Docente: prof. Alfonso Damiano
Orario di Ricevimento: su appuntamento
Tipo di Corso: Fondamentale
N° di Crediti: 6
Modalità di svolgimento dell'esame: Scritto e Orale
Raggruppamento Disciplinare: ING-IND/32
Codice del Corso: 5483
Periodo di svolgimento del Corso: I Semestre III Anno CL Ing. Elettrica
Durata del corso e Orario : 60 ore frontali

Obbiettivi formativi: Il corso si propone di analizzare gli aspetti costruttivi delle macchine elettriche, di evidenziarne le problematiche e svilupparne la modellizzazione dinamica.

Materiale didattico

Testi consigliati:

I. Marongiu, E. Pagano: “I trasformatori” ed. LIGUORI Napoli

I. Marongiu, E. Pagano: “Le macchine elettriche” ed. MASSIMO Napoli

E. Pagano:      “Le Costruzioni Elettromeccaniche” ed. LIGUORI Napoli

M. Kostenko, L.Piotrovsky:    “Electrical Machines”Mir Publishers Moscow

P.C. Krause, “Analysis of Electric Machinery” IEEE press

Prerequisiti richiesti: Conoscenza degli argomenti svolti nei corsi di Analisi, Fisica I e II, Elettrotecnica e MAcchine Elettriche I.

Programma del Corso

Richiami alle leggi fondamentali dell’elettromagnetismo. Analisi dei materiali impiegati nelle macchine elettriche e loro caratteristiche fondamentali: Materiali ferromagnetici Materiali isolanti Materiali conduttori Materiali semiconduttori Materiali superconduttori

Il trasformatore

Richiami al principio di funzionamento del trasformatore: Modello matematico del trasformatore ideale. Funzionamento a vuoto funzionamento sotto carico e diagrammi vettoriali; il trasformatore trifase. Il trasformatore reale: caratteristiche costruttive del trasformatore reale; funzionamento a vuoto: ciclo di isteresi dinamico; perdite nel ferro; evoluzione temporale delle correnti magnetizzanti in funzione del punto di lavoro; modellizzazione matematica della corrente a vuoto e determinazione grafica e numerica della corrente a vuoto; influenza del componenti armoniche di corrente sulla qualità della tensione di alimentazione; effetti nei trasformatori trifasi del tipo di connessione sulla corrente magnetizzante; transitorio di inserzione a vuoto del trasformatore; influenza delle caratteristiche costruttive del trasformatore sul transitorio di inserzione a vuoto dei trasformatori. nuclei ferromagnetici trifasici: caratteristiche magnetiche e evoluzione delle correnti magnetizzanti. Funzionamento sotto carico: funzionamento sotto carico equilibrato dei trasformatori trifasici. Funzionamento sotto carico squilibrato dei trasformatori trifasici. Corto circuito del trasformatore: Condizioni di corto circuito permanente; sollecitazioni meccaniche e termiche; transitorio di corto circuito.Dimensionamento di massima del trasformatore monofase. Dimensionamento di massima di un trasformatore trifase. Autotrasformatore: Generalità; Funzionamento a vuoto e sotto carico;Diagramma vettoriale e circuito equivalente. Auto trasformatore trifase. Trasformatori di Misura:Generalità; Il trasformatore di tensione: finalità, caratteristiche metrologiche, caratteristiche costruttive. Il trasformatore di corrente: finalità, caratteristiche metrologiche, caratteristiche costruttive.

Generalità sulle macchine rotanti

La conversione elettromagnetica dell'energia:Generalità; Bilancio energetico nei circuiti rigidi; Bilancio energetico nei sistemi elettromagnetici non rigidi; Forze elettromagnetiche; Equazioni di equilibrio dinamico dei sistemi elettromagnetici;
Il componente simmetrico ai valori istantanei: Richiami ai componenti simmetrici; genera-lizzazione e definizione dei componenti simmetrici ai valori istantanei; utilizzazione nello studio e nella modellizzazione dei sistemi elettrici. Considerazioni preliminari: Il campo magnetico al traferro nelle macchine con rotore isotropo; gli avvolgimenti nelle macchine elettriche; il fattore di avvolgimento; il fattore di raccorciamento; Il flusso concatenato e le tensioni indotte; Il coefficiente di autoinduzione al traferro; Rappresentazione in termini di componenti simmetrici ai valori istantanei. Distribuzione fondamentale di induzione al traferro generata da un sistema di correnti simmetrico e dissimmetrico che percorre un avvolgimento simmetrico; Le forze nelle macchine elettriche rotanti; La coppia elettromagnetica nelle macchine elettriche rotanti; Rappresentazione in termini di componenti simmetrici ai valori istantanei.La macchina a poli salienti : La distribuzione di induzione al traferro nel funzionamento a vuoto; La reazione di armatura e i coefficienti di autoinduzione longitudinale e trasversale di traferro;

La macchina asincrona

Generalità; Modello matematico dinamico, elettrico e meccanico; Condizioni di funzionamento limite; Funzionamento a regime del motore asincrono con alimentazione simmetrica; Funzionamento in condizioni di alimentazione arbitraria. Funzionamento con alimentazione dissimetrica.

La macchina sincrona

Generalità; richiami al funzionamento della macchina sincrona su rete di potenza prevalente; Macchine a poli lisci e a poli salienti; Caratteristica magnetica a vuoto e caratteristica di corto circuito; Rapporto di corto circuito; Caratteristiche di carico esterne e di regolazione; Grandezze relative e percentuali; Diagramma polare della macchina sincrona a traferro costante; Diagramma polare della macchina sincrona a poli salienti; Misura delle reattanze sincrone longitudinale e trasversali; Diagramma di Potier. Applicabilità del diagramma si Potier. Cortocircuito della macchina elettrica sincrona: reattanza transitoria e sub-transitoria. La macchina sincrona in regime perturbato lentamente variabile. Introduzione; Transitorio meccanico: le oscillazioni pendolari;

Esercitazioni numeriche

  1. Analisi del trasformatore sotto carico, tracciamento delle caratteristiche esterne

  2. Determinazione della corrente a vuoto di un trasformatore monofase

  3. Transitorio di corto circuito di un trasformatore monofase

  4. Dimensionamento di massima di un trasformatore trifase

  5. Analisi del funzionamento in condizioni di carico squilibrato di un trasformatore trifase in connessione Dy0

  6. Simulazione numerica del transitorio di avviamento di una macchina elettrica asincrona

  7. Determinazione delle caratteristiche di regolazione della macchina elettrica sincrona