ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| ELETTROTECNICA | ING-IND/31 | LEZIONI | 60 |
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Lo studente che completa il corso con successo avrà l'abilità di analizzare i circuiti elettrici lineari utilizzanto metodi generali in regime stazionario, sinusoidale o in risposta transitoria. Lo studente sarà capace di descrivere componenti elettrici a più terminali in termini di relazioni tra tensioni e correnti e di ottenere circuiti equivalenti in modo da ridurre la complessità. Lo studente sarà in grado di analizzare e descrivere circuiti magnetici, determinare le proprietà elettromagnetiche in base alle caratteristiche fisiche e geometriche dei dispositivi.
The student completing the course successfully will have the ability to analyze the linear electric circuits using general methods in steady state, sinusoidal or transient response. The student will be able to describe multi-terminal electrical components in terms of relationships between voltages and currents and to obtain equivalent circuits in order to reduce complexity. The student will be able to analyze and describe magnetic circuits, to determine the electromagnetic properties based on the physical and geometrical characteristics of the devices.
prove in itinere (due prove scritte)
prova scritta e prova orale
In the written exam (3 hours), the student must demonstrate his/her ability in solving a number (typically 4) of simple exercises covering the most important topics of the course. During the oral exam the student must be able to demonstrate his/her knowledge of the basic principles of the circuit theory and to discuss them using the appropriate terminology.
Methods:
Further information:
The final exam consists in a written exam which is a prerequisite for the oral one. The minimum allowed score at the written exam is 18/30. The weighting is: final written exam 33.3%; final oral exam 66.6%.
Lo studente acquisirà buone capacità di descrizione, scrittura delle equazione e soluzione dei circuiti lineari, e la capacità di utilizzare le metodologie della teorida dei circuiti per descrivere la risposta in frequenza, la risonanza, la potenza nei componenti, le perdite nei trasformatori.
Avrà la capacità di progettare un circuito elettrico secondo diversi criteri di progettazione: massimo trasfrerimento di potenza, massimo rendimento.
The student will acquire good skills in the description, writing of equations and solution of linear circuits, and the ability to use the methodologies of the circuit theorem to describe the frequency response, the resonance, the power in the components, the losses in the transformers. It will have the ability to design an electrical circuit according to different design criteria: maximum power transfer, maximum efficiency.
prove in itinere (due prove scritte)
prova scritta e prova orale
In the written exam (3 hours), the student must demonstrate his/her ability in solving a number (typically 4) of simple exercises covering the most important topics of the course. During the oral exam the student must be able to demonstrate his/her knowledge of the basic principles of the circuit theory and to discuss them using the appropriate terminology.
Methods:
Further information:
The final exam consists in a written exam which is a prerequisite for the oral one. The minimum allowed score at the written exam is 18/30. The weighting is: final written exam 33.3%; final oral exam 66.6%.
Lo studente acquisirà sensibilità, rigore metodologico e accuratezza nella descrizione e soluzione dei circuiti lineari e dei circuiti magnetici
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prove in itinere (due prove scritte)
prova scritta e prova orale
In the written exam (3 hours), the student must demonstrate his/her ability in solving a number (typically 4) of simple exercises covering the most important topics of the course. During the oral exam the student must be able to demonstrate his/her knowledge of the basic principles of the circuit theory and to discuss them using the appropriate terminology.
Methods:
Further information:
The final exam consists in a written exam which is a prerequisite for the oral one. The minimum allowed score at the written exam is 18/30. The weighting is: final written exam 33.3%; final oral exam 66.6%.
Sono di utilità conoscenze di Fisica 2 e Analisi matematica
Knowledge of Physics 2 and Mathematical Analysis are useful
Insegmaneto frontale:
si consiglia di seguire con continuità le lezioni del docente, di reperire tutto il materiale didattico e di studiarlo approfonditamente.
Delivery: face to face
Learning activities:
Attendance: Advised
Teaching methods:
Modello circuitale. Grandezze circuitali. Intensità di corrente elettrica. Tensione elettrica. Modello del bipolo. Intensità di corrente di un bipolo. Tensione di un bipolo. Condizioni lentamente variabili e validità del modello circuitale. Convenzioni sui riferimenti per i versi. Legge di Kirchhoff per le correnti
1. Legge di Kirchhoff per le tensioni. Lineare indipendenza delle equazioni con i principi di Kirchhoff. Forma canonica delle equazioni circuitali. Potenza ed energia elettrica. Bipoli passivi e bipoli attivi. Resistore lineare. Generatori ideali di tensione e di corrente. Corto circuito, circuito aperto.
2. Generatori reali. Equivalenza tra bipoli. Equivalenza tra generatori reali. Generatori dipendenti. Esempio di soluzione di un circuito resistivo.
3. Connessioni in serie ed in parallelo. Resistori lineari connessi in serie, partitore di tensione. Resistori lineari connessi in parallelo, partitore di corrente. Soluzione per riduzione serie-parallelo. Trasformazioni stella-triangolo. Generatori ideali connessi in serie e in parallelo.
4. : Resistori in serie e parallelo a generatori ideali. Metodo del Tableau. Esempio di scrittura delle equazioni in forma canonica e con il metodo del Tableau. Grafo di un circuito e sue proprietà. Definizioni di albero e co-albero, anelli, maglie fondamentali.
5. Metodo delle correnti di maglia. Esempi di scrittura delle equazioni con il metodo delle correnti di maglia. Metodo dei potenziali nodali.
6. Esempi di scrittura delle equazioni con il metodo dei potenziali di nodo. Metodo dei potenziali di nodo modificato. Teorema di Thevenin.
7. Teorema di Norton. Esempi di applicazione del teorema Thevenin e Norton. Bipoli dinamici, condensatore e induttore, relazioni costitutive nel dominio del tempo, potenza ed energia. Soluzione di un circuito dinamico semplice tramite equazioni differenziali, soluzione omogenea e soluzione particolare con forzante costante. Regime constante e regime sinusoidale.
8. Caratteristiche delle sinusoidi: ampiezza, pulsazione/frequenza/periodo, fase. Richiami sui numeri complessi. Trasformata fasoriale e sue proprietà, linearità derivazione, integrazione. Relazioni costitutive dei componenti R,L,C nel dominio fasoriale, diagrammi fasoriali. Analisi dei circuiti nel dominio fasoriale. Definizione di impedenza, reattanza, ammettenza, suscettanza. Triangolo dell'impedenza e dell'ammettenza. Circuito di impedenze. Esempi di soluzione di circuiti a regime sinusoidale.
9. Potenza nei circuiti in regime sinusoidale (istantanea, attiva, reattiva, apparente, complessa); potenza negli elementi circuitali. Esempi di applicazione dei metodi generali e calcolo delle potenze per circuiti a regime sinusoidale.
10. Valore efficace: significato fisico e formula matematica. Energia elettromagnetica media nei circuiti a regime sinusoidale. Teorema di Millman. Esempi di applicazione dei metodi generali e calcolo delle potenze per circuiti a regime sinusoidale
11. Conservazione delle potenze elettriche: teoremi di Tellegen e Boucherot. Massimo trasferimento di potenza e rendimento. Reti di adattamento dell'impedenza.
12. Induttori mutuamente accoppiati, relazione caratteristica, potenza ed energia. Energia elettromagnetica media nei circuiti a regime sinusoidale. Trasferimento di potenza attiva tra induttori mutuamente accoppiati. Circuiti equivalenti a T e pi-greco di due induttori accoppiati con nodo comune. Applicazione dei metodi generali in presenza di induttori mutuamente accoppiati.
13. Circuiti risonanti RLC serie, parallelo ideale e reale. Fattore di qualità, sovra-tensioni, sovra-correnti. Curve di risonanza. Esempi.
14. Elementi circuitali a più terminali. Grandezze descrittive di un N-polo e di un circuito ad N-porte. Doppi bipoli di impedenze, parametri z,y e h, parametri ABCD, circuiti di prova. Esempi.
15. Proprietà di reciprocità di un doppio bilolo con rappresentazione Z, Y, H e T. Circuiti di sintesi di un doppio bipolo con rappresentazione Z, Y, H e T. Collegamenti di doppi bipoli, serie, parallelo, ibrido serie-parallelo e in cascata. Impedenza vista dalla porta 1 di una rete 2 porte ABCD.
16. Circuito RC serie, formulazione nel dominio del tempo. La L-trasformata e le sue proprietà principali. Equazioni circuitali nel dominio di Laplace. Relazioni costitutive nel dominio di Laplace e circuiti di impedenze operatoriali e generatori di condizioni iniziali.
17. Relazioni costitutive di due induttori accoppiati nel dominio di Laplace. Circuiti con interruttori. Calcolo delle condizioni iniziali.Fratti semplici e calcolo dei residui. Poli reali e distinti, e coincidenti, Calcolo delle anti-trasformate di Laplace. Esempio di soluzione di un circuito con la trasformata di Laplace
18. Calcolo delle anti-trasformate di Laplace, divisione tra polinomi, poli complessi coniugati. Funzione di trasferimento di un circuito, stabilità. Continuità delle variabili di stato. Maglie e nodi impropri. Soluzione con sovrapposizione degli effetti.
19. Circuiti magnetici. Materiali magnetici e legame B-H. Permeabilità magnetica. Legge di Faraday-Lenz. Dalla legge di Ampère alla legge di Hopkinson, riluttanza di una struttura magnetica. Analogia tra i circuiti elettrici e magnetici. Calcolo dell'auto induttanza di una struttura magnetica. Calcolo della mutua induttanza. Trasformatore ideale.
20. Rete di adattamento di impedenza tramite trasformatore ideale e reattanza serie. Trasformatore reale, circuito equivalente, flussi dispersi, perdite nel ferro e nel rame. Correnti parassite e fenomeno di isteresi magnetica. Prova a vuoto e prova in corto circuito, determinazione dei parametri del circuito equivalente. Modello approssimato del Trasformatore.
21. Esempi di soluzione di circuiti in presenza di reti 2 porte. Esempi di soluzione di circuiti con la trasformata di Laplace.
22. . Risultati in percentuale delle prove a vuoto ed in corto circuito su trasformatori. Circuiti magnetici, mutui accoppiamenti, doppi bipoli, circuiti in transitorio.
Electric two-terminal components and their interconnection; Kirchhoff’s laws; substitution theorem; superposition theorem; Thevenin and Norton theorem; graph theory elements; network analysis methods: tableau, node voltage, mesh current. Sinusoidal waveforms; complex representation of sinusoidal signals; phasorial representation of voltage-current relationship; power theorems. Transient phenomena in circuits; Laplace transform; voltage-current relationship in Laplace domain; circuit response in Laplace domain; analysis of switching circuits. Multiterminal and multiport components; two-port components. Magnetic circuits and Hopkinson's law. Ideal transformer, eddy currents, equivalent circuits of real transformers. Open and short circuit test on transformers.
Marco Raugi, Lezioni di Elettrotecnica. Edizioni Plus, Pisa Francesco Bertoncini, Eserciziario di Elettrotecnica. Edizioni Plus, Pisa. Recommended reading includes the following works: C.A. Desoer, E. S. Kuh, Basic circuit theory. McGrawHill. A. E. Fitzgerald, C. Kingsley Jr., S. Umans, Electric Machinery. McGrawHill. A. Longo, Analisi dei circuiti lineari, TEP, Pisa
Textbooks: Marco Raugi, Lezioni di Elettrotecnica. Edizioni Plus, Pisa Francesco Bertoncini, Eserciziario di Elettrotecnica. Edizioni Plus, Pisa. Recommended reading includes the following works: C.A. Desoer, E. S. Kuh, Basic circuit theory. McGrawHill. A. E. Fitzgerald, C. Kingsley Jr., S. Umans, Electric Machinery. McGrawHill. A. Longo, Analisi dei circuiti lineari, TEP, Pisa
Studenti non frequentanti possono contattare il docente per avere informazioni sul materiale didattico necessario a preparare il corso
Non-attending students can contact the teacher for information on the teaching material needed to prepare the course
prove in itinere (due prove scritte)
prova scritta e prova orale
Delivery: face to face
Learning activities:
Attendance: Advised
Teaching methods:
