L'insegnamento presenta le principali caratteristiche delle macchine elettriche più comunemente adottate per la conversione dell’energia elettrica: trasformatore, macchina in C.C., macchine in C.A. a campo rotante). Queste macchine vengono analizzate attraverso la predisposizione di circuiti equivalenti. Vengono dedotte le loro principali caratteristiche, sia come motori che come generatori. Vengono infine descritti i principali impieghi.

L’obiettivo dell'insegnamento è fornire una conoscenza di base delle diverse strutture, e i principali metodi di studio delle macchine elettriche. Gli studenti sono posti in grado di valutare i problemi connessi con l’impiego di trasformatori, motori e generatori elettrici e di stimare le condizioni limite per la loro alimentazione e per il loro sfruttamento.

Le precedenze raccomandate includono le nozioni base di meccanica, teoria dei circuiti elettrici e dei campi elettromagnetici.

Richiami e aspetti generali • Leggi fondamentali dell’elettromagnetismo. • Materiali per le macchine elettriche. • Aspetti termici. Trasformatore • Principio di funzionamento e aspetti costruttivi • Teoria semplificata del trasformatore monofase. Circuito equivalente. Dati di targa. • Diagrammi vettoriali. Caduta di tensione. • Teoria semplificata del trasformatore trifase. Collegamento degli avvolgimenti. Gruppi. • Circuiti equivalenti per carico equilibrato e squilibrato. Reattanza omopolare. • Perdite e rendimento • Potenza di dimensionamento. Considerazioni di scala. Collegamento ad auto-trasformatore. • Funzionamento in parallelo • Misure sui trasformatori • Condizioni particolari di funzionamento. Correnti d’inserzione. Sforzi di corto circuito. Sovratensioni. Macchina in corrente continua • Principio di funzionamento e aspetti costruttivi • Macchina a eccitazione separata. Macchina a eccitazione serie. Motore a magneti permanenti. • Caratteristiche elettromeccaniche e regolazioni. Quadranti di funzionamento. • Comportamento dinamico del motore in corrente continua. • Reazione d’indotto. Saturazione magnetica e impatto sul comportamento della macchina. • Perdite e rendimento. • Commutazione. • Applicazioni come motore e dati di targa. Campo magnetico rotante • Avvolgimenti in corrente alternata. Distribuzione di forza magnetomotrice al traferro. Armoniche spaziali. • Campo magnetico e fattore di Carter. • Rappresentazione vettoriale del campo rotante. • Flussi concatenati e forze elettromotrici indotte. Macchina asincrona • Principio di funzionamento e aspetti costruttivi. • Circuito equivalente e diagramma vettoriale. • Bilancio energetico. Il concetto di potenza trasmessa. Macchine a semplice o doppia alimentazione. • Caratteristiche elettromeccaniche coppia, corrente. Influenza delle variazioni parametriche. • Diagramma circolare. • Operazioni tipiche: avviamento, frenatura; regolazione della frequenza di alimentazione. Regolazioni rotoriche (Motore a induzione con doppia alimentazione/Generatore a induzione con doppia alimentazione) • Misure, rendimento e dati di targa . • Motori di potenza frazionaria. Motori monofase. Motori a polo schermato. Macchina sincrona • Principio di funzionamento e aspetti costruttivi. • Struttura isotropa e anisotropa. Teoria degli assi d,q. • Circuiti equivalenti di Behn-Eschenburg e Potier. Equazioni elettriche e reattanza sincrona. • Diagrammi vettoriali. Effetti della saturazione magnetica. • Bilancio energetico e coppia. • Funzionamento come generatore in parallelo alla rete. Regolazione della potenza attiva e reattiva. Stabilità statica e dinamica. Diagramma circolare e dati di targa. • Generatore autonomo. Esempi applicativi • Motori a magneti permanenti e a riluttanza. Metodi di comando • Prove e misure

L’insegnamento si articola in lezioni, esercitazioni in aula ed esercitazioni presso il laboratorio didattico-tecnologico del Dipartimento Energia: - le esercitazioni in aula riguardano calcoli relativi al funzionamento delle macchine elettriche trattate; le esercitazioni presso il laboratorio didattico-tecnologico consentiranno allo studente di effettuare prove sperimentali e misure sulle principali macchine presentate nel corso delle lezioni.

Il materiale didattico impiegato durante le lezioni ed esercitazioni sarà reso disponibile agli studenti sul portale della didattica. Per approfondimenti: • Macchine Elettriche, A.E. Fitzgerald, C. jr. Kingsley, A. Kusko, Franco Angeli 2013. • Macchine Elettriche, L. Ferraris, CLUT 2004. • Esercizi di Macchine Elettriche, R. Bojoi, L. Ferraris, CLUT 2012. • Materiali e Macchine Elettriche, E. Carminati, Esculapio 1994.

... L'esame consiste di due prove • la prima prova è scritta e consiste nella risoluzione di due o tre esercizi (tempo a disposizione 2 ore); è ammesso l’uso di calcolatrice e formulario; non sono ammessi testi o appunti. • la seconda prova è orale e consiste in due o tre domande sull'intero programma svolto. Accedono alla prova orale candidati che hanno superato la prova scritta. La prova scritta mira a valutare la capacità del candidato nello sviluppare autonomamente calcoli, di complessità confrontabile a quanto svolto nelle esercitazioni in aula, sul funzionamento delle macchine elettriche trattate. La prova orale mira a valutare le conoscenze acquisite dal candidato sulla struttura, il principio di funzionamento e i principali metodi di studio delle macchine elettriche.

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.