ELETTROTECNICA

Il corso introduce alla conoscenza dei principi dell'elettrotecnica e fornisce i metodi per lo studio dei circuiti elettrici e le conoscenze propedeutiche per i successivi corsi di elettronica e comunicazioni elettriche. Dopo un breve cenno ai campi elettrici e magnetici, utile per l’introduzione del modello a parametri concentrati, l’allievo ingegnere impara ad analizzare semplici circuiti nel dominio del tempo e in regime sinusoidale, i metodi di analisi sistematica e i teoremi fondamentali dell’analisi delle reti. Infine, viene evidenziato l'impiego usuale dei modelli e dei metodi dell'analisi dei circuiti elettrici per applicazioni di segnale e di potenza.

PROGRAMMA (versione in italiano)
Richiami sul campo elettromagnetico stazionario e quasi-stazionario
Carica elettrica. Forza elettrostatica. Concetto di campo. Campo elettrico. Corrente elettrica. Forza magnetica. Campo magnetico.
Campi nei mezzi materiali: equazioni costitutive. Equazioni di Maxwell. Campo di corrente stazionario. Calcolo di resistenze.
Campo magnetostatico. Calcolo di induttanze. Campo elettrico stazionario. Calcolo di capacità. Campo elettromagnetico quasistazionario.
Circuiti a parametri concentrati.
Dai campi ai circuiti. Modello a parametri concentrati. Limiti di validità del modello. Leggi di Kirchhoff.
Elementi ad una porta
Resistori. Generatori indipendenti. Resistori non lineari. Diodo ideale. Condensatori. Induttori. Potenza ed energia.
Metodi sistematici per la soluzione delle reti elettriche
Grafo. Insiemi di taglio e maglie. Analisi dei nodi. Analisi degli anelli. Dualità.
Collegamenti di bipoli
Collegamenti serie e parallelo. Partitore di tensione e di corrente. Trasformazioni equivalenti (stella-triangolo e viceversa, Thevenin e Norton e viceversa, trasformazioni dei generatori, ecc.).
Elementi di accoppiamento a due porte
Definizioni: doppi bipoli estrinseci e intrinseci. Generatori pilotati. Trasformatore ideale. Induttori accoppiati. Rappresentazione dei doppi bipoli. Reciprocità nei doppi bipoli. Interconnessione di doppi bipoli.
Circuiti magnetici
Legge di Hopkinson. Legge di Gauss. Legge della circuitazione. Analogia con i circuiti resistivi. Calcolo dell'autoinduttanza
Calcolo della matrice delle induttanze.
Teoremi delle reti elettriche
Teorema di Tellegen. Teorema di sostituzione. Teorema di sovrapposizione. Teorema di Thevenin e Norton. Teorema di Millman.
Analisi dinamica di circuiti del primo ordine
Esempi: circuito RC serie e parallelo, circuito RL parallelo e serie (duale dell’RC). Equazione differenziale del primo ordine e condizione iniziale. Risposta ingresso zero. Risposta stato zero. Risposta completa. Applicazione del teorema di Thevenin-Norton.
Analisi dinamica di circuiti del secondo ordine
Esempi: circuito RLC serie e parallelo. Equazione differenziale del secondo ordine e condizioni iniziali. Caso sovra smorzato, a smorzamento critico e sotto smorzato.
Analisi dinamica di circuiti di ordine qualsiasi
Concetto di stato. Equazioni di stato. Equazione differenziale di ordine minimo. Frequenze naturali. Stabilità. Metodo simbolico basato sulla trasformata di Laplace.
Analisi in regime sinusoidale
Teorema del regime sinusoidale. Fasori. Leggi di Kirchhoff e equazioni di lato con i fasori. Impedenza e ammettenza. Soluzione delle reti in regime sinusoidale con i fasori. Metodi sistematici e teoremi delle reti in regime sinusoidale. Circuito RC serie in regime sinusoidale: diagrammi vettoriali, diagrammi polari, filtro passa basso o passa alto. Circuito RLC parallelo in regime sinusoidale: diagrammi vettoriali, diagrammi polari, risonanza, filtro passa banda. Potenze in regime sinusoidale. Valori efficaci. Doppi bipoli di impedenze. Teorema del massimo trasferimento di potenza. Teorema di Boucherot. Rifasamento. Circuiti trifase a tre e a quattro fili. Tensioni e correnti di linea e di fase. Circuiti trifase simmetrici ed equilibrati. Circuito monofase equivalente. Potenza nei circuiti trifase. Applicazioni di potenza: sistemi di trasmissione dell'energia elettrica, principi di funzionamento delle macchine elettriche rotanti.

Teoria
1) M. De Magistris, G. Miano, Circuiti. Fondamenti di circuiti per l'ingegneria, Springer Verlag Italia.
2) C.A. Desoer, E.S. Kuh, Fondamenti di Teoria dei Circuiti, Franco Angeli Editore.
3) V. Daniele, A. Liberatore, R. Graglia, S. Manetti, Elettrotecnica, Monduzzi Editore.
4) G. Someda, Elementi di Elettrotecnica Generale, Pàtron Editore.
5) P.P. Civalleri, Elettrotecnica, Levrotto&Bella.
Esercizi
1) A. Laurentini, A.R. Meo, R. Pomè, Esercizi di elettrotecnica, Levrotto&Bella.
2) J.A. Edminidter e M. Nahvi, Elettrotecnica (parte 1a e parte 2a), coll. Schaum's, McGraw-Hill.
3) S. Alfonzetti, C. Cavallaro, A. Consoli, S. La Maestra: "Esercizi di Elettrotecnica", DIEES, Catania.
4) Testi di esercizi on line
5) Testi dei compiti d’esame