Manuale di elettrotecnica e automazione

2304 Pages·2012·27.454 MB·Italian

by  G. Ortolani (editor), E. Venturi (editor)

MANUALE DI
ELETTROTECNICA
E AUTOMAZIONE

a cura di
GIULIANO ORTOLANI - EZIO VENTURI
MANUALE DI
ELETTROTECNICA
E AUTOMAZIONE
Matematica - Chimica - Fisica
Normativa, legislazione e sicurezza - Segni grafici - CAD
Elettrotecnica generale - Macchine elettriche - Misure elettriche
Impianti elettrici - Illuminotecnica - Trazione elettrica
Sensori e trasduttori - Automazione - Sistemi - Tecnologie BUS
Elettronica analogica e digitale - Elettronica di potenza
Tecnologie elettriche ed elettroniche
Progettazione elettrica ed elettronica
Seconda edizione
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ISBN 978-88-203-4456-6
Ristampa:
4 3 2 2012 2013 2014
Stampa: L.E.G.O. S.p.A., stabilimento di Lavis (Trento)
Printed in Italy
Indice
(Ogni Sezione è preceduta dall’indice dettagliato e termina con la bibliografia)
PREFAZIONE
PREFAZIONE ALLA SECONDA EDIZIONE
SEZIONE I - MATEMATICA
1-Calcolo combinatorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2-Monomi e polinomi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3-Matrici, determinanti e sistemi lineari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4-Equazioni, sistemi e disequazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
5-Trigonometria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6-Geometria euclidea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
7-Geometria analitica nel piano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
8-Geometria analitica nello spazio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
9-Vettori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
10-Numeri complessi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
11-Funzioni reali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
12-Calcolo differenziale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
13-Studio completo di funzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
14-Successioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
15-Serie numeriche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
16-Serie di funzioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
17-Integrali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
18-Equazioni differenziali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
SEZIONE II - CHIMICA
1-Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2-Struttura e trasformazioni della materia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3-Governo delle reazioni chimiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4-Chimica inorganica descrittiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5-Principi generali di chimica organica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
SEZIONE III - FISICA
1-Errori di misura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2-Vettori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3-Cinematica, il moto dei corpi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4-Moti relativi, movimenti composti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
5-Principi della dinamica, forze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
6-Impulso, lavoro ed energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
7-Statica dei sistemi rigidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
8-Corpo rigido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
9-Statica dei fluidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
10-Fenomeni di superficie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
11-Dinamica dei fluidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
12-Onde meccaniche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
13-Acustica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
14-Propagazione della luce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
15-Ottica geometrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
16-Termometria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
17-Calorimetria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
18-Termodinamica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
19-Interazioni elettriche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
20-Corrente elettrica continua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
21-Campo magnetico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
SEZIONE IV - NORMATIVA, LEGISLAZIONE E SICUREZZA
1-Normativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2-Legislazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
SEZIONE V - SEGNI GRAFICI
1-Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2-Classificazione degli schemi elettrici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3-Rappresentazione grafica delle apparecchiature elettriche
secondo le norme CEI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
4-Rappresentazione grafica delle apparecchiature elettroniche
secondo le norme CEI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
5-Rappresentazione grafica delle apparecchiature pneumatiche . . . . . 26
6-Centrali di produzione elettrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
7-Lettere di identificazione delle apparecchiature elettriche . . . . . . . 39
SEZIONE VI - CAD
1-Elementi fondamentali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2-Preparazione del foglio di lavoro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3-Nuovo disegno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4-Selezione degli oggetti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5-Disegno della stella . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
6-Soluzione di una rete trifase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
7-Proiezioni ortogonali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
8-Viste in sezione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
9-Quotatura dei disegni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
10-Proiezioni assonometriche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
11-Casa a schiera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
12-Blocchi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
13-Spazio carta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
SEZIONE VII - ELETTROTECNICA GENERALE
1-Grandezze elettriche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2-Bipoli elettrici e loro collegamenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3-Metodi di risoluzione delle reti lineari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4-Reti elettriche capacitive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5-Grandezze magnetiche e loro legami, circuiti magnetici . . . . . . . . . 73
6-Interazioni tra circuiti elettrici e campi magnetici . . . . . . . . . . . . . . 92
7-Circuiti in corrente alternata monofase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
8-Risoluzione delle reti lineari in corrente alternata monofase . . . . . . 147
9-Sistemi trifasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
SEZIONE VIII - MACCHINE ELETTRICHE
1-Elementi generali sulle macchine elettriche . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2-Trasformatore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3-Campo magnetico rotante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4-Motore asincrono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
5-Generatore sincrono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6-Generatore a corrente continua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
7-Motore a corrente continua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
SEZIONE IX - MISURE ELETTRICHE
1-Errori di misura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2-Strumenti elettrici (caratteristiche) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3-Strumenti elettrici (tipi e impieghi) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4-Sistemi resistivi di regolazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
5-Misura di tensione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
6-Misura di corrente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
7-Misure di resistenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
8-Misure di forza elettromotrice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
9-Misure di potenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
10-Misure di impedenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
11-Misure su linee trifasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
12-Strumenti particolari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
13-Trasformatori di misura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
14-Misure sulle macchine elettriche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
15-Prove sul trasformatore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
16-Prove sul motore asincrono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
17-Prove sulla macchina sincrona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
18-Prove sulle macchine a corrente continua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
SEZIONE X - IMPIANTI ELETTRICI
1-Definizioni e classificazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2-Calcolo della potenza convenzionale e della corrente d’impiego
delle condutture elettriche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3-Parametri elettrici e circuiti equivalenti delle linee elettriche . . . . . 19
4-Condutture elettriche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5-Metodi per il dimensionamento e la verifica delle condutture
elettriche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
6-Sovracorrenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
7-Apparecchi di manovra e protezione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
8-Protezione dalle sovracorrenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
9-Protezione dalle sovratensioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
10-Protezione contro i contatti diretti e indiretti . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
11-Impianti per la distribuzione e l'utilizzazione dell'energia elettrica . 192
12-Ambienti e applicazioni particolari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
13-Verifiche degli impianti elettrici utilizzatori . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
14-Centrali elettriche di produzione e stazioni elettriche . . . . . . . . . . . 255
SEZIONE XI - ILLUMINOTECNICA
1-Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2-Grandezze fotometriche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3-Misure fotometriche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
4-Colorimetria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
5-Sorgenti luminose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
6-Apparecchi illuminanti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
8-Illuminazione di interni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
SEZIONE XII - TRAZIONE ELETTRICA
1-Generalità e concetti fondamentali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2-Binario, sala ferroviaria e carrelli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
3-Condizioni di marcia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
4-Condizioni di arresto e sicurezza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
5-Corrosione elettrolitica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
6-Alimentazione dei mezzi di trazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
7-Azionamenti per trazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
8-Mezzi di trazione con azionamenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
9-Alimentazione delle linee di contatto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
SEZIONE XIII - SENSORI E TRASDUTTORI
1-Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2-Sensori per il controllo di posizione e di spostamento . . . . . . . . . . . 7
3-Sensori per il controllo di prossimità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4-Sensori per il controllo di vibrazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5-Sensori per il controllo di peso e di deformazione . . . . . . . . . . . . . 47
6-Sensori per il controllo di velocità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
7-Sensori per il controllo di livello . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
8-Sensori per il controllo di portata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
9-Trasduttori per il controllo di pressione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
10-Sensori per il controllo di temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
SEZIONE XIV - AUTOMAZIONE
1-Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2-Tecnologie utilizzate nei processi automatici . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3-CIM, PLC e comunicazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4-Hardware nei PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
5-La messa in servizio del PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
6-Programmazione del PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
7-Parole di istruzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
SEZIONE XV - SISTEMI
1-Sistemi di regolazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2-Studio nel dominio del tempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3-Studio nel dominio di s e di  
4-Stabilità e criteri di stabilità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
5-Sistemi di controllo a tempo discreto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
6-Regolatori e controllori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
7-Tecniche digitali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
SEZIONE XVI - TECNOLOGIE BUS
1-Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2-Caratteristiche della tecnologia bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3-Sistemi bus a livello mondiale: standard e mercato . . . . . . . . . . . . . 18
4-Mercato e standard europeo del bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
SEZIONE XVII - ELETTRONICA ANALOGICA E DIGITALE
1-Generalità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2-Elementi di teoria delle reti elettriche lineari . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3-Amplificatori lineari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4-Materiali semiconduttori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
5-Diodi a giunzione pn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
6-Circuiti con diodi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
7-Transistor bipolari a giunzione e circuiti di polarizzazione . . . . . . . 49
8-Amplificatori a bjt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
9-Transistor ad effetto di campo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
10-Transistor nei circuiti digitali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
11-Amplificatori operazionali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
12-Sistemi di numerazione e codici numerici e alfanumerici . . . . . . . . 82
13-Elementi di algebra booleana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
14-Circuiti logici di base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
15-Circuiti combinatori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
16-Dispositivi sequenziali: latch e flip-flop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
17-Registri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
18-Contatori e divisori di frequenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
19-Memorie ROM e RAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
20-Dispositivi logici programmabili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
21-Microprocessore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
22-Oscillatori sinusoidali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
23-Generatori di forme d'onda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
24-Filtri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
25-Amplificatori di potenza, tiristori, comando di attuatori . . . . . . . . . 162
26- Introduzione alle conversioni A/D e D/A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
27-Oscilloscopio e suo impiego nelle misure di tensione, corrente, 
frequenza e fase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
SEZIONE XVIII - ELETTRONICA DI POTENZA
1-Generalità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2-Conversione della corrente elettrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3-Alimentazione monofase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4-Alimentazione trifase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5-Controllo della potenza nella conversione C.A.-C.C. . . . . . . . . . . . 30
6-Alimentatori a commutazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35