IN20102562 - ELETTROTECNICA (Ult. numero di matricola pari) 2019-2020 - PROF. MASSIMO GUARNIERI
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OLTRE L'ELETTROTECNICA
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PROVA SCRITTA 02/02/2021
Telericevimenti
Lezioni teletrasmesse
Settimana 09/03-13/03
09/03: Presentazione del corso: argomenti, contenuti e finalità, calendario lezioni, libri, calendario e modalità esami, raccomandazioni per lo studio e per la preparazione dell'esame. Ruolo dell'elettrotecnica nell'ingegneria dell'energia.
Cap.1 - Concetti e proprietà fondamentali delle reti elettriche: corrente elettrica, corrrente elettrica nei circuiti elettrici; tensione elettrica, tensione elettrica nei circuiti elettrici.10/03: Componenti elettrici, bipoli ed n-poli. Proprietà degli n-poli delle correnti e delle tensioni; porta elettrica, m-bipoli. N-poli visti da m-bipoli; potenza elettrica alla porta, convenzioni degli utilizzatori e dei generatori; Amperometro, voltmetro e wattmetro (ideali). Reti elettriche reali e loro schematizzazione: tipologia e topologia. Regimi di funzionamento; modello quasi-stazionario e suoi limiti in funzione della frequenza.
12/03: Cap. 2 – Classificazione degli m-bipoli
Energetica degli m-bipoli: Lavoro elettrico m-bipoli attivi e passivi, m-bipoli perfetti.Tipologie di bipoli - Bipoli adinamici, caratteristica esterna, tensione a vuoto e corrente di cortocircuito; proprietà essenziali. Bipoli ideali adinamici: resistore ideale passivo e attivo, casi limite. Generatore ideale di tensione GIT, caso limite. Generatore ideale di corrente GIC, caso limite. Diodo ideale.
13/03: Legge di Ohm di tronchi tubi di flusso, resistore reale, resistenza. Bipoli non ideali, componenti reali: resistori lineari, non lineari, non simmetrici, controllati. Generatori reali di potenza e di segnale.
Principio di equivalenza elettrica.
Cap. 3 – Serie e parallelo di bipoli: Principio di equivalenza. Serie di due bipoli generici; serie di due bipoli ideali: R+R, E+E, R+E, R+J, J+J. Parallelo di due bipoli generici; parallelo di due bipoli ideali: R+R, J+J, R+J, E+R, E+J, E+E.Settimana 16/03-20/03
16/03: Cap. 4 - Topologia generale delle reti. Costruzione del grafo di una rete di bipoli; semplificazione del grafo. Caratteristiche dei grafi e sottografi notevoli: maglia, anello insieme di taglio, nodo, albero e coalbero. Sistemi di maglie fondamentali e sistemi di tagli fondamentali. Legge LKC in varie forme, esempi. Equazioni topologiche LKT in varie forme, esempi.
17/03: Sistemi di maglie indipendenti, sistemi di anelli, sistemi fdi maglie fondamentali, potenziali ai nodi, esempi. Sistemi di tagli indipendenti, sistemi di n–1 nodi, sistemi di tagli forndamentali, correnti cicliche di magliae di anello, esempi. Dualità tipologiche e topologiche elementari. Fuori programma: matrice di incidenza A e LKC e LKT matriciali; cenno alla matrice di anello B e relative LKC e LKT. Teorema di Tellegen con dimostrazione algebrica.
19/03: Cap. 5 - Reti di bipoli in quasi-stazionario Generalità sull’analisi, reti singolari (impossibili ed indeterminate). Punto di lavoro di una rete di due bipoli non lineari. Soluzioni multiple. Cenno alle tecniche numeriche. Teoremi di non amplificazione delle tensioni (con dimostrazione) e delle correnti (senza dimostrazione). Teorema di sostituzione ed esempi. Applicazione ad Interruttori aperti con V=0 e chiusi con I=0.
Cap. 6 - Reti di resistori. Serie di resistori e partitore di tensione; applicazioni della serie di resistori.20/03: Parallelo di resistori e partitore di corrente. Resistenza equivalente ad una porta di una rete passiva; esempio di analisi di una rete mediante le riduzioni di resistori serie e parallelo. Cenno a poligoni e stelle. Esempi.Esercitazione 1. Combinazioni di caratteristiche statiche di bipoli non lineari: esercizio con 3 bipoli in parallelo e serie; esercizio con 3 bipoli in serie e parallelo. Esercizi da compitino 06/04/18: caratteristica staticha del parallelo di 2 bipoli non lineari; quesiti di topologia; resistenza equivalente di rete passiva.
Settimana 23/03-27/03
23/03: Esercitazione 2. Riduzione di resistori in serie e partitore di tensione; riduzione di resistori in parallelo e partitore di corrente.Cap. 7 - Bipoli affini: generatori affini di tensione GAT; generatori affini di corrente GAC. Casi limite di GAT e GAC; relazioni di equivalenza; esempio con non equivalenza delle potenze interne. Serie e parallelo di bipoli affini; formule e teorema di Millman. Generatori reali: modello elettrico-energetico, funzionamento a carico e rendimento.
24/03: Cap. 8 - Analisi delle reti lineari adinamche Problema dell’analisi, inquadramento generale. Equazioni di tableau, onere computazionale della soluzione con Cramer e con Gauss.
26/03: Formulazione matriciale del metodo dei potenziali nodali. Metodo di sovrapposizione degli effetti; esempio. Confronto tra vantaggi e svantaggi dei metodi di analisi delle reti lineari.
Metodo delle correnti di anello; esempio. Metodo delle correnti di anello modificato (per presenza di lato anonimo), esempio. Metodo dei potenziali nodali; esempio. Metodo dei potenziali nodali modificato (per presenza di un lato anomalo); esempio.
Esercitazione 3. Analisi di una rete con il metodo delle correnti cicliche modificato, normalizzazione si/no (da compito del 17-09-98). Analisi con il metodo dei potenziali nodali modificato, normalizzazione (da compito del 12-07-06).
27/03: Esercitazione 4-5. Analisi con il metodo delle correnti cicliche modificato, normalizzazione (da compito del 05-12-02). Analisi di rete con il metodo dei potenziali ai nodi modificato, normalizzazione (da compito del 07-04-00). Esercizio su sovrapposizione degli efffetti. Analisi di rete con il metodo dei potenziali nodali modificato o delle correnti d'anello modificato (da compito del 17-09-03).
Settimana 30/03-03/04
30/03: Cap. 9 - Teoremi delle reti lineari. Teorema di sostituzione per reti normali. Teorema di sovrapposizione degli effetti e teorema di reciprocità (solo enunciato). Teorema di Thévenin; esempio. Teorema di Norton; esempio. Casi limite. Teorema del massimo trasferimento di potenza, relazioni tra potenza e rendimento nei generatori elettrici.
02/04: Esercitazione 8-9. rete con tutti i parametri incogniti risolta per sintesi da misure ai morsetti (da compito 04-11-08); rete con una R incognita risolta con Jacobi e Thevenin (da compito del 13-09-11); rete con ingressi tutti incogniti e Icc nota risolta con Norton+ Thévenin; rete con diodo con R e J incongniti risolta con generatore equivalente e massimo trasferimento di potenza (da compito del 18-09-07, proposta).
31/03: Esercitazione 6-7. Rete con 1 generatore noto e 1 incognoto risolta con sovrapposizione degli effetti e con Thévenin; rete con generatore non noto risolta tramite applicazione multipla di generatori equivalenti di Notron/Thévenin; rete con R incongnita risolta con generatore equivalenti Norton/Thévenin o Millmann e Jacobi.03/04: Cap. 10 - Doppi bipoli adinamici: Generalità; doppi bipoli ideali inerti; sei possibili rappresentazioni: rappresentazioni controllata in corrente, controllata in tensione, ibrida 1 e ibrida 2, di trasmissione 1 e 2. Esempio di matrici rappresentative per rete di 2 resistori (matrici R, G e h). Esempio di doppio bipolo con matrici singolari. Collegamenti di doppi bipoli con porte in serie, in parallelo, miste e in cascata. Relazioni tra le rappresentazioni.
Settimana 06/04-10/04
06/04: Cap. 10 - Doppi bipoli adinamici: Proprietà dei doppi bipoli adinamici: reciprocità, simmetria, passività, amplificazione. Doppio bipolo resistivo. Sua sintesi a T, cenno alla sintesi a P-greco. Generatori pilotati: GTPT, GTPC, GCPT, GCPC, matrici rappresentative, proprietà. Trasformatore ideale: matrici rappresentative, proprietà generali, amplificazione, trasferimento di resistenza, amplificazione. Cenno allo schema equivalente del transistor npn utilizante GCPC e GTPT.
07/04: Esercitazione 10-11. Determinazione per ispezione delle matrici R e G di un doppio bipolo resistivo con 4 resistori; determinazione sintetica delle matrici R e G di un doppio bipolo resistivo dal comportamento ai morsetti. Determinazione sintetica delle matrici R e G e sitensi a T e a Pi-greco (proposto).
09/04: Cap. 11 - Reti lineari adinamiche con doppi bipoli: Esempio di equazioni di Tableau. Properità generali, metodi di analisi e teoremi. Esempio di calcolo del generatori equivalenti di Thévenin e Norton di una rete con GCPC. Esempio di analisi con il metodo delle correnti di anello di una rete con GCPC e GTPT. Esempio di analisi con il metodo di sovrapposizione degli effetti di una rete con GCPT e GTPC.
10/04: Cap. 12 - Bipoli dinamici. Grandezze elettriche di supporto: integrale di corrente e integrale di tensione.
Bipolo condensatore ideale: relazione algebrica, capacità, energia, relazione differenziale; esempi di caratteristiche esterne dinamiche; relazioni integrali del condensatore ideale.Condensatori reali.
Bipolo induttore ideale: relazione algebrica, induttanza, energia, relazione differenziale; esempi di caratteristiche esterne dinamiche (cenno, per dualità); relazioni integrali. Induttori reali.Settimana 13/04-17/04
16/04: Cap. 13 - Doppio bipolo induttivo. Relazioni nelle induttanze e nelle inertanze, relazioni tra i parametri; vincoli sulle L e M; segno di M; coefficiente di accoppiamento; equazioni tra tensioni e correnti differenziali e integrali. DBI amplificanti e non amplificanti. Sintesi del DBI non amplificante con schema a T e a Pi-greco (cenno); sintesi del DBI amplificante con accoppiamento perfetto e imperfetto, schemi di sintesi alternativi. DBI reali, trasformatori ad induzione e schemi che tengano conto delle perdite ohmiche, per isteresi e per correnti parassite.17/04: Cap. 14 – Introduzione al regime sinusoidale. Grandezze periodiche e sinusoidali; periodo, frequenza, fase, pulsazione, valore efficace, valore medio, valore medio del modulo, fattore di forma. Sinusoidi isofrequenziali; relazioni tra sinusoidi isofrequenziali. Trasformata di Steinmetz, biunivocità, Operazioni algebrico-differenziali sulle sinusoidi e corrispondenti operazioni algebriche complesse sui fasori.
Settimana 20/04-24/04
20/04: Esempio di espressione dei numeri complessi, altre operazioni sui fasori e sui numeri complessi; rapprensentazione grafica dei fasori e operazioni in forma grafica, diagramma fasoriale.
Cap. 15 – Bipoli passivi in regime sinusoidale: potenza elettrica istantanea, media e fluttuante; potenza attiva, reattiva, apparente e fattore di potenza; potenza complessa. Passività in regime sinusoidale. Strumenti di misura in regime sinusoidale.
21/04: Bipoli passivi ideali in regime sinusoidale: resistore ideale, induttore ideale, condensatore ideale. Impedenza, esempi elementari, potenza complessa; ammettenza, esempi elementari, potenza complessa; relazioni tra impedenza ed ammettenza; LKT e LKC simboliche.
23/04: Serie di impedenze e partitore di tensione simbolico; esempi di serie di impedenze; parallelo di ammettenze, partitore di corrente simbolico. Impedenza e ammettenza di rete di bipoli passivi generica. Sintesi serie d’impedenza; sintesi parallelo d’ammettenza.
24/04: Risposta in frequenza e risonanza Serie RLC: risposta in frequenza e risonanza; fattore di merito, selettività. Funzionamento in risonanza, amplificazione dei valori efficaci di tensione. Parallelo RLC: risposta in frequenza e risonanza,per dualità, evidenziando le differenze rilevanti, amplificazione dei valori efficaci di corrente.
Doppi bipoli simbolici generalità, doppi bipoli adinamici simbolici, trasformatore ideale simbolico, doppi bipoli induttivo simbolico, trasformatore reale simbolico.Settimana 27/04-01/05
27/04: Cap. 16 - Reti in regime sinusoidale Generatori simbolici, analogie tra rete simbolica e rete stazionaria lineare. Estensione dei metodi di analisi. Coefficienti di rete simbolici e funzioni di trasferimento in omega. Teorema di Millman. Teoremi dei generatori equivalenti. Teorema di Boucherot e teorema del massimo trasferimento di potenza.
28/04: Esercitazione 12-13: Serie di bipoli passivi: impedenza, ammettenza, sintesi sere, sintesi parallelo. Parallelo di bipoli passivi: impedenza, ammettenza, sintesi sere, sintesi parallelo. Serie di impdenze e LKTS. Partitore di tensione simbolico, partizione dei valori efficaci di tenione. Partitore di corrente simbolico, partizione dei valori efficaci di corrente. Analisi fasoriale di una rete con sovrapposizione degli effetti e con i generatori equivalenti (proposto 1°).
Esecitazione: identificazione di impedenza e sua sintesi.30/04: Esercitazione 14-15: Impedenza equivalente di rete con risonaza serie; Impedenza equivalente di rete con risonaza parallelo; Impedenza equivalente di rete con risonaza serie e risonanza parallelo; Impedenza equivalente di rete con trasformatore ideale; rete con corrente non nulla e tensione nulla e reattanza incognita; generatore equivalente di Thévenn di rete semplice; generatore equivalente di Norton di rete semplice; rete semplice con Norton lecito e Thévenin illecito.
Settimana 04/05-08/05
04/05: Esercitazione 16-17: Analisi fasoriale di una rete con sovrapposizione degli effetti e con i generatori equivalenti (risolto 1°); analisi di doppoi bipolo di impedenze risolta con Boucherot (7°); analisi di rete con trasformatore ideale con Boucherot (07.10.80, 8°); analisi di rete in sinusoidale con risonanza serie (18/09/06).05/05: Cap. 17: Reti trifasi. Generatori e utenze trifasi con centro stella accessibile; collegamenti a stella con neutro; terne di tensione stellate e concatenate; sistemi simmetrici ed equilibrati; sistemi in BT, MT, AT e AAT; struttura della rete nazionale; cenni agli squilibri di carico ed alla presenza del neutro; terne simmetriche di correnti di linea; sistemi senza neutro, connessioni a triangolo; terne simmetriche di correnti di fase interna; rete equivalente monofase; potenza nei sistemi a quattro fili e sua misura; potenza nei sistemi a tre fili e sua misura.29/04: Inserzione Aron; cenni alla distribuzione dell'energia elettrica; stabilità della tensione sul carico; rifasamento.
07/05: Esercitazione 18-19 su reti trifasi: tensioni stellate e tensioni concatenate; correnti di linea e di fase interna; carichi equivalenti a stella di carichi a triangolo o misti (03.07.19); inserzione Aron per misura di P e Q; rete trifase; analisi di rete trifase con tre carichi R L e C e indicazioni di Aron incognite (05.02.19); Analisi di rete trifase con carichi R-L in linea, R-L derivato e R derivato, potenze incognite.
08/05: Cap. 18: Reti in regime periodico generico: serie di Fourier e sue proprietà; valori efficaci; potenze di bipoli in regime periodico generico: istantanea, attiva, apparente, reattiva, deformante e non attiva; sovrapposizione degli effetti e analisi in frequenza; deformazione delle forme d'onda. Esempio di analisi.
Settimana 11/05-15/05
11/05: Cap. 19: Discontinuità ed impulsi: modello matematico per grandezze discontinue e impusive; istanti cirtici, discontinuità delle variabili di stato, stato della rete; richiami di funzioni impulsive. Discontinuità ed impulsi nelle reti elettriche: richiami di funzioni impulsive; analisi degli effetti di una tensione impressa discontinua su R, L e C.Analisi degli effetti di una corrente impressa discontinua su R, L e C. Maglie impulsive e insiemi di taglio impulsivi, condizioni per la comparsa di impulsi.
12/05: Serie di condensatori senza impulsi; parallelo di condensatori con impulso interno. Parallelo d’induttori senza impulsi. Serie di induttori con impulso interno.Esecitazione 20 - Reti trifasi: rete a 3 fili con generatore a stella e carico R-L a stella, calcolo potenze; rete a 3 fili con due carichi a stella L e R-C, calcolo potenze.
14/05: Cap. 20: Reti in regime variabile aperiodico Presentazione. Circuito E-R-C: carica di un condensatore da stato nullo e non nullo; scarica; evoluzione generale; risposte forzata e libera, bilanci energetici. Circuito J-G-L: carica di un induttore da stato nullo e non nullo; scarica; evoluzione generale; risposte forzata e libera. Problema generale dell'analisi delle reti in regime variabile, determinazione dell'equazione differenziale in una sola uscita. Oscillatore L-C-e(t) equazioni differeziali per tensione in C e corrente in L.15/05: Problema generale dell'analisi delle reti in regime variabile; soluzione mediante integrale particolare e integrale dell'omogenea; linearizzazione di L e C carichi; risposte forzata e libera. Integrale particolare con ingressi costante w sinusoidale. Integrale dell’omogenea: equazione differenziale, equazione caratteristica e sue radici. Modi normali naturali e frequenze generalizzate naturali. Integrale complessivo dell'omogenea, costanti di tempo.Settimana 18/05-22/05
18/05: Modi naturali delle reti elementari del primo ordine C, L, RC, RL. Modi naturali della reti elementari del secondo ordine LC, RLC: costante di smorzamento e fattore di smorzamento, casi sovrasmorzato, criticamente smorzato e sottosmorzato. Relazioni tra bipoli inerti e frequenze naturali. Reti passive, stabilità e assoluta stabilità; transitori. Determinazione delle n costanti di integrazione. Esempio: oscillatore LC con generatore sinusoidale.
19/05: Esercitazione 21-22: Reti in regime variabile: dati iniziali delle variabili di stato con generatore sinusoidale; integrale particolare con ingresso sinusoidale; integrale particolare con ingresso sinusoidale in rete singolare; integrale particolare con due ingressi: costante e sinusoidale; pusazioni naturali in rete R-L-C con generatore di tensione (L e C-R indipendenti); pusazioni naturali in rete R-L-C con generatore di corrente (L-C-R interagenti); pusazione naturale in rete con tre C e tre R; pusazione naturale in rete con R e due C in serie.
21/05: Esercitazione 23-24: Reti in regime variablie: rete con due sottoreti indipendenti J-L-2R e R-C in evoluzione libera (compito 31.08.06); rete con e(t) sinsus. e tre lati indipendenti, R-C, L e R (compito 13-09-13).
22/05: Cap 21: Uso della Laplace trasformata: Definizioni e proprietà; impedenze generalizzate in s e rete operatoriale; metodi di analisi; funzione di trasferimento H(s); esempio su oscillatore LC; uso per determinare l'integrale particolare; esempio su oscillatore LC; uso determinare l'integrale dell'omogenea e le pulsazioni generalizzate naturali; esempio su oscillatore LC; H(s) come rapporto polinomiale e fattorizzazione; deduzione da H(s) dell’equazione differenziale e dell’equazione caratteristica; reti singolari (pulsazione impressa = polo di H(s)).
Settimana 25/05-29/05
25/05: Esercitazione 25-26: Analisi di reti in regime variabile: rete con J->E e due sottoreti passive indipendenti: L e R-C-C, impulso di corrente, singolarità in L e uscita non variabile di stato, risolta mediante uso sistematico mirato della rete operatoriale per integrali particolari e integrali dell'omogenea.26/05: Esercitazione 27-28: Correzione secondo compitino - Analisi di reti in regime variabile. proposte due reti da rislvere con analisi operatoriale: rete con J e 2 L-C in parallelo (compito 05-09-96); rete con J sostituito da E e R in serie con 2 L in parallelo.
28/05 Elementi di Elettromagnetismo cenno alla struttura matematica elle teorie di campo. Cap. 1: Fenomeni di conduzione elettrica. Leggi di Ohm e di Joule integrali e locali (relazione costitutiva del campo di corrente). Resistività dei mezzi e classificazione dei materiali (conduttori, semiconduttori ed isolanti). Tubo di flusso generico di J relativa resitenza. Resistori filiforme curvilineo, cilindrico radiale e sferico; dispersore di terra. Legge di continuità intgrale e locale del campo di corrente.29/05: Cap. 2: Fenomeni dielettrici. Spostamento elettrico D, legge di Gauss; D sulle superfici conduttrici, metallizazione delle superifici equipotenziali; permettività dielettriche dei mezzi; condensatore, capacità; condensatore piano, condensatori piani composti, condensatore cilindrico e condensatore sferico; applicazioni; dal condensatore dielettrico al bipolo condensatore. Densità di energia elettrostatica; perdite dielettriche; rigidità dielettrica. Densità di corrente di spostamento e densità di corrente totale.Settimana 01/06-05/06
04/06: Cap. 3: Fenomeni magnetici. Campo magnetico e induzione magnetica. Campo magnetico in mezzo uniforme: leggi di Biot-Savart, di Laplace (prima legge elementare), di Ampère-Laplace. Legge di Ampère per il campo magnetico. Legge di Faraday-Henry, flusso concatenato, flusso e divergenza dell'induzione magnetica. Potenziale vettore magnetico. Campo elettrico indotto e campo elettrico totale, seconda equazione di Maxwell, espressione nei potenziali scalare e vettore. Legge di Lenz. Legge costitutiva e permeabilità magnetica. mezzi amagnetici (diamagnetici e paramagnetici) e ferromagnetici; saturazione, isteresi, mezzi ferromagnetici dolci e duri.05/06: Flusso concatenato, amperespire. Induttore isolato ed autoinduttanza. Esempi: avvolgimento toroidale, avvolgimento solenoidale lungo, linea coassiale, linea bifilare. Mutuo induttore, reciprocità. Mutuo induttore toroidale. Modelli circuitali dell'induttore e del mutuo induttore. Effetto pelle, analisi semplificata (iniziato), spessore di penetrazione. Energia magnetica dei circuiti induttori. Densità di energia magnetica in termini di B e H e di A e J. Densità di energia dei mezzi non lineari. Perdite per isteresi e formula di Steinmetz. Legge di Ampère-Maxwell.
Settimana 08/06-12/06
08/06: Circuiti magnetici. Canalizzazione di B con materiali ad alta permeabilità, traferro, leggi di rifrazione. Tronchi di tubo di flusso di B, tensione magnetica e flusso, riluttanza. Legge di Ohm magnetica e legge di Hopkinson per tubi di flusso non ramificati. Legame tra riluttanza di tubo chiuso e induttanza del relativo avvolgimento. Leggi di Kirchhoff per i circuiti magnetici. Analisi dei circuiti magnetici, analogie con le reti elettriche adinamiche. Non linearità: Circuiti magnetici con magneti permanenti. Energia nei circuiti magnetici, energia al traferro e pressione ai traferri. Analisi delle correnti parassite in una lamina; perdite nei nuclei ferromagnetici, nulcei lamellati; cifra di perdita dei lamierini.
09/06: Induttore con nucleo ferromagnetico, impedenza equivalente e riluttanza complessa.
Esercitazione: analisi di un circuito magnetico elementare, calcolo di induttanze ed energia in diversi modi; analisi di un circuito magnetico con due traferri in serie, calcolo di riluttanza equivalente, pressioni magnetiche e forze ai traferri; analisi di un circuito magnetico con due traferri in parallelo e due fmm, calcolo di riluttanze equivalente, induttanze e mutue induttanze.
11/06: Vari esempi di quesiti sui campi elettromagnetici da compito. Discussione. Analisi di circuito magnetico con 2 fmm e 4 traferri, calcolo della forza di attrazione dell'ancora (traccia di soluzione, compito 12/02/18).
Chiusura del corso.