Scopi

Il corso si propone di illustrare i concetti dei modelli circuitali, le basi della teoria dei circuiti a parametri concentrati e le nozioni essenziali necessarie alla comprensione delle principali applicazioni dell'ingegneria elettrica. In particolare il corso intende fornire agli allievi le basi teoriche per l'analisi dei circuiti elettrici lineari in:

• regime stazionario
• regime sinusoidale
• regime dinamico

Si prevedono riferimenti e cenni, in gran parte solo qualitativi e intuitivi, ai principali fenomeni elettromagnetici.

Sono previste le seguenti precedenze di acquisto:

• Analisi matematica I
• Analisi matematica II
• Fisica I

Contenuti del corso svolto presso il Politecnico di Torino

• Lezione 1: Introduzione ai circuiti elettrici:
  Circuiti elettrici a parametri concentrati. Grandezze elettriche. Voltmetri e amperometri ideali. Convenzione dei generatori e degli utilizzatori. Leggi di Kirchhoff delle tensioni e delle correnti. Potenza elettrica.
• Lezione 2: Elementi circuitali:
  Resistori lineari. Legge di Ohm. Generatori indipendenti. Generatori dipendenti. Cortocircuito ideale. Circuito aperto. Calcolo della resistenza elettrica di un cavo.
• Lezione 3: Circuiti semplici:
  Collegamento di resistori in serie e in parallelo. Calcolo della resistenza equivalente di un bipolo resistivo. Collegamento di generatori. Analisi di circuiti elementari contenenti una sola sorgente.
• Lezione 4: Analisi di circuiti in regime stazionario:
  Metodo di sovrapposizione degli effetti. Teorema di Thevenin. Esempi di analisi di circuiti con più generatori.
• Lezione 5: Analisi di circuiti in regime stazionario:
  Teorema di Millmann. Esempi di analisi di circuiti in regime stazionario. Tripoli. Connessioni a stella e a triangolo. Trasformazioni stella-triangolo e viceversa.
• Lezione 6: Dinamica dei circuiti:
  Induttori e condensatori. Circuiti del primo ordine. Richiami sulla integrazione delle equazioni differenziali del primo ordine - Risposta con ingresso zero - Risposta con stato zero - Risposta al gradino di circuiti RC ed RL. Esempi di analisi.
• Lezione 7: Introduzione all'analisi dei circuiti in regime sinusoidale (strumenti matematici):
  Forme d'onda periodiche: definizione e calcolo delle grandezze caratteristiche (valore efficace, valore medio) - Richiami sui numeri complessi - Rappresentazione delle grandezze sinusoidali con i numeri complessi. Fasori. Diagrammi di fasori. Operazioni sulle grandezze sinusoidali con il metodo dei fasori: prodotto per una costante, somma, differenza, combinazione lineare, Derivazione e integrazione.
• Lezione 8: Analisi di circuiti in regime sinusoidale:
  Leggi di Kirchhoff in termini dei fasori rappresentativi delle grandezze sinusoidali - Equazioni costitutive di bipoli elementari - Impedenza.
• Lezione 9: Analisi dei circuiti in regime sinusoidale:
  Impedenze in serie e in parallelo - Teoremi delle Reti in regime sinusoidale - Analisi di circuiti con uno o più generatori.
• Lezione 10: Potenza elettrica in regime sinusoidale:
  Potenza istantanea. Potenza attiva. Potenza fluttuante. Esempi: potenza istantanea assorbita da un resistore lineare, potenza istantanea assorbita da un induttore lineare, potenza istantanea assorbita da un condensatore lineare. Potenza reattiva. Conservazione delle potenze: il teorema di Boucherot. Potenza complessa. Metodo delle potenze. Rifasamento di un carico induttivo.
• Lezione 11: Sistemi trifasi:
  Terne simmetriche di grandezze sinusoidali. Il circuito elementare trifase simmetrico ed equilibrato. Collegamento a triangolo. Metodi per la risoluzione delle reti trifasi simmetriche ed equilibrate. Circuito monofase equivalente.
• Lezione 12: Sistemi trifasi:
  La potenza nei sistemi trifasi simmetrici ed equilibrati. Misura della potenza attiva e reattiva. Calcolo della caduta di tensione nelle linee monofasi e trifasi. Rifasamento di carichi induttivi. Il cortocircuito trifase.

Testi consigliati dal docente responsabile del corso:

Trattati

• Giulio Fabricatore, Elettrotecnica e applicazioni, Liguori editore.

Problemi

• E. Perano, Circuiti elettrici in corrente alternata, Tecnos editrice, Milano
• Dispense ed Esercizi svolti disponibili sul portale della didattica: http://didattica.polito.it/login

Consigli per lo studio

Capitoli e paragrafi dal FABRICATORE:

• PARTE PRIMA
  • Capitolo 1
    Paragrafi da 1 a 11, 12.2
  • Capitolo 2
    Paragrafi da 1 a 10, 12
  • Capitolo 3
    Paragrafi 1-4

Videocorso utilizzato: Elettrotecnica Industriale

• Prof. Luciano De Menna, Università di Napoli Federico II
• Prof. Scipione Bobbio, Università di Napoli Federico II

• [1.] Introduzione Elementi di elettrologia; Tensione e differenza di potenziale
• [2.] Corrente ed intensità di corrente Legge di Ohm; Bipoli (Definizione)
• [3.] Convenzioni dei versi per le tensioni e le correnti; Serie e parallelo di resistori; Bipolo equivalente di una rete di resistori vista da una coppia di morsetti
• [4.] Bipolo, corto circuito e circuito aperto Generatore ideale di tensione e di corrente; Generatore "reale idealizzato"; Maglia elementare; Bipoli non lineari (cenno); Classificazione dei bipoli
• [5.] Circuiti e reti Leggi di Kirchhoff; Grafo della rete; Albero e coalbero; Equazioni indipendenti ai nodi ed alle maglie
• [6.] Esempio di applicazione delle leggi di Kirchhoff
• [7.] Metodo dei potenziali ai nodi: Metodo delle correnti di maglia.
• [8.] Teorema di Tellegen: Teorema di sovrapposizione degli effetti; Teorema di reciprocità
• [9.] Teorema di non-amplificazione delle tensioni e delle correnti: Teorema del generatore equivalente di tensione e di corrente
• [10.] Bipoli resistori e generatori non ideali n-poli Resistività in funzione della temperatura; n-poli
• [11.] Ancora sul n-polo Trasformazione stella-poligono; Amperometri e voltometri visti come bipolo
• [16.] Regimi dinamici: Condensatore; Induttore; Parallelo e serie di induttori e condensatori
• [17.] Bipolo interruttore: Transitori del primo ordine; Cenno alle equazioni differenziali ordinarie a coefficienti costanti del primo ordine
• [18.] Ancora sui transitori del primo ordine: Transitori del secondo ordine; Cenno alle equazioni differenziali ordinarie a coefficienti costanti del secondo ordine e superiore
• [20.] Circuito di carica di un condensatore: Circuito RLC con generatore; Grandezze Periodiche
• [21.] Grandezze Sinusoidali: Generatori Ideali in regimi periodici; Circuito R-L con Generatori sinusoidali
• [22.] Metodo simbolico: Fasori; Circuito R-L con Generatori sinusoidali
• [23.] Regimi sinusoidali: Fasori rappresentativi
• [24.] Fasori e vettori rotanti: Potenza in regime sinusoidale
• [25.] Potenze in regime sinusoidale: Teorema di Tellegen e potenza reattiva
• [26.] Circuito risonante serie e parallelo
• [27.] Esempio di rete in regime sinusoidale: Estensione dei teoremi delle reti al regime sinusoidale; Accoppiamento tra circuiti
• [28.] Circuiti accoppiati Accoppiamento perfetto; Circuito equivalente
• [29.] Circuiti degli accoppiamenti mutui Trasformatore; Rifasamento
• [30.] Bipoli condensatore ed induttore non ideali: Strumenti di misura in regime dinamico; Trasformatori
• [31.] Sistemi polifasici: Sistemi trifasi simmetrici equilibrati
• [32.] Ancora sui sistemi trifasi equilibrati: Confronto monofase/trifase; Sistemi trifasi squilibrati; Spostamento del centro stella
• [33.] Ancora sui sistemi trifasi non equilibrati: Trifasi dissimetrici; Potenza nei sistemi trifasi; Teorema ed inserzione Aron; Rifasamento in sistemi trifasi

Sono disponibili i seguenti temi d'esame in formato PDF:

ANNO 2003

• Appello del 25 Settembre 2003

Gli esami consistono in una prova scritta della durata di circa due ore.
In caso di prova lievemente insufficiente il docente può proporre una prova orale integrativa. Durante gli esami gli studenti non possono consultare libri e appunti.