L'insegnamento presenta agli allievi ingegneri elettrici aspetti di approfondimento concernenti la costruzione, il dimensionamento ed il comportamento dinamico delle principali macchine elettriche (trasformatore, macchine in C.A. a campo rotante e macchina in C.C.). Le attività sono suddivise in due parti: nella prima si intende fornire agli studenti le conoscenze di base e le metodologie per il corretto dimensionamento delle macchine elettriche partendo da specifiche di progetto imposte, nella seconda si propongono modelli e strumenti di calcolo/simulazione per lo studio e l'analisi dei fenomeni transitori che interessano le macchine elettriche nelle loro attuali applicazioni.

Le conoscenze e la capacità di comprensione da acquisire rappresentano un approfondimento della preparazione dello studente nell'ambito delle macchine elettriche, volta in particolare alla progettazione delle macchine e all'analisi del loro comportamento dinamico.
Le capacità di applicare conoscenza e comprensione conseguite permetteranno ai laureati magistrali di trattare con adeguato rigore metodologico le problematiche del dimensionamento e della dinamica delle macchine elettriche. In particolare, grazie all'uso degli schemi di calcolo, modelli e simulazioni numeriche proposte durante le lezioni ed esercitazioni, il laureto magistrale sarà in grado di risolvere in modo autonomo problematiche concernenti la modellistica ed il dimensionamento di dispositivi elettromeccanici in genere.
Le abilità comunicative acquisite dallo studente, valutate dal docente durante il colloquio finale (prova orale), garantiranno al laureato magistrale una sua proficua partecipazione a team di lavoro costituiti da persone aventi competenze tecniche e scientifiche diverse.

Per permettere la comprensione degli argomenti trattati, si ritiene necessario che lo studente possieda nozioni di elettrotecnica, elettromagnetismo e meccanica applicata. Tra le precedenze raccomandate si indicano inoltre i concetti relativi al funzionamento delle macchine elettriche in regime stazionario ed elementi teorici di base degli azionamenti elettrici.

Parte prima: Dimensionamento elettromeccanico delle macchine elettriche
Cenni sui materiali con riferimento al loro impiego nelle costruzioni elettromeccaniche [8 ore].
Costruzione e progetto dei trasformatori [14 ore].
Avvolgimenti per macchine a corrente alternata [6 ore].
Costruzione e progetto di motori asincroni trifase [14 ore].

Parte seconda: Comportamento dinamico delle macchine elettriche
Aspetti generali delle macchine elettriche [6 ore]: convenzioni di segno, formulazioni delle equazioni elettriche e magnetiche, bilancio energetico, macchine a magneti permanenti, modello elettromeccanico generalizzato, effetti della non linearità magnetica sulla coppia.
Macchina a corrente continua [6 ore]: richiami sulle caratteristiche di funzionamento e sui campi di applicazione, modello dinamico lineare della macchina, cenni ai principali tipi di azionamento, analisi dei fenomeni di saturazione magnetica.
Motore asincrono [12 ore]: equazioni elettriche e di concatenamento magnetiche degli avvolgimenti, trasformazione trifase/bifase, trasformazione di rotazione, equazioni di macchina su assi arbitrari, bilancio energetico ed espressione della coppia, modello dinamico del motore, cenni alla modalità di rappresentazione dei fenomeni di saturazione.
Macchina sincrona [12 ore]: equazioni elettriche e magnetiche degli avvolgimenti, trasformazione delle equazioni di macchina su assi di comodo, bilancio energetico ed espressione della coppia, modello dinamico del motore e del generatore, transitorio semplificato del cortocircuito dell'alternatore.

Oltre alle lezioni in aula, sono previste attività di esercitazione.

Parte prima: Dimensionamento elettromeccanico delle macchine elettriche
Sono previste esercitazioni numeriche, da svolgere in aula, riguardanti gli aspetti teorici illustrati nel corso delle lezioni [14 ore].

Parte seconda: Comportamento dinamico delle macchine elettriche
Le esercitazioni [20 ore] saranno svolte presso il Laboratorio informatico dipartimentale. Durante le esercitazioni si applicheranno i metodi e le nozioni fornite nelle lezioni. In particolare, tramite simulazioni al calcolatore si analizzeranno i modelli dinamici delle diverse macchine.

A tutti gli studenti iscritti all'insegnamento sarà fornito il materiale didattico predisposto dal docente (accessibile sul portale della didattica oppure distribuito direttamente in aula). Saranno inoltre consigliati eventuali libri e pubblicazioni per approfondimenti su argomenti specifici, quali ad esempio:
A.E. Fitzgerald, C. Kingsley Jr., A. Kusko, 'Macchine elettriche', Frano Angeli Editore
N. Bianchi, S. Bolognani, 'Metodologie di progettazione delle macchine elettriche', CLEUP
J. Pyrhonen, T. Jokinen, V. Hrabovcova, 'Design of rotating electrical machines', John Wiley & Sons

L'esame è costituito da una prova scritta della durata di tre ore. È obbligatoria la prenotazione all’esame tramite il portale della didattica. Allo studente saranno proposte quattro domande relative agli argomenti presentati sia durante le lezioni che le esercitazioni. Delle quattro domande, tutte di tipo aperto, due verteranno sulla parte di corso relativa al dimensionamento elettromeccanico delle macchine elettriche e due sulla parte relativa al loro comportamento dinamico.
Lo studente dovrà rispondere alle domande su propri fogli protocollo, scrivendo in modo dettagliato (ed ordinato!) i concetti e le problematiche che stanno alla base dell’argomento richiesto. Durante la prova scritta non si potranno consultare testi e dispense. Inoltre, non è ammesso portare in aula dispositivi multimediali con accesso al web (ad esempio, smartphone e tablet).
L’esame è superato se l’elaborato scritto ottiene un voto da 18/30 a 30/30.
Gli studenti prenderanno visione del compito e della relativa valutazione durante un incontro generale la cui data verrà fissata di volta in volta, tipicamente una settimana dopo la prova scritta; la data dell’incontro sarà comunicata agli studenti con messaggi (sms o email) inviati tramite il Portale della Didattica. Durante detto incontro, lo studente che ottiene un voto maggiore o uguale a 26/30 può richiedere un colloquio orale integrativo nel quale il voto dello scritto potrà essere migliorato o confermato, ma anche peggiorato (non sarà garantito il voto ottenuto nella prova scritta).