Docente/i: Lucia Frosini  

Denominazione del corso: Costruzioni elettromeccaniche
Codice del corso: 503290
Corso di laurea: Ingegneria Elettrica
Sede: Pavia
Settore scientifico disciplinare: ING-IND/32
L'insegnamento è caratterizzante per: Ingegneria Elettrica
Crediti formativi: CFU 6
Sito web del corso: http://www.unipv.it/dmae/

Obiettivi formativi specifici

Il corso si propone di approfondire le conoscenze relative al funzionamento delle macchine e degli azionamenti elettrici, in relazione alle prestazioni richieste nei sistemi elettrici, e di fornire i criteri generali per il loro dimensionamento, basati sullo sfruttamento ottimale dei materiali impiegati nella loro costruzione.

Programma del corso

1. Richiami sui materiali magnetici, conduttori e isolanti
Materiali ferromagnetici dolci e duri, perdite per isteresi e per correnti parassite, lamierini in ferro-silicio standard e a cristalli orientati, cifra di perdita. Effetto pelle nei conduttori. Caratteristiche dei materiali isolanti (gassosi, liquidi, solidi), rigidità dielettrica, scariche parziali, classe termica.

2. Il trasformatore
Richiami sul circuito equivalente dei trasformatori. Aspetti costruttivi dei trasformatori (nucleo, avvolgimenti, sistemi di raffreddamento). Formule per il dimensionamento dei trasformatori e criteri di progetto. Gruppi angolari. Transitorio di corto circuito nei trasformatori. Transitorio di inserzione a vuoto nei trasformatori. Calcolo della reattanza di dispersione di un avvolgimento cilindrico di un trasformatore. Calcolo delle forze di Lorentz nel caso di corto circuito in un trasformatore. Trasformatori a nucleo corazzato. Accessori dei trasformatori in olio. Collegamento zig-zag.

3. La macchina a collettore
Aspetti costruttivi principali. Avvolgimenti di indotto embricati e ondulati. Campi magnetici prodotti dall’eccitazione e dalla reazione di indotto. Funzionamento della macchina a collettore come motore, forza elettromotrice indotta, espressione della coppia. Motore a eccitazione separata, motore a eccitazione serie, motore universale a collettore. La commutazione ideale e la commutazione con fenomeni induttivi: poli di commutazione. Saturazione per reazione di indotto: avvolgimenti compensatori. Altri aspetti costruttivi. Perdite nel motore a collettore.

4. Le macchine in corrente alternata
Il campo magnetico rotante. Tipologie di avvolgimenti di statore in corrente alternata: concentrici e embricati, a singolo e a doppio strato, a passo normale e raccorciato, numero di cave frazionario. Esempi di realizzazione di avvolgimenti di statore. Forze magnetomotrici prodotte dagli avvolgimenti.

5. La macchina asincrona
Circuito equivalente del motore asincrono, bilancio di potenze ed espressione della coppia elettromagnetica. Caratteristica elettromeccanica. Funzionamento del rotore a doppia gabbia. Reattanza di dispersione di una bobina in cava di statore. Coefficiente di Carter. Caratteristiche costruttive e tipi di rotore. Coppie parassite. Rendimento. Dimensionamento di un motore asincrono trifase. Cenni sul generatore asincrono. Metodi di avviamento.

6. La macchina sincrona
Funzionamento della macchina sincrona come generatore: a vuoto e in parallelo con la rete. Fenomeno della reazione di indotto. Espressione della coppia elettromagnetica. Regolazione della potenza attiva e reattiva. Aspetti costruttivi: rotore (liscio e a poli salienti), avvolgimenti smorzatori, nucleo di statore. Problematiche e soluzioni costruttive dei generatori elettrici di elevata potenza (in particolare turboalternatori). Criteri di progetto delle macchine sincrone: dimensionamento, procedure per il calcolo elettromagnetico e termico. Metodo di Behn-Eschemburg: determinazione dell’impedenza sincrona, curve delle prestazioni limite (capability), caratteristiche esterne. Cenni sul motore sincrono e sulle curve a V.

7. Il motore brushless
Caratteristiche costruttive: rotore interno, esterno, assiale; a magneti superficiali (SPM) e interni (IPM); materiali per magneti permanenti. Coppie oscillanti: di cogging e di ripple. Tecniche di controllo: trapezia (DC brushless) e sinusoidale (AC brushless). Cenni sul controllo sensorless.

Prerequisiti

Conoscenze dell’elettrotecnica e dei sistemi elettrici trifase, dei principi di funzionamento delle macchine e degli azionamenti elettrici e dei materiali impiegati nell’ingegneria elettrica.

Tipologia delle attività formative

Lezioni (ore/anno in aula): 38
Esercitazioni (ore/anno in aula): 14
Attività pratiche (ore/anno in aula): 0

Materiale didattico consigliato

Dispense preparate a cura del docente. Per approfondimenti, possono essere consultati i seguenti testi: Nicola Bianchi, Silverio Bolognani: “Metodologie di progettazione delle macchine elettriche”, CLEUP, 2001. J.R. Hendershot Jr., TJE Miller, “Design of brushless permanent-magnet motors”, Magna Physics Publishing and Oxford Clarendon Press, 1994.

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’esame consiste in una prova orale sui contenuti del corso.