ELETTROTECNICA M - Z

Il corso presenta i metodi per la modellazione e analisi dei circuiti elettrici, fornendo le conoscenze propedeutiche per i successivi corsi di elettronica, automatica e telecomunicazioni. Le conoscenze da acquisire durante il corso sono il contenuto delle lezioni frontali svolte in aula dal docente e – al fine di agevolare lo studio personale – gli argomenti sono dettagliatamente elencati nel programma del corso

Le esercitazioni in aula e quelle personali sono lo strumento per acquisire la capacità di applicare le conoscenze. Esempi, con i passaggi necessari per applicare le conoscenze acquisite alla soluzione dei circuiti, vengono svolti dal docente in aula durante le esercitazioni che seguono la spiegazione di un nuovo argomento.

 

Conoscenza e comprensione

 

Conoscenza dei modelli a parametri concentrati e dei teoremi delle reti elettriche.

Conoscenza dei metodi sistematici per la risoluzione dei circuiti elettrici e comprensione delle loro basi teoriche.

Conoscenza della dinamica di circuiti elettrici lineari tempo-invarianti.

 

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

 

Capacità di risolvere circuiti elettrici lineari e tempo-invarianti sia in regime stazionario che sinusoidale oltre che in transitorio.

Capacità di avvalersi di simulatori per l’analisi dei circuiti.

 

Autonomia di giudizio

 

Lo studente saprà individuare i metodi risolutivi più opportuni in relazione al circuito da analizzare.

Lo studente saprà analizzare criticamente la soluzione ottenuta.

 

Abilità comunicative

 

Lo studente apprenderà i simboli circuitali e i termini tecnici dell’elettrotecnica.

Lo studente sarà in grado di interagire con specialisti dell’elettrotecnica e dell’elettronica nell’applicazione delle proprie competenze informatiche.

 

Capacità di apprendimento

 

Lo studente acquisirà le basi necessarie per la comprensione di tematiche avanzate nell’ambito dell’elettrotecnica. 

 

 

Il corso prevede lezioni frontali per acquisire le conoscenze teoriche e lo svolgimento di esercitazioni per acquisire la capacità di analizzare i circuiti elettrici.

 

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Conoscenza degli argomenti di seguito elencati

Matematica

Risoluzione e rappresentazione in forma matriciale di sistemi di equazioni lineari.

Matrici: rango, determinante, trasposta, inversa, somma e prodotto.

Unità immaginaria. Forma algebrica, forma trigonometrica e forma esponenziale dei numeri complessi. Notazione polare e cartesiana dei numeri complessi. Operazioni con numeri complessi. Radici nel campo complesso. Grandezze sinusoidali.

Limiti di una funzione reale in una variabile reale.

Derivata di una funzione reale di una variabile reale. Derivate di ordine superiore al primo. Integrale indefinito.

Equazioni differenziali ordinarie di ordine n. Sistemi di n equazioni differenziali ordinarie del primo ordine in n funzioni incognite. Equivalenza tra equazioni e sistemi. Problema di Cauchy. Definizione di soluzione.

Fisica

Grandezze fisiche. Lavoro. Potenza. Energia.

Conduttori e isolanti, carica elettrica. Legge di Coulomb. Campo e Potenziale elettrico. Teorema di Gauss. Capacità di un conduttore. Condensatori piani. Energia e densità di energia del campo elettrico. Costante dielettrica.

Forza elettromotrice. Intensità di corrente. Resistenza elettrica.

Campo magnetico. Permeabilità magnetica. Legge di induzione elettromagnetica di Faraday. Legge di Lenz. Induttanza. Energia e densità di energia.

La frequenza alle lezioni non è obbligatoria seppure fortemente consigliata.

Dal campo elettromagnetico ai modelli circuitali

 

Circuiti a parametri concentrati ed elementi a una porta

Modello a parametri concentrati.

Modello del bipolo. Rete a parametri concentrati. Nodi.

Leggi di Kirchhoff.

Forme d'onda. Generatori indipendenti. Resistori. Resistori non lineari. Diodo ideale.

Condensatori. Induttori.

Potenza ed energia.

 

Collegamenti di bipoli e trasformazioni equivalenti

Collegamenti serie e parallelo.

Partitore di tensione e di corrente.

Trasformazioni equivalenti stella-triangolo e viceversa.

Lati Thevenin e Norton.

 

Metodi sistematici per la soluzione delle reti elettriche a-dinamiche

Grafo. Maglie, anelli e insiemi di taglio. Albero. Maglie e insiemi di taglio fondamentali.

Metodo sistematico per la scrittura delle LK linearmente indipendenti.

Soluzione di un circuito.

Matrice di incidenza. Matrice di maglia.

Analisi dei nodi.

Analisi delle maglie. 

Metodo delle equazioni di stato.   

 

Analisi dinamica di circuiti lineari tempo-invarianti

Circuiti del primo ordine: Soluzione generale, soluzione particolare, regime stazionario, transitorio e regime, stato zero e ingresso zero.

Esempi di circuiti del secondo ordine: circuito RLC serie e parallelo.

Equazione differenziale del secondo ordine e condizioni iniziali. Caso sovra-smorzato, a smorzamento critico e sotto-smorzato. Soluzione particolare. Regime stazionario.

Concetto di stato. Equazioni di stato.

Equazione differenziale di ordine minimo.

Frequenze naturali. Stabilità.

 

Analisi in regime sinusoidale

Fasori. Circuiti in regime sinusoidale. Teorema fondamentale del regime sinusoidale.

Circuito del I ordine in regime sinusoidale.

Leggi di Kirchhoff ed equazioni di lato con i fasori. Impedenza e ammettenza.

Potenze ed energia in regime sinusoidale. Potenza complessa.

Risposta in frequenza di un circuito lineare e tempo invariante.

Teoremi delle reti elettriche

Teorema di Tellegen. Teorema di Boucherot.

Teorema di sostituzione.

Teorema di sovrapposizione. Sovrapposizione in regime sinusoidale.

Teorema di Thevenin e Norton.

Teorema del massimo trasferimento di potenza attiva.

 

Elementi di accoppiamento

N-polo. Doppio bipolo

Rappresentazione dei doppi bipoli. Reciprocità nei doppi bipoli. Collegamenti di doppi bipoli

Generatori controllati.

Trasformatore ideale.

Induttori accoppiati.

 

 

Testi di riferimento

 

1) M. De Magistris, G. Miano, Circuiti. Fondamenti di circuiti per l'ingegneria, Springer Verlag Italia.

2) G. Rizzoni, Elettrotecnica (Princìpi e applicazioni), McGraw-Hill, Milano

3) Renzo Perfetti, circuiti elettrici, zanichelli

 

eserciziari

1)    A. Andreotti, S. Celozzi, G. Fabricatore, L. Verolino, Esercizi e complementi di Elettrotecnica per allievi ‘non elettrici’, Esculapio, Bologna, 2000.

2)    S. Bobbio, L. De Menna, G. Miano, L. Verolino, CUEN, Napoli

L’esame consiste in una prova scritta e una prova orale (devono essere sostenute entrambe le prove).

La prova orale comprenderà l’analisi della prova scritta e domande inerenti parti del programma non coperte dalla prova scritta.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Per invogliare gli studenti a studiare gli argomenti di teoria e a esercitarsi già durante lo svolgimento del corso, nonchè per favorire il superamento dell’esame finale, è previsto un percorso alternativo alla classica prova d'esame (prova scritta ed esame orale), costituito da 2 o 3 prove in itinere.

Tale percorso ha il vantaggio di frazionare l'esame in più prove da sostenere in tempi diversi. Inoltre, qualora il risultato delle prove in itinere non fosse soddisfacente per lo studente, gli è, comunque, preservata la facoltà di svolgere l'esame in forma tradizionale

Circuito RLC serie e parallelo.

Frequenze naturali.

Regime sinusoidale.

Potenza in regime sinusoidale.

Stabilita di un circuito.

Analisi dei nodi.

Analisi delle maglie.

 

Teorema di Tellegen.

Teorema di Boucherot   

Teorema di Thevenin e Norton.

Teorema del massimo trasferimento di potenza attiva.

Doppio bipolo .

Fasori.

Circuiti in regime sinusoidale.

Teorema fondamentale del regime sinusoidale.

Impedenza e ammettenza.