Dipartimento di Ingegneria Civile, dell'Energia, dell'Ambiente e dei Materiali - Università Mediterranea di Reggio Calabria - Didattica

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RETI ELETTRICHE PER APPLICAZIONI INDUSTRIALI

Corso

Ingegneria Industriale

Curriculum

Energia (Elettrico-Energetico)

Orientamento

Orientamento unico

Anno Accademico

2022/2023

Crediti

Settore Scientifico Disciplinare

ING-IND/31

Anno

Terzo anno

Unità temporale

Primo semestre

Ore aula

Attività formativa

Attività formative caratterizzanti

Canale unico

Docente

FRANCESCO CARLO MORABITO

Obiettivi

Il corso si prefigge l’approfondimento della preparazione e conoscenza dello studente nel settore elettrico, con particolare riferimento all’ambito dell’utilizzo dell’energia elettrica (ivi inclusa la produzione, la gestione e la trasformazione). Il corso è indirizzato altresì a far acquisire allo studente competenze pratiche ai fini dell’applicazione in diversi contesti d’interesse industriale relative all’implementazione di tecniche e metodi tipiche dell’analisi circuitale e dei campi elettromagnetici in bassa e media frequenza. Ciò viene realizzato finalizzando lo studio alla produzione progettuale autonoma e allo svolgimento di attività di gruppo ed inquadrando la disciplina nel più ampio contesto multidisciplinare dell’ingegneria.
In particolare, è suggerito l’uso estensivo di codici di calcolo automatizzato, anche attraverso la presentazione di esercitazioni specifiche o schede progettuali.

Obiettivi formativi specifici:
Conoscenza dei principali modelli e metodologie per lo studio delle applicazioni dell’energia elettrica
Conoscenza delle principali tecniche algoritmiche per l’esecuzione di calcoli progettuali
Capacità di utilizzare codici di calcolo per l’elaborazione di progetti
Abilità di strutturare un problema complesso di energia all’interno di una prospettiva ambientale e delle energie rinnovabili
Conoscenza di terminologia specifica internazionale per le tematiche trattate.

Modalità di valutazione:
La prova d'esame consiste in una prova orale che ha l’obiettivo di misurare le capacità critiche sviluppate dallo studente e il livello di approfondimento della conoscenza avanzata delle reti elettriche in regime generico, sia monofase che trifase, nonché la conoscenza degli elementi di campi in regime stazionario e quasi-stazionario. La prova orale consiste anche nella discussione pubblica degli elaborati di corso preparati nel tempo, sugli argomenti specifici delineati nel corso dello svolgimento del 5° e 6° credito formativo. La presentazione dovrà mostrare la capacità di lavorare in team su applicazioni specifiche dell’ingegneria industriale e dell’energetica. La prova d'esame è comunque articolata in diversi aspetti, focalizzati alla verifica della maturazione complessiva del candidato e all'accertamento del raggiungimento degli obiettivi specifici. Nel corso della prova orale, il candidato dovrà discutere pubblicamente un elaborato di corso assegnato dal docente. Verranno quindi accertate in tale contesto le capacità comunicative acquisite con riferimento alla presentazione di ricerche o progetti sviluppati nel corso. Nel corso della presentazione, il candidato dovrà altresì mostrare di aver acquisito capacità necessarie al lavoro in team su applicazioni specifiche di ambito elettrico, ambientale e dell’energia.

Programma

Richiami di Elettrotecnica di base e di Reti elettriche in regime trifase (Crediti 1)

Bipoli elettrici, doppi bipoli, n-poli; Teoremi delle reti; Soluzione automatica per ispezione reti del I e del II ordine; Studio delle reti lineari nel dominio della frequenza e della variabile di Laplace. Richiami sull’analisi delle reti elettriche in regime sinusoidale, rifasamento, il trasformatore Reale. Sistemi Trifase a tre e quattro fili, simmetrici e dissimetrici, equilibrati e squilibrati, collegamenti interfasici a stella e a triangolo, correnti e tensioni di fase e di linea, campo magnetico rotante di Galileo-Ferraris, metodi di risoluzione delle reti trifase, le potenze nei circuiti trifase, fattore di potenza, inserzione Aron e misure di potenza, rifasamento, teorema di Aron, analisi dei sistemi trifase mediante le componenti simmetriche. Analisi delle reti elettriche in regime periodico non sinusoidale.

Reti lineari e non lineari in condizioni dinamiche generali (Crediti 1)

Equazioni dinamiche e soluzione nel dominio del tempo, variabili di stato, problema di valore iniziale; termini transitorio e permanente, evoluzione libera e forzata; definizione di risposta della rete ad un determinato ingresso, risposta al gradino ed all'impulso, integrale di convoluzione; trasformata di Laplace e sue applicazioni alle reti lineari tempo-invarianti, impedenza operatoriale e funzione di trasferimento. Bipoli non lineari; bipoli tempo varianti; linearizzazione; caratteristiche lineari a tratti; analisi lineare a tratti di una rete non lineare; spazio degli stati; circuiti non lineari e tempo varianti.

Campi Elettrostatici, Campi Magnetostatici, Campo di Corrente e Regime Quasi-Stazionario (Crediti 2)

Forma integrale e locale delle equazioni dell'elettrostatica nel vuoto e nei mezzi materiali, condizioni di continuità, potenziale elettrostatico; Leggi in forma integrale e locale, condizioni di continuità; leggi di Ohm e Joule; tubi di flusso; resistenza; forza elettromotrice; potenza ohmica specifica. Problema di Dirichlet e problema di Neumann.
Forma integrale e locale delle equazioni della magnetostatica nel vuoto e nei mezzi materiali, condizioni di continuità, potenziale vettore; riluttanza di un tubo di flusso; tensione magnetica; forza magnetomotrice; coefficienti di auto e mutua induttanza, definizione relative a conduttori massicci; fenomeni di polarizzazione magnetica, isteresi magnetica, materiali magnetici, leggi di Hopkinson, circuiti magnetici.

Produzione, Trasmissione e Distribuzione di Energia Elettrica (Crediti 1)

Definizione relative a conduttori massicci; fenomeni di polarizzazione magnetica, isteresi magnetica, materiali magnetici, leggi di Hopkinson, circuiti magnetici.

Applicazioni Industriali Innovative (Crediti 1)
Il modulo prevede lo svolgimento di elaborati su argomenti innovativi che verranno selezionati dal docente ed assegnati agli studenti fra i seguenti:
a) modellistica circuitale di interconnessioni elettroniche ad alta velocità;
b) analisi e progettazione di circuiti elettronici di potenza per numerose applicazioni: fotovoltaiche, eoliche, celle a combustibile, LED, sistemi di battery management, automotive;
c) metodi di progettazione di circuiti elettronici di potenza per il power management ad elevata efficienza energetica;
d) algoritmi per il monitoraggio e il controllo delle sorgenti rinnovabili basati su controllori digitali (DSP,FPGA);
e) sviluppo di tecniche di controllo lineari e non lineari per i circuiti switching;
f) ottimizzazione di trasformatori per applicazioni switching ad alta frequenza;
g) modellistica e caratterizzazione di sistemi di accumulo di energia e di celle a combustibile per applicazioni nel settore dei veicoli elettrici/ibridi e delle fonti rinnovabili.

Testi docente

Materiale del corso e per il progetto fornito dal docente

Giulio Fabricatore, Elettrotecnica, CUEN

Erogazione tradizionale

Sì

Erogazione a distanza

Frequenza obbligatoria

Valutazione prova scritta

Valutazione prova orale

Sì

Valutazione test attitudinale

Valutazione progetto

Sì