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Si tratta di una classica materia ingegneristica di base, comune a diversi indirizzi dell’ingegneria, e che tratta a livello introduttivo dei circuiti elettrici, con cenni alle principali applicazioni ingegneristiche, fra cui in particolare il trasformatore e gli impianti elettrici. Ciٍ nonostante si prevedono riferimenti e cenni, in gran parte solo qualitativi e intuitivi, ai principali fenomeni elettromagnetici. |
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Calcolo ed Algebra Lineare, Metodi Matematici per l’Ingegneria, Fisica. |
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Il corso intende principalmente fornire agli allievi le metodologie classiche per l’analisi delle reti elettriche lineari in: a) regime stazionario continuo; b) regime sinusoidale; c) regime dinamico. La descrizione del modello circuitale con le sue proprietà e la presentazione delle principali metodologie di analisi si propongono obiettivi sia di tipo formativo che informativo.
Il corso si prefigge anche l’obiettivo di fornire nozioni su alcune delle principali applicazioni ingegneristiche della materia: le reti trifase, il trasformatore, gli impianti elettrici. |
1. Richiami di elettrologia e grandezze fondamentali
Fenomeni elettromagnetici, leggi di Coulomb e Cavendish, modello dei circuiti e grandezze elettriche fondamentali, il Sistema Internazionale (S.I.). Carica elettrica, tensione elettrica e differenza di potenziale, moto delle cariche e corrente elettrica, modello di Drude, legge di Ohm.
2. Bipoli e circuiti elementari
Concetto di bipolo, caratteristica e sua rappresentazione grafica , bipolo resistore, convenzioni sui riferimenti di tensione e corrente. Potenza dissipata nel resistore, legge di Joule. I bipoli corto circuito e circuito aperto. Resistori in serie e parallelo, equivalenza, partitori di tensione e di corrente. Generatori ideali di tensione e di corrente, classificazione dei bipoli.
3. Proprietà principali dei circuiti
Circuiti di bipoli e leggi di Kirchhoff, grafo di un circuito, albero e coalbero, equazioni di interconnessione per le tensioni e per le correnti. Metodi dei potenziali di nodo e delle correnti di maglia. Teorema di Tellegen, teorema di non amplificazione. Sovrapposizione degli effetti. Teorema di reciprocità, caratterizzazione esterna dei circuiti e teoremi di Thevenin-Norton.
4. Metodi sistematici per l’analisi dei circuiti
Metodi sistematici per la soluzione dei circuiti, matrice di incidenza, forma matriciale delle equazioni di Kirchhoff, teoremi di sostituzione, forma generale della caratteristica di un lato, matrice delle conduttanze di lato, matrice delle conduttanze ai nodi.
5. Elementi circuitali a più terminali
Elementi circuitali a più terminali, N-polo passivo, matrice delle conduttanze e sue proprietà, trasformazione stella-poligono, sintesi di un N-polo a poligono completo. N-bipoli o n-porte, matrice delle conduttanze e delle resistenze, sintesi a T ed a Pi-greco, potenza assorbita da un doppio bipolo, rappresentazione ibrida dei doppi bipoli, matrice di trasmissione. Generatori pilotati, amplificatore operazionale, nullatore e noratore e circuiti equivalenti.
6. Dinamica dei circuiti lineari
Circuiti in condizioni dinamiche, bipoli dinamici, condensatore ed induttore, energia immagazzinata, elementi dinamici in serie e parallelo; estensioni delle leggi di Kirchhoff al caso dinamico. Circuiti del primo ordine, circuiti del secondo ordine, oscillazioni; evoluzione forzata con generatori costanti e variabili.
7. Circuiti lineari in regime sinusoidale
Circuiti in regime sinusoidale, metodo simbolico, vettori rotanti e diagrammi fasoriali; circuito risonante RLC. Strumenti di misura in regime sinusoidale (CA), rifasamento. Mutuo accoppiamento e trasformatore, circuiti equivalenti.
8. Sistemi trifasi
Introduzione ai sistemi trifasi. Sistemi trifasi equilibrati e squilibrati. La potenza nei sistemi trifasi.
9. Il trasformatore
Il trasformatore come macchina elettrica, caratteristiche e modelli circuitali equivalenti. Perdite elettriche nei trasformatori, rendimento convenzionale di un trasformatore. Prove sui trasformatori. Trasformatori trifase. Trasformatori per usi speciali.
10. Impianti elettrici
Introduzione agli impianti elettrici. Impianti di produzione dell’energia elettrica: principali tipologie e caratteristiche. Impianti elettrici in bassa tensione: tipologie di impianti, dispositivi di protezione, dispositivi di manovra. Sicurezza elettrica: effetti della corrente elettrica sul corpo umano, funzionamento e utilità dell’impianto di terra, sistemi TT, TN, IT. |
Il principale sussidio didattico è costituito dalle video lezioni, e dal testo di riferimento L. De Menna, Elettrotecnica, ed. Pironti, Napoli, 1998, disponibile in formato elettronico sul sito UNINETTUNO. In associazione alle video-lezioni sono disponibili (sempre sul sito) esercizi ed appunti. Ulteriori testi consigliati per approfondimenti sono:
Teoria
[1] M. de Magistris, G. Miano, Circuiti, ed SPRINGER, ISBN: 978-88-470-0537-2, 2007.
[2] S. Falco, L. Verolino, Elementi di Elettrotecnica, ed Liguori, 2003.
[3] L. Verolino, Introduzione agli Impianti Elettrici, ed Liguori, 2001.
[4] I.D. Mayergoyz, W. Lawson, Elementi di Teoria dei Circuiti, Utet, 2000.
[5] L.O. Chua, C.A. Desoer, E.S. Kuh, Circuiti Lineari e Non Lineari, Jackson, 1991.
Esercizi
[1] S. Bobbio, L. De Menna, G. Miano, L. Verolino,
Quaderno n° 1: Circuiti in regime stazionario, ed. CUEN, Napoli, 1998.
Quaderno n° 2: Circuiti in regime sinusoidale, ed. CUEN, Napoli, 1998.
Quaderno n° 3: Circuiti in evoluzione dinamica: analisi nel dominio del tempo, ed. CUEN, Napoli, 1998.
[2] S. Bobbio, Esercizi di Elettrotecnica, ed. CUEN, Napoli, 1995. |
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Le esercitazioni consistono nell’analisi di circuiti lineari di tipo resistivo, dinamico ed in regime sinusoidale. Per superare l’esame è prerequisito fondamentale saper risolvere autonomamente esercizi dello stesso genere di quelli proposti nel corso e nelle erogazioni. |
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