L'insegnamento ha lo scopo di fornire le conoscenze necessarie ad affrontare lo studio e l’analisi dei circuiti elettrici. A partire da queste, vengono introdotte le conoscenze di base utili alla comprensione del funzionamento degli impianti e delle macchine elettriche.

D1 - Conoscenza e capacità di comprensione
Al termine del corso lo studente dovrà conoscere i principi base di funzionamento dei circuiti elettrici, degli impianti e delle macchine elettriche.

D2 - Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente dovrà essere in grado di effettuare un'analisi completa di un circuito, nonché operare una verifica di massima relativa al dimensionamento di un impianto elettrico.

D3 - Autonomia di giudizio
Lo studente dovrà essere in grado di analizzare correttamente, optando tra le varie modalità di analisi, un circuito elettrico. Lo studente dovrà anche essere in grado di scegliere la macchina elettrica adatta alla specifica applicazione.

D4 - Abilità comunicative
Lo studente dovrà essere in grado di descrivere la funzionalità dei circuiti, degli impianti e delle macchine elettriche con adeguate proprietà di linguaggio.

D5 – Capacità di apprendimento
Al termine del corso lo studente dovrà essere in grado di identificare, procurarsi, comprendere e discutere criticamente informazioni rilevanti e affidabili riguardanti gli impianti elettrici e le macchine elettriche, nonché formulare ipotesi corrette in merito alle prestazioni e al funzionamento delle stesse.

Conoscenze di base di strumenti matematici quali sistemi di equazioni lineari, numeri complessi, derivate e integrali.

Transizione energetica.
Transizione dalle fonti convenzionali alle fonti rinnovabili di energia. Elettrificazione dei consumi finali.

Topologia e circuiti.
Tempi di transito e teoria dei circuiti a parametri concentrati. Grandezze elettriche. Convenzioni di segno. Conduttori ideali. Circuiti elettrici, nodi, rami e maglie. Leggi di Kirchhoff. Equazioni topologiche e caratteristiche. Conservazione della potenza.

Bipoli elettrici.
Classificazione. Resistore, leggi di Ohm e di Joule. Induttore e condensatore. Corto circuito e circuito aperto. Generatori ideali indipendenti di tensione e di corrente. Connessioni serie e parallelo. Trasformazione stella/triangolo. Bipoli equivalenti. Generatore reale di tensione e massimo trasferimento della potenza.

Metodi di analisi dei circuiti.
Partitori di tensione e di corrente. Teoremi di Thévenin, di Norton e di Millman. Metodo tabellare. Metodo ai nodi. Principio di sovrapposizione degli effetti.

Circuiti dinamici.
Transitori del primo ordine: reti RC e RL in evoluzione libera e forzata con ingressi costanti.

Circuiti in regime sinusoidale monofase.
Circuiti dinamici con ingressi sinusoidali. Fasori, trasformata di Steinmetz e circuiti simbolici. Legge di Ohm simbolica e metodi di analisi dei circuiti in regime sinusoidale. Impedenze e reattanze. Potenze istantanea, attiva, reattiva, apparente e complessa. Triangolo delle potenze e fattore di potenza. Bilancio delle potenze complesse e teorema di Boucherot. Rifasamento.

Circuiti trifase in regime sinusoidale.
Generatori simmetrici di tensione trifase. Grandezze trifase. Carichi equilibrati e squilibrati collegati a stella e a triangolo, circuito equivalente monofase. Centro stella e conduttore di neutro. Rifasamento.

Produzione, trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica.
Sistemi in corrente continua e in corrente alternata, monofase e trifase. Struttura del sistema elettrico: generazione, trasmissione, distribuzione e utilizzazione dell’energia elettrica. Generazione centralizzata e distribuita, smart grid. Ruolo della corrente continua, dei sistemi di stoccaggio dell’energia e dei veicoli elettrici.

Conduttori elettrici e apparecchiature di protezione.
Dimensionamento dei conduttori elettrici: tenuta all’isolamento, portata e caduta di tensione. Funzionamenti anomali: sovraccarico, corto circuito e tensioni anomale. Apparecchiature di protezione: interruttori automatici, differenziali, relè, fusibili, contattori, sezionatori.

Elementi di sicurezza elettrica.
Curva convenzionale di sicurezza in bassa tensione ed effetti della corrente nel corpo umano. Contatti diretti e indiretti e relative protezioni con e senza l’interruzione dell’alimentazione. Sistemi di distribuzione in bassa tensione: TT, TN, IT.

Impianti fotovoltaici.
Il ruolo del fotovoltaico nella transizione energetica. Tipologie di impianti. Moduli fotovoltaici, inverter e generatore fotovoltaico. Irradiazione solare e producibilità. Analisi economiche.

Convertitori elettronici.
Classificazione e applicazioni. Interruttori elettronici. Raddrizzatori e inverter.

Stoccaggio dell’energia.
Peak shaving e time shift. Tipologie di stoccaggio. Caratteristiche dei sistemi di accumulo. Modellizzazione delle batterie agli ioni di litio.

Macchine elettriche.
Classificazione. Richiami di elettromagnetismo. Principi della conversione elettromeccanica. Trasformatore ideale, reale e circuito equivalente. Principio di funzionamento delle macchine rotanti. Macchine asincrone e sincrone: principi di funzionamento, circuiti equivalenti e caratteristiche meccaniche.

R. Perfetti. Circuiti elettrici, Zanichelli
M. Repetto e S. Leva. Elettrotecnica, Città Studi Edizioni
F. Ciampolini. Elettrotecnica generale, Pitagora Editrice
F. Grimaccia e altri. Elettrotecnica – Esercizi e temi d’esame svolti, Società Editrice Esculapio
A. Losi e G. Casolino. Progettazione degli impianti elettrici di bassa tensione, Pearson
V. Carrescia. Fondamenti di sicurezza elettrica, Edizioni TNE
Guide blu numero 1 - Edifici civili, numero 2 – Strutture commerciali, numero 3 – Cantieri edili, numero 5 – piccola industria, Edizioni TNE
V. Bearzi. Manuale di Energia Solare, Tecniche Nuove

Transizione energetica.
Transizione dalle fonti convenzionali alle fonti rinnovabili di energia. Elettrificazione dei consumi finali.

Topologia e circuiti.
Tempi di transito e teoria dei circuiti a parametri concentrati. Grandezze elettriche. Convenzioni di segno. Conduttori ideali. Circuiti elettrici, nodi, rami e maglie. Leggi di Kirchhoff. Equazioni topologiche e caratteristiche. Conservazione della potenza.

Bipoli elettrici.
Classificazione. Resistore, leggi di Ohm e di Joule. Induttore e condensatore. Corto circuito e circuito aperto. Generatori ideali indipendenti di tensione e di corrente. Connessioni serie e parallelo. Trasformazione stella/triangolo. Bipoli equivalenti. Generatore reale di tensione e massimo trasferimento della potenza.

Metodi di analisi dei circuiti.
Partitori di tensione e di corrente. Teoremi di Thévenin, di Norton e di Millman. Metodo tabellare. Metodo ai nodi. Principio di sovrapposizione degli effetti.

Circuiti dinamici.
Transitori del primo ordine: reti RC e RL in evoluzione libera e forzata con ingressi costanti.

Circuiti in regime sinusoidale monofase.
Circuiti dinamici con ingressi sinusoidali. Fasori, trasformata di Steinmetz e circuiti simbolici. Legge di Ohm simbolica e metodi di analisi dei circuiti in regime sinusoidale. Impedenze e reattanze. Potenze istantanea, attiva, reattiva, apparente e complessa. Triangolo delle potenze e fattore di potenza. Bilancio delle potenze complesse e teorema di Boucherot. Rifasamento.

Circuiti trifase in regime sinusoidale.
Generatori simmetrici di tensione trifase. Grandezze trifase. Carichi equilibrati e squilibrati collegati a stella e a triangolo, circuito equivalente monofase. Centro stella e conduttore di neutro. Rifasamento.

Produzione, trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica.
Sistemi in corrente continua e in corrente alternata, monofase e trifase. Struttura del sistema elettrico: generazione, trasmissione, distribuzione e utilizzazione dell’energia elettrica. Generazione centralizzata e distribuita, smart grid. Ruolo della corrente continua, dei sistemi di stoccaggio dell’energia e dei veicoli elettrici.

Conduttori elettrici e apparecchiature di protezione.
Dimensionamento dei conduttori elettrici: tenuta all’isolamento, portata e caduta di tensione. Funzionamenti anomali: sovraccarico, corto circuito e tensioni anomale. Apparecchiature di protezione: interruttori automatici, differenziali, relè, fusibili, contattori, sezionatori.

Elementi di sicurezza elettrica.
Curva convenzionale di sicurezza in bassa tensione ed effetti della corrente nel corpo umano. Contatti diretti e indiretti e relative protezioni con e senza l’interruzione dell’alimentazione. Sistemi di distribuzione in bassa tensione: TT, TN, IT.

Impianti fotovoltaici.
Il ruolo del fotovoltaico nella transizione energetica. Tipologie di impianti. Moduli fotovoltaici, inverter e generatore fotovoltaico. Irradiazione solare e producibilità. Analisi economiche.

Convertitori elettronici.
Classificazione e applicazioni. Interruttori elettronici. Raddrizzatori e inverter.

Stoccaggio dell’energia.
Peak shaving e time shift. Tipologie di stoccaggio. Caratteristiche dei sistemi di accumulo. Modellizzazione delle batterie agli ioni di litio.

Macchine elettriche.
Classificazione. Richiami di elettromagnetismo. Principi della conversione elettromeccanica. Trasformatore ideale, reale e circuito equivalente. Principio di funzionamento delle macchine rotanti. Macchine asincrone e sincrone: principi di funzionamento, circuiti equivalenti e caratteristiche meccaniche.

Lezioni frontali ed esercitazioni in classe. Il materiale didattico viene messo a disposizione tramite la piattaforma Moodle. È prevista un’esperienza di laboratorio riguardante i sistemi fotovoltaici.

L'esame consiste in una prova scritta e una prova orale che vengono sostenute nello stesso appello. Per essere ammessi alla prova orale è necessario ottenere un voto sufficiente (pari a 18/30) nella prova scritta.
La prova scritta consta di un questionario a risposta multipla per accertare sia le conoscenze teoriche che la capacità di risolvere semplici esercizi, e di una parte di esercizi numerici su modello di quanto svolto in classe. Questa seconda parte è accessibile solo agli studenti che hanno ottenuto una valutazione positiva nel questionario. Il questionario viene svolto attraverso la piattaforma Moodle.
Il punteggio della prova di esame viene espresso in trentesimi e calcolato come media aritmetica dei punteggi ottenuti nelle prove scritta e orale. Alla media possono essere sommati fino a 3/30 in più in funzione delle conoscenze dimostrate durante la prova orale.

Questo insegnamento approfondisce argomenti strettamente connessi a uno o più obiettivi dell’Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile delle Nazioni Unite.