Obiettivi Formativi

Far acquisire conoscenze sui principi teorici dei circuiti elettrici in corrente continua e alternata, sugli strumenti per l’analisi e la risoluzione degli stessi, e sui relativi aspetti energetici, al fine di far comprendere i fondamenti della distribuzione di energia elettrica. Fornire la conoscenza delle problematiche legate alla sicurezza elettrica e dei principali strumenti di protezione nella progettazione degli impianti elettrici. Far acquisire la capacità di descrivere qualitativamente e quantitativamente il funzionamento e gli aspetti energetici di circuiti semplici, in regime stazionario, in bassa e alta frequenza, alla risonanza, in transitorio, applicando i diversi strumenti forniti. Far acquisire la capacità di intuire le problematiche di sicurezza elettrica negli ambienti e applicare le soluzioni progettuali per quelle problematiche. Far acquisire la capacità di individuare autonomamente gli strumenti necessari all'analisi, alla comprensione e alla risoluzione dei circuiti elettrici e dei problemi di sicurezza negli impianti elettrici, anche attraverso l'integrazione delle conoscenze acquisite con appropriate indagini bibliografiche tali da consentire un confronto critico tra le diverse soluzioni possibili e l’elaborazione autonoma dei concetti. Far acquisire la capacità di intendere ed utilizzare il linguaggio tecnico appropriato alla disciplina, comprendere e saper presentare in modo chiaro e organico gli elaborati di analisi e risoluzione delle problematiche elettriche. Far acquisire un metodo di studio individuale adeguato a consentire l'approfondimento delle conoscenze e ad affrontare ulteriori tematiche avanzate o settoriali.

Metodi didattici

Il corso, al fine di raggiungere gli obiettivi formativi previsti, è impostato prevalentemente in lezioni frontali. Sono inoltre previste esercitazioni in aula guidate dal docente, esercitazioni singole, esercitazioni di gruppo, simulazioni di prove d’esame, elaborazioni di progetto in aula. Le attività sono svolte con supporto di lavagna e/o slides.

Prerequisiti

Conoscenza dei principi fondamentali di analisi matematica (risoluzione di sistemi di equazioni lineari e di semplici equazioni differenziali di primo e secondo ordine, numeri complessi), sia di fisica (elettromagnetismo di base).

Verifiche dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento è effettuata attraverso tre prove: una prova scritta finalizzata ad accertare la capacità di applicare le conoscenze e gli strumenti acquisiti nella risoluzione dei circuiti elettrici, in continua e alternata, con un approccio metodologico adeguato; la valutazione della prova scritta è effettuata in trentesimi; gli studenti che superano la prova scritta e sono ammessi all’orale possono svolgere la prova orale nell’appello dello scritto o in quello successivo; gli studenti che non superano la prova scritta sono vivamente sconsigliati dal presentarsi alla prova orale; una prova orale sugli argomenti del programma per verificare la padronanza dei concetti teorici acquisiti durante il corso e la capacità di esporli in maniera critica adoperando un linguaggio tecnico adeguato; la valutazione della prova orale è effettuata in trentesimi; se, entro il limite di validità dello scritto, lo studente non dimostra l’acquisizione degli obiettivi formativi specifici con una prova orale almeno sufficiente, deve rifare la prova scritta; la presentazione e discussione di semplici documenti grafico-tecnici per un progetto di un impianto elettrico; può avvenire contestualmente alla prova orale; a conclusione della presentazione degli elaborati, viene formulata la votazione finale tenendo conto della media delle due prove precedenti, con un bonus fino a 3 trentesimi per la presentazione del progetto. Durante il corso, inoltre, saranno effettuate almeno due verifiche intermedie in forma scritta, con valutazione in trentesimi, che prevedono la risoluzione di esercizi e quesiti a risposta aperta e/o chiusa: sono esonerati dalle prove scritta e orale gli studenti che hanno ricevuto una valutazione media maggiore o uguale a 18/30 nelle verifiche in itinere. la validità delle prove in itinere, per la presentazione finale degli elaborati progettuali, è di un anno accademico. in caso di prove in itinere parzialmente sufficienti, è previsto il recupero delle lacune emerse, durante gli appelli dell’anno accademico, tramite prove scritte e orali ad-hoc.

Programma del Corso

-CONCETTI E LEGGI FONDAMENTALI: Circuito elettrico. Generatori e utilizzatori. Carica e corrente, tensione, potenza, energia. Bipoli, attivi e passivi, lineari e non lineari, collegamento in serie e parallelo. Resistori, legge di Ohm, potenza dissipata. Generatori indipendenti di tensione e corrente, reali e ideali, forme d’onda (costante per DC, sinusoidale per AC). Convenzioni degli utilizzatori e dei generatori. Legge di Ohm generalizzata. Nodi, rami e maglie, leggi di Kirchhoff alle correnti (LKC) e alle tensioni (LKT), risoluzione dei circuiti tramite leggi di Kirchhoff. Resistori in serie e partitore di tensione, resistori in parallelo e partitore di corrente, calcolo della resistenza di una rete vista da due punti, trasformazioni stella-triangolo. Generatori controllati di corrente e di tensione come quadripoli, calcolo della resistenza equivalente in presenza di generatori controllati. Strumenti di misura e loro collegamento, voltmetro, amperometro, wattmetro. -TEOREMI DELLE RETI: Linearità di una rete, principio di sovrapposizione degli effetti. Collegamento di generatori di tensione e corrente, generatori prevalenti. Teorema di Thevenin, teorema di Norton, trasformazione dei generatori reali. Teorema di Millman. Teorema del massimo trasferimento di potenza. -CONDENSATORI E INDUTTORI: Principio fisico di funzionamento dei condensatori, capacità, legame tra tensione e corrente in un condensatore, condensatori in serie e in parallelo, energia immagazzinata nel condensatore, transitorio RC. Principio fisico di funzionamento degli induttori, legge di Opkinson, legge di Faraday-Neumann, induttanza, legame tra tensione e corrente in un induttore, induttori in serie e in parallelo, energia immagazzinata nell’induttore, transitorio RL. C ed L come bipoli inerziali. -REGIME SINUSOIDALE E FASORI: Grandezze periodiche, alternate, sinusoidali, valore medio, valore efficace, operazioni tra sinusoidi. Definizione di vettore rotante e di fasore, operazioni sui fasori e loro proprietà. Risposta in regime sinusoidale, legge di Ohm in AC, definizione di impedenza, composizione di impedenze. Triangolo delle impedenze, triangolo delle tensioni. -ANALISI IN REGIME SINUSOIDALE: Risoluzione dei circuiti in AC, principio di sovrapposizione, trasformazione dei generatori, circuiti equivalenti di Thevenin e Norton, circuiti risonanti, risposta in frequenza di un circuito RLC serie. -POTENZA IN REGIME SINUSOIDALE E RIFASAMENTO: Potenza istantanea, fluttuante, attiva istantanea e reattiva istantanea, potenza attiva e reattiva, potenza apparente, potenza complessa, triangolo delle potenze, fattore di potenza. Teorema di Boucherot. Rifasamento totale e parziale. Teorema del massimo trasferimento di potenza attiva. -CIRCUITI CON ACCOPPIAMENTO MAGNETICO: Differenza tra auto e mutua induzione, coefficiente di mutua, convenzione dei puntini, teorema di reciprocità. Trasformatori, rapporto di trasformazione. -SISTEMI TRIFASE: Introduzione, sistemi simmetrici di tensione e equilibrati di corrente. Collegamento a stella e a triangolo dei generatori e dei carichi. Grandezze di linea e di fase. Sistemi simmetrici ed equilibrati: risoluzione, potenza, misura della potenza. Sistemi dissimmetrici e squilibrati: risoluzione, potenza, teorema di Aron. Rifasamento trifase. Vantaggi del trifase. Campo magnetico rotante di Galileo Ferraris. -SICUREZZA ELETTRICA: Principi di sicurezza. Definizione di rischio. Elettrofisiologia. Limiti di pericolosità di corrente e tensione. -INTRODUZIONE AGLI IMPIANTI ELETTRICI: Direttive e norme di riferimento. Definizioni e classificazioni degli impianti elettrici. Livelli di progetto. Determinazione del carico convenzionale. Cavi elettrici. -PROTEZIONE DALLE SOVRACORRENTI e SOVRATENSIONI: Sovraccarico e cortocircuito, interruttore magnetotermico. Sovratensioni e scaricatore di sovratensione. -PROTEZIONE DA CONTATTI DIRETTI E INDIRETTI: Definizioni. Impianto di terra. Interruttore differenziale. Selettività. -ESEMPI DI PROGETTO.