretti: sistemi TT, TN-S, IT; - Descrizioni delle principali metodologie di protezione contro i contatti diretti (protezioni totali e parziali); uso del differenziale come protezione addizionale; - Breve cenno alle protezioni combinate contro i contatti diretti ed indiretti: sistemi SELV e PELV; - Definizione e descrizione delle principali caratteristiche dell impianto di terra; dispersori intenzionali e di fatto; colori e normativa specifica; - Simboli grafici utilizzati nei progetti di impianti elettrici; - Descrizione e commento dettagliato dello schema elettrico di un quadro generale BT di una piccola azienda; Inizio Lezione ore 14:45 - Fine lezione: ore 16:30.