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 di sintesi scritta di tematiche complesse, così come le capacità comunicative acquisite dallo studente, stimolate dal docente durante il corso grazie a domande specifiche (ed eventualmente valutate durante un colloquio finale - prova orale opzionale), garantiranno al laureato magistrale una sua proficua partecipazione a team di lavoro costituiti da persone aventi competenze tecniche e scientifiche diverse.

Per la comprensione degli argomenti trattati, si ritiene necessario che lo studente possieda nozioni di elettrotecnica, elettromagnetismo e aspetti base di 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 relativa al dimensionamento elettromeccanico delle macchine elettriche [circa 42 ore]: - Nozioni introduttive e cenni sui materiali con riferimento al loro impiego nelle costruzioni elettromeccaniche [8 ore]. - Costruzione e progetto dei trasformatori [12 ore]. - Avvolgimenti per macchine a corrente alternata [6 ore]. - Costruzione, dimensionamento e progetto di motori asincroni trifase [16 ore]. Parte relativa al comportamento dinamico delle macchine elettriche [circa 36 ore]: - 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, modelli logici dei convertitori CC/CC e cenni ai principali tipi di azionamento. - 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.

Le lezioni ed esercitazioni del corso saranno tenute esclusivamente in italiano. Su richiesta dello studente eventuali consulenze per chiarimenti/approfondimenti possono essere fornite in inglese. Sempre su richiesta dello studente, il testo delle domande della prova scritta potranno essere tradotte in Inglese.

Le due parti del corso non saranno necessariamente svolte nella sequenza indicata in precedenza. Esse prevedono, oltre alle lezioni in aula, le seguenti attività di esercitazione. Parte sul dimensionamento elettromeccanico delle macchine elettriche [8 ore]: sono previste due esercitazioni della durata di circa 4 ore ciascuna relativa al calcolo e verifica del trasformatore trifase raffreddato ad olio e del motore asincrono trifase autoventilato. Il procedimento di progetto verrà illustrato passo a passo dal docente svolgendo i calcoli alla lavagna. Parte sul comportamento dinamico delle macchine elettriche [15 ore] Sono previste 10 esercitazioni da 1.5 ore presso i laboratori informatici del Politecnico (LAIB) ed il laboratorio Tommasini del Dipartimento Energia (DENERG). 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. All’inizio di ogni esercitazione verrà fornita una breve spiegazione dell’implementazione dei modelli visti a lezione ed alcuni spunti per la corretta interpretazione dei risultati numerici.

A tutti gli studenti iscritti all'insegnamento sarà fornito il materiale didattico predisposto dal docente. Tale materiale, accessibile sul portale della didattica oppure distribuito direttamente in aula, è redatto in italiano e si ritiene esaustivo per la preparazione dell’esame finale. Su richiesta degli studenti, saranno inoltre consigliati eventuali libri e pubblicazioni per approfondimenti su argomenti specifici, eventualmente anche in lingua inglese. Alcuni esempi sono riportati qui di seguito: - 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

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;

Exam: Written test; Optional oral exam;

... L'esame è costituito da una prova scritta della durata di almeno tre ore. La prova d’esame, oltre a verificare la conoscenza e la comprensione degli argomenti trattati, si pone l’obiettivo di verificare le capacità di sintesi di argomenti complessi in un tempo comunque limitato. Le domande, comprendono elementi descrittivi, ma anche critici che permettono di fare opportuni collegamenti tra le due parti del corso. Necessario al superamento dell’esame è un corretto utilizzo della terminologia, delle notazioni matematiche ed una chiara e sintetica esposizione che riporti i collegamenti logici tra gli aspetti considerati. 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 fogli protocollo, scrivendo in modo dettagliato (ed ordinato!) i concetti e le problematiche che stanno alla base dell’argomento richiesto. Per gli studenti stranieri è ammesso rispondere alle domande in inglese. 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, smartwatch e tablet). L’esame è superato se l’elaborato scritto ottiene un voto da 18/30 a 30/30 (lode inclusa), con una soglia minima su ciascuna parte del corso di almeno 7/15. 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).

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.