Seleziona l'Anno Accademico:     2015/2016 2016/2017 2017/2018 2018/2019 2019/2020 2020/2021
Docente
ALESSANDRA FANNI (Tit.)
Periodo
Annuale 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
ITALIANO 



Informazioni aggiuntive

Corso Percorso CFU Durata(h)
[70/89]  INGEGNERIA ELETTRICA, ELETTRONICA E INFORMATICA [89/10 - Ord. 2016]  ELETTRICA 12 120
[70/89]  INGEGNERIA ELETTRICA, ELETTRONICA E INFORMATICA [89/20 - Ord. 2016]  ELETTRONICA 12 120
[70/89]  INGEGNERIA ELETTRICA, ELETTRONICA E INFORMATICA [89/30 - Ord. 2016]  INFORMATICA 12 120

Obiettivi

Obiettivo dell’insegnamento di Elettrotecnica è quello di far acquisire allo studente conoscenze, competenze ed abilità coerenti con gli obiettivi formativi del Corso di Laurea in Ingegneria Elettrica, Elettronica e Informatica, declinate secondo i cinque Descrittori di Dublino, e di seguito dettagliate.
Conoscenze e capacità di comprensione
Lo studente acquisirà conoscenze e capacità di comprensione delle relazioni costitutive dei componenti a parametri concentrati, delle relazioni fondamentali della teoria dei circuiti, dei teoremi e dei metodi per l’analisi dei circuiti in regime stazionario, del metodo simbolico, dei teoremi e dei metodi per l’analisi dei circuiti in regime sinusoidale, dell’approccio a variabili di stato per l’analisi del comportamento dinamico di un circuito, dell’uso della trasformata di Laplace per l’analisi circuitale, dell’analisi in frequenza di un circuito. Lo studente deve inoltre acquisire conoscenza e capacità di comprensione dei fondamenti della teoria dell’elettromagnetismo e dei principi di funzionamento delle macchine ad induzione.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Lo studente sarà in grado di applicare le sue conoscenze e capacità di comprensione per: analizzare un circuito a parametri concentrati in regime stazionario, sinusoidale e periodico; ricavare la risposta completa di un circuito nel dominio del tempo e nel dominio della variabile di Laplace. Egli dovrà essere in grado di dimostrare un approccio professionale alla modellizzazione di un dispositivo elettromagnetico utilizzando la rappresentazione circuitale a parametri concentrati ed alla analisi di semplici filtri passivi e attivi. Dovrà essere in grado di analizzare sistemi trifase simmetrici ed equilibrati e squilibrati e saper determinare le correnti di guasto in un circuito trifase. Dovrà essere in grado, inoltre, di analizzare un circuito magnetico per determinare i parametri dei circuiti equivalenti a circuiti mutuamente accoppiati e analizzare un trasformatore monofase a carico partendo dai dati di targa
Autonomia di giudizio
Lo studente sarà in grado di valutare l’applicabilità dei teoremi e dei metodi per l’analisi di circuiti a parametri concentrati all’analisi di dispositivi elettrici sia a regime che in comportamento dinamico. Egli sarà in grado di costruire il relativo modello a parametri concentrati per dispositivi di media complessità e saprà risolvere il relativo modello con gli strumenti della teoria dei circuiti. Saprà eseguire l’analisi in frequenza di circuiti e saprà riconoscere la tipologia di un filtro passivo e attivo. Avrà sviluppato una propria autonomia di giudizio che gli consentirà di esprimere chiaramente concetti tecnici inerenti lo studio dei circuiti elettrici e sarà in grado di risolvere problemi circuitali mai risolti precedentemente. Lo studente, infine, avrà sviluppato la capacità di valutare criticamente i risultati dell’analisi circuitale.
Abilità comunicative
L’approccio didattico e le modalità di accertamento della conoscenza acquisita abitueranno lo studente a comunicare le nozioni e i metodi appresi, nonché a formalizzare i problemi in termini di modelli circuitali a parametri concentrati e a discutere le relative soluzioni ad interlocutori specialisti e non specialisti.
Capacità di apprendere L’impostazione didattica dell’insegnamento metterà in grado lo studente di integrare le conoscenze acquisite da altri insegnamenti (in particolare la Matematica e la Fisica, l’Analisi dei Sistemi e le Misure) nonché da varie fonti al fine di conseguire una visione ampia delle problematiche connesse all’analisi di circuiti e dispositivi elettrici e magnetici. Questo approccio gli consentirà di sviluppare le competenze necessarie per affrontare i successivi insegnamenti con un alto grado di autonomia.

Prerequisiti

Conoscenze: Per poter intraprendere proficuamente lo studio dell’Elettrotecnica lo studente deve avere una conoscenza adeguata degli aspetti metodologici fondamentali che contraddistinguono le scienze di base (analisi matematica, geometria, fisica). In modo particolare, è di fondamentale importanza la conoscenza di: algebra matriciale nel dominio reale e complesso, derivate, integrali, equazioni differenziali ordinarie, serie di Fourier, trasformate di Laplace, leggi fondamentali dell’elettromagnetismo.
Abilità: Le abilità acquisite da precedenti insegnamenti riguardano la capacità di: 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 e anti trasformate di Laplace. Saper formulare le relazioni che legano le grandezze elettriche nei resistori, condensatori, e induttori.
Competenze: Le competenze acquisite nei precedenti insegnamenti propedeutici sono indispensabili alla comprensione, interpretazione, analisi critica e risoluzione di problemi di media difficoltà nell’ambito della teoria dei circuiti.
È consigliato aver superato i seguenti esami: Analisi Matematica 2, corso integrato di Matematica, Matematica applicata, Fisica 2, oltre che gli esami indicati fra le propedeuticità del Corso di Studi: Analisi Matematica 1 e Fisica 1.

Contenuti

Prima unità didattica: I° semestre, 60 ore
Circuiti a costanti concentrate (lez. 10 ore; es. 6 ore)
Tensione e corrente, prima e seconda legge di Kirchhoff, Componenti e porte, Variabili descrittive, Potenza ed energia, Convenzioni. Proprietà generali di componenti e circuiti, base di definizione. Resistore, condensatore, induttore, generatori indipendenti di tensione e di corrente, generatori controllati, amplificatore operazionale, induttori mutuamente accoppiati, trasformatore ideale. Componenti reali. Componenti in serie ed in parallelo, trasformazione stella- triangolo.
Reti in regime stazionario (lez. 12 ore; es. 8 ore)
Grafo di un circuito e nozioni topologiche, Metodi di analisi: maglie e nodi. Teorema di Tellegen e principio di sovrapposizione egli effetti. Teoremi di Thevenin e di Norton. Teorema del massimo trasferimento di potenza.
Reti Regime sinusoidale (lez. 14 ore; es. 10 ore)
Presenza della variabile tempo nell'analisi dei circuiti lineari e permanenti. Funzioni sinusoidali e fasori. Proprietà dei fasori e fasore della derivata. Il circuito trasformato nel dominio dei fasori. Impedenza e ammettenza. Metodo dei fasori. Analisi di reti in regime sinusoidale. Teoremi. Potenza ed energia in regime permanente sinusoidale, La potenza complessa, Bipoli passivi, Conservazione della potenza complessa (Boucherot), Teorema del massimo trasferimento di potenza attiva, Sovrapposizione delle potenze, Il problema del rifasamento. Doppi bipoli.
Seconda unità didattica: II° semestre, 60 ore
Risposta in frequenza. Circuiti risonanti. Filtri passivi. Filtri attivi.(lez. 4 ore; es. 2 ore)
Analisi dei circuiti in funzionamento dinamico (lez. 16 ore; es. 8 ore)
Analisi nel dominio del tempo, relazione ingresso/uscita ed equazioni di stato. Esempi del primo ordine e del secondo ordine. Principali segnali impressi: impulso unitario, gradino unitario, sinusoide. Analisi nel dominio della variabile di Laplace: richiami alle trasformate di Laplace, trasformazione delle equazioni dei componenti e delle equazioni topologiche. Funzioni di rete: eccitazione e risposta del circuito, risposta impulsiva, proprietà delle funzioni di rete. Stabilità.
Sistemi Trifase (10 ore di lezione e 4 di esercitazione)
Sistemi polifase e sistemi trifase simmetrici. Collegamento dei generatori ed ei carichi. Terne di sequenza. Reti trifase simmetriche ed equilibrate. Teorema di Thevenin generalizzato. Carichi trifase equilibrati e matrici ciclo simmetriche. Circuiti trifase squilibrati. Metodo di spostamento del centro stella. Potenze nei carichi trifase. Misure nei sistemi trifase. Carichi con neutro accessibile e senza neutro accessibile. Inserzione Aron. Misure nei carichi trifase squilibrati. Rifasamento di Carichi trifase. Principio di scomposizione. Analisi delle reti trifase mediante la Teoria delle Componenti Simmetriche. Calcolo delle correnti di corto circuito.
Circuiti magnetici (10 ore di lezione e 6 di esercitazione)
Richiami ai fondamenti della teoria dei campi magnetici stazionari. Mezzi normali e anomali. Ciclo di isteresi e perdite per isteresi. Curva normale di magnetizzazione. Circuiti magnetici inerti. Analogia fra circuiti elettrici e magnetici. Problema diretto e problema inverso. Calcolo dei parametri della mutua induttanza. Circuiti equivalenti di circuiti mutuamente accoppiati. Trasformatore induttivo. Trasformatore reale. Circuito equivalente del trasformatore reale. Prova a vuoto ed in corto circuito dei trasformatori. Calcolo dei parametri longitudinali del circuito equivalente del primo ordine del trasformatore monofase. Funzionamento a carico del trasformatore. Targa del trasformatore. Teorema di Galileo Ferraris. Campo magnetico rotante. Azioni elettromagnetiche dei campi magnetici rotanti. Principio di funzionamento delle macchine rotanti.

Metodi Didattici

Per soddisfare esigenze didattiche specifiche connesse alla situazione epidemiologica, è prevista la possibilità di lezioni in diretta streaming o registrazioni delle stesse disponibili on-line.
Inoltre, le esercitazioni potranno essere svolte mediante forme di interazione a distanza con i supporti informatici disponibili.
Sono inoltre organizzate attività di tutoraggio, verifiche dell’apprendimento attraverso la somministrazione di un questionario di autovalutazione specifico riguardo le propedeuticità e attività di autovalutazione delle conoscenze, abilità e competenze acquisite mediante esercitazioni interattive con supporto del docente e dei tutor.

Metodi e tecniche di interazione didattica:
Interazione tra docente e studente attraverso l’uso delle piattaforme di didattica a distanza, della posta elettronica e delle news nel sito https://www.unica.it/unica/it/ateneo_s07_ss01.page?contentId=SHD30374.

Interazione tra i contenuti:
1) Richiami ai contenuti dei corsi di Fisica 2, Analisi Matematica 1 e Matematica.
2) Riferimenti ai contenuti e ai metodi utilizzati nel corso di Analisi dei Sistemi.
3) Riferimenti all'utilizzo dei metodi di analisi circuitale in altri ambiti non prettamente elettrici e elettronici.
4) Riferimento a problemi ingegneristici facenti anche capo a discipline diverse.

I riferimenti saranno: un credito 25 ore, di cui 15 di studio e 10 di attività frontale. Le 10 ore di attività frontale saranno divise in 6/7 ore di lezioni e 3/4 di esercitazione assistita.

Verifica dell'apprendimento

Le modalità con cui viene accertata l’effettiva acquisizione da parte degli studenti dei risultati di apprendimento attesi consistono in:
- Prove di apprendimento in corso d’anno: 2 prove parziali intermedie in forma scritta consistenti nella risoluzione di una serie di esercizi sulle diverse parti del programma del corso. In particolare, con la prova scritta lo studente dovrà dimostrare la conoscenza delle tecniche e delle metodologie di base per: l’analisi nel dominio del tempo dei circuiti lineari monofase e trifase a regime e nel loro funzionamento dinamico; l’analisi degli stessi circuiti nel dominio della frequenza e nel dominio della variabile di Laplace; l’analisi dei circuiti magnetici. Le prove intermedie sono riservate agli studenti frequentanti e sono esaustive per l’accertamento dei risultati di apprendimento. Le prove scritte potranno essere tenute a distanza mediante ausili informatici (Moodle, Teams,
etc.).
- Prova scritta e orale durante le sessioni di esame (appelli circa quindicinali nel periodo previsto dal calendario didattico di Facoltà) aperte a tutti gli studenti, anche a quelli che non hanno partecipato alle prove intermedie, o non hanno conseguito risultati positivi, o vogliono comunque rinunciare al riconoscimento dei risultati intermedi. La prova scritta consiste nella risoluzione di una serie di esercizi sul programma del corso. In particolare, con la prova scritta lo studente dovrà dimostrare la conoscenza delle tecniche e delle metodologie di base per: l’analisi nel dominio del tempo dei circuiti lineari monofase e trifase a regime e nel loro funzionamento dinamico; l’analisi degli stessi circuiti nel dominio della frequenza e nel dominio della variabile di Laplace; l’analisi dei circuiti magnetici. Durante la prova orale lo studente dovrà dimostrare di saper discutere criticamente gli esercizi svolti durante la prova scritta. Dovrà inoltre dimostrare di aver compreso le relazioni fondamentali della teoria dei circuiti, i teoremi e i metodi per l’analisi dei circuiti sia con il metodo simbolico che con l’approccio a variabili di stato, che con l’uso della trasformata di Laplace. Lo studente dovrà dimostrare inoltre di aver acquisito conoscenza e capacità di comprensione dei fondamenti della teoria dell’elettromagnetismo e dei principi di funzionamento delle macchine ad induzione. Le prove scritte potranno essere tenute a distanza mediante ausili informatici (Moodle, Teams,
etc.). Anche le prove orali potranno essere tenute a distanza. Questa modalità di esame scritto e orale ha lo scopo di accertare l’effettiva acquisizione da parte dello studente delle conoscenze, competenze ed abilità coerenti con gli obiettivi formativi dell’insegnamento oltre che di accrescere le sue capacità comunicative.
- Il voto finale viene espresso in trentesimi, pesando di volta in volta il voto attribuito ai diversi esercizi in base all'impegno richiesto per la loro risoluzione sia in termini di contenuti che di complessità computazionale.
La valutazione di 18/30 viene conferita quando le conoscenze/competenze della materia sono almeno elementari, la valutazione di 30/30 con eventuale lode, quanto le conoscenze sono eccellenti.

Testi

Per la preparazione dell’esame e per eventuali approfondimenti sono consigliati i seguenti testi:
1. Alexander, Sadiku, Circuiti elettrici, Mc Graw Hill (consigliato per lo studio della Teoria dei Circuiti)
La soluzione degli esercizi del testo è disponibile all'indirizzo http://www.ateneonline.it/alexander/areastudenti.asp
2. Perfetti, Circuiti Elettrici, Zanichelli (equivalente al 1.)
3. Civalleri, Elettrotecnica, Levrotto e Bella, Torino (consigliato per lo studio dei Circuiti Magnetici )
4. Repetto, Leva, Elettrotecnica, CittàStudi Edizioni (testo di approfondimento)
5. Biorci, Fondamenti di Elettrotecnica, UTET (testo di approfondimento).
6. Nel sito www.autocircuits.org è disponibile un simulatore di problemi circuitali.

Altre Informazioni

Slide e dispense del corso sono disponibili nel sito https://sites.unica.it/circuit-theory-group/education/. Nello stesso sito sono disponibili le esercitazioni con svolgimento.

Questionario e social

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