UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II”
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN INGEGNERIA GESTIONALE
Programma preliminare (vers. Del 24/9/09) del corso di
GESTIONE RAZIONALE DEI SISTEMI ELETTRICI (SSD ING-IND-31)
I modulo didattico (Elementi di Ingegneria Elettrica)
n. 3 Crediti Formativi Universitari (CFU)
A.A. 2009/2010
Prof. Vincenzo COCCORESE
1 Obiettivi e finalità del corso
Il corso è indirizzato agli allievi di Ingegneria Gestionale e richiede la conoscenza degli argomenti trattati nel
corso di Elettrotecnica, che vengono ripresi ed approfonditi, con l’aggiunta di nuove nozioni. Il corso fornisce agli
allievi un quadro di riferimento per alcune delle principali problematiche dell’ingegneria elettrica. A questo scopo
vengono trattate, con semplicità unita a rigore metodologico, alcune tematiche di potenziale interesse per l’attività
professionale di un ingegnere coinvolto nella gestione di sistemi dedicati all’utilizzo dell’energia a fini civili o
industriali.
La selezione degli argomenti, tutt’altro che esaustiva, tiene conto dello spazio, in termini di crediti didattici,
assegnato al corso. Il corso ha quindi un carattere parzialmente monografico. Nel programma di quest’anno sono sati
privilegiati gli aspetti fondamentali relativi all’utilizzo dei materiali nell’ingegneria elettrica e alla conversione
dell’energia elettrica. Alcuni argomenti trattati in corsi precedenti (in particolare l’elettromagnetismo e la teoria
matematica delle funzioni periodiche) vengono ripresi in funzione della corretta interpretazione fisica delle tematiche
ingegneristiche trattate e della possibilità di caratterizzare in modo rigoroso le prestazioni dei sistemi trattati.
I contenuti sono stati dimensionati e trattati con l’obiettivo di consentire allo studente medio, purché in possesso
dei necessari prerequisiti, di superare l’esame dedicando complessivamente 75 ore di studio (comprensive della
frequenza alle lezioni), corrispondenti a 3 Crediti Formativi Universitari (CFU).
2 Iscrizione al corso
Gli allievi che intendono frequentare il corso dovranno iscriversi, con la modalità che verrà indicata nella prima
lezione del corso. Le iscrizioni saranno chiuse dopo la prima settimana di lezione.
L’iscrizione è richiesta per motivi organizzativi del corso e non ha valenza burocratica.
3 Propedeuticità
Elettrotecnica.
4 Prerequisiti
Oltre agli argomenti trattati nel corso di elettrotecnica, gli allievi, per una efficace frequenza del corso, dovranno
possedere, come prerequisiti, una sufficiente conoscenza dei seguenti argomenti (contenuti in corsi precedenti).
Grandezze e leggi fisiche dell’elettrostatica e magnetostatica
Non linearità e isteresi dei materiali magnetici
Legge dell’induzione elettromagnetica
Proprietà e teoremi fondamentali sui campi vettoriali (gradiente, divergenza e rotore, flusso e
circuitazione).
Serie di Fourier
Funzione di trasferimento e controllo in retroazione.
4.1 Matematica
Algebra elementare. Funzioni trigonometriche. Algebra dei numeri complessi. Grafico delle funzioni di una
variabile. Limiti e derivate delle funzioni di una variabile. Calcolo vettoriale elementare. Campi vettoriali: gradiente,
divergenza, rotore.. Teorema di Gauss. Teorema di Stokes. Sistemi di equazioni lineari algebriche. Equazioni
differenziali lineari a coefficienti costanti. Serie di Fourier.
4.2 Fisica
Concetti e leggi fondamentali della meccanica. Grandezze fisiche principali ed unità di misura. Bilanci
energetici. Elementi basilari di trasmissione del calore. Elettromagnetismo quasi stazionario: campi vettoriali J,B,E e
loro proprietà. Corrente elettrica. Differenza di potenziale. Materiali conduttori e materiali isolanti. Rigidità dielettrica
dei materiali isolanti. Effetto Joule. Materiali magnetici e materiali non magnetici. Flusso magnetico. Legge di Ampère.
Legge di Lenz. Legge di Faraday. Campo elettrico statico e mozionale. Coefficienti di auto e mutua induzione.
4.3 Teoria dei sistemi.
Funzione di trasferimento. Risposta in frequenza. Controllo in retroazione.
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5 Programma del corso
5.1 Caratterizzazione dei materiali per l’ingegneria elettrica
5.1.1
5.1.2
5.1.3
5.1.4
5.1.5
5.1.6
5.1.7
5.1.8
Materiali conduttori e densità di corrente.
Limiti di utilizzo dei materiali conduttori.
Materiali semiconduttori.
Materiali superconduttori.
Materiali isolanti e campo elettrico.
Limiti di utilizzo dei materiali isolanti.
Materiali magnetici e campo magnetico.
Limiti di utilizzo dei materiali magnetici.
5.2 Principi generali di conversione statica dell’energia
5.2.1
5.2.2
5.2.3
5.2.4
5.2.5
Conversione ac/ac a parità di frequenza. Trasformatori.
Conversione ac/dc non controllata. Raddrizzatori a diodi.
Conversione ac/dc controllata. Raddrizzatori a tiristori.
Conversione dc/ac. Inverters.
Conversione ac/ac con cambio di frequenza. Choppers.
5.3 Approfondimenti sul principio di funzionamento e caratteristiche di
impiego dei trasformatori.
5.3.1
5.3.2
5.3.3
5.3.4
5.3.5
5.3.6
5.3.7
5.3.8
5.3.9
5.3.10
5.3.11
5.3.12
5.3.13
5.3.14
5.3.15
Circuiti magnetici.
Circuito equivalente di un mutuo accoppiamento: induttanze di dispersione e di
magnetizzazione
Perdite per isteresi e correnti parassite
Funzionamento stazionario e funzionamento pulsato.
Rendimento in potenza e in energia dei trasformatori.
Raffreddamento dei trasformatori.
Sforzi meccanici nei trasformatori.
Protezione dei trasformatori.
Funzionamento in parallelo dei trasformatori.
Trasformatori trifasi.
Trasformatori trifasi con due avvolgimenti secondari.
Regolazione della tensione di esercizio
Isolamento elettrico
Adattamento di impedenza
Trasformatori di misura
5.4 ANALISI ARMONICA DELLE RETI
5.4.1
5.4.2
Risposta in frequenza di un circuito
Analisi di Fourier di una grandezza periodica.
Serie di Fourier
Calcolo dei coefficienti della serie di Fourier
Spettro di ampiezza e spettro di fase
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5.4.3
5.4.4
Risposta in frequenza di un circuito lineare
Filtri lineari
Distorsione armonica lineare e concetto di filtro
Filtri passa alto
Filtri passa basso
Filtri passa banda e risonanza
5.4.5
Effetti della non linearità
Generazione armonica
Distorsione non lineare
Inquinamento armonico
5.5 Analisi dei circuiti di conversione ac/dc
5.5.1
5.5.2
5.5.3
5.5.4
5.5.5
5.5.6
5.5.7
5.5.8
5.5.9
5.5.10
5.5.11
5.5.12
5.5.13
5.5.14
5.5.15
5.5.16
5.5.17
5.5.18
5.5.19
5.5.20
Diodo ideale. Modello circuitale del diodo ideale.
Diodo reale. Caratteristica corrente-tensione,
Modello semplificato del diodo reale. Corrente massima diretta e tensione massima
inversa.
Potenza nominale di un diodo reale (Vmax*Idmax).
Analisi del circuito di raddrizzamento non controllato a semplice semionda.
Valor medio della tensione/corrente lato dc. Potenza dc.
Corrente unidirezionale in linea. Potenza ac.
Rendimento di conversione dc/ac.
Analisi del dircuito di raddrizzamento non controllato a doppia semionda.
Analisi armonica della corrente lato ac.
Cenni sui filtri armonici.
Dimensionamento del convertitore ac/dc. Diodi in serie e diodi in parallelo. Cenni
sull'analisi dei costi.
Generalità sui circuiti di raddrizzamento controllato a commutazione di rete.
Tiristore ideale. Modello del tiristore ideale.
Estensione al tiristore del modello semplificato del componente reale.
Potenza nominale di un tiristore reale.
Analisi del circuito di raddrizzamento controllato a semplice semionda.
Angolo di innesco (delay angle). Espressione della tensione dc in funzione dell'angolo di
innesco.
Differenza di fase fra tensione e corrente a frequenza fondamentale. Potenza reattiva.
Inquinamento armonico nelle reti.
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6 Testi consigliati
Per la vastità della materia trattata ed il carattere necessariamente antologico del corso si consiglia vivamente di
seguire assiduamente e diligentemente le lezioni, anche al fine di raggiungere una preparazione sufficientemente
equilibrata sui vari argomenti, con una chiara percezione del diverso peso specifico degli stessi. Gli appunti presi a
lezione vanno necessariamente integrati con lo studio di libri di testo a livello universitario sugli argomenti trattati. Fra
i libri di testo contenenti gli argomenti trattati a lezione, si segnalano i seguenti (tutti disponibili per consultazione
presso la biblioteca interdipartimentale dei dip.ti di ingegneria elettrica ed elettronica, in Via Claudio 21):
M. Guarnieri, A. Stella: Principi ed Applicazioni di Elettrotecnica Voll. I e II, Ed. Progetto Padova
G. Fabricatore: Elettrotecnica, Ed. Liguori, Napoli;
A. Quercia: Introduzione alla
Conversione alternata-continua, appunti scaricabili dal sito
www.elettrotecnica.unina.it, alla pagina dedicata a questo corso
7 Modalità d’esame
L’esame sarà preceduto da un test preliminare di ammissione con quesiti che prevedono da parte dell’allievo una
risposta binaria VERO/FALSO. La valutazione finale terrà anche conto dell’esito quantitativo del test, per il cui
superamento è necessario rispondere correttamente alla maggioranza dei quesiti proposti.
Acquisita l’ammissione, l’esame si svolgerà in una fase scritta, immediatamente seguita da una orale, dedicata
alla discussione dell’elaborato scritto oltre che a domande sugli argomenti svolti a lezione.
Tutti gli avvisi ed informazioni sul corso verranno resi noti mediante
inserimento nel sito www.elettrotecnica.unina.it.
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