facoltà di
INGEGNERIA
salita Sperone 31 98166 S. Agata - Messina
web: http://ww2.unime.it/ingegneria
CORSO di LAUREA in
INGEGNERIA ELETTRONICA

Presidente : Prof. Carmine Ciofi


ELETTROTECNICA

PROGRAMMA

DIARIO di ESAMI

ORARIO delle LEZIONI

PRENOTAZIONI ESAMI


PROGRAMMA di ELETTROTECNICA

Corso di Laurea in: INGEGNERIA ELETTRONICA
A. A. 2002/03
Docente: Prof. Ing. Bruno Azzerboni


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1. Elementi circuitali
Generalita': definizione di circuito a parametri concentrati, lati e nodi. Corrente e tensione di lato, direzioni di riferimento. Leggi di Kirchhoff delle correnti e delle tensioni. Definizione di porta, elementi circuitali ad una ed a piu' porte. Condizione di passivita'. Linearita' e tempo-invarianza di un circuito elettrico.

Elementi ad una porta : resistori lineari e non lineari, tempo- invarianti e tempo- varianti, diodo ideale e diodo a giunzione. Potenza elettrica dissipata in un resistore, condizione di passivita'. Generatori indipendenti di tensione e di corrente, forme d'onda ( costante, sinusoidale, a gradino, a rampa, impulsiva ). Condensatori lineari e non lineari, tempo-invarianti e tempo-varianti. Energia elettrica immagazzinata in un condensatore, condizione di passivita'. Induttori lineari e non lineari, tempo-invarianti e tempo-varianti. Energia elettrica immagazzinata in un induttore, condizione di passivita'.

Elementi a due o piu' porte : induttori accoppiati lineari e non lineari, tempo- invarianti e tempo-varianti, coefficiente di accoppiamento. Energia elettrica immagazzinata in induttori accoppiati, condizione di passivita'. Induttori a piu' avvolgimenti e matrice delle indutttanze. Trasformatore ideale. Generatori dipendenti.

Circuiti semplici . collegamento in serie e/o parallelo di resistori, condensatori, induttori ed induttori accoppiati, lineari e non lineari. Analisi per piccoli segnali. Punto di funzionamento e circuito equivalente per piccoli segnali di elementi circuitali non lineari.

2. Grafi delle reti e teorema di Tellegen
Definizione di grafo, grafo orientato, grafo connesso e non connesso, sottografi, maglie ed insiemi di taglio, grafi planari, anelli, grafo duale, albero e coalbero. Riformulazione delle leggi di Kirchhoff delle tensioni e delle correnti in termini di maglie e di insiemi di taglio. Matrice di incidenza e formulazione matriciale delle leggi di Kirchhoff. Matrice delle maglie, maglie fondamentali, matrice delle maglie fondamentali, matrice degli anelli e corrispondente formulazione delle leggi di Kirchhoff. Teorema di Tellegen, conservazione della potenza istantanea.

3. Analisi di circuiti resistivi
Analisi di circuiti elementari : partitore di tensione e di corrente, teorema di Millman.

Metodi generali di analisi : metodo dei nodi, metodo delle maglie. Teoremi di sostituzione e di sovrapposizione degli effetti, teoremi di Thevenin e di Norton.

4 Analisi nel dominio del tempo di circuiti lineari tempo-invarianti
Generalita' : risposta con stato zero, risposta con ingresso nullo e risposta completa, risposta transitoria e risposta forzata. Risposta all'impulso, risposta ad un ingresso arbitrario, integrale di convoluzione. Circuiti del primo ordine.

Circuiti dinamici generali : scrittura del sistema di equazioni algebriche- differenziali con il metodo dei nodi, degli anelli e delle maglie.

Trasformata di Laplace : definizioni e proprietł, antitrasformazione. Metodo simbolico generalizzato.

Funzioni di rete : impedenze, ammettenze, funzioni di trasmissione, poli e zeri. Frequenze naturali e condizioni di stabilitł. Estensione dei teoremi di sostituzione, di sovrapposizione, di Thevenin e di Norton.

Equazioni di stato : concetto di stato di una rete elettrica, variabili di stato, riduzione in forma normale di un sistema di equazioni algebriche-differenziali : esempi. Scrittura diretta delle equazioni di stato per una rete RLC. Reti degeneri. Legame tra frequenze naturali ed equazioni di stato. Teorema fondamentale del regime sinusoidale.

5. Analisi circuitale in regime sinusoidale
Grandezze periodiche : valore medio, valore afficace, valore massimo, fattore di forma.

Regime sinusoidale : definizione di fasore, operazioni sui fasori e loro proprieta', risposta in regime sinusoidale, definizione di impedenza ed ammettenza, collegamenti in serie ed in parallelo di impedenze e di ammettenze. Formulazione delle equazioni dell'equilibrio elettrico in regime sinusoidale. Circuiti risonanti serie e parallelo. Diagrammi polari e vettoriali. Risposta in frequenza : curve di modulo e fase. Potenze istantanee, potenza attiva, reattiva, apparente, complessa, fattore di potenza. Teorema sul massimo trasferimento di potenza, conservazione della potenza complessa, teorema di Boucherot. Rifasamento totale e rifasamento parziale.

Sistemi trifase : sistemi trifase a tre e quattro fili, simmetrici e dissimmetrici, equilibrati e squilibrati. Collegamenti interfasici a stella ed a triangolo. Correnti e tensioni di fase e di linea. Metodi di risoluzione delle reti trifase a tre e quattro fili simmetriche, dissimmetriche, equilibrate e squilibrate. Potenza trifase attiva, reattiva, apparente, complessa, fluttuante, fattore di potenza. Misure di potenza e di energia attiva e reattiva nei sistemi trifase, il teorema di Aron e l'inserzione Aron. Rifasamento totale e parziale nei sistemi trifase simmetrici, dissimmetrici, equilibrati e squilibrati. Campo magnetico rotante di Galileo Ferraris. Studio generale dei sistemi trifase, rappresentazione matriciale delle grandezze trifase, l'algebra delle sequenze, teorema del Fortescue, analisi dei sistemi trifase mediante le componenti simmetriche.

6. Analisi circuitale in regime periodico non sinusoidale
Grandezze deformate : deformazione rispetto alla sinusoide, grado di deformazione, circuiti con grandezze deformate.

Analisi armonica : procedimento analitico, grafico e misto. Analisi armonica di grandezze alternative.

Circuiti lineari alimentati da tensioni non sinusoidali : andamento della corrente, componenti armoniche e forma d'onda della corrente. Filtri passa-basso e passa-alto. Risonanza parziale. Potenza istantanea, potenza attiva, reattiva, apparente, deformante, fattore di potenza.

Circuiti non lineari : circuiti con elementi anomali, andamento della corrente, potenze, esempi di calcolo.

7. Doppi bipoli e reciprocita'
Caratterizzazione di doppi bipoli mediante le matrici delle impedenze a vuoto, delle ammettenze di corto circuito, matrici ibride, matrice di trasmissione. Doppi bipoli simmetrici, bilanciati e sbilanciati. Equivalenze di doppi bipoli. Impedenze a vuoto e di corto circuito, impedenze immagine, impedenza caratteristica. Interconnessione di doppi bipoli : in serie, in parallelo, in cascata. Funzionamento del doppio bipolo sotto carico. Reciprocita' e teorema di reciprocita'.

8. Campi elettromagnetici stazionari
Generalita' : equazioni di Maxwell in forma differenziale ed in forma integrale, equazioni di Maxwell per grandezze sinusoidali. Equazioni costitutive del mezzo : mezzi lineari e non lineari, omogenei e non omogenei, isotropi e non isotropi, mezzi conduttori ed isolanti. Derivazione delle leggi di Kirchhoff dalle equazioni di Maxwell.

Campo di corrente : rifrazione delle linee di corrente, potenziale scalare, equazione di Laplace, resistori sferici e cilindrici. Potenza dissipata per effeto Joule.

Campo dielettrico : polarizzazione dielettrica, costante dielettrica relativa e suscettivita' dielettrica, rigidita' dielettrica, rifrazione delle linee di campo, potenziale scalare elettrostatico, equazione di Poisson, condensatori piani, sferici e cilindrici. Teorema di Gauss. Energia e forze elettrostatiche.

Campo magnetico : permeabilita' e suscettivita' magnetiche, diamagnetismo, paramagnetismo e ferromagnetismo, ciclo di isteresi. Potenziale vettore, equazione di Poisson vettoriale, legge dell'azione elementare. Induzione elettromagnetica, legge di Lenz, energia e forze magnetiche. Perdite per isteresi e per correnti parassite, cifra di perdita. Effetto Pelle. Circuiti magnetici, riluttanza, legge di Hopkinson, circuiti magnetici con magneti permanenti. Coefficiente di auto e di mutua induzione, coefficienti di accoppiamento e di dispersione.

9. Introduzione alle macchine elettriche
Trasformatori : generalita'e criteri costruttivi. Principio di funzionamento e circuito equivalente. Funzionamento a vuoto, in corto circuito ed a carico. Trasformatori trifase ed autotrasformatori. Parallelo di trasformatori trifase. Raffreddamento dei trasformatori.

Macchine trifase ad induzione : generalita' e criteri costruttivi. Principio di funzionamento e circuito equivalente. Funzionamento come generatore, motore, freno, variatore di tensione e variatore di fase. Diagramma circolare. Caratteristica meccanica. Avviamento e regolazione di velocita'. Motori asincroni monofase.

Macchine sincrone : generalita' e criteri costruttivi. Generazione della forza elettromotrice. Funzionamento a vuoto e sotto carico, reazione d'indotto, reattanza sincrona. Circuiti equivalenti. Messa in parallelo dell'alternatore. Motore sincrono.

Macchine a corrente continua :generalita' e criteri costruttivi. Generazione della forza elettromotrice. Eccitazione delle macchine a corrente continua. Funzionamento a vuoto e sotto carico. Funzionamento da generatore e da motore. Caratteristiche esterne, elettromeccaniche e meccaniche delle macchine eccitate in serie, in derivazione e con eccitazione indipendente.

ESERCITAZIONI
Le esercitazioni consistono nella soluzione, da parte degli allievi, di problemi di analisi dei circuiti elettrici sfruttando i metodi illustrati a lezione.

ESAME
L'esame si articola in due prove, una scritta della durata di tre ore ed una orale.

TESTI CONSIGLIATI

Leon O. Chua, Charles. A. Desoer, Ernest S. Kuh : "Circuiti lineari e non
lineari", Gruppo Editoriale Jackson
Yorke : "Electric circuit theory", Pergamon Press
Kupfmuller : "Fondamenti di elettrotecnica", Utet
Longo : "Analisi dei circuiti elettrici lineari", Testi Universitari Pisa

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