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 (anche valutate durante un colloquio finale - prova orale obbligatoria), 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 orale obbligatoria;

L'esame finale mira a verificare l'acquisizione delle conoscenze e delle capacità obiettivo dell’insegnamento tramite una prova orale obbligatoria della durata di circa due ore, con un minimo di due domande relative a tutti gli argomenti delle lezioni e delle esercitazioni. 1) L'esame orale da remoto sarà via Skype; la connessione deve essere sufficientemente robusta da garantire l’audio ed il video del candidato. In alternativa, su richiesta dello studente, si potrà utilizzare la Virtual Class BBB dal portale della didattica. 2) Lo studente deve TASSATIVAMENTE registrarsi all'esame orale sul portale, comunicando CONTESTUALMENTE per email al docente il suo nome Skype. Nella data ed all’orario stabilito per l’appello, il docente contatterà tutti gli studenti (tramite un gruppo Skype o una Virtual Class) per definire il calendario per sostenere la prova orale. Vista la durata dell’esame sarà necessario programmare prove orali anche nei giorni successivi alla data ufficiale d’appello. In ogni caso la registrazione dell’esame avverrà nel giorno stabilito per l’appello. 3) All'inizio del collegamento sarà richiesto di far vedere la scrivania/stanza in cui verrà sostenuto l'esame tramite webcam. Sarà anche richiesto di ispezionare i fogli che verranno usati per scrivere e di condividere il video del portatile. A valle di dette verifiche e prima di iniziare l'esame, lo studente dovrà inviare al docente una email con una dichiarazione FIRMATA indicando che è solo in stanza e senza l'ausilio di materiali didattici, unitamente ad una copia del documento d'identità. Si suggerisce caldamente di preparare la dichiarazione e la copia del documento prima di iniziare il collegamento. 4) Tramite webcam si dovranno inquadrare i fogli su cui si risponderà alle domande. La posizione migliore è tenere il computer davanti o a fianco dei fogli e piegare il video per inquadrarli. Si chiede gentilmente di scrivere grande e di leggere ciò che si scrive. 5) Indicativamente la durata dell'orale è di DUE ore e ci saranno due o più domande a seconda delle necessità. Sicuramente ci sarà una domanda sulla parte di dinamica (incluse le esercitazioni in Simulink) e una sulla parte di costruzione, con eventuali collegamenti. Può essere richiesto di condividere il video e di aprire il toolbox Simulink per l’implementazione/modifica di schemi visti durante le esercitazioni. 6) L’esame orale è superato se si ottiene un voto da 18/30 a 30/30 (lode inclusa). Al termine dell'esame il docente formalizzerà il voto per email e lo studente dovrà confermare l'accettazione/rifiuto del voto rispondendo IMMEDIATAMENTE all'email.

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;

L'esame finale mira a verificare l'acquisizione delle conoscenze e delle capacità obiettivo dell'insegnamento tramite una prova orale obbligatoria della durata di circa due ore, con un minimo di due domande relative a tutti gli argomenti delle lezioni e delle esercitazioni. Per l’esame orale in modalità mista si applicano le stesse regole di PRENOTAZIONE, SVOLGIMENTO E REGISTRAZIONE dell’esame in modalità da remoto (vedi quadro ‘Criteri, regole e procedure per l'esame in remoto’). In particolare, lo studente che opterà per l’esame in presenza sarà convocato per via telematica (tramite gruppo Skype o una Virtual Class) il giorno ufficiale dell’appello per la definizione del calendario delle prove orali e, quindi sarà convocato in presenza nell’aula specificatamente assegnata SOLO il giorno dell’esame. Vista la durata dell’esame si garantirà al massimo un esame orale in presenza ed un orale online al giorno. Lo studente che sceglie di sostenere l’esame in presenza potrà rispondere alle domande alla lavagna oppure su fogli scrivendo alla cattedra dell’aula specificatamente assegnata per la sua prova orale. Indicativamente la durata dell'orale è di due ore e ci saranno due o più domande a seconda delle necessità. Sicuramente ci sarà una domanda sulla parte di dinamica (incluse le esercitazioni in Simulink) e una sulla parte di costruzione, con eventuali collegamenti. Si invita lo studente che opterà per l’orale in presenza a portare il proprio PC portatile perché potrà essere richiesto di aprire il toolbox Simulink per l’implementazione/modifica di schemi visti durante le esercitazioni. L’esame orale è superato se si ottiene un voto da 18/30 a 30/30, lode inclusa. Al termine dell'esame il docente formalizzerà il voto per email (anche per l’esame sostenuto in presenza) e lo studente dovrà confermare l'accettazione/rifiuto del voto rispondendo IMMEDIATAMENTE all'email.