Corso di elettrotecnica ed elettronica (volume 2) PDF
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GAETANO CONTE MATTEO CESERANI EMANUELE IMPALLOMENI CORSO DI ELETTROTECNICA ED ELETTRONICA 2 Per l’articolazione ELETTROTECNICA degli Istituti Tecnici settore Tecnologico HOEPLI CORSO DI ELETTROTECNICA ED ELETTRONICA GAETANO CONTE MATTEO CESERANI EMANUELE IMPALLOMENI CORSO DI ELETTROTECNICA ED ELETTRONICA Per l’articolazione Elettrotecnica degli Istituti Tecnici settore Tecnologico VOLUME 2 EDITORE ULRICO HOEPLI MILANO UN TESTO PIÙ RICCO E SEMPRE AGGIORNATO Nel sito www.hoepliscuola.it sono disponibili: • materiali didattici integrativi; • eventuali aggiornamenti dei contenuti del testo. Copyright © Ulrico Hoepli Editore S.p.A. 2012 Via Hoepli 5, 20121 Milano (Italy) tel. +39 02 864871 – fax +39 02 8052886 e-mail [email protected] www.hoepli.it Tutti i diritti sono riservati a norma di legge e a norma delle convenzioni internazionali V Indice Prefazione A1.2 Grandezze sinusoidali 20 XII PERIODOEFREQUENZA 21 ELETTROTECNICA VALOREMEDIO,VALOREEFFICACE,FATTOREDIFORMA, FATTOREDICRESTA,VALOREPICCO-PICCO 21 A1.3 Corrispondenza tra sinuosidi, Modulo A fasori e numeri complessi 22 CORRISPONDENZATRASINUSOIDIEFASORI 22 Risoluzione delle reti elettriche lineari RAPPRESENTAZIONEDISINUOSIDISFASATE 25 in corrente alternata monofase 3 RAPPRESENTAZIONEVETTORIALE DELLEGRANDEZZESINUSOIDALI 26 CORRISPONDENZATRASINUOSIDIENUMERICOMPLESSI 27 Obiettivi 4 Prerequisiti 4 Esercizi di verifica 30 Test di verifica 33 SCHEDAPRE-1 A2 Rapporto incrementale: Circuiti in corrente significato geometrico e fisico 4 alternata monofase 35 A2.1 Circuito puramente ohmico 35 SCHEDAPRE-2 Numeri immaginari, numeri complessi RAPPRESENTAZIONESIMBOLICA 36 e operazioni relative 6 POTENZAELETTRICA 37 CONCETTODIIMPEDENZA 39 A1 A2.2 Circuito puramente induttivo 39 Concetti introduttivi 14 RAPPRESENTAZIONESIMBOLICA 41 A1.1 Grandezze periodiche e alternate 14 POTENZAELETTRICA 43 GRANDEZZEPERIODICHE 14 COMPORTAMENTODIUNINDUTTOREALVARIARE GRANDEZZEALTERNATE 15 DELLAFREQUENZA 45 VALOREMEDIONELPERIODO 15 A2.3 Circuito puramente capacitivo 45 VALOREMEDIONELSEMIPERIODO 16 RAPPRESENTAZIONESIMBOLICA 47 VALOREMASSIMO 16 POTENZAELETTRICA 49 VALOREPICCO-PICCO 16 COMPORTAMENTODIUNCONDENSATORE VALOREEFFICACE 17 ALVARIAREDELLAFREQUENZA 50 FATTOREDIFORMAEFATTOREDICRESTA 18 A2.4 Circuito RLserie e parallelo 51 VI Indice CIRCUITORL SERIE 51 A4 Misure elettriche:misure in corrente POTENZENELCIRCUITORL SERIE 53 alternata monofase 111 CIRCUITORL PARALLELO 55 POTENZENELCIRCUITORL PARALLELO 56 A4.1 Misura dell’impedenza A2.5 Comportamento del circuito RL mediante circuiti a ponte 111 al variare della frequenza 57 A4.2 Misura della capacità col ponte A2.6 Circuito RC serie e parallelo 59 di De Sauty 112 CIRCUITORC SERIE 59 A4.3 Misura dell’induttanza POTENZENELCIRCUITORC SERIE 61 col ponte di Maxwell 114 CIRCUITORC PARALLELO 62 A4.4 Misura della potenza POTENZENELCIRCUITORC PARALLELO 63 in corrente alternata monofase 115 A2.7 Comportamento del circuito RC A4.5 Misura di impedenza al variare della frequenza 64 con il metodo industriale 118 A2.8 Circuito RLC serie e parallelo 66 CIRCUITORLC SERIE 67 Test di verifica 120 POTENZENELCIRCUITORLC SERIE 69 CIRCUITORLC PARALLELO 70 A5 POTENZENELCIRCUITORLC PARALLELO 72 Attività di laboratorio proposte 121 A2.9 Comportamento del circuito RLC A5.1 Misura della potenza in corrente al variare della frequenza, risonanza 74 alternata monofase 121 A2.10 Equivalenza serie-parallelo 76 A5.2 Misura dell’impedenza con il metodo industriale 122 Esercizi di verifica 78 A5.3 Circuito RC serie con alimentazione Test di verifica 81 sinusoidale 122 A3 A5.4 Rifasamento di un carico Reti in corrente monofase 124 alternata monofase 82 A3.1 Bipoli passivi collegati in serie e in parallelo 82 Modulo B COLLEGAMENTOINSERIE 82 PARTITOREDITENSIONE 83 Risoluzione delle reti elettriche lineari COLLEGAMENTOINPARALLELO 84 in corrente alternata trifase PARTITOREDICORRENTE 85 127 COLLEGAMENTOINSERIE-PARALLELO 86 A3.2 Trasformazione stella-triangolo 86 Obiettivi 128 TRASFORMAZIONEDATRIANGOLOASTELLA 86 TRASFORMAZIONEDASTELLAATRIANGOLO 86 Prerequisiti 128 CASOPARTICOLAREDITREIMPEDENZEUGUALI 87 B1 A3.3 Metodi di risoluzione Sistemi trifase 129 delle reti elettriche 88 B1.1 Generatore di trifase simmetrico TEOREMADIMILLMANN 88 a stella e a triangolo 129 SOVRAPPOSIZIONEDEGLIEFFETTI 88 GENERATOREEQUIVALENTEDITHEVENIN 88 TENSIONIDIFASEETENSIONIDILINEA 130 B1.2 Carico trifase equilibrato a stella GENERATOREEQUIVALENTEDINORTON 88 e a triangolo 134 A3.4 Teorema di Boucherot 90 A3.5 Generatore in corrente alternata CORRENTIDILINEAECORRENTIDIFASE 135 B1.3 Esame dei collegamenti generatore- monofase 92 carico per i sistemi trifase VARIAZIONEDITENSIONEDAVUOTOACARICO 93 simmetrici ed equilibrati 137 A3.6 Potenze e rendimento del generatore 95 RENDIMENTODELGENERATORE 96 CONFIGURAZIONESTELLA-STELLA 138 A3.7 Linee in corrente alternata monofase 97 CONFIGURAZIONESTELLA-TRIANGOLO 139 LINEECONPARAMETRITRASVERSALITRASCURABILI 98 CONFIGURAZIONETRIANGOLO-STELLA 139 POTENZEERENDIMENTODIUNALINEA 100 CONFIGURAZIONETRIANGOLO-TRIANGOLO 140 B1.4 Metodo del circuito equivalente A3.8 Rifasamento di carichi induttivi 101 monofase 140 B1.5 Potenze nei sistemi trifase Esercizi di verifica 105 simmetrici ed equilibrati 142 Test di verifica 109 Indice VII Modulo C CARICOCOLLEGATOASTELLA 142 CARICOCOLLEGATOATRIANGOLO 144 FATTOREDIPOTENZATOTALE 145 Aspetti generali delle macchine B1.6 Sistemi trifase simmetrici elettiche 179 e squilibrati 146 SISTEMATRIFASEASTELLACONNEUTRO 146 Obiettivi 180 SISTEMATRIFASEASTELLASENZANEUTRO 147 SISTEMATRIFASEATRIANGOLO 149 Prerequisiti 180 B1.7 Potenze nei sistemi trifase simmetrici e squilibrati 151 SCHEDAPRE-1 CARICOCOLLEGATOASTELLACONNEUTRO 151 Massa volumica e peso volumico 180 CARICOCOLLEGATOASTELLASENZANEUTRO 152 CARICOCOLLEGATOATRIANGOLO 152 SCHEDAPRE-2 FATTOREDIPOTENZATOTALE 153 Grandezze termiche 180 B1.8 Caduta di tensione e rendimento C1 di una linea trifase 154 Definizioni e classificazioni 182 B1.9 Rifasamento di carichi C1.1 Definizione di macchina elettrica 182 trifase 156 C1.2 Classificazione delle macchine elettriche 184 Esercizi di verifica 158 C1.3 Circuiti elettrici e magnetici 185 Test di verifica 161 B2 Test di verifica 187 Misure elettriche:misure in corrente alternata trifase 162 C2 Perdite e rendimento, B2.1 Misura delle potenze nei sistemi riscaldamento,tipi di servizio 188 trifase 162 C2.1 Perdite negli elementi conduttori 188 B2.2 Misura delle potenze in un sistema C2.2 Perdite nei nuclei magnetici 189 trifase a quattro fili 162 MISURADELLAPOTENZAATTIVA 162 PERDITEPERISTERESIMAGNETICA 190 MISURADELLAPOTENZAREATTIVA 163 PERDITEPERCORRENTIPARASSITE 190 CASODELSISTEMASIMMETRICO CIFRADIPERDITA 191 C2.3 Perdite negli isolamenti 192 EDEQUILIBRATO 164 C2.4 Perdite meccaniche 193 B2.3 Misura delle potenze C2.5 Perdite addizionali 193 in un sistema trifase a tre fili C2.6 Rendimento effettivo e convenzionale mediante l’inserzione Aron 165 di una macchina elettrica 193 SISTEMASIMMETRICOEDEQUILIBRATO,ESAME C2.7 Curve ideali di riscaldamento DEIVARICASI 167 e di raffreddamento 195 B2.4 Misura delle potenze in un sistema trifase a tre fili mediante CURVAIDEALEDIRAFFREDDAMENTO 196 C2.8 Diagramma di carico e potenza l’inserzione Righi 170 nominale 197 C2.9 Tipi di servizio delle macchine Test di verifica 172 elettriche 198 B3 SERVIZIOCONTINUO(S1) 199 Attività di laboratorio proposte 173 SERVIZIODIDURATALIMITATA(S2) 199 SERVIZIOINTERMITTENTEPERIODICO(S3) B3.1 Sistema trifase simmetrico squilibrato EININTERROTTOPERIODICOCONCARICO a stella senza neutro 173 INTERMITTENTE(S6) 200 B3.2 Misura di potenza in un sistema trifase simmetrico ed equilibrato Esercizi di verifica 202 con il metodo di Aron 174 Test di verifica 203 TABELLADELLEMISURE 175 TABELLADEIRISULTATI 175 C3 B3.3 Misura di potenza in un sistema Materiali e loro caratteristiche 205 trifase simmetrico e squilibrato con il metodo Righi 176 C3.1 Classificazione dei materiali 205 TABELLADELLEMISURE 177 C3.2 Materiali conduttori 205 TABELLADEIRISULTATI 177 RAME 206 VIII Indice ALLUMINIO 207 BILANCIODELLEPOTENZE 240 C3.3 Materiali magnetici 207 D2.5 Circuito equivalente primario 241 FERROELEGAFERRO-CARBONIO 208 D2.6 Circuito equivalente secondario 243 LEGAFERRO-CARBONIO-SILICIO 208 D2.7 Funzionamento in cortocircuito 245 LAMIEREACRISTALLIORIENTATI 209 PROVADICORTOCIRCUITO 247 MATERIALIMAGNETICIPARTICOLARI 209 D2.8 Dati di targa del trasformatore 248 C3.4 Materiali isolanti 210 POTENZAAPPARENTENOMINALE 248 CARATTERISTICHEDEGLIISOLANTI 210 FREQUENZANOMINALE 248 TIPIDIISOLANTI 211 RAPPORTODITRASFORMAZIONEAVUOTO 249 C3.5 Materiali strutturali 212 CORRENTINOMINALI 249 PERDITEECORRENTEAVUOTO 249 Test di verifica 213 TENSIONEDICORTOCIRCUITO PERCENTUALE 249 POTENZADICORTOCIRCUITO 249 Modulo D FATTOREDIPOTENZAINCORTOCIRCUITO 250 D2.9 Variazione di tensione da vuoto a carico 250 Trasformatore 215 D2.10 Caratteristica esterna 253 D2.11 Perdite e rendimento 254 Obiettivi 216 D2.12 Cenni sull’autotrasformatore monofase 256 Prerequisiti 216 SCHEDAPRE-1 Esercizi di verifica 258 Derivata di una grandezza Test di verifica 259 variabile sinusoidalmente 216 D3 Trasformatore trifase 260 SCHEDAPRE-2 Tensione indotta da un flusso D3.1 Tipi di collegamento 260 magnetico sinusoidale 217 RAPPORTODITRASFORMAZIONE 263 D3.2 Circuiti equivalenti 264 SCHEDAPRE-3 D3.3 Potenze, perdite e rendimento 266 Circuiti elettrici magneticamente D3.4 Variazione di tensione da vuoto accoppiati 218 a carico 268 D3.5 Dati di targa del trasformatore D1 trifase 268 Aspetti costruttivi 219 D3.6 Autotrasformatore trifase 269 D1.1 Struttura generale dei trasformatori 219 D3.7 Criteri di scelta del tipo D1.2 Nucleo magnetico 221 di collegamento dei trasformatori D1.3 Avvolgimenti 223 trifase 270 D1.4 Sistemi di raffreddamento 224 PRESENZADELCONDUTTORENEUTRO 270 VALORINOMINALIDELLETENSIONI 270 Test di verifica 226 COMPORTAMENTOCONCARICHI SQUILIBRATI 270 D2 Trasformatore monofase 227 CONCLUSIONI 272 D2.1 Principio di funzionamento Esercizi di verifica 273 del trasformatore ideale 227 Test di verifica 274 FUNZIONAMENTOAVUOTO 229 D4 FUNZIONAMENTOACARICO 229 Funzionamento in parallelo POTENZE 230 dei trasformatori 275 TRASFORMAZIONEDELLEIMPEDENZE 231 D2.2 Circuito equivalente del trasformatore D4.1 Collegamento in parallelo 275 reale 233 D4.2 Trasformatori monofase D2.3 Funzionamento a vuoto 234 in parallelo 276 RAPPORTODITRASFORMAZIONEAVUOTO 236 D4.3 Trasformatori trifase BILANCIODELLEPOTENZE 236 in parallelo 278 PROVAAVUOTO 237 D2.4 Funzionamento a carico 238 Esercizi di verifica 282
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