Indice
Prefazione alla seconda edizione
italiana
Prefazione all’edizione americana
1.1
1.2
1.3
Capitolo 1
Introduzione all’ingegneria elettrica
L’ingegneria elettrica
Unità di misura
Ausili didattici del testo
XI
XII
1
2
3
4
PARTE 1 CIRCUITI
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
Capitolo 2
Fondamenti di circuiti elettrici
Definizioni
Sorgenti ideali di tensione
Sorgenti ideali di corrente
Sorgenti dipendenti (o controllate)
Bipolo
Nodo
Maglia
Anello
Analisi delle reti
Carica, corrente e la legge di Kirchhoff
delle correnti
La tensione e la legge di Kirchhoff
per le tensioni
Terra
La potenza elettrica e le convenzioni
di segno
Elementi circuitali e loro caratteristiche i-v
La resistenza e la legge di Ohm
Circuiti aperti e corto-circuiti
Resistori in serie e regola di partizione
della tensione
Resistori in parallelo e regola di partizione
delle correnti
Sorgenti reali di tensione e di corrente
Dispositivi di misura
L’ohmmetro
L’amperometro
Il voltmetro
Conclusione
Problemi
9
10
10
11
11
12
12
13
13
13
13
18
20
22
25
27
30
31
33
41
42
42
42
43
44
45
Capitolo 3
Analisi delle reti resistive
55
3.1 L’analisi delle reti
56
3.2 Il metodo dei potenziali ai nodi
57
Analisi nodale in presenza di sorgenti
di tensione
63
3.3 Il metodo delle correnti agli anelli
65
Analisi agli anelli in presenza di sorgenti
di corrente
69
3.4 Analisi ai nodi e agli anelli
con sorgenti controllate
71
Osservazioni sui metodi dei potenziali
ai nodi e delle correnti agli anelli
75
3.5 Il principio di sovrapposizione
75
3.6 Reti a singola porta e circuiti equivalenti
78
Principio di sostituzione
79
Circuiti equivalenti di Thévenin e di Norton 80
Determinazione della resistenza equivalente
di Thévenin o di Norton
80
Il calcolo della tensione di Thévenin
84
Il calcolo della corrente di Norton
87
Trasformazioni delle sorgenti
89
Determinazione sperimentale degli
equivalenti di Thévenin e di Norton
91
3.7 Il massimo trasferimento di potenza
93
3.8 Trasformazione triangolo-stella e
stella-triangolo
96
3.9 Teorema di Millman
98
3.10 Elementi circuitali nonlineari
98
Descrizione degli elementi nonlineari
99
Analisi grafica (linea di carico)
dei circuiti nonlineari
99
Conclusione
102
Problemi
103
4.1
Capitolo 4
Analisi delle reti
in corrente alternata (AC)
Elementi circuitali per l’accumulo
dell’energia (o dinamici)
Il condensatore ideale
Accumulo di energia nei condensatori
L’induttore ideale
111
112
112
118
120
VIII
Indice
4.2 Induttori accoppiati
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
Accumulo di energia negli induttori
Sorgenti di segnale dipendenti dal tempo
Perché le sinusoidi?
Valore medio e valore efficace (rms)
Soluzione di circuiti contenenti elementi
per l’accumulo di energia
(circuiti dinamici)
Risposta forzata di circuiti eccitati da
sorgenti sinusoidali
Soluzione fasoriale di circuiti
con eccitazione sinusoidale
L’identità di Eulero
Fasori
Sovrapposizione di segnali AC
Impedenza
Il resistore
L’induttore
Induttori accoppiati
Il condensatore
Ammettenza
Metodi di analisi dei circuiti AC
Circuiti equivalenti AC
Risonanza
Conclusione
Problemi
Capitolo 5
Analisi dei transitori
Analisi dei transitori
Scrittura delle equazioni differenziali
per circuiti contenenti induttori
e condensatori
Soluzione stazionaria in corrente
continua (DC) di circuiti che contengono
induttori e condensatori:
le condizioni iniziali e finali
Soluzione dello Stato Stazionario DC
Continuità della corrente negli induttori e
della tensione sui condensatori e
condizioni iniziali
Transitorio nei circuiti del primo ordine
Elementi del transitorio
Soluzione generale dei circuiti del
primo ordine
Risposta naturale
Risposta forzata
Risposta completa
Accumulo di energia nei condensatori e
negli induttori
Transitorio nei circuiti del secondo ordine
Derivazione delle equazioni differenziali
per i circuiti del secondo ordine
Soluzione dei circuiti del secondo ordine
Elementi del transitorio
Risposta naturale di un sistema del
secondo ordine
1. Soluzione sovra-smorzata
125
127
128
130
130
2. Soluzione criticamente smorzata
3. Soluzione sotto-smorzata
Risposta forzata
Risposta completa
Conclusione
Problemi
133
Capitolo 6
Risposta in frequenza e concetti
di sistema
Risposta in frequenza sinusoidale
Analisi di Fourier
Calcolo dei coefficienti della
serie di Fourier
Risposta di un sistema lineare a un
ingresso periodico
Filtri
Filtri passa-basso
Filtri passa-alto
Filtri passa-banda, Risonanza e
Fattore di Qualità
Risonanza e ampiezza di banda
Conclusione
Problemi
134
135
135
136
138
140
140
140
141
142
147
149
152
158
161
162
169
170
171
6.1
6.2
6.3
7.1
7.2
7.3
175
175
7.4
179
180
181
181
182
183
183
186
198
225
226
230
231
236
238
239
244
247
248
257
258
265
266
266
268
272
272
278
288
289
290
295
300
302
307
309
311
313
317
321
322
PARTE 2 ELETTROMECCANICA
198
200
201
8.1
202
204
Capitolo 7
Potenza in corrente alternata (AC)
e circuiti trifase
Potenza nei circuiti AC
Potenza istantanea e potenza media
Notazione della potenza in AC
Fattore di potenza
Potenza complessa
Rifasamento
Trasformatori
Il trasformatore ideale
Riporto dell’impedenza e trasferimento
di potenza
Circuiti trifase
Circuiti trifase simmetrici ed equilibrati
Collegamento stella-triangolo
Misura della potenza attiva e reattiva
nei sistemi equilibrati
Rifasamento di un carico trifase
Circuiti trifase simmetrici e squilibrati
Circuiti squilibrati a tre fili
Misura della potenza attiva e reattiva
nei sistemi squilibrati
Conclusioni
Problemi
204
205
205
206
218
218
Capitolo 8
Principi di elettromeccanica
Elettricità e magnetismo
Il campo magnetico e la legge di Faraday
Autoinduttanza e mutua induttanza
333
334
334
337
Indice
8.2
8.3
8.4
8.5
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
9.6
9.7
9.8
La legge di Ampère
Circuiti magnetici
Materiali magnetici e curve B-H
Trasformatori
Conversione dell’energia elettromeccanica
Forze nelle strutture magnetiche
Trasduttori a ferro mobile
Nozioni concrete sui solenoidi
Trasduttori a bobina mobile
– Funzionamento come motore
– Funzionamento come generatore
Conclusioni
Problemi
Capitolo 9
Introduzione alle
macchine elettriche
Macchine elettriche rotanti
Classificazione di base delle
macchine elettriche
Prestazioni delle macchine elettriche
Funzionamento di base di tutte le
macchine rotanti
I poli magnetici nelle macchine elettriche
Macchine a corrente continua (DC)
Struttura fisica delle macchine DC
Configurazione delle macchine DC
Modelli di macchine DC
Generatori di corrente continua
Motori a corrente continua
Caratteristica velocità-coppia e
caratteristica dinamica dei motori DC
– Il motore shunt (in derivazione)
– Motori a collegamento composto
– Motore in serie
– Motori DC a magnete permanente
Controllori DC e controllo della velocità
nei motori DC
Macchine AC
Campi magnetici rotanti
L’alternatore (generatore sincrono)
Il motore sincrono
Il motore a induzione
Prestazioni dei motori a induzione
Velocità del motore AC e controllo
della coppia
Controllo del numero di poli
– Controllo dello scorrimento
– Controllo del rotore
– Regolazione della frequenza
– Controllori (drives) a frequenza
regolabile
Conclusioni
Problemi
Capitolo 10
Macchine elettriche speciali
10.1 Motori DC senza spazzole
341
343
355
357
360
360
361
367
369
370
371
377
377
385
386
386
388
394
395
396
397
398
399
401
405
406
406
407
408
408
415
416
416
418
420
423
429
431
431
431
431
431
432
432
433
441
442
10.2 Motori passo-passo
10.3 Motori a commutazione di riluttanza
Principi di funzionamento della
macchina SR
10.4 Motori AC monofase
Motori a potenza frazionale
Il motore universale
Motori a induzione monofase
Classificazione dei motori a
induzione monofase
– Motori con avvolgimento ausiliario di
avviamento
– Motori a condensatore
– Motori a polo schermato
10.5 Selezione e uso di un motore
Calcoli delle prestazioni di un motore
– Calcoli dell’inerzia di carico riflessa
– Definizioni di coppia
– Calcolo dell’accelerazione
– Calcolo dell’efficienza
– Calcoli termici
Selezione del motore
– Esigenze del motore
– Dimensionamento del motore
Definizione delle esigenze di potenza
Scelta della trasmissione
Conclusione
Problemi
11.1
11.2
11.3
11.4
11.5
11.6
11.7
Capitolo 11
Sicurezza elettrica
Classificazione dei sistemi elettrici in base
alla tensione di esercizio
Classificazione delle reti di distribuzione
in BT: TT, TN, IT
Sistema TT
Sistema TN
Sistema IT
Origine di sovratensioni e
criteri di protezione
Origine di sovracorrenti e
criteri di protezione
Sovraccarico
Corto circuito
Protezioni da sovracorrenti
Resistenza elettrica dell’uomo, pericolosità
della corrente elettrica e della
tensione elettrica
Pericolosità della corrente elettrica
Resistenza elettrica dell’uomo e
resistenza convenzionale
Pericolosità della tensione elettrica
Protezione dai contatti diretti
Protezione totale
Protezione parziale
Protezione tramite interruttore
differenziale
Protezione dai contatti indiretti
IX
448
455
456
458
458
459
461
466
466
467
469
471
471
471
472
473
473
473
474
475
475
475
475
475
476
481
482
484
485
485
486
486
488
488
488
489
490
490
491
492
493
494
495
495
496
X Indice
Protezione senza interruzione
automatica dell’alimentazione
Impianto di terra
Protezione con interruzione
automatica dell’alimentazione
Appendice A
Algebra lineare e numeri complessi
A.1 Soluzione di sistemi di equazioni lineari,
regola di Cramer, equazioni matriciali
A.2 Introduzione all’algebra complessa
L’identità di Eulero
497
497
498
Appendice B
La trasformata di Laplace
B.1 La frequenza complessa
e la trasformata di Laplace
Frequenza complessa
La trasformata di Laplace
Funzioni di trasferimento, poli e zeri
507
507
507
510
513
501
501
503
505
Appendice C
Risposte a problemi scelti
517
Indice analitico
523
