Elettrotecnica 2022/2023

Elettrotecnica (Ingegneria Medica) - 12 CFU Prof. Vincenzo Bonaiuto

1. Introduzione ai circuiti a costanti concentrate: limiti di validità. Grandezze fisiche considerate. Il circuito elettrico. Le leggi di Kirchhoff. I bipoli, gli elementi a più di due terminali. Definizione di porta. Relazioni costitutive degli elementi bipolari lineari e permanenti: resistore, condensatore, induttore, generatore ideale di tensione e di corrente. Equivalenza fra i generatori di tensione nel caso reale. Il corto circuito e il circuito aperto. Connessioni non valide di elementi ideali. Relazioni costitutive degli elementi ideali due porte: induttori accoppiati, trasformatore ideale. Generatori controllati. Proprietà energetiche ai singoli componenti ideali.

2. Nozioni di topologia dei circuiti Grafo di un circuito e sue proprietà topologiche. Nozioni di topologia fondamentali: ramo, nodo, maglia, taglio, albero e co-albero. Conseguenze topologiche delle leggi di Kirkhhoff.

3. Rappresentazione esterna di circuiti. Il teorema di Thevenin e il teorema di Norton.

4. Analisi di circuiti senza memoria Il problema dell'analisi dei circuiti a costanti concentrate. Il sistema generale di equilibrio. Metodi di analisi del circuito su base maglie su base nodi. Elementi considerati: resistori, generatori di tensione e di corrente, generatori controllati.

5. Analisi di circuiti in regime permanente Suddivisione della risposta di un circuito nella parte transitoria e nella parte permanente. Limiti di validità di tale suddivisione. Legame fra il fasore dell'eccitazione e il fasore della risposta permanente. Descrizione del metodo grafico dei fasori. Legame fra grandezze nel tempo e fasori. Le funzioni sinusoidali e loro rappresentazione con il metodo dei fasori. Legami fra fasori delle grandezze elettriche per componenti elementari. Potenza e energia in regime permanente: potenza istantanea, potenza complessa, potenza attiva e reattiva. Bilancio energetico di un circuito in regime permanente. Analisi di circuiti con il metodo grafico. Rifasamento di un carico reattivo: risoluzione con il metodo grafico.

6. Analisi di circuiti con memoria Analisi di circuiti semplici del dominio del tempo. Andamenti tipici delle grandezze impresse nei circuiti con memoria. Il metodo della trasformata di Laplace. Calcolo di alcune trasformate elementari. Proprietà fondamentali della trasformata di Laplace: linearità, derivazione, integrazione e traslazione nel dominio del tempo. Antitrasformazione di Laplace. Sviluppo in frazioni parziali: caso di poli semplici. Calcolo di antitrasformate di funzioni razionali a coefficienti reali. Applicazione del metodo della trasformata di Laplace alla analisi di circuiti elettrici. Trasformazioni delle relazioni costitutive dei componenti e loro circuito equivalente nel dominio di Laplace. Trasformazione delle leggi di Kirkhhoff nel dominio di Laplace. Caso della presenza di condizioni iniziali. Esempi di applicazione del metodo di Laplace.

7. Funzioni di rete Eccitazione e risposta di un circuito. Classificazione delle funzioni di rete. La risposta impulsiva. L'integrale di convoluzione. Stabilità dei circuiti: proprietà delle funzioni di rete derivanti dalla stabilità. Caso dei circuiti attivi e passivi. Suddivisione della risposta di un circuito in parti significative: risposta libera e risposta forzata. Comportamento in frequenza di un circuito. Diagrammi di Bode. Filtri passivi. Circuiti risonanti.

8. Trasformatore ideale. Modello elettrico del trasformatore reale.

9. Il sistema trifase, tensioni stellate e concatenate, connessioni a stella e triangolo. Sistema trifase simmetrico ed equilibrato: proprietà. Potenza nei sistemi trifase. Trasformazione stella-triangolo.

10. Rappresentazione di reti due porte. Matrici Z, Y, H, G, e T. Legami fra le varie rappresentazioni e condizioni di esistenza. Connessioni elementari di reti due porte e condizioni di validità. Reciprocità e simmetria di reti due porte. Schemi equivalenti basati sulle rappresentazioni delle reti due porte. Analisi di circuiti contenenti reti due porte

11. Effetti della corrente elettrica sul corpo umano: esempi di sistemi di protezione. Esempio di sistema di protezione in ambiente medicale.

12. Introduzione ai circuiti a costanti distribuite. Le linee di trasmissione

13. Introduzione alla teoria dell’affidabilità

RISULTATI DELL'APPRENDIMENTO: Analisi di circuiti elettrici - introduzione ai sistemi elettrici

PREREQUISITI: Analisi Matematica, Fisica

PROPEDEUTICITA': Nessuna

TESTI DI RIFERIMENTO:

• CIRCUITI ELETTRICI 6/ED – McGraw Hill – Charles K. Alexander, Matthew Sadiku, Giambattista Gruosso, Giancarlo Storti Gajani 2022
• Esercizi e Complementi di Elettrotecnica Vol.1 – TeXMat Roma – V.Bonaiuto L.Federici F.Sargeni - 2015
• Esercizi di Elettrotecnica 2 – TeXMat Roma – V.Bonaiuto M.Bonifazi F.Sargeni - 2005