CdSINGEGNERIA DELL'ENERGIA
Codice975II
CFU9
PeriodoPrimo semestre
LinguaItaliano
Lo studente che ha completato il corso sarà in grado di dimostrare una buona conoscenza dei dispositivi di conversione elettrica. In particolare, dimostrerà una solida conoscenza delle principali problematiche legate alle macchine elettriche statiche e rotanti.
The student who has successfully completed the course will be able to demonstrate a good knowledge of the electrical conversion devices. In particular, he will demonstrate a solid knowledge of the main issues related to static and rotating electrical machines.
Lo studente sarà valutato sulla sua capacità di discutere i principali contenuti del corso utilizzando la terminologia appropriata.
The student will be assessed on his/her demonstrated ability to discuss the main course contents using the appropriate terminology.
Lo studente che ha completato il corso sarà in grado di analizzare quantitativamente il funzionamento di sistemi di potenza con particolare riguardo ai dispositivi di conversione dell'energia elettrica.
The student who has completed the course will be able to quantitatively analyze the operation of power systems with particular regard to the power conversion devices.
Per la verifica delle capacita' acquisite dallo studente e' previsto lo svolgimento di un esame finale per evidenziare le capacita' di analisi acquisite.
For the assessment of the skills acquired by the student, a final examination will be carried out to highlight the acquired anatysis capabilities.
Si ritiene che lo studente possa acquisire la necessarie sensibilita' per affrontare le problematiche relative alle interazioni che avvengono nei sistemi elettrici complessi, in particolare la produzione, la trasformazione, il trasporto e l'utilizzo dell'energia elettrica.
It is expected that the student will be able to acquire the necessary sensitivity to deal with problems related to interactions in complex electrical systems, in particular the production, transformation, transport and use of electricity.
La verifica dei comportamenti verra' effettuata nel corso dello svolgimento dell'esame finale.
Behavior verification will be performed during the final exam.
Le conoscenze di base necessarie al proficuo svolgimento delle attivita' dell'insegnamento derivano dai corsi di Analisi Matematica, Fisica II e Principi di Ingegneria elettrica.
The basic knowledge derives from the courses of Mathematical Analysis, Physics II and Principles of Electrical Engineering.
Il corso viene svolto con lezioni frontali a carattere teorico ed applicativo con lo svolgimento di esercitazioni numeriche. Le lezioni verranno svolte anche con la proiezione di lucidi. Sono previste tre ore di ricevimento alla settimana.
La frequenza e' consigliata
Delivery: face to face. Learning activity: attending lectures.
Lessons will also be held with the projection of transparencies.
Attendance: advised.
Introduzione ai circuiti magnetici e ai materiali utilizzati nella costruzione delle macchine elettriche.
Trasformatori: Richiami sul trasformatore monofase. Trasformatori trifase. Collegamenti interfasici su primario e secondario.
Principi di conversione elettromeccanica. Sistemi conservativi e teorema dei lavori virtuali. Energia e Coenergia in sistemi con 1 grado di liberta' meccanico e con 1 o piu' eccitazioni elettriche. Determinazione di forze e coppie da energia e coenergia. Forze e coppie in sistemi con magneti permanenti.
introduzione alle macchine rotanti. Avvolgimenti concentrati e distribuiti. Coefficiente di avvoolgimento. Avvolgimenti concentrati equivalenti. Forze magnetomotrici degli avvolgimenti distribuiti. Distribuzioni di induzione magnetica al traferro. Forze magnetomotrici e campi magnetici rotanti al traferro. Tensioni indotte negli avvolgimenti. Coefficienti di auto e mutua induzione di avvolgimenti distribuiti. Coppie in macchine rotanti isotrope.
Macchina sincrona. Costituzione e principio di funzionamento della macchina sincrona trifase in condizioni di funzionamento simmetrico ed equilibrato. Derivazione del circuito equivalente della macchina sincrona trifase. Caratteristiche a vuoto e in corto circuito. Caratteristica coppia-angolo. Analisi delle perdite nelle macchine sincrone. Cenno al funzionamento in parallelo degli alternatori.
Macchina a induzione trifase. Costituzione e principio di funzionamento. Derivazione del circuito equivalente, Caratteristica meccanica (coppia velocita' angolare) della macchina a induzione. Determinazione dei parametri del circuito equivalente: prova a rotore libero e a rotore bloccato. Avviamento della macchina a induzione: macchina a rotore avvolto con resistenze addizionali, macchine a doppia gabbia.
Macchina in corrente continua. Il commutatore. Costituzione e principio di funzionamento della macchina in corrente continua. Il circuito di eccitazione e quello di armatura. Equazioni del comportamento elettromeccanico dalla macchina in corrente continua. Circuiti di eccitazione della macchina in corrente continua.
Macchina a riluttanza variabile. Costituzione e principi di funzionamento. Dipendenza della coppia dalla posizione e dalle correnti. Analisi delle forme d'onda delle correnti e delle coppie. Cenno all'analisi non lineare.
Macchina a induzione monofase. Principio di funzionamento. Avvolgimenti ausiliari per l'avviamento. Circuito equivalente della macchina a induzione monofase. Cenno al motore bifase.
Introduzione all'elettronica di potenza. Componenti elettronici di potenza: diodi, SCR, TRIAC, IGBT, MOSFET. Circuiti raddrizzatori a singola e doppia semionda con carico induttivo e con sorgente induttiva. Raddrizzatori trifase. Inverter a ponte e cenno al funzionamento PWM.
Conversione dell’energia e accumulo in forma elettrochimica. Analisi delle principali tipologie, parametri caratteristici, tecniche di modellazione, stima dello stato di carica, criteri di dimensionamento. Le macchine e i convertitori come sistemi interagenti. Il linguaggio di programmazione MODELICA. Esempi di applicazione: sistemi a propulsione elettrica in ambito veicolare, architetture di veicoli elettrici e ibridi, sviluppo di modelli di simulazione.
Compatibilmente con le disposizioni in materia di contenimento della pandemia da COVID 19 verranno svolte alcuni semplici attività di laboratorio riguardanti la descrizione di alcune misure. Prove a vuoto e in corto per la determinazione dei parametri del circuito equivalente di trasformatori monofase e trifase. Visualizzazione della corrente primaria a vuoto e della corrente magnetizzante. Motore asincrono trifase: visualizzazione della corrente allo spunto. Pilotaggio della macchina con inverter trifase. Descrizione del banco prova per la caratterizzazione di macchine elettriche rotanti.
Forms of energy, transformation, transport, storage, control. Role of electrical systems in the context of energy systems. The electric vector for energy. Typical structure and genesis of large electrical systems for energy. Summary of the main functions within an electrical system. Load flow analysis: approximate and complete methods. Basic concepts of electrical safety.
The main electrical machines, their principle of operation and their main electrical and meccanical characteristics and approaches the problems of speed regulation of the rotating machines and the main circuits of power electronics which allow this regulation. A part of the course will be dedicated to the other main uses of electrical energy. Particular attention will be paid to the problem of the efficiency of these devices.
Further details are available at:
https://unimap.unipi.it/registri/dettregistriNEW.php?re=2087771::::&ri=8476
A. E. Fitzgerald, C. Kingsley, S. D. Umans; Electric Machinery, Sixth Edition, McGraw Hill
Materiale didattico fornito dai docenti in forma di dispense.
A. E. Fitzgerald, C. Kingsley, S. D. Umans; Electric Machinery, McGraw Hill
L'esame è composto da una prova scritta e una prova orale.
La prova scritta richiede la soluzione numerica di alcuni problemi sulle macchine elettriche più importanti.
La prova orale consiste in un colloquio mirato a verificare la conoscenza dei pricipi di funzionamento delle macchine elettriche.
Prova scritta e prova orale devono essere sostenute nello stesso appello. Il superamento della prova scritta è condizione necessaria per sostenere la prova orale.
The exam consists of a written test and an oral exam.
The written test requires the numerical solution of some problems on the major electric machines.
The oral test consists of an interview aimed at verifying the knowledge of the operating principles of electric machines.
Written examination and oral examination must be supported in the same appeal. Exceeding the written test is a necessary condition to support the oral exam.
Le lezioni si svolgeranno in presenza e su piattaforma TEAMS al link:
https://teams.microsoft.com/l/channel/19%3anW_7KaVjMn2i6StVjY0Hzl58N2ZM7wGrFJTXqBvIQbQ1%40thread.tacv2/General?groupId=944d9e00-51d0-45db-8682-b8928abbe8a4&tenantId=c7456b31-a220-47f5-be52-473828670aa1