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Elettrotecnica/Macchine elettriche
17AULMK, 17AULLS
A.A. 2023/24
Elettrotecnica/Macchine elettriche (Elettrotecnica)
L’elettrotecnica è una materia che tratta principalmente la modellistica dei fenomeni elettrici ma, per mezzo di analogie fisiche, è possibile sfruttare i modelli e gli strumenti dell’elettrotecnica in molte altre discipline (fenomeni termici, fenomeni idraulici, etc…). La natura molto trasversale di questa materia fa sì che sia inserita in diversi corsi di studio ingegneristici. In questo contesto, l’insegnamento Elettrotecnica tratterà i modelli dei principali fenomeni fisici del mondo elettrico, fornirà un metodo rigoroso per la descrizione delle connessioni circuitali e analizzerà i principali metodi per la soluzione di circuiti in corrente continua e corrente alternata con particolare riferimento alle applicazioni, operanti alla frequenza industriale, che ci circondano nella vita quotidiana.
Elettrotecnica/Macchine elettriche (Macchine elettriche)
Lo studio delle macchine elettriche rappresenta una materia chiave nella cosiddetta transizione energetica che prevede l'utilizzo di energia elettrica in tutte le attività antropiche. I due principali aspetti riguardano la mobilità e la sostenibilità energetica mediante conversione dell'energia naturale in forma elettrica, abbandonando progressivamente l'uso di combustibili fossili. A partire dalle conoscenze acquisite nell’insegnamento di elettrotecnica, i contenuti del corso di macchine elettriche si pongono come obiettivo quello di dare agli studenti le basi teoriche e metodologiche necessarie per comprendere ed analizzare il funzionamento ed i principali concetti operativi delle macchine elettriche e per un utilizzo razionale, corretto e sicuro delle principali macchine elettriche.
Elettrotecnica/Macchine elettriche (Elettrotecnica)
Basic circuit theory is a subject about the modelling of electrical phenomena, however, exploiting physical analogies, it is possible to use models and tools of this subject in many other subjects (thermal phenomena, hydraulic phenomena, etc…). Basic circuit theory is a very transversal subject, for this reason it is included in several engineering degrees. Bearing this in mind, in the Basic circuit theory course the models of the main electrical phenomena will be analyzed, a rigorous method for describing connections of electrical elements and circuits will be provides, the main tools to solve electrical circuits will be developed to handle direct current and alternating current circuits. Particular attention will be given to applications, operating at industrial frequency, that surrounds our daily life.
Elettrotecnica/Macchine elettriche (Macchine elettriche)
The study of electric machines represents a key subject in the so-called energy transition which involves the use of electricity in all anthropogenic activities. The two main aspects related to mobility and energy sustainability by converting natural energy into electricity, gradually abandoning the use of fossil fuels. Starting from the fundamentals of electrotechnics, the contents of the electrical machines course are intended to give students the theoretical foundations and method necessary to understand and analyze the operation and the main concepts of electrical machines and for a rational, correct and safe use of the main electrical machines.
Elettrotecnica/Macchine elettriche (Elettrotecnica)
Al termine dell’insegnamento gli studenti: * sapranno riconoscere i principali componenti dei circuiti elettrici * sapranno riconoscere le connessioni presenti in un circuito elettrico * sapranno risolvere reti elettriche in corrente continua e alternata con i principali teoremi di rete * conosceranno le principali applicazioni in corrente alternata (linea di trasmissione, rifasamento, sistemi trifase) * sapranno risolvere circuiti in corrente alternata (monofase e trifase) mediante applicazione di bilanci di potenze
Elettrotecnica/Macchine elettriche (Macchine elettriche)
Al termine dell’insegnamento gli studenti: * conosceranno i criteri di utilizzo ed i campi di applicazione delle principali macchine elettriche * conosceranno i principi di funzionamento delle principali macchine elettriche utilizzate in campo industriale * sapranno analizzare e valutare le prestazioni delle macchine elettriche * sapranno effettuare la scelta delle opportune macchine elettriche da inserire in sistemi meccani
Elettrotecnica/Macchine elettriche (Elettrotecnica)
* Knowledge of methods to perform circuit analysis in electrical engineering. * Ability to analyze electrical circuits operating under steady currents * Knowledge of criteria for use and application fields of the electrical machinery. * Knowledge of the principles of main electro-mechanical equipment and electrical machinery used in industrial * Ability to analyze and evaluate the performance of electric machines * Ability to make the choice of the appropriate electrical equipment to be included in mechanical systems.
Elettrotecnica/Macchine elettriche (Macchine elettriche)
* Knowledge of methods to perform circuit analysis in electrical engineering. * Ability to analyze electrical circuits operating under steady currents * Knowledge of criteria for use and application fields of the electrical machinery. * Knowledge of the principles of main electro-mechanical equipment and electrical machinery used in industrial * Ability to analyze and evaluate the performance of electric machines * Ability to make the choice of the appropriate electrical equipment to be included in mechanical systems.
Elettrotecnica/Macchine elettriche (Elettrotecnica)
Conoscenza dell’algebra lineare, delle equazioni differenziali ordinarie, dei numeri complessi. Concetti di base di elettromagnetismo con particolare riferimento al campo elettrostatico, al campo di corrente, al campo magnetostatico ed ai campi lentamente variabili.
Elettrotecnica/Macchine elettriche (Macchine elettriche)
Conoscenza dell’algebra lineare, delle equazioni differenziali ordinarie, dei numeri complessi. Concetti di base di elettromagnetismo con particolare riferimento al campo elettrostatico, al campo di corrente, al campo magnetostatico ed ai campi elettromagnetici lentamente variabili. Conoscenza dell’elettrotecnica.
Elettrotecnica/Macchine elettriche (Elettrotecnica)
Knowledge of linear algebra, knowledge of ordinary differential equations, complex numbers and basic concepts of electromagnetism with focus on static electric field, current field, steady electric current fields, magnetostatic fields and low frequency fields.
Elettrotecnica/Macchine elettriche (Macchine elettriche)
Knowledge of linear algebra, knowledge of ordinary differential equations, complex numbers and basic concepts of electromagnetism with focus on static electric field, current field, steady electric current fields, magnetostatic fields and low frequency fields.
Elettrotecnica/Macchine elettriche (Elettrotecnica)
Il modulo di Elettrotecnica è diviso nei seguenti argomenti: 1. Grandezze elettriche e leggi topologiche 2. Componenti e connessioni 3. Circuiti in corrente continua 4. Reti dinamiche del primo ordine 5. Reti in corrente alternata 6. Sistemi trifase
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Il modulo di Macchine Elettriche è diviso nei seguenti argomenti: 1. Principi di conversione elettromeccanica dell’energia e richiami di elettromagnetismo 2. Materiali per l’elettrotecnica e circuiti magnetici 3. Modello termico delle macchine elettriche 4. Macchina elettrica a corrente continua 5. Trasformatore monofase e trifase 6. Motore ad induzione
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BASIC CIRCUIT THEORY -------------------------------------------- * Direct current -------------------------------------------- - Fundamental quantities: voltage and current - Kicrchhoff’s Laws - passive and active sign convention - Ideal two-terminal components: resistor, voltage and current source - Solution of the fundamental problem of circuit theory - Real generators - DC circuits with single source - Voltage and current divider - Series and parallel connection - star and delta connection - network theorems: superposition principle, Millman’s theorem, Thevenin’s equivalent circuit , Norton’s equivalent circuit, maximum power transfer -------------------------------------------- * Transient analysis -------------------------------------------- - Dynamic two-terminals: capacitor and inductor - RC and RL circuits - Solution of first order circuits with constant inputs -------------------------------------------- * Sinusoidal steady-state -------------------------------------------- - sinusoidal waveforms - phasors concept and relation with sinusoidal waveforms (summary of complex number algebra) - phasor diagram - topological and constitutive equations in phasor domain. Impedance definition. - series and paralell connection of impedances - generalization of principles and theorems in phasor domain - power in sinusoidal steady-state: real, reactive, complex and apparent power - Boucherot’s therem - Solution of AC circuit and power factor correction -------------------------------------------- * Three-phase circuits -------------------------------------------- - Three-phase sources and loads - line and phase quantities - Three-phase symmetric and balanced system - three-wire and four-wire three-phase systems - power in three-phase system: Aron connection - single phase equivalent circuit - energy method for the solution of three-phase systems - power factor correction - solution of not balanced three-phase systems (introduction) -------------------------------------------- * Frequency response -------------------------------------------- - multi-frequency generators - low-pass filter - high-pass filter - series resonance - parallel resonance ELECTRICAL MACHINES • Introduction and review of physics of electro-mechanical conversion: Ampere law. Magnetic flux. Lenz and Lorentz laws. • Materials employed for electrical machines: Soft and hard magnetic materials. Iron losses. Conductors and insulators. • Magnetic circuits: Electromagnet, Reluctance, Magnetic Circuit Model, Permanent magnets, Circuits with permanent magnets. • Thermal modelling of electrical machines: First-order thermal model. Thermal transients. Types of services. • Single-phase transformer: Realization aspects. Ideal transformer: working principle. Real transformer. Equivalent circuit. Equivalent circuit under sinusoidal supply. Vector diagram. Parameters identification: no load and short circuit tests. Voltage drop. Efficiency. Transformers in parallel. • Three phase transformer. Single-phase equivalent circuit. Nameplate data. Type of connection and group of the transformer. • DC machine (8 h). Realization aspects. Rotor. Working principle. Torque and emf generation. Machine equations. Equivalent circuit. Separately excited machine. Mechanical characteristic. Speed regulation. Series excited machine. Mechanical characteristic. Commutation. • Asynchronous machine. Rotating magnetic field. Realization aspects. Wounded rotor and cage rotor. Operating principles and comparison with the three-phase transformer. Energetic balance. Mechanical characteristic. Determination of parameters. Losses and efficiency. Speed regulation
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BASIC CIRCUIT THEORY * Direct current - Fundamental quantities: voltage and current - Kicrchhoff’s Laws - passive and active sign convention - Ideal two-terminal components: resistor, voltage and current source - Solution of the fundamental problem of circuit theory - Real generators - DC circuits with single source - Voltage and current divider - Series and parallel connection - star and delta connection - network theorems: superposition principle, Millman’s theorem, Thevenin’s equivalent circuit , Norton’s equivalent circuit, maximum power transfer * Transient analysis - Dynamic two-terminals: capacitor and inductor - RC and RL circuits - Solution of first order circuits with constant inputs * Sinusoidal steady-state - sinusoidal waveforms - phasors concept and relation with sinusoidal waveforms (summary of complex number algebra) - phasor diagram - topological and constitutive equations in phasor domain. Impedance definition. - series and paralell connection of impedances - generalization of principles and theorems in phasor domain - power in sinusoidal steady-state: real, reactive, complex and apparent power - Boucherot’s therem - Solution of AC circuit and power factor correction * Three-phase circuits - Three-phase sources and loads - line and phase quantities - Three-phase symmetric and balanced system - three-wire and four-wire three-phase systems - power in three-phase system: Aron connection - single phase equivalent circuit - energy method for the solution of three-phase systems - power factor correction - solution of not balanced three-phase systems (introduction) ELECTRICAL MACHINES • Introduction and review of physics of electro-mechanical conversion: Ampere law. Magnetic flux. Lenz and Lorentz laws. • Materials employed for electrical machines: Soft and hard magnetic materials. Iron losses. Conductors and insulators. • Magnetic circuits: Electromagnet, Reluctance, Magnetic Circuit Model, Permanent magnets, Circuits with permanent magnets. • Thermal modelling of electrical machines: First-order thermal model. Thermal transients. Types of services. • Single-phase transformer: Realization aspects. Ideal transformer: working principle. Real transformer. Equivalent circuit. Equivalent circuit under sinusoidal supply. Vector diagram. Parameters identification: no load and short circuit tests. Voltage drop. Efficiency. Transformers in parallel. • Three phase transformer. Single-phase equivalent circuit. Nameplate data. Type of connection and group of the transformer. • DC machine (8 h). Realization aspects. Rotor. Working principle. Torque and emf generation. Machine equations. Equivalent circuit. Separately excited machine. Mechanical characteristic. Speed regulation. Series excited machine. Mechanical characteristic. Commutation. • Asynchronous machine. Rotating magnetic field. Realization aspects. Wounded rotor and cage rotor. Operating principles and comparison with the three-phase transformer. Energetic balance. Mechanical characteristic. Determination of parameters. Losses and efficiency. Speed regulation
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* Sono previste lezioni teoriche (30.5h) ed esercitazioni in aula (10.5h) con esercizi e calcoli esemplificativi sugli argomenti trattati a lezione. * Sono previste esercitazioni in laboratorio (9h).
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* Sono previste lezioni teoriche ed esercitazioni in aula con esercizi e calcoli esemplificativi sugli argomenti trattati a lezione.
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* lectures and practice lessons about numerical solution of exercise are planned for each main topic. * Lab. experiences are planned for both basic circuit theory and electrical machinery. Labs are not evaluated by teachers, hence they do not influence the final score of the exam
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* lectures and practice lessons about numerical solution of exercise are planned for each main topic. * Lab. experiences are planned for both basic circuit theory and electrical machinery. Labs are not evaluated by teachers, hence they do not influence the final score of the exam
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Il materiale didattico di supporto varia a seconda del docente. Si faccia quindi riferimento al portale dell'insegnamento. In linea generale, sono disponibili gli appunti del corso e le videolezioni registrate negli anni precedenti.
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Il materiale didattico di supporto varia a seconda del docente. Si faccia quindi riferimento al portale dell'insegnamento. In linea generale, sono disponibili gli appunti del corso e le videolezioni registrate negli anni precedenti.
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The learning resources can be different depending on the teacher. Please refer to the Portale della didattica website for details. Generally speaking, lecture notes of the course and the entire video-recorded course of past years are available.
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The learning resources can be different depending on the teacher. Please refer to the Portale della didattica website for details. Generally speaking, lecture notes of the course and the entire video-recorded course of past years are available.
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Slides; Esercizi; Esercizi risolti; Video lezioni tratte da anni precedenti;
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Slides;
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Lecture slides; Exercises; Exercise with solutions ; Video lectures (previous years);
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Lecture slides;
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Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;
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Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;
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Exam: Written test; Optional oral exam;
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Exam: Written test; Optional oral exam;
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STRUTTURA GENERALE DELL’ESAME L'esame prevede una prova scritta per la parte di Elettrotecnica e di Macchine Elettriche e una eventuale prova orale da sostenere nei casi descritti successivamente nel paragrafo dedicato alla prova orale. PROVA SCRITTA La prova scritta si terrà nei giorni e orari previsti dal calendario esami e sarà costituita da una prima parte relativa al programma di Elettrotecnica ed una seconda a quello di Macchine Elettriche valutate ciascuna con voto massimo pari a 16 punti (per ciascuna delle due parti). Entrambe le prove sono composte da 1. una parte con 4 domande sugli argomenti teorici. Le domande possono essere presentate nella forma di “risposta multipla con 4 opzioni e 1 sola risposta corretta” oppure “risposta numerica dove conta solo il risultato a meno di una tolleranza indicata nel testo della domanda”. Ogni domanda ha valore di 1 punto per un totale di 4 punti. 2. una parte con 2 esercizi di cui viene corretto sia il procedimento che il risultato. Ogni esercizio ha un valore di 6 punti per un totale di 12 punti. Ogni modulo è valutato su base 16. Il voto unico finale risulterà dalla somma dei voti parziali ottenuti nei due moduli in cui è suddiviso l’insegnamento. MATERIALE AMMESSO Durante la prova scritta è ammesso l’uso del seguente materiale: * calcolatrice scientifica * fogli di brutta (che non verranno ritirati) * matita e penna * quanto non espressamente concesso è da considerarsi vietato (esempio: non è ammesso il formulario). DURATA ESAME La durata dell’esame completo è pari a 2h (1h per il modulo di elettrotecnica ed 1h per il modulo di macchine elettriche). CRITERI DI SUPERAMENTO DELLA PROVA SCRITTA L’esame scritto viene considerato superato se sono soddisfatte tutte le seguenti condizioni (and logico): * conseguimento di almeno 2 punti per la parte con domande teoriche per ciascun modulo * conseguimento di almeno 5 punti per la parte relativa agli esercizi per ciascun modulo * conseguimento di almeno 16/30 come voto totale dei due moduli PROVA ORALE Per gli studenti che superano le precedenti condizioni potrà essere richiesta una prova orale che si terrà' nei giorni e orari previsti dal calendario esami. La prova orale consiste in una discussione su argomenti teorici e pratici di tutto il programma. L'orale si terrà nei seguenti casi: * obbligatoriamente per tutti gli studenti ammessi con voto della prova scritta non sufficiente (16 o 17) * a richiesta del docente al fine di chiarire alcuni aspetti della prova scritta: entro alcuni giorni successivi alla prova scritta. * a richiesta dello studente. La prova orale viene valutata in trentesimi. ASSEGNAZIONE DEL VOTO FINALE Il voto dello scritto e dell'orale contribuiscono al voto finale. In assenza di orale verrà' verbalizzato il voto della prova scritta qualora risulti maggiore o uguale a 18/30. LODE Se lo studente raggiunge un voto > 31 e (and logico) ha sostenuto la prova orale il voto finale è 30L Se lo studente raggiunge un voto > 31 senza aver sostenuto la prova orale, il voto satura a 30.
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STRUTTURA GENERALE DELL’ESAME L'esame prevede una prova scritta per la parte di Elettrotecnica e di Macchine Elettriche e una eventuale prova orale da sostenere nei casi descritti successivamente nel paragrafo dedicato alla prova orale. PROVA SCRITTA La prova scritta si terrà nei giorni e orari previsti dal calendario esami e sarà costituita da una prima parte relativa al programma di Elettrotecnica ed una seconda a quello di Macchine Elettriche valutate ciascuna con voto massimo pari a 16 punti (per ciascuna delle due parti). Entrambe le prove sono composte da 1. una parte con 4 domande sugli argomenti teorici. Le domande possono essere presentate nella forma di “risposta multipla con 4 opzioni e 1 sola risposta corretta” oppure “risposta numerica dove conta solo il risultato a meno di una tolleranza indicata nel testo della domanda”. Ogni domanda ha valore di 1 punto per un totale di 4 punti. 2. una parte con 2 esercizi di cui viene corretto sia il procedimento che il risultato. Ogni esercizio ha un valore di 6 punti per un totale di 12 punti. Ogni modulo è valutato su base 16. Il voto unico finale risulterà dalla somma dei voti parziali ottenuti nei due moduli in cui è suddiviso l’insegnamento. MATERIALE AMMESSO Durante la prova scritta è ammesso l’uso del seguente materiale: * calcolatrice scientifica * fogli di brutta (che non verranno ritirati) * matita e penna * quanto non espressamente concesso è da considerarsi vietato (esempio: non è ammesso il formulario). DURATA ESAME La durata dell’esame completo è pari a 2h (1h per il modulo di elettrotecnica ed 1h per il modulo di macchine elettriche). CRITERI DI SUPERAMENTO DELLA PROVA SCRITTA L’esame scritto viene considerato superato se sono soddisfatte tutte le seguenti condizioni (and logico): * conseguimento di almeno 2 punti per la parte con domande teoriche per ciascun modulo * conseguimento di almeno 5 punti per la parte relativa agli esercizi per ciascun modulo * conseguimento di almeno 16/30 come voto totale dei due moduli PROVA ORALE Per gli studenti che superano le precedenti condizioni potrà essere richiesta una prova orale che si terrà' nei giorni e orari previsti dal calendario esami. La prova orale consiste in una discussione su argomenti teorici e pratici di tutto il programma. L'orale si terrà nei seguenti casi: * obbligatoriamente per tutti gli studenti ammessi con voto della prova scritta non sufficiente (16 o 17) * a richiesta del docente al fine di chiarire alcuni aspetti della prova scritta: entro alcuni giorni successivi alla prova scritta. * a richiesta dello studente. La prova orale viene valutata in trentesimi. ASSEGNAZIONE DEL VOTO FINALE Il voto dello scritto e dell'orale contribuiscono al voto finale. In assenza di orale verrà' verbalizzato il voto della prova scritta qualora risulti maggiore o uguale a 18/30. LODE Se lo studente raggiunge un voto > 31 e (and logico) ha sostenuto la prova orale il voto finale è 30L Se lo studente raggiunge un voto > 31 senza aver sostenuto la prova orale, il voto satura a 30.
Elettrotecnica/Macchine elettriche (Elettrotecnica)
Exam: Written test; Optional oral exam;
Elettrotecnica/Macchine elettriche (Macchine elettriche)
Exam: Written test; Optional oral exam;
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* The exam is made of two parts: a written and an oral exam. They are both mandatory. WRITTEN EXAM: * it includes two exercises of basic circuit theory and two exercises of electrical machinery * it lasts 2 hours at least. Some more time is provided according to the availability of the classroom. * A scientific calculator is allowed. * everything not explicitly allowed is to be considered forbidden * the maximum score of basic circuit theory and electrical machines is 15 pt for each part. The total maximum score is 30 pt. ORAL EXAM: * Students are allowed to sit the oral exam if the following conditions are satisfied: - total score (basic circuit theory + electrical machines) greater than or equal to 15 pt - score greater than or equal to 6pt for both basic circuit theory and electrical machines * Students are examined by one member of the commission only. The oral exam lasts, in average, 15 min. * All subjects in the program can be discussed at the oral exam * the maximum score is 30pt. The final score is the average between the score of the written exam and the score of the oral exam. PURPOSE OF THE EXAM: * the exam (written + oral) is organized to check the learning outcomes of the students with reference to the topics listed in the section "Expected Learning Outcomes".
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* The exam is made of two parts: a written and an oral exam. They are both mandatory. WRITTEN EXAM: * it includes two exercises of basic circuit theory and two exercises of electrical machinery * it lasts 2 hours at least. Some more time is provided according to the availability of the classroom. * A scientific calculator is allowed. * everything not explicitly allowed is to be considered forbidden * the maximum score of basic circuit theory and electrical machines is 15 pt for each part. The total maximum score is 30 pt. ORAL EXAM: * Students are allowed to sit the oral exam if the following conditions are satisfied: - total score (basic circuit theory + electrical machines) greater than or equal to 15 pt - score greater than or equal to 6pt for both basic circuit theory and electrical machines * Students are examined by one member of the commission only. The oral exam lats, in average, 15 min. * All subjects in the program can be discussed at the oral exam * the maximum score is 30pt. The final score is the average between the score of the written exam and the score of the oral exam.