ELECTRICAL MACHINES

Anno accademico 2019/2020 - 1° anno
Docente: Mario CACCIATO
Crediti: 9
SSD: ING-IND/32 - Convertitori, Macchine e Azionamenti elettrici
Organizzazione didattica: 225 ore d'impegno totale, 146 di studio individuale, 49 di lezione frontale, 30 di esercitazione
Semestre:
ENGLISH VERSION

Obiettivi formativi

Il corso ha lo scopo di fornire conoscenze di base ed avanzate sulle macchine elettriche, in linea con quanto richiesto nelle moderne applicazioni e propedeutiche per il controllo. Lo studio delle macchine elettriche inizierà richiamando i principi di funzionamento delle macchine ed i relativi circuiti equivalenti a regime, quindi, proseguirà con lo studio dei modelli in transitorio ricavati secondo la teoria generalizzata delle macchine elettriche (o dei riferimenti arbritari). Al termine del corso, lo studente avrà acquisito le conocscenza che gli permettaranno di utilizzare le macchine elettriche in regime statico e dinamico in tutte le applicazioni industriali e civili quali la trazione elettrica, la produzione e conversione d'energia, anche da fonti rinnovabili, e con particolare attenzione al risparmio energetico.


Modalità di svolgimento dell'insegnamento

Frontal lectures on theory topics carried out by a video projector. Exercises performed in the classroom by video projector using numerical simulation software. Collective activity of numerical exercises. Test laboratory for electrical machines.


Prerequisiti richiesti

The knowledge of the courses of Physics II and Electrotechnics are requested. It is suggested to have also the knowledge of a basic course on Electrical Machines dealing with steady state.


Frequenza lezioni

The frequency of the lessons is mandatory. Please note that the minimum rate of frequency is fixed at 70%.


Contenuti del corso

Topic 1: Fundamentals of Electric Circuits (review)

  • Phasor theory
  • Three-phase circuits
  • Real, reactive and complex power

Topic 2: Magnetic Circuits and Magnetic Materials

  • Flux Linkage, Inductance and Energy
  • Electromechanical- Energy-Conversion Principles
  • Heating

Topic 3: Transformers

  • Single phase and three-phase transformer
  • Principles of operation
  • Steady-state equivalent circuits
  • No-load and short-circuit condition

Topic 4: Introduction to Rotating Machines

  • Principles of operation and steady-state equivalent circuits of a dc machine
  • Speed-Torque characteristics of a separately excited dc machine
  • Space-phasor theory: the dq0 transformation
  • Rotating magnetic field

Topic 5: AC Machines

  • Principles of operation and steady-state equivalent circuits of a synchronous machine
  • Theory and models of synchronous machine with and without saturation: Behn-Eshemburg, Potier, qd axes, Arnold-Blondel
  • Capability curves of a synchronous machine
  • Principles of operation and steady-state equivalent circuits of an induction machine
  • Speed-Torque characteristics of an induction machine
  • Model of synchronous and induction machines in qd0 reference frame
  • Torque equations

Testi di riferimento

  1. Electric Machinery by A. E. Fitzgerald, C. Kingsley, Jr., S. D. Umans. , 7th Edition, McGraw-Hill, 2013
  2. Electric Machinery Fundamentals by Stephen J. Chapman, 4th Edition, McGraw-Hill, 2005
  3. Macchine Elettriche by S. Crepaz, CittàStudi, 1996
  4. Analysis of electric machinery by P.C. Krause, Mc Graw Hill, 1986
  5. Electrical Machines voll. l e 2 by M. Kostenko, L. Piotrovski, MIR Mosca libreria Italia-URSS
  6. Macchine Elettriche by A. Consoli, Notes
  7. Slides presented at the lessons


Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1Principio di funzionamento del trasformatore 
2Proprietà magnetiche dei materiali e perdite nei materiali ferromagnetici 
3Campo magnetico rotante 
4Principio di funzionamento della macchina a induzione 
5Principio di funzionamento della macchina sincrona 
6Teoria generalizzata delle macchine elettriche 
7Espressione analitica della coppia e caratteristica meccanica della macchina a induzione 
8Espressione analitica della coppia e caratteristica pseudo-meccanica della macchina sincrona 
9Reazione d'indotto 
10Caratteristiche costruttive e principio di funzionamento della macchina a c.c. 

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

Oral examination


Esempi di domande e/o esercizi frequenti

- Explain fully the working principle of the buck converter with the help of schematic and equivalent circuit diagrams;

- Describe the main characteristics of the output voltage In a 3 phase bridge rectifier;

- Provide a detailed study of step - down dc choppers