1001585 - ELETTROTECNICA A - L
Risultati di apprendimento attesi
Il corso presenta i metodi per la modellazione e analisi dei circuiti elettrici, fornendo le conoscenze propedeutiche per i successivi corsi di elettronica, automatica e telecomunicazioni.
Conoscenza e comprensione
Conoscenza dei modelli a parametri concentrati e dei
teoremi delle reti elettriche.
Conoscenza dei metodi sistematici per la risoluzione dei
circuiti elettrici e comprensione delle loro basi teoriche.
Conoscenza della dinamica di circuiti elettrici lineari
tempo-invarianti.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Capacità di risolvere circuiti elettrici lineari e
tempo-invarianti sia in regime stazionario che sinusoidale oltre che in
transitorio.
Capacità di avvalersi di simulatori per l’analisi dei
circuiti.
Capacità di tradurre in forma procedurale i metodi e le
conoscenze acquisite.
Autonomia di giudizio
Lo studente saprà individuare i metodi risolutivi più
opportuni in relazione al circuito da analizzare.
Lo studente saprà analizzare criticamente la soluzione
ottenuta.
Abilità comunicative
Lo studente apprenderà i simboli circuitali e i termini
tecnici dell’elettrotecnica.
Lo studente sarà in grado di interagire con specialisti
dell’elettrotecnica e dell’elettronica nell’applicazione delle proprie
competenze informatiche.
Capacità di apprendimento
Lo studente acquisirà le basi necessarie per la
comprensione di tematiche avanzate nell’ambito dell’elettrotecnica.
Lo studente sarà in grado di replicare e generalizzare le
logiche utilizzate per tradurre in forma procedurale i metodi e le conoscenze
acquisite.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Il corso prevede lezioni frontali per acquisire le conoscenze teoriche e lo svolgimento di esercitazioni per acquisire la capacità di analizzare i circuiti elettrici.
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
Prerequisiti richiesti
Conoscenza degli argomenti di seguito elencati.
MatematicaRisoluzione e rappresentazione in forma matriciale di sistemi di equazioni lineari.
Matrici: rango, determinante, trasposta, inversa, somma e prodotto.
Unità immaginaria. Forma algebrica, forma trigonometrica e forma esponenziale dei numeri complessi. Notazione polare e cartesiana dei numeri complessi. Operazioni con numeri complessi. Radici nel campo complesso. Grandezze sinusoidali.
Limiti di una funzione reale in una variabile reale.
Derivata di una funzione reale di una variabile reale. Derivate di ordine superiore al primo. Integrale indefinito.
Equazioni differenziali ordinarie di ordine n. Sistemi di n equazioni differenziali ordinarie del primo ordine in n funzioni incognite. Equivalenza tra equazioni e sistemi. Problema di Cauchy. Definizione di soluzione.
Fisica
Grandezze fisiche. Lavoro. Potenza. Energia.
Conduttori e isolanti, carica elettrica. Legge di Coulomb. Campo e Potenziale elettrico. Teorema di Gauss. Capacità di un conduttore. Condensatori piani. Energia e densità di energia del campo elettrico. Costante dielettrica.
Forza elettromotrice. Intensità di corrente. Resistenza elettrica.
Campo magnetico. Permeabilità magnetica. Legge di induzione elettromagnetica di Faraday. Legge di Lenz. Induttanza. Energia e densità di energia.
Frequenza lezioni
La frequenza non è obbligatoria seppure fortemente consigliata.
Contenuti del corso
Dal campo
elettromagnetico ai modelli circuitali
Dai sistemi fisici ai modelli.
Equazioni di Maxwell. Relazioni costitutive. Condizioni
al contorno. Relazioni di interfaccia.
Calcolo dei parametri circuitali.
Circuiti a
parametri concentrati ed elementi a una porta
Modello a parametri concentrati.
Modello del bipolo. Rete a parametri concentrati. Nodi.
Leggi di Kirchhoff.
Generatori indipendenti. Resistori. Resistori non lineari. Diodo ideale.
Condensatori. Induttori.
Potenza ed energia.
Collegamenti di
bipoli e trasformazioni equivalenti
Collegamenti serie e parallelo.
Partitore di tensione e di corrente.
Trasformazioni equivalenti stella-triangolo e viceversa.
Lati Thevenin e Norton.
Metodi
sistematici per la soluzione delle reti elettriche a-dinamiche
Grafo. Maglie,
anelli e insiemi di taglio. Albero. Maglie e insiemi di taglio
fondamentali.
Metodo sistematico per la scrittura delle LK linearmente
indipendenti.
Soluzione di un circuito. Limiti del metodo del tableau
sparso.
Matrice di incidenza. Matrice di maglia.
Analisi dei nodi. Analisi
delle maglie.
Analisi dinamica
di circuiti lineari tempo-invarianti
Circuiti del primo ordine.
Esempi di circuiti del secondo ordine: circuito RLC serie
e parallelo.
Equazione differenziale del secondo ordine e condizioni
iniziali. Caso sovra-smorzato, a smorzamento critico e sotto-smorzato.
Soluzione particolare. Regime stazionario.
Concetto di stato. Equazioni di stato.
Equazione differenziale di ordine minimo.
Frequenze naturali. Stabilità.
Analisi in
regime sinusoidale
Fasori.
Circuiti in regime sinusoidale. Teorema fondamentale del regime sinusoidale.
Circuito del I ordine in regime sinusoidale.
Leggi di Kirchhoff ed equazioni di lato con i fasori. Impedenza
e ammettenza.
Potenze ed energia in regime sinusoidale. Potenza
complessa.
Teoremi delle
reti elettriche
Teorema di Tellegen. Teorema di Boucherot.
Teorema di sostituzione.
Teorema di sovrapposizione. Sovrapposizione in regime sinusoidale.
Teorema di Thevenin e Norton.
Teorema del massimo trasferimento di potenza attiva.
Elementi di
accoppiamento
N-polo. Doppio bipolo.
Rappresentazione dei doppi bipoli. Reciprocità nei doppi
bipoli. Collegamenti di doppi bipoli.
Generatori controllati.
Trasformatore ideale.
Induttori accoppiati.
Trasformata di
Laplace
La L-trasformata e le sue principali proprietà.
Leggi di Kirchhoff ed equazioni di lato nel dominio di
Laplace.
Impedenza e ammettenza di resistori, condensatori e
induttori.
Funzione di trasferimento.
Software di
simulazione circuitale
Il simulatore Simscape. Interfaccia grafica. Inserimento dei
componenti.
Impostazione dei parametri dei componenti e dell’analisi
circuitale da eseguire.
Simulazione di circuiti nel dominio del tempo.
Acquisizione e tracciamento delle forme d’onda.
Procedure per la risoluzione di circuiti con il supporto
di Matlab e Simscape.
Esempi di applicazioni elettriche
Gli argomenti sottolineati rappresentano le conoscenze minime irrinunciabili per il superamento dell'esame.
Testi di riferimento
1) M. De Magistris, G. Miano, Circuiti. Fondamenti di circuiti per l'ingegneria, Springer Verlag Italia.
2) C.A. Desoer, E.S. Kuh, Fondamenti di Teoria dei Circuiti, Franco Angeli Editore.
Altro materiale
didattico
Il materiale didattico è pubblicato sul portale di Ateneo
Studium e/o la piattaforma Microsoft Teams
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
| 1 | Dal campo elettromagnetico ai modelli circuitali | Testo 1 cap.1 | Testo 2 cap.1 | diapositive |
| 2 | Circuiti a parametri concentrati ed elementi a una porta | Testo 1 cap.1 | diapositive |
| 3 | Collegamenti di bipoli e trasformazioni equivalenti | Testo 1 cap.4 | diapositive |
| 4 | Metodi sistematici per la soluzione delle reti elettriche a-dinamiche | Testo 1 cap.3 | diapositive |
| 5 | Analisi dinamica di circuiti lineari tempo-invarianti | Testo 1 cap.7 | Testo 2 cap.12 e 14 | diapositive |
| 6 | Analisi in regime sinusoidale | Testo 1 cap.5 | Testo 2 cap.7 | diapositive |
| 7 | Teoremi delle reti elettriche | Testo 1 cap.3-6 | Testo 2 cap.7, 9 e 16 | diapositive |
| 8 | Elementi di accoppiamento | Testo 1 cap. 6 | diapositive |
| 9 | Trasformata di Laplace | Testo 1 cap.7 | diapositive |
| 10 | Software di simulazione circuitale | Dispense e diapositive |
| 11 | Esempi di applicazioni elettriche | Testo 1 | diapositive |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
L’esame consiste in una prova scritta e una prova orale (devono essere sostenute entrambe le prove).
La prova scritta potrà essere sostenuta con l’ausilio di software di simulazione circuitale.
La prova orale comprenderà l’analisi della prova scritta e domande inerenti parti del programma non coperte dalla prova scritta.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Esercizi tipici ed una lista di domande sono presenti sul portale di Ateneo Studium e/o la piattaforma Microsoft TeamsEnglish version