Libri di testo adottati: Macchine Elettriche, HOEPLI di

Libri di testo adottati: Macchine Elettriche, HOEPLI di Gaetano Conte;
Laboratorio di Macchine Elettriche, HOEPLI di Gaetano Conte;
Manuale di Elettrotecnica e Automazione,
Hoepli;
Ortolani-Venturi,
Dispense: Problemi di Macchine Elettriche di Pasquale Ingrosso.
Obiettivi generali.
L’insegnamento di Elettrotecnica, formativo del profilo professionale e propedeutico, deve
fornire agli allievi essenziali strumenti di interpretazione e valutazione dei fenomeni
elettrici, elettromagnetici ed elettromeccanici e buona capacità di analisi di circuiti,
apparecchi e macchine.
Per la classe quinta al termine del corso l’allievo deve:
• conoscere i principi di funzionamento e le principali caratteristiche delle macchine
elettriche;
• conoscere i principi di funzionamento e le principali caratteristiche del trasformatore ed
autotrasformatore anche in relazione al loro impiego;
• conoscere i principi di funzionamento e le principali caratteristiche della macchina
asincrona anche in relazione al loro impiego;
• conoscere i principi di funzionamento e le principali caratteristiche della macchina
sincrona anche in relazione al loro impiego;
• conoscere la struttura, il principio e le caratteristiche di funzionamento delle macchine a
corrente continua;
• saper costruire il circuito equivalente delle macchine elettriche;
• saper descrivere il comportamento delle macchine elettriche;
• saper ricavare i parametri fondamentali delle macchine elettriche;
•
saper analizzare le caratteristiche funzionali delle macchine elettriche;
• saper risolvere e saper analizzare reti elettriche contenti delle macchine elettriche
• conoscere le principali prove da effettuare sulle macchine elettriche;
• saper effettuare il collaudo di macchine elettriche;
• saper redigere relazioni tecniche relative alle prove eseguite.
Scheda di progettazione generale
UFC
UNITÀ DIDATTICHE
1. Macchine elettriche statiche
1.
2.
3.
4.
5.
Generalità sulle macchine elettriche
i trasformatori monofasi;
i trasformatori trifasi;
autotrasformatori;
misure elettriche e laboratorio.
2. Le macchine asincrone.
1.
2.
3.
4.
Motore asincrono trifase;
caratteristica meccanica e reversibilità della macchina asincrona;
motori asincroni speciali;
misure elettriche e laboratorio.
3. Le macchine sincrone.
1. Generatore sincrono trifase;
2. motore sincrono trifase;
4. Macchine elettriche rotanti in corrente 1. Motore in corrente continua;
continua.
2. caratteristica meccanica e rversibilità della macchina in corrente
continua;
3. generatore in corrente continua.
5. Azionamenti elettrici.
Area di progetto
1.
2.
3.
4.
5.
Introduzione agli azionamenti elettrici industriali;
azionamento a velocità non regolata del motore asincrono trifase;
azionamento a velocità regolata del motore asincrono trifase;
azionamento del motore sincrono trifase;
azionamento del motore in corrente continua.
Stazione meteorologica remota alimentata da impianto fotovoltaico
stand-alone
UFC 1: Macchine elettriche statiche
Generalità sulle macchine elettriche
Classificazione delle macchine elettromagnetiche.
Perdite e rendimento.
Normative e certificazione.
Collaudo delle macchine elettriche.
I trasformatori monofasi
Particolarità costruttive dei trasformatori industriali.
Principio di funzionamento.
Trasformatore ideale a vuoto e a carico.
Trasformatore reale a vuoto e a carico.
Variazione di tensione da vuoto a carico
Funzionamento in cortocircuito.
La prova a vuoto.
La prova di cortocircuito.
Bilancio delle potenze e rendimento.
Dati di targa.
I trasformatori trifasi
Necessità pratica delle trasformazioni delle correnti alternate.
Particolarità costruttive dei trasformatori industriali, forme tipiche dei nuclei.
Connessioni interne degli avvolgimenti.
Principio di funzionamento del trasformatore trifase.
Funzionamento a vuoto, a carico e in cortocircuito.
Circuiti equivalenti primario e secondario.
Prove a vuoto e in cortocircuito.
Variazione di tensione da vuoto a carico
Bilancio delle potenze, rendimento.
Dati di targa.
Funzionamento in parallelo dei trasformatori.
Autotrasformatori
Particolarità costruttive degli autotrasformatori industriali monofasi e trifasi.
Autotrasformatore reale a vuoto e a carico.
Potenze apparenti passante e di dimensionamento
Variazione di tensione da vuoto a carico
Funzionamento in cortocircuito.
La prova a vuoto.
La prova di cortocircuito.
Bilancio delle potenze e rendimento.
Dati di targa.
Misure elettriche e laboratorio
• Misura della resistenza degli avvolgimenti di un trasformatore e riporto alla temperatura
convenzionale.
• Prova a vuoto a tensione variabile di un trasformatore.
• Prova di cortocircuito a corrente variabile di un trasformatore.
• Separazione delle perdite nel rame, calcolo dei parametri del circuito equivalente e riporto alla
temperatura convenzionale di riferimento di un trasformatore.
Conoscenze (sapere)
• Conoscere le principali definizioni e classificazioni relative alle macchine elettriche
• Conoscere le potenze caratteristiche e il bilancio energetico di una macchina elettrica
• Conoscere le principali particolarità costruttive del trasformatore monofase e trifase;
• Conoscere il principio di funzionamento e le principali caratteristiche dei trasformatori monofase
e trifase anche in relazione ai loro impieghi;
• Conoscere gli schemi equivalenti, nelle diverse condizioni di funzionamento, del trasformatore
monofase e trifase;
• Conoscere i dati di targa di un trasformatore monofase e trifase e il loro significato;
• conoscere le principali prove da effettuare sui trasformatori monofase e trifase.
• Conoscere le potenze caratteristiche e il bilancio energetico del trasformatore monofase e trifase.
• Conoscere il funzionamento in parallelo dei trasformatori monofase e trifase
Competenze (saper fare)
• stimare l’entità delle perdite di potenza e del rendimento di una macchina elettrica.
• saper descrivere il principio di funzionamento dei trasformatori e degli autotrasformatori.
• saper indicare i campi di impiego dei trasformatori e degli autotrasformatori.
• saper analizzare il comportamento di un trasformatore e di un autotrasformatore a vuoto, a carico
e in corto circuito;
• saper costruire il circuito equivalente del trasformatore e dell’autotrasformatore, associandolo alle
varie condizioni di carico.
• saper tracciare i diagrammi vettoriali del trasformatore, associandoli alle varie condizioni di
carico.
• saper ricavare, per il trasformatore e per l’autotrasformatore i parametri fondamentali dalla prova
a vuoto e da quella in cortocircuito.
• saper calcolare le potenze perse e il rendimento del trasformatore e dell’autotrasformatore.
• saper analizzare la caduta di tensione industriale del trasformatore e dell’autotrasformatore al
variare del carico;
• Saper risolvere reti elettriche funzionanti in corrente alternata, contenenti un trasformatore o più
trasformatori in parallelo;
• saper effettuare le principali prove sul trasformatore;
• saper valutare i risultati di una misura e gli errori commessi.
• saper redigere relazioni tecniche relative alle prove eseguite.
• saper collaudare un trasformatore monofase e trifase
UFC 2 Le macchine asincrone.
Motore asincrono trifase
Campo magnetico pulsante
Campo magnetico rotante bifase.
Campo magnetico rotante trifase.
Struttura dei motori asincroni trifasi.
Costruzione dello statore e avvolgimenti statorici.
Costruzione del rotore e avvolgimenti rotorici.
Conformazione del campo rotante.
Principio di funzionamento del motore asincrono trifase.
F.e.m. indotte dal campo rotante negli avvolgimenti di statore e rotore, scorrimento.
Reazione rotorica.
Circuito equivalente del motore asincrono.
Potenze, perdite, rendimento.
Dati di targa.
Caratteristica meccanica e reversibilità della macchina asincrona trifase
Espressione della coppia.
Caratteristica meccanica del motore asincrono.
Caratteristica meccanica completa della macchina asincrona
Macchina funzionante come generatore e come freno.
Motori asincroni speciali
Motore asincrono bifase.
Motore asincrono monofase.
Misure elettriche e laboratorio
• Misura della resistenza di fase degli avvolgimenti statorici, di un motore asincrono trifase a
gabbia di scoiattolo e riporto alla temperatura convenzionale.
• Prova a vuoto con tensione variabile del motore asincrono trifase.
• Prova in cortocircuito con corrente variabile del motore asincrono trifase.
• Calcolo dei parametri del circuito equivalente e riporto alla temperatura convenzionale di
riferimento di un motore asincrono trifase.
Conoscenze (sapere)
• Conoscere le principali particolarità costruttive delle macchine asincrone
• Conoscere il principio di funzionamento e le principali caratteristiche dei motori asincroni trifase
anche in relazione al loro impiego;
• Conoscere il circuito equivalente delle macchine asincrone,principalmente nel funzionamento da
motore
• Conoscere i dati di targa di un motore asincrono trifase e il loro significato;
• conoscere le principali prove da effettuare sui motori asincroni trifase.
• Conoscere le potenze caratteristiche e il bilancio energetico del asincrono trifase.
• Conoscere i principali aspetti relativi all’avviamento e alla variazione di velocità del motore
asincrono trifase, anche in relazione alle caratteristiche del carico meccanico
• Conoscere il principio di funzionamento e le principali caratteristiche dei motori asincroni
monofase anche in relazione al loro impiego;
• Conoscere il funzionamento della macchina asincrona nei quattro quadranti
• Conoscere la struttura fondamentale di un azionamento elettrico, anche in relazione al tipo di
controllo impiegato;
• Conoscere le caratteristiche e gli schemi fondamentali dei vari azionamenti elettrici a velocità
regolata e non regolata del motore asincrono trifase;
• Conoscere le applicazioni tipiche degli azionamenti dei motori elettrici
Competenze (saper fare)
• Saper esporre il principio di funzionamento della macchina asincrona.
• Saper discutere pregi e difetti dei motori asincroni.
• Saper spiegare qualitativamente e quantitativamente da quali grandezze dipende la velocità di
rotazione della macchina asincrona.
• Saper indicare i campi di impiego dei motori asincroni.
• Saper analizzare il comportamento di un motore asincrono trifase a vuoto, a carico e a rotore
bloccato;
• saper determinare le caratteristiche di funzionamento del motore asincrono trifase, in base alle
condizioni di alimentazione e di carico
• saper calcolare i parametri del circuito equivalente di un motore asincrono trifase
• Saper calcolare le potenze perse e il rendimento del motore asincrono trifase.
• saper interpretare la caratteristica meccanica di un motore asincrono trifase
• Saper risolvere reti elettriche funzionanti in corrente alternata, contenenti un motore asincrono
trifase;
• saper effettuare le principali prove sul motore asincrono trifase;
• saper valutare i risultati di una misura e gli errori commessi.
• saper redigere relazioni tecniche relative alle prove eseguite.
• saper collaudare un motore asincrono trifase
UFC 3 Le macchine sincrone
Generatore sincrono trifase
Generalità e principio di funzionamento degli alternatori.
Struttura degli alternatori.
Particolarità costruttive.
Eccitazione del circuito induttore mediante dinamo con eccitazione in derivazione coassiale con
l’albero dell’alternatore.
F.e.m. generata da un alternatore. Relazione fra velocità e frequenza.
Funzionamento a vuoto e a carico.
Diagramma vettoriale e circuito equivalente secondo Behn-Eschemburg per un alternatore trifase
lineare ed isotropo.
Caratteristiche esterne.
Potenza, perdite e rendimento.
Espressione della coppia resistente.
Accoppiamento in parallelo degli alternatori con una rete prevalente.
Ripartizione del carico attivo e reattivo nel parallelo degli alternatori.
Dati di targa.
Motore sincrono trifase
Generalità e principio di funzionamento del motore sincrono.
Circuito equivalente secondo Behn-Eschemburg per un motore sincrono trifase.
Caratteristica meccanica del motore sincrono.
Espressione della coppia T e della potenza P in funzione dell’angolo di coppia δ.
Caratteristica completa T=T(δ) e P=P(δ) per una macchina sincrona: funzionamento da generatore
e da motore.
Conoscenze (sapere)
• Conoscere le principali particolarità costruttive delle macchine sincrone
• Conoscere il principio di funzionamento e le principali caratteristiche degli alternatori trifase
anche in relazione al loro impiego;
• Conoscere i fenomeni meccanici ed elettromagnetici correlati al funzionamento sotto carico
dell’alternatore.
• Conoscere il circuito equivalente dell’alternatore trifase;
• Conoscere i dati di targa di un alternatore trifase e il loro significato;
• conoscere le principali prove da effettuare sugi alternatori trifase.
• Conoscere le potenze caratteristiche e il bilancio energetico dell’alternatore trifase;
• Conoscere accoppiamento in parallelo degli alternatori;
• Conoscere il principio di funzionamento e le principali caratteristiche dei motori sincroni anche in
relazione al loro impiego;
• Conoscere la caratteristica meccanica completa della macchina sincrona trifase.
• Saper descrivere il principio di funzionamento di un alternatore
• Saper analizzare il comportamento di un alternatore trifase a vuoto e a carico e in corto circuito;
• saper determinare le caratteristiche di funzionamento dell’alternatore trifase, in base alle
condizioni di alimentazione,di carico e di eccitazione;
• saper calcolare i parametri del circuito equivalente di un alternatore trifase
• saper calcolare rendimenti e cadute di tensione nel funzionamento degli alternatori.
• saper interpretare la caratteristica meccanica di una macchina sincrona
• Saper risolvere reti elettriche funzionanti in corrente alternata, contenenti motori sincroni.
• Saper risolvere reti elettriche funzionanti in corrente alternata, contenenti un alternatore trifase o
più alternatori in parallelo.
• Saper descrivere il principio di funzionamento di un alternatore
• Saper indicare i campi di impiego delle macchine sincrone.
Competenze (saper fare)
• Saper descrivere il principio di funzionamento di un alternatore
• Saper analizzare il comportamento di un alternatore trifase a vuoto e a carico e in corto circuito;
• saper determinare le caratteristiche di funzionamento dell’alternatore trifase, in base alle
condizioni di alimentazione,di carico e di eccitazione;
• saper calcolare i parametri del circuito equivalente di un alternatore trifase
• saper calcolare rendimenti e cadute di tensione nel funzionamento degli alternatori.
• saper interpretare la caratteristica meccanica di una macchina sincrona
• Saper risolvere reti elettriche funzionanti in corrente alternata, contenenti motori sincroni.
• Saper risolvere reti elettriche funzionanti in corrente alternata, contenenti un alternatore trifase o
più alternatori in parallelo.
• Saper descrivere il principio di funzionamento di un alternatore
• Saper indicare i campi di impiego delle macchine sincrone.
UFC 4 Macchine elettriche in corrente continua.
Motore in corrente continua.
Particolarità costruttive.
Principio di funzionamento dei motori in corrente continua.
Reazione di indotto. Commutazione
Vari tipi di eccitazione.
Circuito equivalente ed equazioni interne per motori in corrente continua
Potenze, perdite e rendimento.
Dati di targa.
Caratteristica meccanica e reversibilità della macchina in corrente continua.
Caratteristica meccanica per motori.
Reversibilità dei motori in corrente continua.
Caratteristica meccanica completa per una macchina in corrente continua: funzionamento da
freno, da generatore, da motore.
Generatore in corrente continua
Particolarità costruttive.
Principio di funzionamento di una dinamo.
Vari tipi di eccitazione.
Circuiti equivalenti
Potenze, perdite e rendimento.
Dati di targa.
Conoscenze (sapere)
• Conoscere le principali particolarità costruttive delle macchine in corrente continua
• Conoscere il principio di funzionamento e le principali caratteristiche delle macchine in corrente
continua, principalmente nel funzionamento da motore;
• Conoscere i fenomeni tipici della macchina in corrente continua.
• Conoscere il circuito equivalente della macchina in corrente continua per le principali
configurazioni di eccitazione;
• Conoscere i dati di targa di una macchina in corrente continua e il loro significato;
• Conoscere le potenze caratteristiche e il bilancio energetico della macchina in corrente continua;
• Conoscere la caratteristica meccanica completa della macchina in corrente continua
Competenze (saper fare)
• Saper descrivere il principio di funzionamento di una macchina in corrente continua.
• saper determinare le caratteristiche di funzionamento della macchina in corrente continua, in
base alle condizioni di alimentazione,di carico e di eccitazione;
• saper calcolare i parametri del circuito equivalente di una macchina in corrente continua;
• saper effettuare il bilancio energetico nelle diverse condizioni di funzionamento e calcolarne il
rendimento.
• saper interpretare la caratteristica meccanica di una macchina in corrente continua;
• Saper risolvere reti elettriche funzionanti in corrente continua, contenenti una macchina in
corrente continua.
• Saper discutere pregi e difetti dei motori in corrente continua.
• Saper discutere pregi e difetti dei motori asincroni.
• Saper spiegare qualitativamente e quantitativamente da quali grandezze dipende la velocità di
rotazione della macchina in corrente continua.
• Saper indicare i campi di impiego dei motori in corrente continua
UFC 5 Azionamenti elettrici
Introduzione agli azionamenti elettrici industriali.
Generalità.
Azionamenti nei quattro quadranti.
Azionamenti a coppia costante, a potenza costante, a velocità costante, a potenza decrescente.
Azionamento a velocità non regolata del motore asincrono trifase.
Avviamento a inserzione diretta.
La doppia funzione del reostato di avviamento.
Avviamento a tensione ridotta con autotrasformatore.
Avviamento stella-triangolo.
Inversione di marcia.
Azionamento a velocità regolata del motore asincrono trifase.
Regolazione tramite reostato.
Regolazione tramite variazione delle coppie polari.
Variazione della velocità tramite il controllo dell’ampiezza della tensione di alimentazione.
Variazione della velocità tramite il controllo dell’ampiezza della frequenza di alimentazione
Variazione della velocità tramite il controllo della tensione e della frequenza con
Uf/f = costante.
Applicazioni tipiche degli azionamenti dei motori asincroni.
Azionamento del motore sincrono trifase.
Avviamento.
Regolazione di velocità.
Applicazioni tipiche degli azionamenti dei motori sincroni.
Azionamento del motore in corrente continua
Avviamento mediante reostato.
Avviamento mediante VARIAC.
Regolazione della velocità per motori in corrente continua ad eccitazione indipendente.
Applicazioni tipiche degli azionamenti dei motori in corrente continua.
Conoscenze (sapere)
• Conoscere la struttura fondamentale di un azionamento elettrico, anche in relazione al tipo di
controllo impiegato;
• Conoscere le caratteristiche e gli schemi fondamentali dei vari azionamenti elettrici a velocità
regolata e non regolata, in funzione del tipo di motore impiegato;
• Conoscere le applicazioni tipiche degli azionamenti dei motori elettrici
Competenze (saper fare)
• Avere cognizioni di base sugli azionamenti elettrici impieganti motori in corrente continua ad
eccitazione indipendente, motori asincroni e motori sincroni
• Comprendere le caratteristiche proprie e le differenze fra i sistemi di controllo a catena aperta e
quelli a catena chiusa.
• Saper descrivere la regolazione della velocità dei motori elettrici.
• Saper indicare i campi di impiego dei motori elettrici per azionamenti industriali
Capacità (saper essere) per tutte le UFC.
• Capacità di orientamento di fronte a problemi nuovi.
• Interpretare nella loro globalità le problematiche dell’area tecnologica.
• Capacità di comprendere documenti tecnici vari.
• Capacità di organizzare e combinare il contenuto pluiridisciplinare.
• Capacità di esprimere giudizi sia quantitativi sia qualitativi.
• Valutare le prestazioni delle macchine elettriche in funzione delle loro caratteristiche.
• Utilizzare gli strumenti matematici ed elettrotecnici posseduti per l’analisi dei sistemi
elettrici reali.