Regolamento EEA 2011-2012

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Elettrotecnica e Elettronica Applicata

Prof. A. P Morando, Ing. G. Sapienza, Ing. F. Della Torre

Organizzazione del corsoed informazioni di carattere generale

1. Programma del Corso

Elettrotecnica di base

1. L’Elettrotecnica nella Dynamical Theory Maxwelliana. Azione per contatto ed azione a distanza, cam-pi e circuiti. Dal campo elettromagnetico maxwelliano alla nozione di circuito elettrico: una lettura in-tuitiva di regime quasi-stazionario. Lunghezza d’onda e frequenza: la condizione di Max Abraham(accenni). Dall’elemento bipolare al bipolo in senso elettrico. L’identità concetto-operazione di Bri-dgman (accenni) e l’approccio operativo alla definizione ed alla concettualizzazione delle grandezzefisiche. Grandezze locali ed integrali; valori istantanei, massimi, medî ed efficaci. Definizione operati-va (secondo Giorgi) di tensione, corrente e potenza elettrica. Loro proprietà.

2. Dalla rete al grafo orientato associato: nodi, lati, albero, coalbero, maglie, anelli, insiemi di taglio. To-pologia di una rete: legge delle tensioni, legge delle correnti e loro formulazione linearmente indipen-dente. La relazione di Tellegen.

3. Tipologia di una rete: la trasformazione ingresso-uscita (equazione di Ohm) dei componenti. Variabiliintensive v ed i e variabili estensive ψ e q. Variabili di rete e variabili di stato. Caratteristica statica ecaratteristica dinamica. Bipoli algebrici (generatori e resistori) e bipoli dinamici (induttori e capacito-ri). Bipoli lineari, non lineari e tempo-varianti.

4. Generatori di tensione e di corrente: equazione di Ohm e potenza elaborata ai morsetti. Resistori: e-quazione di Ohm e potenza degradata in calore. Resistenza e conduttanza. Deduzione sperimentale, incasi geometricamente semplici, del legame costitutivo specifico J=σ E. Induttori: equazione di Ohm edenergia accumulata. Induttanza ed inertanza. Deduzione sperimentale, in casi geometricamente sempli-ci, del legame costitutivo B=µ H. Capacitori: equazione di Ohm ed energia accumulata. Capacità ed e-lastanza. Deduzione sperimentale del legame costitutivo D=ε E. L’operatore di Heaviside p=d / dt. L’impedenza operatoriale z(p) e l’ammettenza operatoriale y(p) di un bipolo. Bipoli in serie, in paralle-lo, a stella ed a triangolo. Dualità (accenni).

5. Metodi topologici elementari nello studio di una rete. Teorema di sostituzione (accenni). Teorema delgeneratore equivalente (Thevenin e Norton). Approccio topologico-tipologico nell’analisi di una rete: imetodi di Kirchhoff e di Maxwell (analisi agli anelli ed ai nodi). Il problema algebrico: risposta di re-gime di una rete dinamica lineare e tempo-invariante ad in ingressi stazionarî. Il problema funzionale:risposta di regime di una rete dinamica lineare e tempo-invariante ad in ingressi di forma d’onda qua-lunque; presenza di sfasamento e distorsione nella risposta. L’assenza di distorsione: il caso di regimesinusoidale.

6. La nozione di rete magnetica. Analogia formale con i concetti ed i metodi di analisi propri della teoriadelle reti elettriche. Forza magnetomotrice, tensione magnetica, flusso medio per spira, riluttanza e

permeanza. Analisi di reti magnetiche lineari. Il caso non lineare (accenni).7. Il mutuo induttore a due avvolgimenti. Autoinduttanza, mutua induttanza, reciprocità. Energia accumu-lata. Metodo delle induttanze di Maxwell ed analisi di campo di Steinmetz: flussi comune e disperso e



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relative permeanze, induttanze di dispersione e di magnetizzazione, flussi a concatenamento parziale ededuzione della permeanza equivalente (accenni). Rete magnetica ed elettrica duale: la regola topolo-gica di C. Cherry (accenni). L’equivalenza agli effetti esterni ed interni: avvolgimenti confrontabili enon. L’operazione di riavvolgimento: sua interpretazione fisica e sua formulazione matriciale. Reti e-quivalenti a T ed a Γ; modelli a cinque e a quattro parametri. Il paradosso di Weber (accenni). Le per-

dite per isteresi (accenni). Il caso di tre avvolgimenti (accenni). Il trasformatore: giustificazione del suoimpiego negli impianti elettrici. Dati di targa. Prove di collaudo.

8. Il calcolo delle azioni meccaniche nei circuiti dielettrici e magnetici. Il ruolo delle linee di forza; ilprincipio di le Chatelier (accenni). La legge di Laplace e la formula di Fleming. Calcolo, in casi ele-mentari, di forze, coppie e pressioni mediante il principio dei lavori virtuali.

9. Il regime sinusoidale permanente: il teorema di Kennelly-Steinmetz e l’algebra dei fasori. Potenzacomplessa, attiva e reattiva. Il cimento termico: la potenza di dimensionamento. Il corollario di Bou-cherot. Trasporto del lavoro elettrico: modello di una linea corta in regime sinusoidale: perdite di po-tenza e variazione di tensione e loro dipendenza dal reattivo a valle. Il rifasa mento. Il caso periodico:l’uso della serie di Fourier (accenni).

10. Reti trifase. Il tripolo: grandezze di linea e di fase, terne pure e spurie, centro stella concreto e centrostella teorico; connessioni a stella e a triangolo. La potenza trifase: la relazione di Blondel-Aron.L’approccio fasoriale. Analisi di configurazioni semplici. Il calcolo delle potenze istantanea e com-plessa nel caso generale. Il caso simmetrico ed equilibrato: la rete monofase equivalente e la formula-zione delle potenze attiva e reattiva. La presenza del neutro.

11. Antinfortunistica e protezione. L’interpretazione fisica dell’operazione di messa terra. Relè di tensione,di massima corrente e di protezione termica. Protezione differenziale. Messa a terra del neutro e con-nessione al neutro.

12. Reti in regime dinamico. L’approccio sistemico: ingressi, risposte, variabili di stato, variabili di rete,equazioni di stato e stato iniziale. Ordine di una rete. Degeneranze (accenni). Equazione di stato per re-ti del primo ordine lineari e tempo-invarianti: formulazione per ispezione del modello e sua integrazio-

ne. La nozione di costante di tempo. Il caso di ingresso sinusoidale (accenni). Reti del secondo ordine(accenni). Calcolo, con il principio dei lavori virtuali, di azioni meccaniche in regime transitorio in casielementari (accenni). Deduzione per ispezione della rete termica di un componente magnetoelettrico edintegrazione del suo modello matematico.

Elettronica di base

13. Elettronica di segnale: cenni ai semiconduttori. Valvole (diodi, tiristori, transistori, GTO, IGBT). Am-plificatori operazionali: modello ideale e reale e configurazioni di polarizzazione.

14. Elettronica di potenza: circuiti a ponte, chopper ed inverter. L’alimentazione delle macchine tramiteconvertitori: pregi e difetti.

2. Modalità didattiche

Il corso prevede cinque ore di Lezione e due ore di esercitazione a settimana.È inoltre prevista la partecipazione ai Laboratori sperimentali, secondo le modalità nel seguito indicate.

3. Libri di testo consigliati

Teoria

• A. P. Morando, S. Leva, “Elettrotecnica – Reti e Campi”, Progetto Leonardo, Bologna, 2000

Esercizi

• F. Della Torre, G. Sapienza, “Elettrotecnica Generale – Guida alle esercitazioni numeriche”, Proget-to Leonardo, Bologna, Ed. 2009, prima ristampa, 2010



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• F. Della Torre, G. Sapienza, “Elettrotecnica Generale – Elettronica e guida ai Laboratori”, ProgettoLeonardo, Bologna, 2010

4. Libri di testo utili per ulteriori approfondimenti

Teoria

• G. Rizzoni, “Elettrotecnica – Principi e applicazioni”, McGraw-Hill.• R. E. Thomas, A. J. Rosa, The analysis and design of linear circuits”, John Wiley & Sons, Inc.• R. Hambley, “Electrical engineering – Principles and applications”, Prentice-Hall, Inc.• R. Perfetti, “Circuiti elettrici”, Zanichelli.

Esercizi

• G. Dacquino, M. Crivellini, “Elettrotecnica - esercizi”, CLUP, Milano, 1973• G. Edminister, “Circuiti Elettrici”, Collana Schaum, ETAS Libri, Milano, 1982• J. O’Malley, “Fondamenti di Analisi dei Circuiti”, Collana Schaum, ETAS Libri, Milano, 1982

• Laurentini, A. R. Meo, R. Pomè, “Esercizi di Elettrotecnica”, Levrotto e Bella, Torino, 1970• R. Miglio, “Quaderni di Elettrotecnica: teoria e guida elle esercitazioni”, 7 Voll., Progetto

Leonardo, Bologna, 1996• R. Miglio, C. Tassoni, “Esercizi di Elettrotecnica”, Cooperativa Libraria Universitaria Bologna,

1970• S. Bobbio, “Esercizi di Elettrotecnica ”, Liguori Editore, Napoli, 1992• V. Bressi, A. Corticelli, R. Cremonini, M.P. Zerbetto, “Esercizi di Elettrotecnica applicata”, 2 Voll.,

Zanichelli, Bologna, 1976• V. Piuri, “Problemi di Elettrotecnica”, CLUP, Milano, 1988

5. Sito internet

Per la consultazione dei testi e delle relative risoluzioni dei temi d’esame, per la pubblicazione degli esitidelle prove in itinere e degli appelli, per la consultazione di materiale didattico aggiuntivo, per ulteriori rife-rimenti bibliografici e per gli avvisi si invitano gli Allievi a consultare il sito http://www.elettroland.com.

6. Organizzazione dei Laboratori sperimentali

Gli Allievi verranno suddivisi su tre turni di laboratorio (Turno A, Turno B e Turno C), all'interno dei

quali verranno formate un numero variabile tra le 8 e le 10 squadre da 3 o 4 persone.La suddivisione in turni è su base alfabetica e basata sull'elenco degli allievi iscritti al Corso, così comela suddivisione in squadre. Esse dovranno essere mantenute per tutte le Esercitazioni Sperimentali.

Gli elenchi delle squadre verranno pubblicati sul sito http://www.elettroland.com. Gli Allievi che, perqualunque motivo, non risulteranno inseriti in tali elenchi dovranno prendere contatto con la massima celeri-tà con l’Ing. Sapienza per segnalare la propria posizione ed essere inseriti in uno dei turni disponibili.

Gli Allievi iscritti al Corso hanno la possibilità (ma non l’obbligo

) di frequentare i Laboratori Sperimen-tali secondo il calendario pubblicato sul sito http://www.elettroland.com.

La verifica e la valutazione relativa alle Esercitazioni Sperimentali sarà costituita da una prova scritta, informato "test a scelta multipla", che si svolgerà per ogni turno il giorno dell'ultima Esercitazione Sperimenta-le ed il cui esito sarà associato ad una valutazione (compresa fra -2 e +2) da sommare al voto conseguito alla

prova scritta. I dettagli relativi a tale prova verranno comunicati di seguito mediante relativo avviso espostosul sito http://www.elettroland.com.

Inizialmente a tutti gli Allievi viene associata la valutazione minima prevista per le Esercitazio-



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ni Sperimentali, ossia -2; la partecipazione al test, anch’essa facoltativa, cancella e sostituisce tale valutazio-ne.

E' data facoltà ai soli Allievi che hanno frequentato il corso con il Prof. Morando nell'A.A. 2010-2011 eche in tale Anno Accademico hanno sostenuto il test di Laboratorio di mantenere la valutazione precedente-mente conseguita. Gli Allievi che intendono mantenere la valutazione conseguita nell’A.A. 2010-2011 pos-

sono, a loro discrezione, partecipare ad una o più esercitazioni in laboratorio, segnalando la propria presenzaall’Ing. Sapienza via e-mail o prima dell’inizio dell’esercitazione sperimentale. Gli Allievi che intendo-no mantenere tale valutazione devono necessariamente segnalare per posta elettronica la propria volontàall’Ing. Sapienza entro il 30 Ottobre 2011. Non saranno accettate richieste di mantenimento del-la valutazione conseguita nel precedente Anno Accademico giunte successivamente a tale data.

7. Indirizzi e-mail dei Docenti

Prof. Adriano Paolo Morando: [email protected]. Francesco Della Torre: [email protected]. Gianluca Sapienza: [email protected]

8. Giorni di ricevimento

• Prof. Morando: ogni giovedì, dalle ore 10.00 alle ore 12.00, presso lo studio situato nel Dipartimentodi Elettrotecnica (sede di Piazza Leonardo Da Vinci)

• Ing. Della Torre: previo appuntamento (via e-mail oppure al numero telefonico 02-23993752)• Ing. Sapienza: previo appuntamento (via e-mail oppure al numero telefonico 02-23993752)

9. Modalità di valutazione

L’apprendimento degli Allievi viene valutato, secondo le procedure stabilite dall’Ateneo, mediante degliappelli d’esame, le cui regole organizzative sono stabilite a priori dall’Ateneo stesso.

Sono previsti tre appelli regolari (sessioni di febbraio, luglio e settembre). Sono inoltre previste due pro-

ve in itinere, sostitutive dell’appello intero, la cui partecipazione è a discrezione di ciascun Allievo.

Appelli regolari

Per lo svolgimento del tema d’esame assegnato durante ciascun appello sarà a disposizione un tempocomplessivo di due ore.

Il tema d’esame comprenderà:

• una parte orale, da svolgere per iscritto e suddivisa in due parti. La prima sarà composta da sei quesi-

ti a scelta multipla; per ciascun quesito è prevista una valutazione di 2 punti se la risposta è corretta,0 punti se la risposta non viene data e -2 punti se la risposta è errata. La seconda parte è costituita daun quesito a “risposta aperta”, la cui valutazione massima, a discrezione e giudizio insindacabile deiDocenti, è pari a 3 punti. Gli Allievi saranno chiamati a svolgere obbligatoriamente tutti i quesitiproposti. Per la parte orale la valutazione massima prevista è pari a 15/30. Si chiede agli Allievi, nelrispondere ai quesiti della seconda parte, di esporre con chiarezza tutti i diversi passaggi matematicieventualmente necessari, completandoli dettagliatamente con adeguati commenti scritti. Non verran-no prese in considerazione (e non saranno dunque valutate) le risposte che riporteranno soltanto ipassaggi matematici senza alcuna forma di commento;

• una parte scritta, composta da due esercizi, entrambi da svolgere obbligatoriamente. La valutazionemassima assegnata alla parte scritta sarà di 15/30.

La valutazione finale sarà data dalla somma del punteggio ottenuto per la parte scritta e di quello ottenutoper la parte orale. In tal modo la valutazione massima ottenibile risulterà essere pari a 30/30, alla quale ag-giungere infine il punteggio assegnato a seguito del test finale dei Laboratori (vedere nel seguito). L’esame si



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considera superato con una valutazione pari ad almeno 18/30, inclusa la valutazione relativa ai Laboratori.Attenzione: la parte scritta verrà valutata esclusivamente nel caso in cui la parte orale abbia ottenuto una

valutazione maggiore o uguale a 7/30; in caso contrario la valutazione della parte scritta sarà automaticamen-te posta uguale a 0/30, non consentendo, di fatto, il superamento dell’intera prova.

Prove in itinere

Il corso prevede la possibilità di sostenere due prove in itinere, alternative all’esame completo. La primadi queste avrà luogo, indicativamente, alla metà di novembre; la seconda, indicativamente, al termine delCorso (e comunque prima dell’appello della sessione d’esami di febbraio).

Attenzione: anche per le due prove in itinere la parte scritta verrà valutata esclusivamente nel caso in cuila parte orale abbia ottenuto una valutazione pari ad almeno 7/30; in caso contrario la valutazione della partescritta sarà automaticamente posta uguale a 0/30, annullando di fatto l’intera prova.

La valutazione di ciascuna prova in itinere sarà data dalla somma di quella ottenuta per la parte orale (pa-ri ad almeno 7/30) e di quella ottenuta per la parte scritta. La valutazione complessiva delle due prove saràdata dalla media fra le valutazioni ottenute per ciascuna singola prova. Condizione necessaria per poter otte-

nere una valutazione complessiva che risulti sufficiente e che sostituisca l’esame sostenuto come appello re-golare è che entrambe le prove abbiano ottenuto una valutazione pari ad almeno 18/30 cadauna, valutazionedel Laboratorio esclusa.

Gli Allievi che avranno una valutazione complessiva (di entrambe le prove) almeno pari a 18/30 (valuta-zione dei Laboratori esclusa) potranno non sostenere l’esame con appello regolare. Gli Allievi che non a-vranno conseguito una valutazione complessiva delle prove in itinere sufficiente (ossia pari ad almeno 18/30,valutazione dei laboratori esclusa

) potranno partecipare all’appello di recupero della sessione di febbraio.Non sono previsti recuperi di singoli esercizi, di singole parti orali e/o di una singola prova: il recupero sisvolgerà con modalità identiche a quelle indicate in precedenza per gli appelli regolari.

Risultati e visione degli elaborati

Sia i risultati delle prove in itinere sia quelli degli esami sostenuti con appello regolare (compresi gli esitidei test di laboratorio) saranno esposti sul sito http://www.elettroland.com (sezione “Elettro”, sottosezione“Risultati Appelli e Prove di Laboratorio”) in formato PDF. In coda allo stesso documento verrà indicata ladata e l’ora in cui i Docenti saranno disponibili per consentire la visione degli elaborati. In ogni caso,l’incontro, che avverrà nel Dipartimento di Elettrotecnica (sede di Piazza Leonardo), non ammetterà dero-ghe, né di orario, né di data. Durante lo stesso sarà consentito a ciascun Allievo di prendere visione del pro-prio elaborato e di chiedere chiarimenti sulla correzione effettuata. Non sarà invece consentito richiedere al-cuna spiegazione riguardo alle modalità di svolgimento degli esercizi e/o delle domande orali, essendo giàprevisti dei giorni di ricevimento appositamente dedicati a tale supporto.

Valutazione dei Laboratori sperimentali

Vedere il paragrafo 6.Politecnico di Milano

Dipartimento di Elettrotecnica03/10/2011

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