1) A.E. Fitzgerald, C. Kingsley, and A. Kusko, " Electric Machinery", New York: McGraw-Hill Book Company, 1971.
2) L.W. Matsch and J.D. Morgan: Electromagnetic and Electromechanical Machines, New York: John Wiley & Sons, 1987.
3) S. Crepaz, "Macchine Elettriche", CittàStudi, 1997
Obiettivi Formativi
Per gli studenti del Corso di Laurea in Ingegneria Elettrica e dell'Automazione:
Conoscenza e capacità di comprensione relative a:
(1) Leggi fondamentali dell'elettromagnetismo, analisi di circuiti monofase, bifase e trifase in C.A. e di circuiti in C.C., sia in condizioni di regime sia in transitorio.
(2) Principio di funzionamento, comportamento elettromagnetico e meccanico delle principali macchine elettriche, statiche e rotanti, in corrente alternata e in corrente continua: trasformatori, motori e generatori in C.A. sincroni e asincroni, motori e generatori in C.C..
(3) Modalità di esecuzione di prove sperimentali e misure sulle macchine.
- Capacità di applicare le conoscenze al fine di ricavare i modelli matematici relativi al funzionamento delle macchine elettriche trattate.
- Capacità di applicare le conoscenze al fine di determinare i parametri del circuito equivalente e le caratteristiche di funzionamento delle macchine elettriche.
- Capacità di applicare le conoscenze al fine scegliere le macchine per diverse applicazioni, facendo uso delle specifiche tecniche riportate nei manuali.
Per gli studenti del Corso di Laurea in Ingegneria Energetica:
CA1: Capacità di analisi e modellazione di componenti e sistemi meccanici/elettrici/propulsivi: problemi e modelli alla base dell'ingegneria industriale, con particolare riferimento all'ingegneria meccanica ed energetica.
CA8: Capacità di analizzare le tecnologie degli impianti, dei componenti e dei processi e metodi dell'ingegneria e le loro implicazioni economiche
CC1: Approfondimento delle conoscenze in ambito energetico ed elettrico.
CC9: Generazione del freddo, sistemi e macchine elettriche.
Prerequisiti
Analisi matematica, Fisica II, Elettrotecnica, Tecniche di analisi dei circuiti monofase e trifase in regime stazionario e transitorio.
Metodi Didattici
Lezioni ed esercitazioni in aula supportate da videoproiettore e PC, lavoro di
gruppo in laboratorio, tutoraggio in forma di assistenza individuale.
Altre Informazioni
Al termine del modulo gli allievi sapranno scegliere trasformatori, generatori e motori per le applicazioni industriali e disporranno degli strumenti utili ad eseguire prove sulle macchine elettriche per determinarne le caratteristiche principali.
Modalità di verifica apprendimento
Prove intermedie accessibili solo agli studenti frequentanti;
Esame orale costituito da domande teoriche volte ad accertare:
- la conoscenza del principio di funzionamento, comportamento elettromagnetico e meccanico delle principali macchine elettriche, statiche e rotanti, in corrente alternata e in corrente continua: trasformatori, motori e generatori in C.A. sincroni e asincroni, motori e generatori in C.C.
- la conoscenza delle modalità di esecuzione di prove sperimentali e misure sulle macchine.
- la capacità di applicare le conoscenze al fine di ricavare i modelli matematici relativi al funzionamento delle macchine elettriche trattate.
- la capacità di applicare le conoscenze al fine di determinare i parametri del circuito equivalente e le caratteristiche di funzionamento delle macchine elettriche .
- la capacità di applicare le conoscenze al fine scegliere le macchine per diverse applicazioni, facendo uso delle specifiche tecniche riportate nei manuali.
Programma del corso
1) Parte preliminare:
Conversione elettromeccanica dell'energia; Analisi dei cicuiti bifase e trifase nel sistema di riferimento stazionario α,β e nel sistema di riferimento rotante d,q; Analisi dei circuiti bifase e trifase tramite fasori; Potenza dei Circuiti bifase e trifase.
2) Trasformatore in sistema di riferimento stazionario α, β e rotante d,q:
Trasformatore monofase a due avvolgimenti in funzionamento a vuoto ed a carico; Perdite nel ferro di un trasformatore; Circuiti equivalenti elettrici e magnetici di un trasformatore monofase operante a vuoto ed a carico; Circuiti equivalenti in caso di riporto delle grandezze elettriche rispettivamente ai circuiti di primario e di secondario; Diagramma fasoriale di un trasformatore monofase; Calcolo della caduta di tensione su un trasformatore. Trasformatore trifase stella-stella, stella-triangolo e loro combinazioni. Trasformatore stella-zig-zag. Determinazione del gruppo di un trasformatore trifase; Deformazione della corrente a vuoto di un trasformatore e fenomeno di rotazione del centro stella nei trasformatori trifasi; Parallelo dei trasformatori monofasi e trifasi. Determinazione dei parametri di un trasformatore tramite prove sulla macchina. Calcolo del rendimento di un trasformatore; Autotrasformatori. Trasformatori di misura.
3) Macchina sincrona in sistema di riferimento stazionario α, β e rotante d,q:
Macchina sincrona monofase elementare a riluttanza. Macchine sincrone a rotore cilindrico con avvolgimenti concentrati ed avvolgimenti distribuiti. Rappresentazione delle onde di f.m.m. al traferro. Determinazione del campo magnetico rotante generato dal circuito di eccitazione e riportato allo statore. Reazione di indotto e determinazione del campo magnetico nel funzionamento a carico. Determinazione delle f.e.m. indotte. Equazioni vettoriali e fasoriali della macchina sincrona. Circuiti equivalenti in condizioni di regime secondo i modelli di Behn-Eschemburg e di Potier. Diagramma vettoriale e fasoriale di un generatore sincrono a rotore cilindrico. Determinazione della coppia elettromagnetica. Caratteristica potenza-angolo. Inserzione in rete di un alternatore. Diagramma circolare della macchina sincrona a rotore liscio. Regimi di funzionamento di una macchina sincrona. Macchina sincrona a poli salienti. Determinazione dei parametri di una macchina sincrona tramite prove sulla macchina.
4) Macchina asincrona in sistema di riferimento stazionario α, β e rotante d,q:
Rotori avvolti e rotori a gabbia di scoiattolo. Rappresentazione delle onde di f.m.m. al traferro. Equazioni vettoriali della macchina asincrona. Diagramma vettoriale della macchina sincrona. Circuiti equivalenti a regime. Determinazione della coppia e caratteristica coppia-scorrimento. Rendimento. Metodi di avviamento. Metodi di frenatura e di inversione della velocità di macchina. Metodi di regolazione della velocità e controllo V/Hz. Determinazione dei parametri di una macchina sincrona tramite prove sulla macchina. Cenni sui motori monofase ad induzione.
5) Macchina a corrente continua:
Generatore in corrente continua con indotto ad anello ed indotto a tamburo. Avvolgimenti di armatura, avvolgimento di eccitazione. Determinazione della f.e.m. indotta nel circuito di armatura. Determinazione della coppia. Reazione di indotto. Fenomeno della commutazione. Poli ausiliari, avvolgimenti compensatori. Macchine ad eccitazione separata, macchine con eccitazione in derivazione, macchine con eccitazione serie, macchine con eccitazione compound. Caratteristiche esterne e di regolazione dei generatori. Caratteristiche coppia velocità dei motori. Motore ad eccitazione separata ed eccitazione serie: avviamento, frenatura, inversione della velocità, metodi di regolazione della velocità. Determinazione dei parametri di una macchina a corrente continua tramite prove sulla macchina.
6) Laboratorio: prove sul trasformatore.
7) Prove delle macchine elettriche simulate al calcolatore: Elaborazione dei dati di misura sperimentali delle prove eseguite sulle macchine elettriche. Determinazione dei parametri equivalenti delle macchine e delle caratteristiche di funzionamento.