DYNAMICS OF ELECTRICAL MACHINES

Il corso ha lo scopo di fornire conoscenze 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 rotanti in AC 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 arbitrari). Al termine del corso, lo studente avrà acquisito le conoscenza che gli permetteranno 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 caratteristiche 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 elettriche 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.

Lezioni frontali su argomenti teorici svolte mediante videoproiettore. Esercitazioni svolte in aula tramite videoproiettore utilizzando software di simulazione numerica. Attività collettiva di esercizi numerici. Laboratorio prove per macchine elettriche.

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.

Topic 1: Circuiti Magnetici e Materiali Magnetici

• Flusso concatenato, induttanza ed energia magnetica
• Principi di Conversione Elettromeccanica dell'Energia
• Calore

Topic 2: Introduzione alle Machine Rotanti

• Principi di funzionamento e circuiti equivalenti in regime stazionario delle macchine in corrente continua
• Caratteristiche coppia-velocità delle macchine a corrente continua con eccitazione separata
• Teoria dello spazio fasoriale: trasformata qd0
• Campo magnetico rotante

Topic 3: Macchine Sincrone

• Principi di funzionamento e circuiti equivalenti in regime stazionario delle macchine sincrone
• Teoria e modelli delle macchine sincrone con e senza saturazione: Behn-Eschemburg, Potier, assi qd, Arnold-Blondel
• Curve di capability delle macchine sincrone
• Modello delle macchine sincrone nel sistema di riferimento qd0
• Equazioni della coppia elettromagnetica
• Macchine a magneti permanenti

Topic 4: Macchine ad Induzione

• Principio di funzionamento e circuiti equivalenti in regime stazionario delle macchine ad induzione
• Caratteristica coppia-velocità delle macchine ad induzione
• Modello delle macchine ad induzione nel sistema di riferimento qd0
• Equazioni della coppia elettromagnetica

Topic 5: Macchine in Corrente Continua

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 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.

• Principi di funzionamento delle  macchine.
• Prove sulle macchine elettriche.
• Circuito agli qd0 della macchina asincrona e della macchina sincrona.
• Calcolo della coppia a regime, espressione della coppia in regime qualunque.