ITALIANO

Introduzione alla teoria dei circuiti e alle relative metodologie per l’analisi delle reti nelle varie modalità di funzionamento. Fondamenti e applicazioni elementari della conversione elettromeccanica.

Testi di riferimento
• G. Miano, M. De Magistris, Circuiti, Springer, 2016. ISBN 978-88-470-5770-8.
• R. Hambley, Elettrotecnica, Pearson-Prentice Hall, 2009. ISBN-13: 978-0-13-215516-8.

Testi di consultazione
• L. O. Chua, C. A. Desoer, E. S. Khu, Circuiti lineari e non lineari, Jackson Libri. 1989. ISBN: 8870568377.
• F. Barozzi, F. Gasparini, Fondamenti di Elettrotecnica: Elettromagnetismo, Collezione di Elettrotecnica ed Elettronica, UTET, 1989. ISBN-13: 978-8802042596
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Obiettivi di apprendimento: acquisire la nozione del modello circuitale e gli strumenti elementari per la sua classificazione: acquisire gli strumenti per analizzare circuiti elettrici lineari a parametri concentrati, sia in regime stazionario e periodico, sia in evoluzione transitoria, operando sia nel dominio del tempo che in quelli delle frequenza; fornire agli allievi gli elementi di base dei sistemi trifase e delle macchine elettriche più diffuse.

Obiettivi professionalizzanti: saper modellare e analizzare un dispositivo elettromagnetico utilizzando la rappresentazione circuitale a parametri concentrati; sapere impostare in forma sistematica ed eseguire in maniera efficiente la analisi di reti lineari a parametri concentrate; saper analizzare le prestazioni di trasformatori e dinamo.

Competenze richieste: analisi matematica di base, geometria, fisica. In modo particolare, conoscenze di: algebra matriciale nel dominio reale e complesso, derivate, integrali, equazioni differenziali ordinarie, trasformate di Laplace.

Abilità richieste: saper risolvere sistemi di equazioni algebriche in algebra reale e complessa, saper derivare ed integrare funzioni, saper risolvere sistemi di equazioni differenziali, saper applicare le trasformate di Laplace; saper utilizzare un personal computer.

Propedeuticità: è consigliato aver superato gli esami di Matematica 1, Geometria, Fisica1.

La didattica include lezioni, esercitazioni e incontri di assistenza collegiale.
La frequenza è obbligatoria.

L’esame consta di una parte scritta (PS) ed una orale (PO). Le valutazioni ottenute ad entrambe le prove concorrono alla valutazione finale.

La scala di valutazione della PS include: A4 Eccellente, A3 Molto Buono, A2 Buono, A1 sufficiente; B insufficiente; C gravemente insufficiente; D completamente insufficiente. Una valutazione positiva della PS può essere accompagnata da una indicazione di insufficienza specifica in qualche parte del programma.

Sono ammessi alla PO gli allievi che raggiungono un risultato almeno sufficiente nella PS. Nel caso di grave insufficienza (valutazioni C e D) l’allievo può essere incoraggiato a partecipare alle PS solo dopo un opportuno periodo. L’ammissione alla PO decade, per ciascun anno, all'inizio di ciascuno dei semestri didattici.

Nell’arco dello svolgimento del corso sono previste alcune prove scritte di accertamento su parti specifiche del programma (Prove Scritte Infracorso, PS-I). Il superamento di tutte le PS-I determina l’ammissione alla PO in sedute riservate. Sono ammessi alle PS-I gli allievi che dimostrano la effettiva e regolare frequenza. L'ammissione alle PO decade all'inizio del successivo semestre.

Calendario delle attività didattiche
Le attività dell’insegnamento seguono il calendario accademico. Dettagli sui siti ufficiali.

Calendario delle prove di esame.
Disponibile per tutto l’anno corrente sui siti ufficiali.

Attività di supporto.
Sono previsti incontri a cadenza settimanale per assistenza collegiale e approfondimenti. Interventi specifici per allievi con diverse abilità vengono definite di volta in volta sulla base delle specifiche esigenze.

1. Introduzione del modello circuitale. Nozione di tensione e corrente elettrica, potenza elettrica. Nozione di n-polo e n-porta. Riferimenti e convenzioni di porta. Classificazione e proprietà dei componenti. Principali componenti ideali.

2. Modelli per le reti elettriche. Le equazioni di Kirchhoff. Elementi di topologia delle reti; la matrice di incidenza e la formulazione matriciale delle EK. Gli strumenti per la analisi delle reti lineari adinamiche: modelli su base di correnti di lato e di potenziali nodali. La nozione di doppio bipolo; il trasformatore ideale: modello e proprietà; i generatori controllati: modelli, proprietà e circuiti equivalenti.

3. Teoremi. Il teorema di Tellegen. Il principio di sovrapposizione. La nozione di equivalenza; tecniche di riduzione di circuiti di bipoli; i teoremi dei generatori equivalenti. Teoremi di non amplificazione. Teorema del 2-porta equivalente.

4. Regimi periodici. Componenti dinamici: caratteristiche, proprietà, comportamento energetico. Circuiti lineari in regime sinusoidale e il metodo simbolico. Gli strumenti per la analisi di reti lineari tempo-invarianti adinamiche e dinamiche in regime sinusoidale, vettori rappresentativi e operatori complessi; impedenza e ammettenza operatoriale. La potenza istantanea; la potenza complessa e la sua conservazione. I fenomeni di risonanza. Circuiti accoppiati: accoppiamento, modelli equivalenti, condizioni di equivalenza con il trasformatore ideale. Il rifasamento. I circuiti lineari in regime periodico non sinusoidale.

5. Modelli per le reti in transitorio. Modello e ordine di una rete; integrale generale e integrali particolari; soluzione in transitorio e a regime (se il caso); principio di continuità dell’energia. Classificazione dei modi. Stabilità. Il trattamento delle condizioni iniziali. Analisi nello spazio di Laplace: la trasformata di Laplace, la funzione di rete, la impedenza operatoriale, il trattamento delle condizioni iniziali.

6. Cenni di Elettromeccanica. Il trasformatore monofase: elementi costruttivi, principio di funzionamento. Perdite nei trasformatori reali e modelli equivalenti. Le prove del trasformatore. La conversione elettromeccanica: principi generali, la forza di Lorentz. La macchina in corrente continua: dinamo e motore, condizioni di eccitazione, calcolo del rendimento. Elementi di controllo della macchina in corrente continua.

Italian

Introduction to the theory of circuits and related methodologies for the analysis of networks in the various modes of operation. Fundamentals and basic applications of electromechanical conversion.

Reference books

• G. Miano, M. De Magistris, Circuiti, Springer, 2016. ISBN 978-88-470-5770-8.
• R. Hambley, Elettrotecnica, Pearson-Prentice Hall, 2009. ISBN-13: 978-0-13-215516-8.

Consultation texts
• L. O. Chua, C. A. Desoer, E. S. Khu, Circuiti lineari e non lineari, Jackson Libri. 1989. ISBN: 8870568377
• F. Barozzi, F. Gasparini, Fondamenti di Elettrotecnica: Elettromagnetismo, Collezione di Elettrotecnica ed Elettronica, UTET, 1989. ISBN-13: 978-8802042596.

Learning objectives: acquire the notion of the circuit model and the basic tools for its classification: acquire the instruments to analyze linear electric circuits with concentrated parameters, both in steady and periodic regime, and in transitory evolution, operating both in the time and frequency domain; provide students with the basic elements of three-phase systems and the most common electric machines.

Professionalizing objectives: to model and analyze an electromagnetic device using the circuit representation with concentrated parameters; know how to set up in a systematic way and efficiently carry out the analysis of linear networks; know how to analyze the performances of transformers, and dynamos.

Required skills: basic mathematical analysis, geometry, physics. In particular, knowledge of: matrix algebra in real and complex domain, derivatives, integrals, ordinary differential equations, Laplace transforms.

Required abilities: to solve algebraic equation systems in real and complex algebra, to know how to derive and integrate functions, to solve systems of differential equations, to know how to apply Laplace transforms; know how to use a personal computer.

Prerequisites: it is recommended to have passed the exams of Mathematics 1, Geometry, Physics1.

Teaching program includes lectures, tutorials and collegial meetings for the learning support.
Attendance is mandatory.

The exam consists of a written part (PS) and an oral part (PO). The evaluations received to both parts contribute to the final evaluation.

The PS rating scale includes: A4 Excellent, A3 Very Good, A2 Good, A1 sufficient; B insufficient; C severly insufficient; D completely insufficient. A positive evaluation of the PS can be accompanied by an indication of specific inadequacy in some part of the program.

Students who achieve a result at least sufficient in the PS are admitted to the OP. In the case of serious inadequacy (rates C and D), the student can be encouraged be await a suitable time before participating to PSs. Admission to the PO expires, at the start of the didactic semesters.

During the course a number of tests are offered to assess specific parts of the program (PS-I). The overcoming of all the PS-I determines the admission to the PO in reserved sessions. The PS-I are reserved for the students actually attending the lectures.
Admission to the PO expires, at the start of the didactic semesters.

Calendar of educational activities
The teaching activities follow the academic calendar. Details on official websites.

Schedule of exam tests
Available throughout the current year on official sites.

Support activities
Weekly meetings are scheduled for collegial assistance and in-depth study. Specific interventions for students with different skills are defined from time to time based on actual needs.

1. Introduction of the circuit model. Concept of voltage and electric current, electric power. Notion of n-pole and n-port. References and port conventions. Classification and properties of components, main ideal components.

2. Models for electrical networks. The Kirchhoff equations. Basics of network topology; the incidence matrix and the matrix formulation of EK. The tools for the analysis of adynamic linear networks: models based on branch currents and nodal potentials. The notion of 2-ports; the ideal transformer: model and properties; controlled generators; models, properties and equivalent circuits.

3. Theorems. The Tellegen theorem. Superposition principle. The notion of equivalence; reduction techniques of 2-terminal circuits; the equivalent generator theorems. Non-amplification theorems. Theorem of the equivalent 2-ports.

4. Periodic regimes. Dynamic components: characteristics, properties, energy behavior. Linear circuits in sinusoidal regime and the symbolic method. The tools for the analysis of linear and time-invariant networks in sinusoidal regime, representative vectors and complex operators; impedance and admittance operator. The power; the complex power and its conservation. Resonance phenomena. Coupled circuits: models of coupled circuits; conditions for the equivalence with the ideal transformer. The power factor correction. Linear circuits in non-sinusoidal periodic regime.

5. Models for transient networks. Model and order of a network; general integral and particular integrals; solution in transient and steady state; principle of continuity of energy. Classification of modes. Stability. Treatment of initial conditions. Analysis in the Laplace space: the Laplace transform, the network function, the operator impedance, the treatment of the initial conditions.

6. Short overview of Electromechanics. The single-phase transformer: constructive elements, operating principle. Losses in real transformers and equivalent circuits. The transformer tests. Electromechanical conversion: general principles, Lorentz force. The direct current machine, dynamo and motor, conditions of excitation, calculation of the efficiency. Basics of the control of dc machine.