Anno: Periodo: I
Lezione, Esercitazione o Laboratorio: 6+2 (ore settimanali);80+28 (ore in totale) Docente: Franco Villata
Il corso, a carattere applicativo, tratta i principali problemi posti dalla conversione statica alternata-continua, con particolare attenzione alle applicazioni destinate alla realizzazione di alimentatori, di azionamenti in continua, o del primo stadio di convertitori alternata-alternata.
Vi sono analizzate le principali strutture di conversione, per le quali sono trattate le sollecitazioni lato alternata, i problemi del dimensionamento termico, i filtri di potenza in uscita, il dimensionamento di massima dei componenti elettromagnetici. Sono inoltre descritte le principali architetture dei circuiti di regolazione ed i trasduttori di tensione e di corrente di più frequente impiego.
Particolare rilievo è dato agli aspetti energetici ed ai problemi posti dalla gestione di potenze anche rilev~nti,promuovendo la formazione di una "mentalità" orientata alla potenza.
REQUISITI
ElettrotecnicaedElettronica.
PROGRAMMA
A. Strutture di Conversione non controllata 1Il0nofase[8 ore]
Generalità
Diodo a semiconduttore
Analisi del funzionamento di reti contenenti diodi Strutture monofasi
Convertitore semionda monofase Convertitore controfase
Convertitore a ponte monofase
B. Componenti elettromagnetici e filtri di potenza [13 ore]
Trasformatore di alimentazione
Richiami sul funzionamento del trasformatore Potenza di dimensionamento di un trasformatore
Dipendenza dalle dimensioni dei parametri del trasformatore Filtri di potenza
Filtro induttivo Filtro capacitivo Filtro L C
Circuito equivalente macchina a corrente continua Problemi di progetto dei componenti reattivi
Parametri di un condensatore elettrolitico per filtri
Dimensionamento di massima di una induttanza
Dimensionamento di massima di un trasformatore monofase C. Diodi controllati e circuiti di innesco [7 ore]
Diodi controllati Costituzione fisica Caratteristiche esterne Tipi costruttivi
Circuiti impulsatori e trasformatori per impulsi
D. Strutture di conversione controllata monofase [Il ore]
Convertitore controfase Doppio controfase antiparallelo Ponte monofase semicontrollato Ponte monofase controllato
E. Strutture di conversione controllata trifase [11 ore]
Semionda trifase Ponte trifase
F. Commutazione e problemi connessi [4ore]
G. Dimensionamento termico delle strutture [5 ore]
Modelli termici
Dimensionamento termico di massima Dissipatori
H. Protezioni [9 ore]
Protezioni da sovraccarichi
Interruttori extrarapidi e fusibili Condizionamenti al progetto termico Sovratensioni
Principali cause Protezioni più usate /. Sistemi di regolazione [8 ore]
Generalità sulle strutture di regolazione Sfasatori
Regolazione ad anelli separati Regolazione ad anelli in cascata Doppio controllo armatura eccitazione
Regolatore per doppio convertitore antiparallelo L. Trasduttori [4 ore]
Trasduttore di tensione quasi isolato Trasduttori di corrente ad effetto Hall Trasduttori di corrente che impiegano TA Reattori saturabili
TA ad impulsi ESERCITAZIONI
Le esercitazioni consistono nella applicazione dei metodi e delle nozioni fornite nelle lezioni per l'analisi del funzionamento od il dimensionamento di convertitori alternata-continua.
Esse saranno svolte parte in aula, parte nel laboratorio informatico del Dipartimento di Ingegneria Elettrica.
LABORATORI
I laboratori consistono nell'analisi del funzionamento di sistemi di conversione con visualizzazione delle forme d'onda di tensione e di corrente più significative: Essi saranno svolti presso i laboratori del Dipartimento di Ingegneria Elettrica.
ESAME
L'esame consiste in un colloquio orale teso ad accertare l'acquisizione da parte dell'allievo dei metodi di studio e delle problematiche dei sistemi descritti nelle lezioni. I temi sviluppati nelle esercitazioni e nei laboratori possono fornire spunto per la discussione.
BIBLIOGRAFIA
H. Buhler, "Traité d'Electricité", voI. XV, "électronique industrielle 1","électronique de puissance", Georgi, Lausanne.
G. Montessori,"Elettronica di potenza", Delfino.
Tali testi contengono solo parte degli argomenti del corso, pur contenendo argomenti che non verranno svolti.
L1790
Anno: 2 Docenti:
Elettrotecnica
Periodo: l
( I corso) Vito Daniele (II corso) Roberto Graglia PROGRAMMA
I Parte:
Introduzione e reti resistive[25 ore di lezione, 12 ore di esercitazione]
Limiti della teoria dei circuiti. Grandezze elettriche su un multi polo e Leggi di Kirchhoff.
Bipoli elettrici. Potenza entrante e passività. Relazioni costitutive. Resistore ideale.
Generatori ideali di tensione. Generatori ideali di corrente. Induttore ideale. Condensatore ideale. Multipoli e Multiporta. Principio di sostituzione. Reti passive. Circuiti elementari.
Resistore costituito da una rete di resistori. Metodi particolari per il calcolo di una rete con un solo generatore. Metodi di calcolo di reti con più di un generatore. Teorema di Thevenin.
Teorema di Norton. Teoria elementare dei Metodi generali. Multipoli resistivi. Generatori pilotati. Resistori non ideali e non lineari.
Reti nel dominio dellafrequenw [14 ore di lezione, IOore di esercitazione]
I fasori e loro utilizzazione nella rappresentazione di grandezze sinusoidali isofrequenziali.
Proprietà dei fasori. Reti fasoriali. Leggi di Kirchoff e relazioni costitutive. Bipoli inerti e loro Impedenza: Ammettenza, Resistenza, Reattanza, conduttanza e suscettanza di un bi polo d'impedenza. Connessioni di bipoli di impedenza. Estensione dei metodi elementari e generali al calcolo di reti fasoriali. Diagrammi fasoriali e loro utilizzazione per la soluzione di problemi inversi. Potenze in regime sinusoidale: Potenza attiva, reattiva, complessa ed apparente. Teorema di Boucherot. Sistemi Trifase. Rifasamento. Calcolo di reti in presenza di generatori sinusoidali non isofrequenziali. Integrale di Fourier e Trasformata di Fourier (Cenni). Funzione di trasferimento. Proprietà filtranti delle reti. Filtri e risuonatori (cenni).
Multiporta con memoria [2 ore di lezione, 2 ore di esercitazione]
Multiporta induttivi e capacitivi. Trasformatori. Trasformatori perfetti. Circuiti equivalenti.
Reti lineari dinamiche [14 ore di lezione, 8 ore di esercitazione]
Metodo della trasformata di Laplace. Leggi di Kirchhoff nel dominio delle Trasformate di Laplace. Relazioni costitutive nel dominio delle Trasformate di Laplace. Impedenza ed ammettenza di un bipolo. Calcolo simbolico con le trasformate di Laplace. Calcolo di Trasformate. Calcolo di Antitrasformate. Teorema del valore iniziale e finale. Applicazioni.
Ordine di complessità di una rete. Variabili di stato. Equazioni di stato nelle reti non degeneri.
Presenza di interruttori. Equazioni di stato nelle reti degeneri. Soluzioni dell'equazioni di stato. Maglie di induttori e tagli di condensatori. Transitori. Reti con una costante di tempo.
Relazione tra i poli della rete e gli autovalori della matrice A.
Doppi bipoli lineari [3 ore di lezione, 4 ore di esercitazione]
Rappresentazione generale, Thevenin e Norton. Parametri Z, Parametri Y, Parametri H, Parametri G. Parametri A,B,C,D o di trasmissione. Parametri di trasmissione inversa.
Relazioni tra i parametri di un doppio bipolo. Impedenze iterative ed immagini (cenni).
Interconnessioni di doppi bipoli.
Reti magnetiche [4 ore di lezione, 2 ore di esercitazione]
Equazioni degli avvolgimenti. Calcolo di una rete magnetica. Applicazioni.
II Parte:
Metodi generali perilcalcolo di reti [3 ore di lezione, 2 ore di esercitazione]
Metodo dei nodi Matrice di incidenza. Teoremi di Tellegen e di Boucherot. Equazioni delle tensioni ai nodi di una rete. Metodo delle corde o delle maglie fondamentali. Metodo dei rami o dei tagli fondamentali.
Considerazioni elettromagnetiche [6 ore di lezione]
Caratterizzazione elettromagnetica dei multi poli e delle reti elettriche. Realizzazione di Resistori, induttori e condensatori. Realizzazione dei multi porta induttivi. Forze dovute a campi elettromagnetici. Elettrodinamica dei corpi in movimento.
Impianti elettrici e macchine elettriche [9 ore di lezione]
Distribuzione dell'energia elettrica. Normativa impianti elettrici (cenni). Effetti della corrente elettrica sul corpo umano (Cenni). Relè di tensione. Interruttore automatico di massima corrente. Interruttore automatico differenziale. Dispersori. Tensioni di passo. Trasformatore reale. Circuito equivalente e misura dei parametri. Costruzione (Cenni). Sollecitazioni nelle macchine elettriche. Valori nominali e dati di targa. Trasformatori trifase. Connessioni degli avvolgimenti. Macchine in c.c.. Espressione della f.e.m indotta e della coppia. Reazione di indotto. Motori in c.c.. Caratteristiche meccaniche. Tipi di eccitazione. Campo magnetico ruotante. Macchina sincrona. Alternatore. Motore sincrono. Inserzione nella rete (Cenni).
Macchina asincrona. Motori ad induzione. Caratteristica meccanica. Motori asincroni monofase (Cenni). Principio di funzionamento di motori passo passo.
BIBLIOGRAFIA
V.Daniele-A.Liberatore-R.Graglia-S.Manetti, "Elettrotecnica", Monduzzi Editore, Bologna, 1994.
Dispense distribuite dai docenti Testi ausiliari:
C.Paul,"Analysis oj Linear Circuits",McGraw-Hill
A.Laurentini-A.Meo-R.Pomè, "Esercizi di Elettrotecnica",Levrotto & Bella ESAME
L'Esame di Elettrotecnica è a prenotazione obbligatoria. Questa si fa presso la Segreteria Studenti dei Dipartimenti Elettrici (Piano terreno, davanti l'aula 12). Le prenotazioni sono chiuse a partire dal pomeriggio di due giorni prima dell'appello.
Sono previsti due tipi di esame (A e B), basati su una prova scritta comune.
Prova scritta comune (A e B):
Il programma che riguarda la prova scritta e' relativo alla Prima parte del corso.
Lo Statino viene ritirato prima di iniziare la prova scritta verificando l'identità del candidato (è sufficiente libretto universitario). Non è possibile sostenere la prova scritta privi di stati no e di documento di identità. Una volta consegnato lo Stati no l'Esame si intende cominciato e l'esito verra' comunque registrato.
Durante lo svolgimento dello scritto lo Studente deve avere con sè solo l'occorrente per scrivere (penna e carta), e per fare calcoli e disegni. Pena l'espulsione dall'aula, sono vietati l'uso di appunti, libri, note, ecc...
Durante la prova scritta non è consentito uscire dall'aula.
E' possibile ritirarsi dall'esame, ma l'esame verra' comunque registrato.
Esame di tipo B:
L'esame di tipo B consiste in una prova scritta (vedi sopra) seguita dopo qualche giorno da una discussione sull'elaborato consegnato dallo Studente. Il voto massimo previsto per questo tipo di esameèdi 28/30.
Esame di tipo A:
L'esame di tipo A e' costituito dalla stessa prova scritta dell'esame di tipo B integrata con una parte orale che verte su tuttoilProgramma con particolare riferimento a quello svolto durante la seconda parte del corso. L'ammissione alla parte oraleèconsentita agli Allievi che abbiano ottenuto nella prova scritta un voto non inferiore ai 18/30. Il voto finale per chi sostiene l'esame di tipo Aèun'opportuna media dei risultati della prova scritta e di quella orale.
N1790 Elettrotecnica
Anno: 2 Periodo:2
Lezione, Esercitazione, Laboratorio: 4+4+ I (ore settimanali) Docente: Ivan Maio (Esercitatore: Riccardo Zich)
Il corso si propone di fornire le basi concettuali per la comprensione del comportamento dei circuiti elettrici a parametri concentrati, nonchè metodi sistematici per la loro analisi.
Il corso è organizzato in lezioni ed esercitazioni che completano, da un punto di vista applicativo, gli argomenti teorici trattati, in modo da facilitarne l'apprendimento. Nella seconda metà del Periodo didattico lo studente avrà accesso al Laboratorio di Informatica di Base (LAIB), ove potrà usare un moderno programma di simulazione circuitale (PSpice).
REQUISITI
Per un'adeguata comprensione degli argomenti trattati, si richiede la conoscenza dei contenuti dei corsi di Analisi Matematica e Fisica Generale.
PROGRAMMA
Generalità: Circuiti elettrici e condizioni di applicabilità del modello circuitale. Correnti tensioni e direzioni di riferimento. Leggi di Kirchhoff. Potenza assorbita e passività.
Caratteristiche e bipoli ideali.
Metodi di analisi elementari: Connessioni serie e parallelo di resistori, partitori, trasformazione stella triangolo, principio di sovrapposizione, teorema di Millman, teoremi di Thevenin e Norton. Adattamento energetico. Generatori pilotati e analisi di reti con generatori pilotati.
Reti resistive non lineari: Bipoli resistivi non lineari. Analisi di reti resistive con un bi polo non lineare. Circuito equivalente di piccolo segnale. Proprietà reti non lineari.
Resistori lineari a tratti e reti con resistori lineari a tratti. Diodo ideale. Analisi di reti con diodi ideali.
Metodi di analisi generali: Dualità. Descrizione delle reti elettriche mediante grafi.
Scrittura sistematica delle equazioni di Kirchhoff. Metodo dei nodi. Matrice di incidenza.
Equazioni di Kirchhoff in forma matriciale. Teorema di Tellegen. Metodo dei nodi mediante la matrice di incidenza. Metodo del Tableau sparso. Condizioni per la risolubilità delle reti resistive lineari.
Multipoli e multiporta resistivi: Rappresentazioni Thevenin e Norton per multi poli/porta resistivi. Matrice di trasmissione. Trasformatore ideale. Giratore ideale.
Amplificatore operazionale, modelli e connessioni.
Generalità sulle reti dinamiche: Bipoli reattivi e loro connessioni. Induttori mutuamente accoppiati. Analisi di reti dinamiche con un solo condensatore (induttore). Equazioni di stato e di uscita. Ordine di una rete dinamica. Soluzione delle equazioni di stato.
Frequenze naturali. Stabilità. Risposta a ingresso zero e a stato zero. Risposte all'impulso e al gradino. Convoluzione. Analisi di reti lineari a tratti con un solo condensatore (induttore).
Il simulatore SPICE: Principio di funzionamento e uso.
Metodo simbolico: Trasformata di Laplace unilatera. Funzioni di trasferimento, poli e frequenze naturali della rete. Calcolo simbolico ed estensione dei metodi di analisi per reti resistive al dominio s.
Reti in regime armonico stazionario: Teorema fondamentale delle reti in regime armonico stazionario. Calcolo fasoriale. Risposta in frequenza, filtri e risonatori.
Potenza nelle reti in regime armonico stazionario: istantanea, attiva, apparente, reattiva. Teorema di Bucheror. Rifasamento. Valori efficaci. Circuiti trifase: vantaggi tecnici ed economici, generatori, principali tipi di connessione.
Multipoli/porta dinamici: Connessioni di reti a 2 porte. Matrici Z e T per la connessione in cascata. Relazioni tra Z eT. Reciprocità. Circuiti equivalenti a T e O.
Linee di trasmissione: Tipi di interconnessioni, analisi delle linee di trasmissione e relazioni con l'approssimazione circuitale.
ESERCITAZIONI
1 . Uso delle leggi di Kirchhoff 2. Circuiti resistivi elementari
3. Circuiti resisti vi elementari: connessioni serie e/o parallelo.
4. Circuiti resistivi elementari: teoremi di Thevenin, Norton, ecc.
5. Circuiti con resistori non lineari I 6. Circuiti con resistori non lineari II 7. Circuiti resistivi, metodi generali di analisi 8. Circuiti resistivi con elementi con 2 o più porte 1 9. Circuiti resistivi con elementi con 2 o più porte 11
IO. Connessione di L e C, condizioni iniziali, I l. Circuiti RC e RL del I ordine [
J2. Circuiti RC e RL del I ordine 11 13. Equazioni di stato [
14. Equazioni di stato II 15. Metodo simbolico I 16. Metodo simbolico II 17. Regime sinusoidale I 18. Regime sinusoidale II 19. Sistemi trifase 20. Doppi bipoli [ 21. Doppi bipoli 11 LABORATORIO
Esecuzione di tre differenti tipi di analisi mediante il simulatoreSPICE.
BIBLIOGRAFIA
V. Daniele, A. Liberatore, R. Graglia, S. Manetti, "Elettrotecnica", Monduzzi Editore, Bologna, 1994.
M. Biey,"Esercitazioni di elettrotecnica",CLUT, Torino, 1988.
Testi ausiliari:
L.O.Chua, C.A.Desoer, E.S.Kuh,"Linear and nonlinear circuits" McGraw-Hill, 1987.
M. Biey, "Spice e PSpice: introduzione all'uso",CLUT, Torino, 1993.
ESAME
L'esame consiste in una prova scritta di durata opportuna, seguita dppo qualche giorno da una discussione dell'elaborato consegnato dallo studente e da un'eventuale prova orale. La prova scritta verte su tutto il programma svolto nelle lezioni e nelle esercitazioni e consiste nel rispondere a:
(a) un gruppo di quesiti elementari, volti a valutare l'apprendimento delle conoscenze di base della teoria dei circuiti;
(b) un gruppo di domande di varia difficoltà, diretto a valutare il grado di approfondimento raggiunto nell'apprendimento della materia.