A.A. 2002-03 - PROGRAMMA DI ELETTROTECNICA PER I C.L. TRIENNALI IN: INGEGNERIA BIOMEDICA, ELETTRONICA ED INFORMATICA PROF. ALVISE MASCHIO “Fisica II” è prerequisito: bisogna conoscerne gli argomenti più strettamente collegati al programma di Elettrotecnica. Il testo di supporto per la preparazione dell’esame è: M. Guarnieri, G. Malesani: “Elementi di Elettrotecnica - Reti elettriche”, Edizioni Progetto, 2001. Per ogni argomento sono indicati i corrispondenti riferimenti nel testo; gli argomenti svolti nei paragrafi scritti con caratteri più piccoli (precisazioni, esempi, applicazioni, note a piè di pagina) non sono richiesti, fatte salve le eccezioni precisate nel seguito. ARGOMENTI Introduzione alle reti elettriche Corrente elettrica, corrente di un tubo di flusso. Tensione elettrica, tensione di un tratto di tubo di flusso; riferimenti. Reti elettriche: regimi di funzionamento; modello quasi-stazionario e suoi limiti. Bipoli ed n-poli, loro proprietà (correnti e tensioni). Porta elettrica, m-bipoli, n-poli trattati come m-bipoli; potenza elettrica alla porta, convenzioni degli utilizzatori e dei generatori. Amperometro, voltmetro, wattmetro (ideali). Energetica degli m-bipoli. Tipologie di m-bipoli Bipoli di ordine zero: caratteristica esterna, tensione a vuoto e corrente di cortocircuito. Bipoli ideali di ordine zero: resistore ideale passivo e attivo, casi limite; generatore ideale di tensione e generatore ideale di corrente, casi limite; diodo ideale. Topologie elementari: serie di bipoli generici; serie R+R, R+E, E+E; parallelo di bipoli generici; parallelo R+R, R+J, J+J. Bipoli non ideali, componenti reali. Topologia Topologie di reti di bipoli: grafo di una rete di bipoli, grafo di una rete di nbipoli; caratteristiche dei grafi e sottografi notevoli: maglia, anello, taglio, nodo, albero, coalbero. Equazioni topologiche: LKC e LKT in varie forme; sistemi di maglie indipendenti, sistemi di anelli, sistemi di maglie fondamentali, potenziali ai nodi; sistemi di tagli indipendenti, sistemi di nodi, sistemi di taglio fondamentali, correnti cicliche di maglia e di anello. Teorema di Tellegen. Reti di bipoli in regime quasi-stazionario Principio di equivalenza elettrica. Principio di dualità nelle reti elettriche. Teoremi di non amplificazione delle tensioni e delle correnti. Teorema di sostituzione. A. Maschio - Programma di Elettrotecnica RIFERIMENTI Capitolo 1 tutto Capitolo 2 tutto Capitolo 3 tutto, con le seguenti eccezioni: § 3.1 solo i concetti principali § 3.4 e § 3.6 sono ripresi più avanti Capitolo 4 tutto, con le seguenti eccezioni: § 4.4 è ripreso più avanti § 4.5.1 e § 4.6.1 solo i concetti principali § 4.9 Capitolo 3 e 4 § 3.4, 3.6, 4.4 Capitolo 5 tutto, con la seguente eccezione: § 5.3 Reti di resistori Serie e parallelo; partitori; resistenza equivalente; cenno a poligoni e stelle. Bipoli normali Rappresentazioni come GNT e GNC, equivalenze, casi limite. Serie e parallelo di bipoli normali; formule di Millmann elementari. Modello elettrico-energetico dei generatori elettrici e funzionamento a carico, potenze, rendimento. Teorema del massimo trasferimento. Analisi delle reti normali Soluzioni nelle correnti, metodo delle correnti cicliche di maglia, metodo delle correnti cicliche di anello; soluzioni nelle tensioni, metodo dei potenziali ai nodi; metodi modificati delle correnti cicliche e dei potenziali ai nodi per reti con lati anomali. Teoremi delle reti normali Teorema (metodo) di sovrapposizione degli effetti, funzioni di trasferimento (definizioni); teorema di reciprocità (solo enunciato). Teoremi dei generatori equivalenti, teorema di Thévenin, teorema di Norton. Doppi bipoli di ordine zero Generalità. Doppi bipoli ideali inerti: 6 rappresentazioni, relazioni tra le rappresentazioni; reciprocità, simmetria, passività. Tipi di doppi bipoli di ordine zero: resistivo, trasformatore ideale, giratore ideale, generatori pilotati. Bipoli di ordine uno Grandezze elettriche di supporto: integrale di corrente e integrale di tensione. Bipolo condensatore ideale: definizioni, equazione caratteristica, energia. Bipolo induttore ideale: definizioni, equazione caratteristica, energia. Introduzione al regime sinusoidale Grandezze sinusoidali e loro parametri. Fasori, operazioni sulle sinusoidi e sui fasori. Diagramma fasoriale ed operazioni in forma grafica. A. Maschio - Programma di Elettrotecnica Capitolo 6 tutto, con la seguente eccezione: § 6.4 solo cenni Capitolo 7 tutto, con le seguenti eccezioni: § 7.1-I solo i concetti principali § 7.2.2 III § 7.2.3 e 7.2.4 Capitolo 8 tutto, con le seguenti eccezioni: § 8.2 e 8.3 (per questi due paragrafi vedi appunti distribuiti in aula), 8.5.3, 8.6, 8.7 Capitolo 9 tutto, con le seguenti eccezioni: § 9.3 senza dimostrazione § 9.5 Capitolo 10 tutto, con le seguenti eccezioni: § 10.1, 10.2.2 solo i concetti principali, 10.2.4 non la dimostrazione § 10.3.1 I), 10.3.5, 10.4, 10.5, 10.6 Capitolo 11 § 11.1, 11.2, 11.3 soltanto, il resto escluso Capitolo 12 tutto, con le seguenti eccezioni: § 12.1.1 solo quanto pertinente § 12.1.3-I § 12.1.3-III solo quanto pertinente § 12.1.5 § 12.2.1 solo quanto pertinente § 12.2.3-I § 12.2.3-III solo quanto pertinente § 12.2.5 Capitolo 14 tutto, con le seguenti eccezioni: § 14.2-III, 14.3.1 solo i concetti principali Bipoli in regime sinusoidale Potenza elettrica istantanea, attiva, reattiva, apparente e fattore di potenza. Potenza complessa; passività in regime sinusoidale. Strumenti di misura in regime sinusoidale. Bipoli ideali elementari in regime sinusoidale: generatori, resistore , induttore e condensatore; impedenza, ammettenza e loro relazioni. LKT e LKC simboliche; analogie tra rete simbolica e rete stazionaria lineare; Serie e parallelo di impedenze partitori di tensione e di corrente simbolici; Sintesi serie e parallelo di bipoli passivi Serie RLC risposta in frequenza e risonanza; parallelo RLC risposta in frequenza e risonanza. Componenti passivi reali effetti parassiti e modelli a diverse frequenze, risonanze interne. Reti in regime sinusoidale Rete simbolica: normalità in campo complesso; metodi di analisi e teoremi(richiami) Teoremi di non amplificazione, di Tellegen, di Boucherot e del massimo trasferimento di potenza. Cenno alle reti di distribuzione dell’energia elettrica, rifasamento del carico. Doppi bipoli di ordine uno Doppio bipolo induttivo ideale: relazioni correnti - integrali di tensione; matrici di induttanza; energia e vincoli sulle L e M; equazioni differenziali tra tensioni e correnti. Doppi bipoli induttivi reali, effetti dissipativi; trasformatori di potenza, schemi equivalenti simbolici semplificati, impedenza a vuoto e in cortocircuito. Reti trifase Terne di tensione: tensioni concatenate e tensioni stellate, generatori di tensione trifase, utenze trifase. Terne di corrente: correnti di linea e correnti di fase. Potenze nei sistemi trifase con e senza neutro. Misure di potenza, inserzione Aron. Vantaggi dei sistemi trifase, campo magnetico rotante Reti in regime aperiodico Analisi in regime variabile aperiodico: equazioni di rete, equazioni differenziali ingresso uscita, integrali particolare e dell’omogenea; risposta da stato zero e risposta da ingresso nullo. Integrale particolare con ingresso costante e con ingresso sinusoidale; frequenza generalizzata. Circuito RC: carica e scarica di un condensatore. Circuito GL: carica e scarica di un induttore Circuito RC ed GL: transitorio in regime sinusoidale Circuito CL, RCL serie, GCL parallelo, analisi delle radici dell'omogenea. A. Maschio - Programma di Elettrotecnica Capitolo 15 tutto, con le seguenti eccezioni: § 15.2 solo i concetti principali § 15.6.4, 15.7.3 esclusi § 15.9 escluso tutto, tranne: § 15.9.1-II, IV, VII e § 15.9.3 Capitolo 16 tutto, con le seguenti eccezioni: § 16.3.1, 16.3.7, 16.3.5, 16.5 Capitolo 13 solamente § 13.1.1 I) e II), 13.1.3 (III senza dimostrazione, V no), 13.1.4 (solo definizioni iniziali), 13.1.9. Capitolo 17 tutto, con le seguenti eccezioni: § 17.6.2 I) II) e III), 17.7.5 Capitolo 12 § 12.1.4 I) e II), 12.2.4 I) e II) sono richiesti Capitolo 22 tutto, con le seguenti eccezioni: § 22.2 solo i concetti principali § 22.3 § 22.4.1 solo quanto pertinente § 22.4.2. 22.4.3, 22.6, 22.7 Integrazione con appunti dalle lezioni