Elettrotecnica - Appunti

Programma del corso di elettrotecnica A.A. 2012/2013

Corso di laurea in Ingegneria Elettronica

Corso di laurea in Ingegneria Informatica e delle Telecomunicazioni

Dott. Ing. Pietro Romano

Obiettivi formativi

Il corso tratta argomenti di base di teoria dei circuiti e fornisce i metodi per l’analisi dei circuiti elettrici. L’allievo ingegnere impara a risolvere semplici circuiti in regime stazionario, regime dinamico ed in regime sinusoidale, i metodi di analisi sistematica ed i teoremi fondamentali dell’analisi delle reti. Sui temi trattati vengono svolte le esercitazioni applicative.

Generalità

Introduzione al corso. Definizione di modello e di modello idealizzato. Definizione di circuito a parametri concentrati/distribuiti; lunghezza d’onda. Quantità di carica e corrente. Potenziale e differenza di potenziale. Legge di Ohm. Resistività e sua dipendenza dalla temperatura. Variabili fondamentali: tensione e corrente di lato.

Reti in regime stazionario

Componenti circuitali attivi e passivi. Direzioni di riferimento. Principi di Kirchhoff. Direzioni di riferimento associate. Bipolo resistivo. Interruttori. Diodi. Serie e parallelo di resistori. Generatore ideale di tensione. Generatore ideale di corrente. Generatore reale di tensione. Generatore reale di corrente. Equivalenza tra generatori reali di corrente e di tensione. Principio di sostituzione. Generatori pilotati. Teorema di Tellegen. Condizioni di passività e di linearità. Relazioni costitutive e proprietà dei bipoli: tipo di comando, linearità, memoria, tempo varianza. Partitore di tensione e partitore di corrente. Trasformazione stella-triangolo e triangolo-stella. Composizione di caratteristiche. Definizione di rete lineare. Risposta di una rete. Rami, nodi, maglie di una rete elettrica. Bilancio incognite/equazioni. Grafo associato ad una rete. Grafo orientato. Risoluzione di una rete. Metodi per la risoluzione di reti lineari e non lineari. Metodo dei potenziali nodali. Metodo delle correnti di maglia. Metodi modificati. Teorema di Millman. Principio di sovrapposizione degli effetti. Teorema di Thevenin. Teorema di Norton.

Reti in regime dinamico

Bipolo induttivo. Bipolo capacitivo. Serie e parallelo di induttori e condensatori. Condizioni iniziali, condizione di passività ed energia immagazzinata. Circuiti dinamici del I ordine. Analisi del circuito RC. Circuito RC parallelo: risposta completa. Circuito RL. Transitorio e regime. Circuiti del II ordine. Circuito RLC parallelo: soluzioni del polinomio caratteristico; risposta completa; condizioni iniziali. Metodo di sostituzione per la determinazione delle condizioni iniziali. Applicazione dei principi di Kirchhoff nel dominio del tempo. Applicazione dei metodi delle correnti di maglia e dei potenziali nodali nel dominio del tempo. Equazioni differenziali ingresso-uscita. Risposta al gradino. Risposta all’impulso.

Reti in regime sinusoidale

Funzioni periodiche e loro proprietà. Funzioni alternate. Funzioni sinusoidali. Metodi di risoluzione delle reti in regime sinusoidale. Metodo simbolico e vettoriale. Fasore rotante. Rappresentazione di una funzione sinusoidale mediante vettore ruotante. Operatore Re e Im. Sfasamento e fattore di potenza. Potenza istantanea in regime sinusoidale: potenza attiva; potenza reattiva; potenza apparente. Relazioni tra i valori istantanei di tensione, corrente e potenza per i bipoli R, L, C, RLC. Operatori simbolici di impedenza e di ammettenza. Potenza complessa. Applicazione dei teoremi generali per la soluzione delle reti in regime sinusoidale. Massimo trasferimento di potenza. Rifasamento monofase. Mutuo accoppiamento e trasformatore ideale.

Cenni di sicurezza elettrica

Ruolo dell'interruttore differenziale negli impianti di bassa tensione di tipo domestico e similare.

Risposta in frequenza

Guadagno, sfasamento e funzione di rete. Andamento del modulo e della fase della funzione di rete nel dominio della frequenza. Circuiti risonanti. Fattore di qualità, larghezza di banda, banda passante e frequenze di taglio. Tipologie di filtri: passa alto, passa basso, passa banda ed elimina banda.

Doppi bipoli

Definizioni, rappresentazioni parametriche dei doppi bipoli, reciprocità e simmetria. Collegamento in cascata, in serie e in parallelo di doppi bipoli. Equivalenza tra doppio bipolo a T (stella) e doppio bipolo a pi greco (triangolo). Rappresentazioni circuitali dei doppi bipoli, doppio bipolo a traliccio.

Circuiti trifase

Sistema trifase di forze elettromotrici. Sistema simmetrico diretto di tensioni. Grandezze di fase e grandezze di linea. Sistema a tre e a quattro fili e conduttore di neutro. Carico disposto a stella e a triangolo. Potenza istantanea. Espressioni della potenze attiva, reattiva, apparente e complessa per il caso equilibrato. Confronto tra sistema trifase e monofase.

Ausili didattici/testi

R. Perfetti “Circuiti Elettrici” Editore Zanichelli. (testo adottato).

C.A. Desoer, E.S. Kuh "Fondamenti di teoria dei circuiti" Franco Angeli Editore (testo consigliato).

Altri testi: V. Daniele, A. Liberatore, R. Graglia, S. Manetti "Elettrotecnica", Monduzzi Editore.

F. Viola “Quaderno di Elettrotecnica” Editrice UNI Service.

Esame finale: scritto e orale.

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Nota: non dare per scontato (soprattutto per gli esercizi più lungi che verranno in seguito) che i risultati siano corretti il 100% delle volte. 4-11 ‹1 . 1 1 1/^ 1/.— › 1 3/ 1.11) ) / ( -1 /-- 4-^/^ —91 0/) .1/ /(-6 / )(0 / / ^ ›1 1 +-/ ^ 4-17 . 1 1/1/ /›1 1/^ /5. ^6- ‹0/— /1( —1 1 / 5— 1› -/^1 ---¾/ . ¢-1 1 1:1 1) ( 1- › 1 1/(51 — ( 1— 1: ^-/—= .1. // / 7 7/1(#,% -,// ›/( .-,.1,^//), -]^/¾. (- 1( 1(.1/ )/^1 -¾¾¾^^ /-(1 -› =¾.‹ ,0.5-¾. -)^ 11 7 -31 .) )- /-/ 4-/1 ( 1/ 20/-,,)^/- 1 ^/ ^ 0 ^ /^10^-00 tensione -5(/6^. ^ 0^0--1^ 2 4^41^- ,^4 1 ^ -4-^351 1713 17.3^-1: 12½1 1^1 6001 £(1 £^1----10^1^47 0^0/^^1^:1 1/122. 1^02^6 221 -7. ^171—^ ¢¢01 1,1/. 17-2¼- 111 (2. £^1£31 66-1 01 5^,09. 1^/1, ^23221+ 11 4.1 6^4.071 2‹ 1 ‹1 1:33 1-11 (0, + 0,)- 4 ^- 18 (¢-1 /7. 1 ,/-11 ›/7-11 =. 17 --01 1 (/.‹ 31› 1 9 1 ›/-^ --1 1 )/1 6 10--- 0 01 0-(1 1 --—% )5 ›^ /7 , 01 11(. / ^/¾/ //-)1 ) -1 - 1+(. . /- 213 (1 ›› 1-,)( 1 1 11› 11— ^7)( 1/1 -+ :1^/^ 1^—-. /(( ,/^ 1 --- -^/^ —›)^-)/ 1 )(7) ) --1 - 11 / / ,1 - /) 1,1 )2/ , 7/( 2 0,11 . 11- 4-4 (£/ ^ 1 ›—0¢-- 1 1 1 ^-/‹1 - ( .) )(£-] 0 1› 411 )) 11 1— /› )7/ 1)-:0 ›01- 0 /-111/ 2/1 )) , )—/-- ^ / 0/ 14 1- ›11.1 1‹ - 1-^(3¢// ^ 11 ^1 —.1/ (7/- (. v+ 19 G—-1 *4 6