Il corso si pone l'obiettivo di fornire agli studenti nozioni elementari di ingegneria elettrica, mediante l'introduzioni di nozioni fondamentali della teoria dei circuiti elettrici.

La prima parte del corso è dedicata alle tecniche di analisi delle reti elettriche. La seconda parte del corso affronta lo studio di reti elettriche monofase e trifase in particolari modalità di funzionamento (funzionamento in transitorio e in regime permanente sinusoidale), con l'obiettivo di avvicinare gli studenti alle principali problematiche e tecniche risolutive di reti elettriche reali. Nella terza parte del corso viene introdotta la teoria delle reti magnetiche, come strumento per la progettazione di macchine elettriche.

Tali obiettivi soddisfano i seguenti descrittori di Dublino: conoscenza e comprensione; capacità di applicare conoscenza e comprensione.

Al termine del corso, gli studenti avranno appreso le nozioni fondamentali di teoria dei circuiti necessarie per: (a) risolvere circuiti lineari in regime stazionario e sinusoidale, mediante opportuna scelta del metodo risolutivo in relazione alla topologia del circuito assegnato e/o alla variabile di rete richiesta; (b) determinare la risposta transitoria e a regime di circuiti lineari dinamici del primo ordine.

Inoltre, gli studenti saranno in possesso dei concetti teorici alla base del funzionamento delle macchine elettriche statiche e della realizzazione e esercizio di impianti di generazione, distribuzione e utilizzazione dell'energia elettrica.

1. Introduzione alla teoria dei circuiti

- Definizione delle grandezze elettriche fondamentali: tensione, corrente e potenza

- Circuiti elettrici a parametri concentrati (nozione di bipolo, multipolo e relazione costitutiva) e ipotesi della teoria dei circuiti

- Leggi di Kirchhoff e Teorema di Tellegen (conservazione della potenza)

2. Circuiti adinamici elementari

- Bipoli adinamici elementari: resistore lineare, corto circuito e circuito aperto, sorgenti ideali di tensione e corrente

- Circuiti elementari: a una maglia (partitore di tensione), a due nodi (partitore di corrente)

- Equivalenza esterna di bipoli: connessioni in serie e parallelo di resistori e concetto di resistenza equivalente, combinazione di generatori ideali di tensione e di corrente, modelli di Thevenin (serie) e Norton (parallelo) di sorgenti non ideali di tensione e corrente e loro equivalenza alle porte esterne

3. Analisi nodale

- Circuiti con generatori indipendenti di corrente: scrittura delle equazioni per ispezione

- Circuiti con generatori indipendenti di tensione: supernodo, metodo topologico

- Regola di Millman

4. Circuiti adinamici generici

- Linearita' e principio di sovrapposizione degli effetti

- Teoremi di Thevenin e Norton

- Teorema del massimo trasferimento di potenza

5. Elementi a due porte (doppi bipoli)

- Trasformatore ideale e sue principali proprieta'

6. Circuiti dinamici elementari

- Condensatore e induttore: relazioni costituive, connessioni in serie e parallelo, energia e stato iniziale

- Circuiti del primo ordine (di tipo RC ed RL) in evoluzione libera e con un generatore costante

7. Circuiti in regime sinusoidale permanente

- Rappresentazione di segnali sinusoidali mediante fasori, nozione di valore efficace

- Leggi di Kirchhoff e relazioni costitutive nel dominio dei fasori. Impedenza, ammettenza, reattanza e suscettanza di bipoli in regime sinusoidale

- Estensione dei metodi di analisi e dei teoremi di rete al regime sinusoidale

- Potenza in regime sinusoidale: potenza istantanea, attiva, reattiva, complessa e apparente. Conservazione della potenza in regime sinusoidale e rifasamento

8. Circuiti con accoppiamento magnetico

- Campo magnetico in regime stazionario e lentamente variabile: legge di Ampere e legge di Faraday

- Reti magnetiche

- Induttori mutuamente accoppiati: auto e mutue induttanze

- Macchine elettriche statiche: il trasformatore reale

- Principi di conversione elettromeccanica

9. Sistemi trifase

- Circuiti trifase simmetrici ed equilibrati: circuiti monofase equivalenti

- Circuiti trifase con carico squilibrato e con neutro

- Potenza nei sistemi trifase e rifasamento dei carichi industriali

10. Nozioni fondamentali di sicurezza elettrica

- Principali rischi elettrici e effetti della corrente elettrica sul corpo umano

- Contatti diretti e indiretti e relative protezioni: impianti di messa a terra e principio di funzionamento dell'interruttore differenziale

11. Elementi di generazione, trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica

- Struttura della rete elettrica tradizionale (in Italia)

- Generazione distribuita, fonti rinnovabili, smart grids

Fisica: Nozioni elementari di elettromagnetismo;

Analisi matematica: Algebra dei numeri complessi e soluzione di equazioni differenziali del primo ordine a coefficienti costanti;

Geometria: Nozioni elementari di calcolo matriciale.

Le prove d'esame sono svolte in forma scritta e consistono in esercizi e quesiti teorici sui contenuti del corso.