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PORTALE DELLA DIDATTICA

Fondamenti di elettrotecnica

03AZHLX

A.A. 2022/23

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Ingegneria Elettrica - Torino

Mutua

01RHALX

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 33
Esercitazioni in aula 18
Esercitazioni in laboratorio 9
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Giaccone Luca   Professore Associato ING-IND/31 33 18 9 0 3
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/31 6 B - Caratterizzanti Ingegneria elettrica
2022/23
L’elettrotecnica è una materia molto ampia che comprende sia aspetti modellistici che applicativi. L’obiettivo della parte modellistica è quello di definire gli strumenti matematici che permettano di descrivere i fenomeni elettrici. Inoltre, sfruttando le analogie fisiche, è possibile usare i modelli propri dell’elettrotecnica per analizzare problemi di diversa natura come, fenomeni termici, idraulici, etc… La natura molto trasversale dell’elettrotecnica fa sì che sia inserita in diversi corsi di studio ingegneristici. Riguardo alle applicazioni basate su fenomeni di natura elettrica, sarebbe impossibile elencarle tutte data la loro numerosità. Basta pensare alla nostra quotidianità per capire che, senza l’energia elettrica, tutto sarebbe molto più complicato. Non potremmo accedere la luce in casa, non potremmo usare nessun elettrodomestico di comune impiego (frigorifero, lavastoviglie, piastra a induzione, etc…). Di rilievo sono poi le applicazioni industriali storiche (come i motori elettrici) e emergenti (come la ricarica wireless di dispositivi o automobili). In questo contesto, l’insegnamento Fondamenti di Elettrotecnica tratterà i modelli dei principali fenomeni fisici del mondo elettrico, fornirà un metodo rigoroso per la descrizione delle connessioni circuitali e analizzerà i principali metodi per la soluzione di circuiti in corrente continua e corrente alternata con particolare riferimento alle applicazioni, operanti alla frequenza industriale, che ci circondano nella vita quotidiana.
Basic circuit theory is a wide subject covering both modelling aspects and applications. The aim of the modelling in this subject is the definition of mathematical tools that make it possible to describe electrical phenomena. Moreover, exploiting physical analogies, it is possible to use these models in many other problems involving, for instance, thermal phenomena, hydraulic phenomena, etc… Basic circuit theory is a very transversal subject, for this reason it is included in several engineering degrees. Regarding the applications based on electrical phenomena, it would be impossible to list them all due to their huge variety. It is sufficient to think about our daily life to understand that, without electricity, all would be very complicated. We could not turn on the light in our houses, we could not use any common domestic appliance (refrigerator, dishwasher, induction cooker, etc…). A last remark to some very important historical and emergent applications like electric motors, and wireless charging of devices and vehicles. Bearing this in mind, in the Basic circuit theory course the models of the main electrical phenomena will be analyzed, a rigorous method for describing connections of electrical elements and circuits will be provides, the main tools to solve electrical circuits will be developed to handle direct current and alternating current circuits. Particular attention will be given to applications, operating at industrial frequency, that surrounds our daily life.
Al termine dell’insegnamento gli studenti: * sapranno riconoscere i principali componenti dei circuiti elettrici * sapranno riconoscere le connessioni presenti in un circuito elettrico * sapranno risolvere reti elettriche in corrente continua e alternata con i principali teoremi di rete ed alcuni metodi generali * conosceranno le principali applicazioni in corrente alternata (linea di trasmissione, rifasamento, sistemi trifase) * sapranno risolvere circuiti in corrente alternata (monofase e trifase) mediante applicazione di bilanci di potenze
* Skills in the analytical solution of an electrical network in different operating conditions. * Use of different tools for the automatic analysis of circuits. * Basic knowledge of electrical lab instruments.
L’insegnamento è stato articolato in modo da fornire i concetti di base necessari. E’ comunque importante padroneggiare bene i seguenti argomenti forniti nella scuola secondaria e/o negli insegnamenti di analisi matematica : * regole di derivazione e integrazione * equazioni differenziali * numeri complessi * concetti di base delle equazioni di Maxwell
The course will develop its own concepts for circuit analysis, anyway a basic knowledge of the following topics, acquired in basic courses, is needed: * Basics of calculus derivation/integration * Ordinary Differential Equations * Complex numbers * Basics of Maxwell equations
L’insegnamento “Fondamenti di Elettrotecnica” è diviso nei seguenti argomenti: 1. Grandezze elettriche e leggi topologiche 2. Componenti e connessioni 3. Circuiti in corrente continua 4. Reti dinamiche del primo ordine 5. Reti in corrente alternata 6. Sistemi trifase
1. Circuit analysis of electromagnetic phenomena: lumped parameter model of physical phenomena, dipoles and electrical quantities: voltage, current and power, units and measurement instruments, circuit topology, Kirchhoff laws, fundamental hypothesis of circuit model. 2. Components: constitutive equations of the ideal resistor, resistance computation, ideal capacitor, ideal inductor and coupled inductors, voltage and current sources, open and short circuits, series and parallel connections, voltage and current divider, wye-delta formulas, non ideal components. 3. General methods for the solution of DC circuits: algebraic method, nodal analysis and modified nodal analysis Network theorems: superposition theorem, Thevénin and Norton equivalent circuits, maximum power transfer, Tellegen theorem. 4. Time dynamics of circuits: state variables, time analysis in RC and RL first order circuits, transient and steady state concepts in linear circuits. 5. Sinusoidal analysis of circuits: complex number phasor representation, Kirchhoff laws in the frequency domain, dipole impedance and admittance. Power in sinusoidal steady state: active and reactive power, complex power. Boucherot theorem, power factor correction. 6. Three-phase circuits: definitions, three-phase sources and loads, wye and delta connections, solution methods for symmetrical and balanced circuits, power in three-phase system. Unbalanced three-phase circuits: neutral wire.
Sono previste: * Lezioni in aula di teoria (33 ore) * Esercitazioni in aula (18 ore). * Esercitazioni in laboratorio laboratorio tecnologico (9 ore):
Besides classroom activity with theory and exercise, informatics and technological lab exercises are foreseen: * exercise (9 hours) * Laboratory activity Technology lab a. resistive circuitis (3 hours) b. time analysis of circuits: RC and RL charge and discharge (3 hours) c. sinusoidal steady state analysis (3 hours) * Informatics lab a. computer analysis of DC and AC circuits (3 hours) b. time domain analysis, second order circuits (3 hours) c. sinusoidal steady state analysis (3 hours) Lab activity are available for student attending the course for the first time.
Saranno disponibili nella sezione materiale didattico: * le slide relative agli argomenti teorici * i testi delle esercitazioni * alcuni temi d'esame svolti negli anni precedenti * le videoregistrazioni degli anni precedenti Testi approfondimento (quindi non strettamente necessari) * M. Repetto, S. Leva, Elettrotecnica, Elementi di teoria ed esercizi, Cittࠓtudi Edizioni, Torino, Italia (2022, 3a edizione) * C.K. Alexander, M.N.O. Sadiku, Fundamentals of Electric Circuits, The McGraw-Hill Companies Inc.
* Slide available throug web page of the curse * Exams with solution of the past years * Education material on lab activity available on course web portal * Book: M. Repetto, S. Leva, Elettrotecnica, Elementi di teoria ed esercizi, Città Studi Edizioni, Torino, Italia (2018, 2nd edition) Other books for further details on the subject: * C.A. Desoer, E.S. Kuh, Basic Circuit Theory, McGraw-Hill Inc.,US (1 dicembre 1969) * C.K. Alexander, M.N.O. Sadiku, Fundamentals of Electric Circuits, The McGraw-Hill Companies Inc.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;
Exam: Written test; Optional oral exam;
STRUTTURA GENERALE DELL’ESAME L'esame prevede una prova scritta una prova orale facoltativa da sostenere nei casi descritti successivamente nel paragrafo dedicato alla prova orale. Tutti gli argomenti trattati nell’insegnamento, comprese le esercitazioni ed i laboratori, faranno parte del programma di esame. PROVA SCRITTA La prova scritta si terrà nei giorni e orari previsti dal calendario esami e sarà costituita da: Una parte con 18 domande teoriche così suddivise: * 12 domande a risposta multipla. Per ogni domanda: 0.75 punti, -0.25 punti per risposta errata. * 6 domande a risposta numerica che richiedono brevi calcoli. Per ogni domanda: 1.5 punti, tolleranza del risultato 5% salvo diversamente specificato nel testo della domanda stessa. Una parte con 2 esercizi esercizi classici: * Ogni esercizio vale 8 punti e sarà valutato sia lo svolgimento che il risultato numerico ottenuto. La somma dei punteggi parziali e pari a 34 per compensare eventuali penalizzazioni derivanti da risposte multiple errate. MATERIALE AMMESSO Durante la prova scritta è ammesso l’uso del seguente materiale: * calcolatrice scientifica * fogli di brutta (che non verranno ritirati) * matita e penna * quanto non espressamente concesso è da considerarsi vietato (esempio: non è ammesso il formulario). DURATA ESAME La durata dell’esame completo è pari a 100 minuti (1h e 40 minuti). CRITERI DI SUPERAMENTO DELLA PROVA SCRITTA L’esame scritto viene considerato superato se sono soddisfatte tutte le seguenti condizioni (and logico): * conseguimento di almeno 7 punti per la parte relativa alle 18 domande teoriche * conseguimento di almeno 16/30 come voto totale PROVA ORALE Per gli studenti che superano le precedenti condizioni potrà essere richiesta una prova orale che si terrà' nei giorni e orari previsti dal calendario esami. La prova orale consiste in una discussione su argomenti teorici e pratici di tutto il programma. L'orale si terrà nei seguenti casi: * obbligatoriamente per tutti gli studenti ammessi con voto della prova scritta non sufficiente (16 o 17) * a richiesta del docente al fine di chiarire alcuni aspetti della prova scritta * a richiesta dello studente. La prova orale viene valutata in trentesimi. ASSEGNAZIONE DEL VOTO FINALE Il voto dello scritto e dell'orale contribuiscono al voto finale. In assenza di orale verrà' verbalizzato il voto della prova scritta qualora risulti maggiore o uguale a 18/30. LODE Se lo studente raggiunge un voto > 31 e (and logico) ha sostenuto la prova orale il voto finale è 30L Se lo studente raggiunge un voto > 31 senza aver sostenuto la prova orale, il voto satura a 30.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Written test; Optional oral exam;
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
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