ELETTROTECNICA: PRESENTAZIONE

Nell’argomento Elettromeccanica ha lo scopo di costruire e formare un corso di Elettrotecnica (o di Teoria dei Circuiti) che si svolgono nelle Facoltà di Ingegneria.

Per preparazione di argomenti con questa finalità, una grossa difficoltà deriva dal fatto che le esigenze di Elettrotecnica dei vari corsi di Laurea sono differenti, specie se si distingue il settore dell’Informazione (Elettronica, Informatica ed Ingegneria delle Telecomunicazioni) dagli altri. In particolare, mentre nel settore dell’informazione l’Elettrotecnica ha importanza essenzialmente propedeutica e formativa, negli altri corsi di laurea (compreso paradossalmente Ingegneria Elettrica) tale disciplina dovrebbe fornire, oltre che gli strumenti per ottenere la mentalità circuitale, notizie pratiche sulle macchine elettriche, sugli impianti elettrici, sull’elettronica industriale, nonché su dispositivi per l’elaborazione e la trasmissione dei segnali. Gli autori hanno tenuto in conto queste necessità ed hanno svolto la materia presentando molti argomenti con una veste duplice: quella metodologica e formativa e quella applicativa e più esplicativa. Questo ha fatto crescere la mole del volume che purtroppo risulta molto maggiore di quella che era nell’intenzione degli autori.

La completezza della trattazione e i diversi modi di presentazione degli stessi argomenti ci consentono, tuttavia, di affermare che l’argomento può anche risultare adatto per gli allievi dei corsi di Diploma in Ingegneria di recente istituzione.

Per quanto riguarda lo stile con cui è stato scritto questo Sito, esso risente molto delle intenzioni degli autori e cioè mettere per iscritto quello che si dice a lezione. Questo implica possibilità di ripetizioni, ridondanze, mancanza di dimostrazioni di molti teoremi ed anche una certa dispersione. Tuttavia l’obiettivo principale non era quello di fare un trattato perfetto in tutti i particolari ma di formare, piuttosto, un aiuto scritto agli studenti che devono affrontare un corso universitario che presenta molti concetti nuovi ed importanti.

Per quanto riguarda la parte metodologica, il contenuto di questo testo riflette anche le difficoltà che si hanno nello svolgimento dei corsi di Elettrotecnica dovute a possibili carenze di conoscenze matematiche e fisiche da parte degli studenti. Nei vari capitoli si fa infatti riferimento al calcolo matriciale, alla teoria delle funzioni analitiche, alla teoria delle distribuzioni e ad altre nozioni che vengono insegnate in corsi di matematica e di fisica che, in alcune facoltà, sono addirittura successivi a quello di Elettrotecnica. Quando è stato possibile, alcuni di questi concetti sono stati anticipati e, si spera, con successo. In particolare si è cercato soprattutto di evidenziare le possibilità applicative che ci sono in tanti strumenti che i matematici e i fisici danno agli ingegneri. Tutto questo in base al principio che anticipare non è del tutto controproducente se poi gli studenti completano le loro conoscenze in modo più completo e, in alcuni casi, anche più rigoroso con i corsi specifici.

In materiale, suddiviso in 11 Capitolo e una appendice, è stato organizzato come segue:

PRIMO CAPITOLO

Il primo capitolo, di carattere introduttivo, ha come scopo quello di far capire l’importanza della teoria dei circuiti ma anche le sue limitazioni. In effetti, senza conoscenze di elettromagnetismo, si può dire poco al riguardo. Tuttavia, per motivi didattici, riteniamo che sarebbe stato controproducente sviluppare immediatamente argomenti molto complessi di elettromagnetismo, che peraltro trovano spazio in altri corsi. Pertanto molte cose del primo capitolo devono essere accettate con un atto di fede da parte dello studente. Gli autori tuttavia hanno in preparazione un intero capitolo dedicato all’elettromagnetismo; esso sarà disponibile in un successivo periodo di pubblicazione.

Il capitolo prosegue introducendo gli elementi che costituiscono una rete elettrica ed un certo spazio è stato riservato alla classificazione di questi elementi, nonché delle reti, sulla base delle loro relazioni costitutive.

Riteniamo questo capitolo indispensabile per tutti gli allievi, sia dei corsi di Laurea che di quelli di Diploma.

SECONDO CAPITOLO

Il secondo capitolo, sotto molti punti di vista, è fondamentale in quanto, oltre a definire alcuni elementi circuitali importantissimi nella moderna circuiteria elettronica, introduce gli strumenti che servono per acquisire la cosiddetta mentalità circuitale. Il capitolo è dedicato alle reti resistive, ma questo non implica che i generatori che eccitano queste reti debbano essere forzatamente in continua. Per eliminare alcuni equivoci, che sono conseguenze della presentazione che di questo argomento fanno purtroppo molti testi di Elettrotecnica, si sono fatti alcuni esempi con generatori con forme d’onde arbitrarie nel tempo. Anche questo capitolo è indispensabile per tutti gli allievi, sia dei corsi di Laurea che di quelli di Diploma.

TERZO E IL QUARTO CAPITOLO

 Terzo e il quarto capitolo si occupano di un argomento classico dell’Elettrotecnica e riguardano lo studio di reti in regime sinusoidale. In accordo alla letteratura anglosassone, i numeri complessi che caratterizzano le grandezze sinusoidali nel tempo vengono chiamati fasori e non vettori simbolici come purtroppo viene fatto in diversi testi. Si spera in tal modo di eliminare gli equivoci nati dall’usare il nome vettore per indicare una quantità scalare. Il modulo del fasore si è fatto uguale al valor massimo e non al valore efficace, come di solito si fa in molti testi italiani.

Anche questi capitoli sono indispensabili per tutti gli allievi, sia dei corsi di Laurea che di quelli di Diploma.

QUINTO E SETTIMO CAPITOLO

I capitoli 5 e 7 riguardano lo studio dei transitori e in generale delle grandezze variabili nel tempo (non con legge sinusoidale) nelle reti lineari arbitrarie. I due capitoli espongono i due metodi classici della trasformata di Laplace (5° capitolo) e delle variabili di stato (7° capitolo). Anche se molto sintetica, gli autori ritengono questa trattazione completa. Pur essendo molto significativi, gli esempi considerati sono tuttavia pochi e lo studente sicuramente deve fare riferimento a qualcuno dei libri indicati dal Professore per acquisire una sufficiente padronanza su questa materia che è molto ricca di concetti e in alcuni punti può risultare difficile.

Questi capitoli sono rivolti soprattutto agli allievi in Ingegneria del settore dell’informazione ed agli Ingegneri Elettrici.

Il capitolo 6 riguarda la formalizzazione matematica, attraverso la teoria dei grafi, che determina l’equazione delle tensioni e delle correnti in una rete generica lineare. Tale capitolo ha caratteristiche specialistiche ed è rivolto agli allievi in Ingegneria del settore dell’informazione. In particolare, per questi allievi, si ritiene molto utile far vedere la potenza applicativa della Teoria dei Grafi, che trova spazio anche in corsi successivi.

OTTAVO CAPITOLO

Nel capitolo ottavo, dopo aver descritto il bipolo anche con il coefficiente di riflessione ed averne evidenziate le caratteristiche, vengono illustrati, in maniera diffusa e completa, i sei diversi insiemi di parametri di una rete due-porte, e le loro interconnessioni. Si passa, quindi, a considerare i due insiemi di parametri orientati alla sintesi, e più precisamente i parametri di diffusione ed i parametri immagine. Sono argomenti, questi, che interessano soprattutto gli studenti di Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni.

NONO CAPITOLO

Il capitolo 9° è dedicato all’impiego del calcolatore per la simulazione dei circuiti. Questo capitolo è, sostanzialmente, un’introduzione all’impiego dei simulatori circuitali tipo SPICE, che sostituisce lo standard di riferimento in questo settore. Scopo del capitolo non è tanto quello di trattare gli algoritmi di calcolo usati nei simulatori circuitali, che dovrebbero essere oggetto di altri corsi specialistici, ma quello di illustrare, soprattutto per mezzo di esempi, le principali modalità d’uso, le potenzialità, ed anche i limiti, di questi programmi che costituiscono, ormai, uno strumento di largo impiego da parte di chi si occupa di progettazione elettrica. Per questo motivo si ritiene che il capitolo possa essere molto utile per gli allievi del settore dell’Informazione, sia dei corsi di Laurea che di Diploma.

DECIMO CAPITOLO

Il capitolo 10° contiene l’introduzione all’impiego della trasformata z per lo studio dei circuiti numerici e a dati campionati, con particolare riferimento ai circuiti a condensatori commutati. Sebbene l’argomento possa essere oggetto di altri corsi specialistici, si è ritenuto utile introdurre nel Sito queste problematiche perché i circuiti di questo tipo stanno avendo una diffusione sempre maggiore. Il capitolo è rivolto soprattutto agli allievi dei corsi di Laurea in Ingegneria dell’informazione.

UNDICESIMO CAPITOLO

Il capitolo 11° tratta, in maniera piuttosto completa, ma con taglio classico, le macchine elettriche, e più precisamente:

1. Il trasformatore, nella versione monofase e trifase, l’autotrasformatore, i trasformatori di misura.
2. La macchina asincrona trifase, impiegata come motore, con evidenziate le possibilità di regolazione coppia-velocità, ed i tipi più frequenti di motori asincroni monofase.
3. La macchina sincrona trifase, impiegata come generatore e come motore, ed i due tipi più comuni di motore sincrono monofase.
4. La macchina in corrente continua, con i vari tipi di eccitazione, impiegata soprattutto come motore.

Seguono brevi considerazioni sul gruppo Word-Leonard e sui motori passo-passo.

Ovviamente questi argomenti sono di interesse per tutti gli allievi dei corsi di Laurea e di Diploma dell’area di Ingegneria.

DODICESIMO CAPITOLO

Nel capitolo 12° è stato riportato un gran numero di esercizi riepilogativi (per la precisione 113), quasi tutti con le risposte.

L’appendice comprende la trattazione delle distribuzioni e delle trasformate di Fourier e di Laplace.

Molti sono gli esercizi svolti via via negli articoli, e molti sono anche i problemi, con soluzione, proposti alla fine di molti capitoli.

Gli autori esprimono, infine, un vivo ringraziamento all’editore e al gruppo per la sua e nostra piena disponibilità nei loro riguardi e per la cura riservata alla pubblicazione.

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