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PORTALE DELLA DIDATTICA
2018/19

Elettrotecnica

L’insegnamento si propone di fornire le basi dell’elettrotecnica, con particolare riferimento alla teoria dei circuiti a parametri concentrati e nozioni di elettromagnetismo. In particolare, si insegnano le basi metodologiche per l'analisi teorica e sperimentale di circuiti elettrici in corrente continua, in regime sinusoidale e in transitorio, e i principi di funzionamento di macchine e impianti elettrici, anche con riferimento ai problemi di sicurezza.

Elettrotecnica

This course aims to provide the basics of electrical engineering with particular reference to the theory of circuits with concentrated parameters and the essential notions of electromagnetism. In particular, we teach the methodological bases for the theoretical and experimental analysis of electric circuits in direct current, in sinusoidal and transient regime; elements for the understanding of operating principles of electrical machines and plants, and their safety issues.

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Al termine del corso gli studenti saranno in grado di analizzare semplici circuiti elettrici contenenti bipoli RCL, in vari regimi di funzionamento e di analizzare fenomeni transitori nei circuiti del primo ordine; di analizzare semplici circuiti trifasi; di comprendere il funzionamento di trasformatori, motori elettrici e impianti elementari; di comprendere gli aspetti elementari della sicurezza elettrica. Inoltre, gli studenti saranno in grado di analizzare sperimentalmente alcuni circuiti elementari. Le esercitazioni in aula e in laboratorio tecnologico, spesso svolte a piccoli gruppi, avranno anche lo scopo di accrescere le capacità di cooperazione tra gli studenti.

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At the end of the course, students will be able to analyse electrical circuits containing R-C-L dipoles under various operating modes, such as dc, transient, and sinusoidal steady state; to analyse simple three-phase circuits; circuits with transformer and motors; circuits with operational amplifiers; understand the elementary aspects of electrical safety. Furthermore, students will be able to perform experiments on some basic circuits. Practical work in the technological laboratory will be carried out in small groups, with the aim of increasing the ability of cooperation among the students.

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Calcolo differenziale. Fisica generale. Algebra dei numeri complessi.

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Calculus; complex numbers; physics.

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1. Teoria dei multipoli. Variabili elettriche fondamentali: correnti e tensioni; unità di misura; amperometri e voltmetri ideali. Leggi di Kirchhoff. Potenza elettrica, convenzione dei generatori e degli utilizzatori, conservazione della potenza. 2. Elementi circuitali adinamici: generatori di tensione e di corrente; resistori lineari; corto-circuito e circuito aperto, interruttori; relazioni costitutive, diagrammi tensione–corrente, considerazioni sulle potenze. Bipoli affini: retta di carico; condizione di massimo trasferimento di potenza; rendimento. Resistori in serie e in parallelo. Partitori di tensione e di corrente. Concetto di equivalenza di un bipolo. Esempi di calcolo della resistenza equivalente di bipoli resistivi. Trasformazioni stella–triangolo e triangolo–stella. 3. Teoremi delle reti lineari: di sovrapposizione degli effetti; di Thevenin e di Norton. Formula di Millman. Metodo dei potenziali dei nodi. 4. Componenti e circuiti dinamici elementari: condensatori; induttori; induttori accoppiati e trasformatore ideale. Relazioni costitutive. Considerazioni energetiche. Concetti di transitorio e di regime nei circuiti lineari. Studio di fenomeni transitori nei circuiti R-C e R-L. 5. Circuiti in regime sinusoidale: metodo simbolico e fasori, leggi di Kirchhoff ed equazioni costitutive nel dominio della frequenza, impedenza e ammettenza dei bipoli. Potenza in regime sinusoidale, potenza attiva, reattiva e complessa. Teorema di conservazione delle potenze (Boucherot); rifasamento. 6. Circuiti trifasi: definizioni, generatori e utilizzatori trifasi, collegamenti a stella e a triangolo, metodi di soluzione di circuiti trifasi simmetrici ed equilibrati. Potenza nei circuiti trifasi e sua misura. Esempi di carichi squilibrati: interruzione o corto–circuito di una fase. 7. Elementi di elettromagnetismo. Cenni sui principi di funzionamento delle macchine elettriche e condizioni operative d’impiego delle medesime. 8. Elementi di sicurezza elettrica. 9. Laboratorio tecnologico. Utilizzo della strumentazione di laboratorio (multimetro, oscilloscopio, generatori di segnali, alimentatori). Analisi sperimentale di circuiti in corrente continua e in corrente alternata e di fenomeni transitori nei circuiti R-C, R-L e R-L-C. Circuiti con amplificatori operazionali.

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1. Circuit analysis of electromagnetic phenomena: electrical circuits as a model of physical phenomena, the concept of port, the electrical voltage, current and power, units and measuring instruments, brief to the topology of the circuits, Kirchhoff's laws, basic assumptions of the model circuit. 2. Adynamic circuits: constitutive equations of an ideal resistor, ideal voltage and current generators, short circuit and open circuit, series and parallel connections, voltage and current divider, star-delta transformations, non-ideal components. Power and energy in the circuits. 3. Methods for the solution of adynamic generic circuits: method of nodes’ potentials. Network theorems (superposition theorem, Thevenin and Norton equivalent, Millmann, Tellegen's theorem). 4. Elementary components and circuit dynamics. Dynamic components: capacitors, inductors, coupled inductors and ideal transformer. State variables. Transient in RC and RL circuits. 5. Circuits in sinusoidal steady state: phasor method, Kirchhoff's laws and constitutive equations in the frequency domain, impedance and admittance of the ports. Active, reactive, and complex power. Boucherot theorem, power factor correction. 6. Three-phase systems: definitions, three phase generators and loads, star and delta connections, methods of solution. Power in three-phase circuits and its measure. 7. Introduction to Electrical Safety. 8. Basic electromagnetism. Operating principle of transformer, motors and generators. 9. Technological Lab. Application of measuring instruments (multimeter, oscilloscope, signal generators); AC and DC supply systems. Analysis of DC and AC circuits. Introduction to Amp. Op. circuits.

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Sono previste sessanta ore tra lezioni ed esercitazioni. Le esercitazioni guidate in aula riguardano i principali argomenti del corso, con particolare riferimento ai circuiti in regime stazionario, i fenomeni transitori del primo ordine, i circuiti in regime sinusoidale, i circuiti trifasi. Il corso comprende nove ore di esercitazioni in Laboratorio Tecnologico. Le esercitazioni in aula e in laboratorio tecnologico, spesso svolte a piccoli gruppi, avranno anche lo scopo di accrescere le capacità di cooperazione tra gli studenti. Nelle ultime settimane di lezione, gli studenti avranno anche la possibilità di svolgere, in piccoli gruppi, ulteriori brevi attività facoltative in laboratorio tecnologico, su argomenti concordati col docente. Tali attività saranno oggetto di valutazione durante l’esame orale.

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Sixty hours are scheduled among lessons, exercises, and practical lectures in the technological laboratory. The guided exercises in the classroom concern the main topics of the course, with particular reference to dc circuits, transient phenomena, and circuits under sinusoidal steady state. The course includes nine hours of practical lectures in the technological laboratory. The exercises in the classroom and in the technological laboratory, often carried out in small groups, will also have the aim of increasing the ability of cooperation among the students. In the last weeks of lectures, students will also have the opportunity to carry out, in small groups, additional optional activities, mainly practical, on topics agreed with the teacher. These activities will be evaluated during the oral examination.

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Renzo Perfetti, Circuiti elettrici, seconda edizione, Zanichelli, 2013, ISBN: 9788808178886 Giulio Fabricatore, Elettrotecnica e applicazioni, Liguori, Napoli. ISBN: 8820724146. M. Repetto, S. Leva, Elettrotecnica. Elementi di teoria ed esercizi, CittàStudi Edizioni, Milano, ISBN 8825173830. Dispense delle lezioni.

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Renzo Perfetti, Circuiti elettrici, seconda edizione, Zanichelli, 2013, ISBN: 9788808178886 Giulio Fabricatore, Elettrotecnica e applicazioni, Liguori, Napoli. ISBN: 8820724146. M. Repetto, S. Leva, Elettrotecnica. Elementi di teoria ed esercizi, CittàStudi Edizioni, Milano, ISBN 8825173830. Lectures’ notes.

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Modalità di esame: prova scritta; prova orale obbligatoria; progetto di gruppo;

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L’esame si articola in due prove che di norma si svolgono in giornate diverse: la prova scritta, la cui durata è di due ore, comprende la soluzione di problemi riguardanti l’analisi di circuiti in vari regimi di funzionamento e nello svolgimento di un questionario a risposta chiusa; la prova orale obbligatoria, alla quale si accede con un punteggio minimo di 16/30 nella prova scritta. La prova orale verte sulla discussione di quanto svolto nella prova scritta, nell’approfondimento di aspetti teorici della materia e nella discussione delle attività di gruppo svolte in laboratorio tecnologico. Durante la prova scritta è ammesso l’uso di un formulario formato A4.

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Exam: written test; compulsory oral exam; group project;

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The exam is divided in two tests that normally take place on different days: the written test, which lasts two hours, includes the solution of problems concerning the analysis of circuits in various operating regimes and a closed answer questionnaire; the oral test, which is accessed with a minimum score of 16/30 in the written test. The oral exam focuses on the discussion regarding the written test, in theoretical aspects of the subject and in the discussion of the activities carried out in the technological laboratory. During the written test, the use of a formula sheet is allowed.



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