Il corso fornisce i principi di base dell’Ingegneria Elettrica e dell’Elettromeccanica. Questi concetti vengono quindi applicati allo studio delle macchine elettriche (motori e generatori) fondamentali e speciali, e all’analisi degli impianti per la trasmissione e la distribuzione dell’energia elettrica. Viene inoltre presentata un’introduzione alle caratteristiche delle future reti elettriche intelligenti.
Principi di Ingegneria Elettrica: Richiami sui circuiti elettrici. Sistemi trifase. Principi di Elettromeccanica. Circuiti con accoppiamento magnetico.
Attuatori elettromeccanici: Macchine elettriche fondamentali. Macchine elettriche speciali.
Alimentazione elettrica degli impianti: Impianti elettrici. Reti elettriche intelligenti.
* Principi di Ingegneria Elettrica
Richiami sui circuiti elettrici: Analisi nel dominio dei fasori. Potenza in regime sinusoidale. Rifasamento. Massimo trasferimento di potenza.
Sistemi trifase: Circuiti trifase simmetrici con carico equilibrato: carico a stella; carico a triangolo; potenza istantanea assorbita. Circuiti trifase simmetrici e squilibrati: carico a stella; carico a triangolo; circuiti con neutro. Rifasamento di un carico trifase. Misure di potenza attiva e reattiva. Confronto tra sistemi monofase e trifase nella distribuzione dell’energia elettrica.
Principi di elettromeccanica: Leggi fondamentali dell’elettricità e del magnetismo. Circuiti magnetici. Proprietà dei materiali magnetici. Conversione dell’energia elettromeccanica. Forze nelle strutture magnetiche. Trasduttori a ferro mobile: elettromagneti; elettrovalvole; relè. Trasduttori a bobina mobile: motori; generatori; altoparlanti. Trasduttori reali.
Circuiti con accoppiamento magnetico: Trasformatore ideale. Autotrasformatore ideale. Induttori accoppiati. Trasformatore reale. Trasformatori di potenza: dati di targa; classificazione; tipologie costruttive. Applicazioni: distribuzione dell’energia elettrica; misura e isolamento elettrico; adattamento di impedenza; trasmissione dell’energia senza fili.
* Attuatori elettromeccanici
Macchine elettriche fondamentali: Classificazione delle macchine elettriche rotanti; parametri caratteristici e prestazioni; principio di funzionamento di base. Macchine a corrente continua: configurazione serie, in derivazione, a collegamento composto, a magnete permanente; modelli circuitali stazionari e dinamici; generatori di corrente continua; motori a corrente continua. Macchine a corrente alternata: campo magnetico rotante; generatori sincroni; motori sincroni; motori a induzione.
Macchine elettriche speciali: Motori in corrente continua senza spazzole (brushless). Motori passo-passo. Motori a commutazione di riluttanza. Motori monofase in alternata: il motore universale; motori monofase a induzione. Motori lineari. Motori piezoelettrici. Criteri per la scelta del motore.
* Alimentazione elettrica degli impianti
Distribuzione dell’energia elettrica: Struttura delle reti elettriche: cenni storici; il sistema elettrico italiano; caratteristiche dei carichi elettrici. Linee elettriche aeree: conduttori, isolatori, sostegni; costanti chilometriche della linea. Linee elettriche in cavo. Dimensionamento delle condutture elettriche. Protezioni: classificazione; fusibile; relè magneto-termico; protezione differenziale; selettività. Tipologie e struttura delle cabine elettriche. La messa a terra: struttura dell’impianto; grandezze caratteristiche; dimensionamento. Distribuzione in bassa tensione: sistemi di tipo TT; sistemi di tipo TN; sistemi di tipo IT; sistemi a bassissima tensione. Sicurezza elettrica. Rifasamento di impianti industriali. Il problema delle armoniche. Gruppi di continuità. Impianti elettrici residenziali.
Reti elettriche intelligenti: Introduzione alle “smart grid”: confronto con le reti elettriche tradizionali; architettura; funzionalità. Tecnologie per il monitoraggio della rete e le comunicazioni. Tecnologie per la gestione ed il controllo della rete. Soluzioni energetiche sostenibili: energie rinnovabili; auto elettriche; immagazzinamento dell’energia. Cybersicurezza. Casi di studio.
- R. Perfetti, “Circuiti elettrici”, Zanichelli, 2013.
- G. Rizzoni, “Elettrotecnica. Principi e applicazioni”, McGraw-Hill, 2013.
- L. Fellin, R. Benato, “Impianti elettrici”, Wolters Kluwer, 2014.
- G. Conte, “Manuale di impianti elettrici”, Hoepli, 2014.
- J. Momoh, “Smart Grid: Fundamentals of Design and Analysis”, Wiley, 2012.
- S. Bush, “Smart Grid: Communication-Enabled Intelligence for the Electric Power Grid”, Wiley, 2014.
Il corso è composto da lezioni frontali teoriche, e da esercitazioni in aula che consistono nell’applicazione delle tecniche di progetto ed analisi dei sistemi elettrici che vengono studiate.
Ogni appello d’esame in calendario prevede una prova scritta comprendente sia esercizi sia domande teoriche, seguita da una breve prova orale che copre tutto il programma del corso. La modalità d’esame convenzionale può essere interamente sostituita dal superamento di prove intermedie riguardanti i tre principali macro argomenti che compongono il programma.
La prima parte del programma comprende brevi richiami ai principali concetti di teoria dei circuiti che sono ampiamente utilizzati durante il corso.