CODICE 9912

Classe delle lauree in:
Ingegneria Industriale (L9)
Tipo di attività
Ambito disciplinare:
formativa:
Ingegneria Elettrica
Caratterizzante
Corso di laurea in:
Ingegneria Elettrica
Settore scientifico
disciplinare: Convertitori,
macchine e azionamenti
elettrici (ING-IND/32)
Anno accademico:
2014 - 2015
CFU:
12
Titolo
Codice
dell’insegnamento:
Tipo di insegnamento:
Anno:
Semestre:
dell’insegnamento:
Macchine elettriche
Obbligatorio
Secondo Secondo
2124
(CDP)
DOCENTE:
Prof. Stasi Silvio (PA)
ARTICOLAZIONE IN TIPOLOGIE DIDATTICHE:
L’insegnamento comprende 76 ore di lezioni teoriche (9.5 CFU), 12 ore di esercitazioni (1.5 CFU), ed 8 ore di
attività di laboratorio (1 CFU).
PREREQUISITI:
Tecniche di analisi dei circuiti monofase e trifase in regime stazionario e transitorio.
OBIETTIVI FORMATIVI:
L’insegnamento ha l'obiettivo di fornire agli allievi gli strumenti per comprendere il principio di funzionamento,
il comportamento elettromagnetico, meccanico e termico delle principali macchine elettriche: motori e
generatori in c.a. ed in c.c., trasformatori.
CONTENUTI:
1. Analisi di un circuito monofase RL in coordinate α−β. Circuito equivalente complesso. Diagramma
vettoriale in un sistema di riferimento stazionario. Diagramma fasoriale in un sistema di riferimento
rotante di coordinate d-q. Analisi di un circuito trifase simmetrico in coordinate α−β. Autoinduttanza
apparente. Rappresentazione di un sistema trifase mediante un vettore rotante. Trasformazioni di
coordinate [6 ore] .
2. Trasformatore a due avvolgimenti. Perdite nel ferro, corrente magnetizzante. Reattanza di dispersione.
Circuito equivalente lineare. Diagramma fasoriale. Caduta di tensione. Collegamenti dei trasformatori
trifase. Armoniche nei trasformatori trifase. Corrente all’inserzione in rete. Corrente di cortocircuito. Prove
a vuoto ed in cortocircuito. Determinazione dei parametri del circuito equivalente. Rendimento. Parallelo
dei trasformatori. Autotrasformatori. Trasformatori di misura. [20 ore]
3. Conversione elettromeccanica dell’energia. Macchine sincrone a rotore cilindrico. Rappresentazione
delle onde di f.m.m. al traferro. Induttanze di fase. Mutue induttanze. Equazione vettoriale della
macchina sincrona. Induttanza magnetizzante. Induttanza sincrona. Equazione fasoriale della macchina
sincrona. Circuito equivalente in condizioni di regime. Campi magnetici rotanti. Diagramma vettoriale e
fasoriale di un generatore sincrono a rotore cilindrico. Coppia elettromagnetica, caratteristica potenza
angolo. Prove a vuoto, in cortocircuito e a fattore di potenza zero. Triangolo di Potier. Reattanze
saturate. Macchina a poli salienti. Induttanze sincrone di asse d e q. Diagramma vettoriale di una
macchina sincrona a poli salienti. Slip test. Coppie di riluttanza e di mutua induttanza. Macchine sincrone
con elevato numero di paia di poli. Caratteristiche dei motori sincroni ed applicazioni. [20 ore]
4. Macchine asincrone trifasi. Rotori avvolti e rotori a gabbia di scoiattolo. Equazioni vettoriali della
macchina asincrona, scorrimento. Induttanza magnetizzante. Circuito equivalente a regime. Relazione
coppia-scorrimento. Prove a vuoto meccanico e a rotore bloccato. Determinazione dei parametri del
circuito equivalente. Rendimento. Avviamento e frenatura, controllo di velocità. Motori asincroni
alimentati a tensione e frequenza variabile. Applicazioni dei motori ad induzione. Generatori asincroni.
Motori monofase ad induzione. [20 ore]
5. Macchine a corrente continua: avvolgimenti di armatura, avvolgimento di eccitazione, reazione di
armatura. Poli ausiliari, avvolgimento compensatore. Macchine ad eccitazione separata, macchine con
eccitazione in derivazione, macchine con eccitazione serie, macchine con eccitazione compound.
Caratteristiche esterne dei generatori. Caratteristiche coppia velocità dei motori. Avviamento e frenatura
dei motori, regolazione della velocità. Regolazione della velocità a tensione variabile. [10 ore]
6. Laboratorio: prove sul trasformatore, sulla macchina sincrona, sulla macchina asincrona, e sulla
macchina a corrente continua. [8 ore]
7. Esercitazioni: modalità di esecuzione delle prove sulle macchine elettriche per la determinazione dei
parametri di macchina e delle varie caratteristiche di funzionamento. Elaborazione dei dati di misura
delle prove eseguite sulle macchine elettriche. Esercizi numerici. [12 ore]
METODI DI INSEGNAMENTO:
Lezioni ed esercitazioni in aula supportate da trasparenti e videoproiettore, lavoro di gruppo in laboratorio,
tutoraggio in forma di assistenza individuale.
CONOSCENZE E ABILITÀ ATTESE:
Al termine del modulo gli allievi sapranno scegliere trasformatori, generatori e motori per le applicazioni
industriali ed eseguire prove sulle macchine elettriche per determinarne le caratteristiche principali.
SUPPORTI ALLA DIDATTICA:
PCs, software di simulazione Matlab e Simulink, videoproiettore, 12 banchi di prova per trasformatori e motori
elettrici, dispense del docente su argomenti principali (sito FTP: http://ftp-dee.poliba.it:8000/Stasi).
CONTROLLO DELL’APPRENDIMENTO E MODALITÀ D’ESAME:
Esame orale.
TESTI DI RIFERIMENTO PRINCIPALI:
A.E. Fitzgerald, C. Kingsley, and A. Kusko: Electric Machinery, New York: McGraw-Hill Book Company,
1971.
ULTERIORI TESTI SUGGERITI:
L.W. Matsch and J.D. Morgan: Electromagnetic and Electromechanical Machines, New York: John Wiley &
Sons, 1987.
ALTRE INFORMAZIONI:
Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell'Informazione, Politecnico di Bari ( http://dee.poliba.it )
Stanza docente 3° piano del Dipartimento, tel. 0805963637 (int 3637), e-mail: [email protected]
Sito URL del gruppo di ricerca:
http://dee.poliba.it/dee-web/Ricerca/lab-converter/EMD_lab.html
Degree class:
Industrial engineering
Type of course
Characterizing
Disciplinary area:
Electrical engineering
First level (three year)
degree:
Electrical engineering
Scientific Discipline Sector:
Converters, electrical machines
and drives (ING-IND/32)
Type of course:
Compulsory
Academic year:
2014 - 2015
ECTS Credits:
12
Title of the course:
Code:
Year:
Semester:
nd
nd
Electrical machines
2124
2
2
LECTURER:
Prof. Silvio Stasi (Associate Professor)
HOURS OF INSTRUCTION
Total number of hours: 96. Theory: 76 hours (9.5 ECTS). Numerical applications: 12 hours (1.5 ECTS).
Laboratory activity: 8 hours (1 ECTS).
PREREQUISITES:
Good understanding of steady-state and transient analysis techniques of single-phase and three-phase
circuits.
AIMS:
To teach principles of AC and DC motors and generators, and transformers, and their electromagnetic,
mechanical, and thermal behaviour.
CONTENTS:
1. Analysis of RL circuit in coordinates α−β. Complex equivalent circuit. Vector diagram in a stationary
reference frame. Phasor diagram in a rotating reference frame d-q. Analysis of a symmetric three-phase
circuit in coordinates α−β. AC circuit relationships and diagrams. [6 hours]
2. Two-winding transformer. Core loss current, magnetising current. Leakage reactance. Linear equivalent
circuit. Phasor diagrams. Voltage drop. Three-phase transformer connections. Harmonics in three-phase
transformers. Current inrush. Short-circuit current. Open-circuit and short-circuit tests. Determination of
equivalent circuit parameters. Efficiency. Autotransformers. Instrument transformers. [20 hours]
3. Electromechanical energy conversion. Cylindrical-rotor synchronous machine. Representation of airgap
m.m.f. waves. Phase inductances. Mutual inductances. Vector equation of cylindrical-rotor synchronous
machine. Magnetizing inductance. Synchronous inductance. Phasor equation. Steady-state equivalent
circuit. Rotating magnetic fields. Vector and phasor diagram of cylindrical-rotor synchronous generator.
Torque, power versus angle characteristic. Open-circuit, short-circuit, and zero power-factor tests. Potier
triangle. Saturated reactances. Salient-pole machine. d- and q-axis inductances. Reluctance and mutual
inductance torques. Phasor diagram of synchronous salient-pole generator. Slip test. Synchronous
machines with high number of pole pairs. Features and application of synchronous motor. [20 hours]
4. Three-phase induction machines. Wound rotors and squirrel cage rotors. Vector equations of
asynchronous machine, slip frequency. Magnetizing inductance. Steady-state equivalent circuit. Sliptorque relationship. No-load and locked rotor tests. Determination of equivalent-circuit parameters.
Efficiency. Starting and braking, speed control. Variable-voltage, variable-frequency control. Applications
of induction motors. Asynchronous generator. Single-phase induction motors. [20 hours]
5. Direct-current machines: armature windings, field excitation, armature reaction. Interpoles, compensating
winding. Separately excited machine, shunt machine, series machine, compound machine. Load
characteristics of generators. Speed-torque characteristics of motors. Motor starting and braking, speed
control. Variable-voltage speed control. [10 hours]
6. Laboratory activity: electrical-machine tests. [8 hours]
7. Numerical applications: execution criteria of electrical-machine tests to determine machine parameters
and operating characteristics. Data processing of electrical-machine tests. Numerical exercises. [12
hours]
TEACHING METHODS:
Lectures, supported by transparencies and projector, laboratory team-works, personalized feedback and
coaching to improve every aspect of the student's work.
EXPECTED OUTCOME AND SKILL:
At the end of the course a successful student should have developed a good ability to choose transformers,
generators and motors for industrial applications, execute laboratory tests and determine the principal
characteristics.
TEACHING AIDS:
PCs, simulation software Matlab & Simulink, projector, 12 machine test benches, scripts referring to principal
topics (web site: http://ftp-dee.poliba.it:8000/Stasi).
EXAMINATION METHOD:
Oral exam.
BIBLIOGRAPHY:
A.E. Fitzgerald, C. Kingsley, and A. Kusko: Electric Machinery, New York: McGraw-Hill Book Company,
1971.
FURTHER BIBLIOGRAPHY:
L.W. Matsch and J.D. Morgan: Electromagnetic and Electromechanical Machines, New York: John Wiley &
Sons, 1987.
FURTHER INFORMATIONS:
Department of Electrical and Information Engineering, Politecnico di Bari ( http://dee.poliba.it )
Lecturer room at 3rd floor, phone 0805963637 (int. 3637), e-mail: [email protected]
URL site of research group:
http://dee.poliba.it/dee-web/Ricerca/lab-converter/EMD_lab.html

Download Report