ELECTRICAL MACHINES

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, con particolare attenzione al risparmio energetico.

Conoscenza e comprensione

Lo studente acquisirà la conoscenza dei principi di funzionamento delle macchine elettriche, delle caratterstiche costruttive e i modelli statici e dinamici. Le applicazioni considerate saranno relative alla produzione e distribuzione dell'energia elettrica, degli impianti civili ed industriali, della trazione elettrica.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Alla fine del corso gli studenti avranno le competenze necessarie ad analizzare una macchina elettrica, identificandone le parti e le funzionalità. Gli studenti avranno le competenze necessarie alla caratterizzazione dei sistemi e dei processi, all'utilizzo delle macchine elettriche, alla valutazione delle prestazioni e al calcolo delle grandezze eletriche in regime statico, dinamico e in caso di guasto.

Autonomia di giudizio

Gli studenti acquisiranno autonomia di giudizio per una accurata analisi delle macchine elettriche, tali capacità saranno affinate anche attraverso prove sperimentali svolte in laboratorio e simulazioni numeriche.

Abilità comunicative

Lo studente rafforzerà il linguaggio tecnico delle macchine elettriche con l'obiettivo di potersi adeguatamente presentare sul mondo del lavoro con adeguate competenze ed un adeguato profilo tecnico. La capacità di lavorare in gruppo sarà affinata attraverso le esperienze sperimentali in laboratorio svolte in piccoli gruppi. La stesura della relazione di laboratorio e l’esame orale consentiranno di affinare il linguaggio tecnico e le capacità comunicative.

Capacità di apprendimento

Lo studente sarà in grado di ampliare autonomamente le proprie conoscenze di macchine elettriche attraverso l’approfondimento dei testi di riferimento, su articoli di riviste scientifiche specializzate e tramite gli spunti offerti dalle attività seminariali organizzate dell’insegnamento e dal corso di laurea.

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.

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.

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

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

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

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, 4^th Edition, McGraw-Hill, 2005
3. Macchine Elettriche by E. Chiricozzi, A. Ometto, Aracne, 2017
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

L'esame consiste in una prova orale. La prova orale consta tipicamente di 3 domande principali alle quali segue una approfondita discussione sull'argomento. La valutazione finale terrà conto delle conoscenze acquisite, delle competenze, della chiarezza espositiva e della proprietà di linguaggio tecnico. La durata media della prova orale è di 90 min.

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

The exam consists of an oral test. The oral exam typically consists of 3 main questions which are followed by an in-depth discussion on the subject. The final evaluation will take into account the acquired knowledge, skills, clarity of presentation and the property of technical language. The average duration of the oral exam is 90 min.

Verification of learning can also be carried out electronically, should the conditions require it.