97455 - LABORATORIO DI ELETTROTECNICA E MISURE P-IM

Conoscenze e abilità da conseguire

Attraverso esperienze laboratoriali lo studente apprende le nozioni di base legate all'ambito di elettrotecnica industriale, quali i sistemi monofase e trifase, i sistemi di protezione di bassa tensione, i fondamenti di sicurezza elettrica. completeranno l'apprendimento delle suddette tematiche. Acquisirà inoltre familiarità nella gestione dei circuiti per il condizionamento del segnale e l'acquisizione A/D nella catena di misura; l’architettura, i parametri metrologici e le principali modalità operative del multimetro digitale; gli elementi di base della sensoristica e delle relative applicazioni industriali. È anche in grado di programmare, in ambienti software commerciali, il controllo remoto sia di singoli strumenti, sia di banchi automatici di misura. Lo studente acquisisce inoltre competenze sull'utilizzo di strumentazione di misura (multimetro, oscilloscopio, sistemi automatizzati) e software di simulazione circuitale.

Contenuti

Modulo 1

Circuiti con memoria

Transitorio RC, RL e RLC. Metodi per l’analisi dei circuiti con memoria in regime transitorio. Metodo delle equazioni di stato; postulato di continuità dell’energia; circuiti del primo (RC, RL) e del secondo ordine (RLC).

Regime Sinusoidale

Potenza in regime sinusoidale. Rifasamento. Sistemi trifase. Utilizzatori a stella e a triangolo. Utilizzatori equilibrati e squilibrati. Potenza assorbita da un utilizzatore trifase. Trifase con neutro.

Magnetostatica

Proprietà magnetiche della materia, materiali diamagnetici, paramagnetici e ferromagnetici, circuiti magnetici, coefficienti di auto e mutua induzione. Legge di Hopkinson.

Il trasformatore

Principio di funzionamento. Ipotesi di campo. Equazioni interne ed esterne. Circuito equivalenti.

Impianti e Sicurezza elettrica

Generalità sui sistemi elettrici per l’energia: generazione, trasmissione e distribuzione della energia elettrica. Effetti della folgorazione sul corpo umano. Sicurezza elettrica, contatto diretto e indiretto, tipi di isolamento, impianto di terra, relè differenziale.

Esercitazioni

Verifica mediante oscilloscopio dei transitori di carica e scarica in un circuito RC e RLC.

Rifasamento di un carico ohmico-induttivo.

 

Modulo 2

Fondamenti di Metrologia

Processo di misurazione: definizione del misurando, grandezze di interesse/influenza, risorse, attività. Il modello del processo di misurazione. Definizione, valutazione ed espressione dell’incertezza di misura in accordo con gli standard internazionali. Esempi di stima dell’incertezza di misura.

Componenti per il condizionamento del segnale

Resistori, condensatori ed induttori. Circuiti equivalenti e discussione dei parametri per la loro caratterizzazione. L'amplificatore operazionale e suoi parametri statici e dinamici. Esempi di implementazione di circuiti per l'amplificazione dei segnali. L'amplificatore differenziale e l’amplificatore di strumentazione. Esempi di implementazione di convertitori A/D e D/A.

Multimetro digitale (DMM)

Architettura, portate, tempo di integrazione e risoluzione strumentale. ADC a doppia rampa. Stadio di ingresso per la misura DC di tensione, corrente e resistenza. Interpretazione dei principali parametri e specifiche riportati nel datasheet di un DMM. Considerazioni su non idealità e incertezza.

Esercitazioni su strumentazione

Utilizzo e programmazione remota di strumentazione (generatore di segnale, multimetro, oscilloscopio, analizzatore di spettro), svolgimento del processo di misura, analisi dei dati e valutazione dell’incertezza di misura.

 

Modulo 3

Introduzione ai principali componenti

Resistori: caratteristiche dei componenti disponibili in commercio, codice a colori, valore nominale, tolleranza e potenza dissipata.

Condensatori: grandezze parassite, caratteristiche dei componenti disponibili in commercio; codici: numerico, a tre cifre ed a colori.

Induttori: grandezze parassite, caratteristiche dei componenti disponibili in commercio, codici. Misura dell’induttanza di un induttore mediante oscilloscopio e mediante multimetro.

Introduzione all’uso della strumentazione

Breadboard: struttura; schema di montaggio su breadboard di semplici circuiti elettrici con Multisim.

Cifre significative e arrotondamenti.

Strumenti di misura digitali: numero di cifre, portata, sovraportata, risoluzione

Multimetri: grandezze caratteristiche, funzioni, comandi (trigger, auto/hold, range e math); metodi di misura; calcolo della accuratezza strumentale mediante la documentazione tecnica; coefficienti di temperatura e cadute di tensione prodotte dalla resistenza di ingresso.

Alimentatore: struttura di un alimentatore lineare; regolazione V-I: ideale, reale e foldback; determinazione del punto di lavoro mediante intersezione con la retta di carico.

Generatore di funzione: principali comandi e funzioni; output setup; esempi di impostazione.

Oscilloscopio: principali comandi e regolazioni; modalità AC-DC; acquisizione; sample, peak e average; trigger: auto, normal, single, interno ed esterno; visualizzazione: autoset, save-recall; misura automatica e con i cursori.

Esercitazioni

Misura di resistenza, tensione e corrente tramite multimetro

Trasferimento della potenza elettrica da un bipolo equivalente di Thevenin ad un carico variabile: andamento della potenza erogata dal generatore e assorbita dal carico (Multisim: parameter sweep).

Misura tramite oscilloscopio dei fasori di corrente e tensione in un circuito alimentato in regime sinusoidale.

Misura dell’induttanza tramite oscilloscopio o multimetro.

Risposta in frequenza in un circuito RLC serie.

Testi/Bibliografia

Dispense e presentazioni a cura dei Docenti. Datasheet di componenti e strumenti commerciali. Manuali d'uso della strumentazione.

Testi consigliati:

• “Circuiti elettrici” di Charles K. Alexander, Matthew N. O. Sadiku

• “Elettrotecnica: Principi e Applicazioni” di G. Rizzoni

• “Elettrotecnica: elementi di teoria ed esercizi” di M. Repetto e S. Leva

• “Elettrotecnica 1 e 1” di G. Chitarin, F. Gnesotto, M. Guarnieri, A. Machio, A. Stella
  
  
• M. Norgia, A. Pesatori, R. Ottoboni, C. Svelto, "Misure: dai fondamenti alla strumentazione," Esculapio.

Metodi didattici

Il Corso è articolato in 3 moduli didattici fortemente integrati:

• modulo 1: lezione frontale e attività di laboratorio;
• modulo 2: lezione frontale e attività di laboratorio;
• modulo 3: attività di laboratorio.

In considerazione della tipologia di attività e dei metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede la preventiva partecipazione di tutti gli studenti ai moduli 1 e 2 di formazione sulla sicurezza nei luoghi di studio [https://elearning-sicurezza.unibo.it/], in modalità e-learning.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Modulo 1: prova orale.

Modulo 2: parte pratica con gli strumenti e un colloquio orale.

Modulo 3: parte pratica in laboratorio con strumentazione.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Lorenzo Cavallucci

Consulta il sito web di Gian Piero Gibiino

Consulta il sito web di Massimiliano Paparella