Elettrotecnica - dee @ poliba

Classe delle lauree in:
Corso di laurea in:
Anno accademico:
Ingegneria Industriale (L9)
Ingegneria Elettrica
2013 - 2014
Tipo di attività
Ambito disciplinare:
Settore scientifico
CFU:
formativa:
Ingegneria elettrica
disciplinare: Elettrotecnica
12
Caratterizzante
(ING-IND/31)
Titolo
Codice
Tipo di insegnamento:
Anno:
Semestre:
dell’insegnamento:
dell’insegnamento:
Obbligatorio
Secondo Primo
Elettrotecnica (CDP)
2010
DOCENTE:
Prof. Francesco Lattarulo (PO)
ARTICOLAZIONE IN TIPOLOGIE DIDATTICHE:
L’insegnamento comprende 72 ore di lezioni teoriche (9 CFU), 48 ore di esercitazioni numeriche (3 CFU)
PREREQUISITI:
Nozioni elementari di analisi matematica. Algebra dei numeri reali e dei numeri complessi. Trigonometria
piana. Funzioni sinusoidali. Calcolo matriciale. Equazioni differenziali ordinarie. Conoscenze di base del
campo elettrico, del campo di corrente e dell’induzione elettromagnetica.
OBIETTIVI FORMATIVI:
L’insegnamento ha l'obiettivo prevalente di dotare gli allievi dei primi strumenti metodologici necessari per
modellare i componenti di base ed effettuare l'analisi formalizzata dei circuiti elettrici e magnetici in regime
costante e sinusoidale, nonché in condizioni transitorie.
CONTENUTI:
Circuiti elettrici in regime costante
Fenomenologia della corrente elettrica e convenzioni associate. Conducibilità e conduzione nei metalli e nelle
terre. Resistenza elettrica, Leggi di Ohm e Joule. Non-linearità della legge di Ohm. Resistenza di terra.
Capacità e condensatore planare e cilindrico; cavo elettrico. Coefficienti di auto e mutua induzione.
Induttanza e induttore. Bipoli ideali: relazione di porta, potenza ed energia scambiate. Definizione e topologia
di un circuito elettrico. Leggi di Kirchhoff. Il teorema di Tellegen. Collegamento serie e parallelo di bipoli. Il
partitore di tensione e di corrente. La trasformazione triangolo stella. Il teorema di Thévenin e Norton, il
teorema di Millman. Ammissibilità del principio di sovrapposizione degli effetti. Multipoli e generatori pilotati.
La soluzione di un circuito: metodo di Kirchhoff e metodi riduttivi (correnti di maglia e delle tensioni nodali) [14
ore teoria+12 ore esercitazioni numeriche].
Circuiti elettrici in regime sinusoidale
L'effetto pelle in un coduttore percorso da corrente alternata . I bipoli dinamici ideali: il condensatore e
l'induttore lineari. Le relazioni costitutive degli elementi bipolari dinamici ideali e le loro relazioni di porta .
Induttori accoppiati e loro relazione di porta. Rappresentazione fasoriale delle variabili sinusoidali .
L'espressione fasoriale delle relazioni topologiche. Le relazioni fasoriali fra le variabili di porta degli elementi
ideali. Gli operatori complessi impedenza ed ammettenza di una rete bipolare passiva. Gli equivalenti di
Thévenin e Norton di reti bipolari attive. Multiporta in regime sinusoidale: auto e mutue impedenze
(ammettenze) alle porte. La potenza istantanea assorbita da una rete bipolare in regime sinusoidale. Potenza
media e potenza fluttuante. Fattore di potenza. Definizione di potenza attiva. Componenti in fase ed in
quadratura della corrente. Espressione della potenza fluttuante in funzione delle componenti in fase ed in
quadratura della corrente. Definizione di potenza reattiva. Le componenti attiva e reattiva della corrente.
Definizione di potenza complessa e di potenza apparente. L’energia assorbita da una rete bipolare in regime
sinusoidale. Il teorema di Boucherot. La risonanza. Il rifasamento. L'adattamento. Estensione del metodo
delle maglie e del metodo nodale al regime sinusoidale. Quadripoli: generalità, parametri d’impedenza, di
ammettenza, ibridi e di trasmissione [16 ore teoria+15 ore esercitazioni numeriche].
Preliminari sui circuiti magnetici
Richiami sulle proprietà magnetiche dei materiali ferromagnetici: curva di prima magnetizzazione;
permeabilità magnetica; cicli d'isteresi simmetrici e curva di magnetizzazione normale; saturazione; cicli di
isteresi; materiali dolci e duri; La costituzione di un circuito magnetico: ferro, traferro [4 ore teoria].
Circuiti magnetici in regime costante
Legge di Hopkinson. Riluttanza e permeanza. Caduta di tensione magnetica. Il bipolo magnetico. Circuiti con
magnete permanente. Le leggi di Kirchhoff per i circuiti magnetici. Forze agenti in un circuito magnetico.
L’induttanza di una bobina su circuito ferromagnetico [4 ore teoria+3 ore esercitazioni numeriche].
Circuiti magnetici in regime sinusoidale
Flusso prodotto in un toro ferromagnetico da bobina con corrente sinusoidale: la presenza di armoniche
nell’induzione; lo sfasamento dell’armonica fondamentale dell’induzione rispetto a quella del campo. Perdite
per isteresi e per correnti parassite: riluttanza e permeanza complessa. Perdite nel ferro, bead di ferrite,
lamierini [4 ore teoria+3 ore esercitazioni numeriche].
Circuiti trifase
Circuiti trifase simmetrici ed equilibrati: componenti fondamentali. Grandezze di fase, stellate, concatenate.
Potenza istantanea, attiva, reattiva, apparente, complessa. Misura della potenza attiva e reattiva. Circuiti
trifase simmetrici e squilibrati a tre e a quattro fili. Spostamento del centro stella. Invarianza della potenza
misurata. Circuiti dissimmetrici e squilibrati: l'impiego delle componenti simmetriche. Campo magnetico
rotante [14 ore teoria+8 ore esercitazioni numeriche].
Circuiti elettrici in regime periodico
Sviluppo in serie dell'eccitazione. Sovrapposizione degli effetti e soluzione del circuito. Potenza attiva,
reattiva e deformante [4 ore teoria].
Circuiti in condizioni dinamiche
Risposta allo stato di un circuito del primo e del secondo ordine: le frequenze naturali. Risposta di un circuito
del primo e del secondo ordine ad un ingresso a gradino, sinusoidale, ad impulso [12 ore teoria+7 ore
esercitazioni numeriche].
METODI DI INSEGNAMENTO:
Lezioni ed esercitazioni numeriche in aula supportate da PC portatile e proiettore; tutoraggio in forma di
assistenza individuale.
CONOSCENZE E ABILITÀ ATTESE:
Al termine del corso gli allievi sapranno: fare il modello elettrico a parametri concentrati di componenti e
semplici sistemi fisici; risolvere circuiti lineari in regime costante e sinusoidale, di tipo monofase e trifase;
analizzare semplici circuiti magnetici; effettuare bilanci energetici in regime stazionario e variabile.
SUPPORTI ALLA DIDATTICA:
PC portatile e proiettore; laboratorio di elettrotecnica; appunti in formato elettronico (.pdf) scritti dal docente.
CONTROLLO DELL’APPRENDIMENTO E MODALITÀ D’ESAME:
Esoneri scritti relativi a teoria ed applicazioni; esame suddiviso in due parti relative a teoria ed applicazioni
per coloro che non superano o non si sottopongono agli esoneri.
TESTI DI RIFERIMENTO PRINCIPALI:
1. R. Perfetti: “Circuiti elettrici” Ed. Zanichelli
2. R. Schifani: "Fondamenti di Elettrotecnica" Hoepli, 2013
3. S. Vergura: “Elettrotecnica” (esercizi svolti) EdiSES
4. C. K. Alexander, M. N. O. Sadiku : “Circuiti Elettrici” Ed. McGraw-Hill.
5. Dispense didattiche a cura di F: Lattarulo disponibili in formato elettronico (.pdf) su richiesta al docente.
ULTERIORI TESTI SUGGERITI:
5. M. D’Amore, Elettrotecnica Voll. I-II (consultazione)
6. G. Rizzoni: “Elettrotecnica – Principi e applicazioni” Ed. McGraw-Hill
ALTRE INFORMAZIONI
Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell'Informazione, Politecnico di Bari (http://dee.poliba.it)
Stanza docente 1° piano del Dipartimento, tel. 0805963257 (int 3257), e-mail: [email protected].
Degree class:
Industrial engineering
Type of course
Characterizing
Disciplinary area:
Electrical engineering
First level (three year) degree:
Electrical engineering
Scientific Discipline Sector:
Electrical engineering (INGIND/31)
Academic year:
2013 - 2014
ECTS Credits:
12
Title of the course:
Fundamentals of
Code:
Type of course:
Year:
Semester:
nd
st
electric and magnetic
2010
compulsory
2
1
circuits
LECTURER:
Prof. Francesco Lattarulo (Full Professor)
HOURS OF INSTRUCTION
72 hours of in-class lectures; 48 hours of numerical applications
PREREQUISITES:
Algebra; Plane trigonometry; Calculus; Matrix; Differential equations; Basic electromagnetism.
AIMS:
This course is aimed at supplying methodological tools for component modelling and electric and magnetic
circuit analysis under steady and unsteady (sinusoidal and transient) conditions.
CONTENTS:
DC regime; electric current, conductivity in metals and earths; resistance; Ohm and Joule laws; non-linearity;
earth resistance and grounding; independent and dependent sources; capacitor; cable; inductor; Lumpedparameter circuit: definition and topology; power and energy transfer; Kirchhoff laws; Tellegen theorem;
Series and parallel components; voltage and current dividers; Delta-Wye conversion; Thévenin, Norton and
Millman theorems; superposition method; nodal and mesh analysis. Sinusoidal steady-state analysis; self and
mutual inductances; magnetically coupled circuits; phasor and diagrams; power: instantaneous, average,
reactive, apparent; power factor; complex power; power factor; resonance. Magnetic materials, parameters
and circuits under steady and alternative regimes; magnetic forces. Three-phase systems; Y and Delta
connections; balanced and unbalanced three- and four-wire systems. The method of symmetrical
components. The rotating magnetic field. Classical transient analysis.
TEACHING METHODS:
In class lectures and numerical applications.
EXPECTED OUTCOME AND SKILL:
A successful student should model and resolve electric and magnetic circuitry and perform energy-balance
analysis under steady and unsteady regimes.
TEACHING AIDS:
1 portable PC, a projector, a textbook and supplementary notes; experimental laboratory.
EXAMINATION METHOD:
The exam is split into two parts: theory and applications.
BIBLIOGRAPHY:
1. R. Perfetti: “Circuiti elettrici” Ed. Zanichelli
2. R. Schifani: "Fondamenti di Elettrotecnica" Hoepli, 2013
3. S. Vergura: “Elettrotecnica” (esercizi svolti) EdiSES
4. C. K. Alexander, M. N. O. Sadiku : Circuiti Elettrici” Ed. McGraw-Hill
5. Notes by F. Lattarulo available in electronic format (.pdf)
FURTHER BIBLIOGRAPHY:
5. M. D’Amore, Elettrotecnica Voll. I-II;
6. G. Rizzoni: “Elettrotecnica – Principi e applicazioni” Ed. McGraw-Hill.
FURTHER INFORMATION:
Department of Electrical and Information Engineering, Politecnico di Bari (http://dee.poliba.it)
Lecturer room at 1st floor, phone 0805963257 (int. 3257), e-mail: [email protected].