Nicola D.
Insegnante di
Elettrotecnica, Fisica, Impanti elettrici, Macchine elettriche, Matematica
Ciao!! Andiamo subito al punto! Le mie lezioni sono CHIARE ed ESSENZIALI nella spiegazione e PRATICHE nello svolgimento, così da massimizzare l’efficienza dello studio per gli studenti di istituti tecnici industriali e licei scientifici.
Dotato di tavoletta grafica e webcam professionali per offrire anche il massimo della didattica a distanza. Laureato al Politecnico di Milano in Ingegneria Elettrica.
Competenze in Elettrotecnica:
Fenomeni elettrici fondamentali, classificazione energetica e componenti perfetti corrispondenti. Resistore, induttore, condensatore, convertitore puro; energetica ed equazione costitutiva. Sorgenti indipendenti di tensione e corrente; valore efficace di una grandezza.
Reti di bipoli e metodi semplici di analisi. Leggi di Kirchhoff delle correnti e delle tensioni. Partitori resistivi, induttivi e capacitivi di tensione e di corrente. Collegamento in serie-parallelo di sorgenti. Bipolo attivo tipo serie e tipo parallelo: energetica ed equazione costitutiva; massima potenza erogata. Equivalenza fra bipoli attivi tipo serie e tipo parallelo. Modello minimo di rete tipo serie e tipo parallelo (Thevenin/Norton); determinazione dei parametri del modello minimo; analisi con un solo elemento non lineare. Metodo della sovrapposizione degli effetti.
Transitori del primo ordine. Transitorio GC in risposta libera e forzata. Transitorio RL in risposta libera e forzata. Carica e scarica di un induttore o di un condensatore con variazione impulsiva dello stato di carica.
Regime sinusoidale monofase e trifase. Grandezze sinusoidali; valor medio; valor efficace. Fasori e algebra relativa. Resistore, induttore e condensatore in regime sinusoidale; tensione, corrente, potenza nel dominio del tempo e nel dominio dei fasori. Generico bipolo in regime sinusoidale e circuito equivalente minimo. Modello minimo di rete tipo serie e tipo parallelo (Thevenin-Norton) in regime sinusoidale; determinazione dei parametri del modello minimo. Criterio della massima potenza erogata dal modello minimo in regime sinusoidale. Trasformazione stella-triangolo e viceversa. Partitore di tensione e di corrente in regime sinusoidale. Sovrapposizione degli effetti in regime sinusoidale; valore efficace con armoniche di frequenza diversa. Metodo di analisi mediante le potenze. Risonanza; diagramma polare; risposta in ampiezza e fase. Sorgenti e carichi trifase; tensioni e correnti nei componenti trifase a stella ed a triangolo. Sistema trifase canonico e determinazione delle correnti. Potenza nei sistemi trifase; misura della potenza trifase mediante due o tre wattmetri. Potenza istantanea in un sistema trifase. Analisi di un sistema trifase simmetrico ed equilibrato; modello equivalente monofase. Analisi di un sistema trifase a quattro fili; determinazione delle correnti; rifasamento di un carico trifase.
Due-porta resistivo lineare. Due-porta resistivo a corrente impressa e a tensione impressa; equazioni costitutive; identificazione dei parametri; modello circuitale. Due-porta resistivo in formulazione ibrida e di trasmissione; equazioni costitutive; identificazione dei parametri; modello circuitale; trasformatore ideale resistivo. Sorgenti pilotate; equazioni costitutive e loro rappresentazione. Giratore: equazioni costitutive.
Due-porta induttivo. Mutuo induttore e due porta-induttivo: definizione energetica; variabili di stato e variabili ausiliari; possibili formulazioni delle equazioni costitutive. Equazioni costitutive ed energetica a correnti impresse; forma quadratica della variazione di energia; vincolo sul segno dei coefficienti di auto e mutua induttanza. Legame fra tensioni e correnti in regime variabile e in regime sinusoidale; circuito equivalente a corrente impressa; serie equiversa e controversa di due induttori accoppiati e deduzione della mutua induttanza. Funzionamento a vuoto e in corto circuito. Formulazione con variabili ibride impresse; equazioni costitutive; variazione di energia fra due stati. Circuiti equivalenti con variabili ibride. Trasformatore ideale di corrente o di tensione e circuito equivalente; trasformatore ideale e circuito equivalente. Mutuo induttore a flussi impressi: equazioni costitutive; energia; coefficienti di inertanza; funzionamento in parallelo equiverso e controverso; equazioni in regime sinusoidale. Legame fra i parametri di induttanza, di inertanza e ibridi.
Strutture magnetiche. Introduzione alla modellistica delle strutture magnetiche ed ai circuiti magnetici; definizione operativa delle grandezze magnetiche flusso e tensione magnetica; legge di Ampère; tubo di flusso; tronco di tubo di flusso; bipolo magnetico riluttore; riluttanza e permeanza. Sorgente di tensione magnetica e di flusso magnetico. Energia e densità di energia nel campo magnetico; induttanza di induttore toroidale. Rete magnetica equivalente a parametri concentrati. Elettromagnete con ferro e traferri ed una sorgente di campo. Elettromagnete con ferro e traferri e due o più sorgenti di campo; rete magnetica equivalente; determinazione dei parametri. Materiali magnetici e relativo ciclo di magnetizzazione. Magneti permanenti; modello circuitale dei magneti permanenti. Analisi di reti magnetiche alimentate da magneti permanenti. Dualità fra reti magnetiche e reti elettriche equivalenti; rete elettrica equivalente fisica di un dispositivo elettromagnetico con rete magnetica assegnata.
Fondamenti di conversione elettromeccanica. Azioni meccaniche spontanee nei sistemi capaci di accumulo di energia. Tendenza alla riconfigurazione di un tronco di tubo di flusso del campo dielettrico o magnetico con sistema energeticamente chiuso o aperto; pressione longitudinale e trasversale su un tronco di tubo di flusso. Primo principio della termodinamica e principio generale di minimo del potenziale termodinamico. Trasformazione di Legèndre. Flussi di lavoro e variazione di energia durante una riconfigurazione spontanea di un condensatore/induttore a carica elettrica/flusso magnetico impressa/o o a tensione/corrente impressa. Nozione di ciclo di lavoro e definizione di macchina. Macchina elementare mediante condensatore/induttore con elementi strutturali in moto relativo: ciclo di lavoro come motore e come generatore elettrico. Analisi energetica delle traiettorie di lavoro. Rendimento termodinamico del ciclo di lavoro.
Individuazione dei parametri delle linee elettriche, come determinabili a partire da semplici considerazioni di tipo geometrico ed elettromagnetico.
Sono introdotti metodi di calcolo validi su reti radiali in regime di normale funzionamento: sono ripresi ed approfonditi i concetti necessari al calcolo fasoriale sulle reti di distribuzione monofase e trifase, e sono dettagliate le nozioni alla base del metodo di Boucherot e le modalità applicative dello stesso. Dopo le necessarie semplificazioni, si illustra il metodo della caduta di tensione industriale per linee corte.
Viene poi introdotto il metodo per unità con le relative applicazioni in presenza di trasformatori.
Con gli strumenti di calcolo messi a disposizione, è poi indagato in dettaglio il problema del rifasamento, con approfondimenti sulle possibili modalità di dimensionamento, nonché fornendo dei cenni ai transitori di inserzione e disinserzione dei sistemi di rifasamento più comunemente adottati (batterie di condensatori).
Sono quindi introdotti i calcoli di cortocircuito per guasti simmetrici, discutendone cause e conseguenze sui componenti. Si presentano criteri semplici di dimensionamento delle linee elettriche, quali quello riferito alla massima caduta di tensione ammessa, alla massima portata a regime, alle massime sollecitazioni tollerabili in caso di guasto.
Competenze in Macchine Elettriche:
Argomenti di teoria
1) Generalità. Circuiti mutuamente accoppiati; flussi principali e di dispersione. Perdite principali e addizionali nei materiali conduttori e magnetici; comportamento dielettrico e termico degli isolanti; rendimento. Fenomeni e modelli per l’analisi termica a regime e in transitorio di una macchina elettrica. Potenza nominale e tipi di servizio di una macchina elettrica; i valori relativi.
2) Il trasformatore. Il trasformatore monofase: struttura e principio di funzionamento; il trasformatore ideale; rapporto di trasformazione e criteri di riporto; rete magnetica e deduzione del circuito equivalente elettrico del trasformatore reale; grandezze nominali e dati di targa; prove a vuoto e in corto circuito per la identificazione dei parametri; corrente a vuoto e tensione di corto circuito; diagrammi fasoriali; perdite e rendimento; variazione di tensione. Trasformatori a rapporto variabile. Trasformatori di misura. Autotrasformatori e trasformatori monofase a tre avvolgimenti. Il trasformatore trifase; collegamento degli avvolgimenti e indice orario; funzionamento in parallelo; nuclei a 3 e a 5 colonne e reattanza omopolare; spostamento del centro stella. Fenomeni transitori.
3) Questioni comuni alle macchine rotanti in c.a.. Avvolgimenti per macchine in c.a.. F.m.m. e distribuzione del campo al traferro. Campo principale e campi armonici. Il campo magnetico rotante e sua rappresentazione mediante fasori spaziali. F.e.m. in avvolgimenti distribuiti e loro rappresentazione mediante fasori temporali. Il fattore di avvolgimento. Principi di conversione elettromeccanica.
4) Macchina a induzione. Macchina a induzione trifase con rotore avvolto: struttura, analisi dei campi al traferro e deduzione del circuito equivalente; funzionamento in regime sinusoidale; coppia elettromagnetica; potenze, perdite, rendimento, caratteristica meccanica nel funzionamento da motore, generatore, freno. Studio della macchina a induzione con rotore a gabbia. Avviamento, funzionamento a regime, inversione di marcia. Prove sulla macchina a induzione: identificazione dei parametri del circuito equivalente per statore collegato a Y o D e rotore avvolto o a gabbia. Motore con rotore a doppia gabbia e a barre profonde; motori a induzione ad alimentazione monofase. Cenni sulla regolazione di velocità.
5) Macchina sincrona. Caratteristiche costruttive (struttura magnetica di rotore, circuito di eccitazione, gabbia di smorzamento). Macchina isotropa: funzionamento a vuoto: distribuzione di f.m.m. e induzione al traferro, flusso di eccitazione, f.e.m indotta, caratteristica di magnetizzazione. Funzionamento a carico: reazione e dispersione, grandezze al traferro e loro rappresentazione con fasori spaziali; studio a regime con diagrammi fasoriali di Potier e di Behn-Eshenburg; angolo di carico, curve caratteristiche; coppie, potenze, perdite, rendimento. Macchina anisotropa: teoria della doppia reazione; diagrammi fasoriali di Blondel e delle due reattanze. Reattanza sincrona, transitoria e subtransitoria. Espressione delle potenze e delle coppie. Corto circuito improvviso e a regime. Prove sulle macchine sincrone. Funzionamento in parallelo: operazioni di inserzione, regolazione della potenza attiva e reattiva, nel funzionamento come generatore e motore. Grandezze nominali e dati di targa. Stabilità statica e dinamica. Diagrammi polari. Cenni alle macchine a magneti permanenti e a riluttanza.
6) Macchina con collettore a lamelle. Caratteristiche costruttive e principio di funzionamento. Campo al traferro nel funzionamento a vuoto: f.e.m. nell’indotto, funzione del collettore e tensione raccolta alle spazzole. Caratteristica di magnetizzazione. Funzionamento a carico: reazione di indotto; funzione di poli ausiliari e avvolgimenti compensatori; grandezze al traferro e coppia elettromagnetica. Commutazione. Equazioni elettriche. Curve caratteristiche dei motori con eccitazione indipendente, derivata e serie. Perdite e rendimento. Avviamento e regolazione di velocità. Prove sulle macchine a collettore. Cenni al motore universale e al motore con eccitazione a magnete permanente.
Competenze in Fisica:
Grandezze fisiche e loro misurazione.Cinematica del punto materiale. Principi della dinamica newtoniana, forze, studio del movimento. Lavoro ed energia. Dinamica nei sistemi di riferimento non inerziali. Interazioni elementari fra masse e cariche elettriche. Dinamica dei sistemi di punti materiali e del corpo rigido. Elementi di meccanica dei fluidi. Sistemi e grandezze termodinamiche. Primo e secondo principio della termodinamica. Teoria cinetica dei gas.
Campo e potenziale elettrostatico: cariche elettriche, legge di Coulomb, campo elettrico e legge di Gauss, lavoro di una forza elettrica, potenziale elettrostatico, energia del campo elettrostatico, dipolo elettrico.
Conduttori e dielettrici: proprietà dei conduttori in elettrostatica, schermo elettrostatico, capacità e condensatori, fenomenologia dei materiali dielettrici.
Corrente elettrica nei conduttori: conduzione elettrica, modello classico della conduzione elettrica, legge di Ohm, resistenza elettrica, effetto Joule, forza elettromotrice.
Campo magnetico e sorgenti del campo magnetico: evidenze sperimentali della forza magnetica, forza di Lorentz e moto delle particelle cariche in un campo magnetico, forza magnetica tra conduttori percorsi da corrente, il campo magnetico in relazione alle correnti, legge di Ampère, spire e dipoli magnetici, energia del campo magnetostatico.
Fenomenologia dei materiali magnetici: magnetizzazione della materia, permeabilità e suscettività magnetica, materiali diamagnetici, paramagnetici, ferromagnetici.
Campi lentamente variabili nel tempo: induzione elettromagnetica e legge di Faraday; autoinduzione e mutua induzione.