Il modulo si propone di fornire gli elementi di base dell'elettrotecnica e dei sistemi elettrici. Gli aspetti teorici sono finalizzati a trasmettere gli strumenti operativi necessari per risolvere problemi pratici e comprendere il principio di funzionamento dei più comuni dispositivi e sistemi elettrici in ambito ingegneristico.

Lo studente deve acquisire gli strumenti necessari alla soluzione di un qualunque circuito elettrico operante in regime stazionario e quasi stazionario operando mediante diverse tecniche di analisi.

Sono ritenute necessarie le nozioni fornite nei moduli di Analisi matematica I, con particolare riferimento al calcolo complesso e alle soluzioni di sistemi algebrici lineari, e nel modulo di Fisica Sperimentale II, principalmente nei temi riguardanti il campo elettrostatico, il campo di corrente, il campo magnetostatico e i campi lentamente variabili.

Introduzione al corso
PARTE I: Concetti generali (6h)
Definizioni base (2h)
· modello
· elettrotecnica e modelli di circuiti a parametri concentrati: ipotesi di lavoro
· componenti e morsetti, bipoli
· corrente e amperometro
· tensione e voltmetro
· convenzioni tensione-corrente: generatori e utilizzatori
· potenza ed energia, passività
Topologia (1h)
· definizioni: nodo, lato, maglia, grafo
· legge di Kirchhoff delle correnti (sezione, nodo)
· legge di Kirchhoff delle tensioni (linea chiusa, maglia)
Bipoli e relazioni costitutive (2h)
· relazioni costitutive
· classificazione: tipo di comando, linearità, invarianza temporale
· componenti utilizzatori
1. componenti dissipativi: resistenza (conduttanza), corto circuito, circuito aperto, interruttore ideale
2. energia elettrica e condensatore
3. energia magnetica e induttore
· componenti generatori
1. generatore (indipendente) ideale di tensione
2. generatore (indipendente) ideale di corrente
Soluzione del problema della teoria dei circuiti (1h)
· definizione
· equazioni linearmente indipendenti: LKC, LKT, eq. costitutive
· metodo del tableau sparso
· reti adinamiche (eq. algebriche), dinamiche (eq. differenziali), ordine di una rete

PARTE II: Circuiti adinamici o senza memoria (10h)
Metodi particolari per la soluzione dei circuiti (8h)
· principio di equivalenza
· serie e parallelo di bipoli
1. definizioni
2. resistori in serie
3. resistori in parallelo
4. partitore di tensione e di corrente, principio di sostituzione
5. esempi
6. corto circuiti e circuiti aperti
7. generatori e resistori
8. generatori d tensione e corrente
· collegamenti a stella e triangolo
· principio di trasformazione dei generatori (bipoli non trasformabili)
· principio di sovrapposizione degli effetti (dimostrazione)
· teorema di Millman (dimostrazione)
· teorema del bipolo equivalente di Thevenin (dimostrazione)
· teorema del bipolo equivalente di Norton (dimostrazione)
· teorema di Tellegen
Metodo dei potenziali nodali (2h)
· lati rappresentati da bipoli 'tipo Norton'
· lati rappresentabili da bipoli 'tipo Norton'
· metodo del potenziale ai nodi modificato: generatori ideali di tensione

PARTE III: Circuiti dinamici (16h)
Analisi transitoria (4h)
· richiami equazioni costitutive condensatore e induttore
· serie e parallelo di condensatori e induttori
· cenni sulla soluzione di equazioni differenziali a coefficienti costanti
1. equazione omogenea associata
2. integrale particolare
3. condizioni iniziali
· equazioni differenziali del primo ordine
1. evoluzione libera e forzata
2. evoluzione transitoria e permanente
· circuito RC
· circuito RL
· metodo di soluzione dei circuiti del primo ordine (Thevenin, Norton)
· interruttori
· commutazioni nei circuiti del primo ordine
Regime stazionario sinusoidale (8h)
· richiami di algebra dei numeri complessi
· forme d'onda sinusoidali
· fasore associato ad una sinusoide
· proprietà dei fasori
· equazioni topologiche ed equazioni costitutive nel dominio dei fasori
· impedenza, ammettenza e legge di Ohm generalizzata
· estensione di principi e teoremi nel dominio dei fasori
· diagramma fasoriale
· potenza in regime sinusoidale
1. potenza istantanea
2. potenza attiva e reattiva istantanee
3. potenza attiva e reattiva
4. potenza apparente e complessa
· teorema di Boucherot
· rifasamento di carichi induttivi monofase
Sistemi trifase (4h)
· origine
· definizioni: sistema simmetrico, sistema equilibrato, terne dirette, terne inverse, grandezze stellate, concatenate, di fase, di linea
· stelle e triangoli di impedenze
· carichi in serie e in parallelo
· circuito monofase equivalente
· potenze
· misura della potenza
· rifasamento: condensatori a stella, condensatori a triangolo
· convenienza dei sistemi trifase

Esercitazione 1
Legge di Kirchhoff delle tensioni e legge di Kirchhoff delle correnti
Equazioni costitutive
Soluzione dei circuiti elettrici con il metodo del tableau sparso
Esercitazione 2
Calcolo resistenza equivalenti
Soluzione dei circuiti elettrici con partitori di tensione e di corrente
Esercitazione 3
Applicazione del principio di sovrapposizione degli effetti
Applicazione dei teoremi di Thevenin e Norton
Applicazione del teorema di Millman
Esercitazione 4
Applicazione del metodo dei potenziali nodali
Richiami di algebra dei numeri complessi
Esercitazione 5
Analisi transitoria di circuiti dinamici
Esercitazione 6
Analisi di circuiti in regime sinusoidale col metodo simbolico
Esercitazione 7
Analisi di circuiti in regime sinusoidale attraverso l'applicazione del teorema di Boucherot
Esercitazione 8
Analisi di sistemi trifase
Programma del laboratorio
Laboratorio strumentale 1
Uso della strumentazione base da banco
Laboratorio strumentale 2
Misure su circuiti (RC e RL), filtri RLC e partitori compensati
Laboratorio Informatico: simulatore circuitale PSpice
· spiegazione della storia del simulatore, delle proprietà e delle principali simulazioni che possono essere realizzate
· uso del simulatore su circuiti RC e RL: simulazioni in transitorio e in frequenza

Teoria
A. Canova, G. Gruosso, B. Vusini, Lezioni di Elettrotecnica, Progetto Leonardo
R.C. Dorf, J.A. Svoboda, Circuiti Elettrici, Apogeo
C.K. Alexander, M.N.O. Sadiku, Circuiti elettrici, McGraw-Hill
M. Repetto, Elettrotecnica, Politeko (disponibile sul Portale della Didattica)

Esercizi
A. Canova, G. Gruosso, M. Repetto, Elettrotecnica: Esempi ed Esercizi, Politeko
Raccolta Temi d'Esame (disponibile sul Portale della Didattica)

Testo di riferimento
G. Rizzoni: Elettrotecnica - Principi e Applicazioni. 2.a edizione, McGraw-Hill (vedi anche sito Internet http://www.ateneonline.it/rizzoni2e per materiale aggiuntivo)

Consultazione
C.R. Paul, Analysis of linear circuits, McGraw-Hill, 1989
R.C. Dorf, J.A. Svoboda, Circuiti Elettrici, Apogeo
C.K. Alexander, M.N.O. Sadiku, Circuiti elettrici, McGraw-Hill


Esercizi
A. Canova, G. Gruosso, M. Repetto, Elettrotecnica: Esempi ed Esercizi, Politeko
Raccolta Temi d'Esame (disponibile sul Portale della Didattica)

L'esame è rappresentato da una prova scritta ( 3 esercizi).

L'esame è rappresentato da una prova scritta (indicativamente 3 esercizi in 2 ore).