PIANO DI LAVORO COMUNE - "Leonardo da Vinci" Borgomanero

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ISTITUTO TECNICO
"LEONARDO DA VINCI"
AD INDIRIZZO TECNOLOGICO ED ECONOMICO
PIANO DI LAVORO COMUNE
Anno Scolastico 2016 – 2017
Materia: Elettrotecnica Elettronica
Classe: 5^ elettrotecnici
DOCENTE
Cottini Marzio
FIRMA
__________________
__________________
Data di presentazione: 14-09-2016
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ISTITUTO TECNICO
"LEONARDO DA VINCI"
OBIETTIVI D’APPRENDIMENTO
STANDARD MINIMI IN TERMINI DI CONOSCENZE EDI ABILITA:
A conclusione del percorso quinquennale, il Diplomato nell’indirizzo “Elettronica ed Elettrotecnica”
consegue le specificate competenze.
1. Applicare nello studio e nella progettazione di impianti e di apparecchiature elettriche ed elettroniche
i procedimenti dell’elettrotecnica e dell’elettronica.
2. Utilizzare la strumentazione di laboratorio e di settore e applicare i metodi di misura per effettuare
verifiche, controlli e collaudi.
3. Analizzare tipologie e caratteristiche tecniche delle macchine elettriche e delle apparecchiature
elettroniche, con riferimento ai criteri di scelta per la loro utilizzazione e interfacciamento.
4. Gestire progetti.
5. Gestire processi produttivi correlati a funzioni aziendali.
6. Utilizzare linguaggi di programmazione, di diversi livelli, riferiti ad ambiti specifici di applicazione.
7. Analizzare il funzionamento, progettare e implementare sistemi automatici.
OBIETTIVI TRASVERSALI E RUOLO SPECIFICO DELLA DISCIPLINA NEL LORO
RAGGIUNGIMENTO:
Essi sono correlati alle seguenti finalità generali: sapersi esprimere e comunicare nel linguaggio specifico
della disciplina, saper analizzare la realtà che ci circonda, saper organizzare e collaborare nella esecuzione di
un lavoro, saper sviluppare autonomia di giudizio e sapersi verificare e confrontare con gli altri.
PROGRAMMA PREVISIONALE
Il suddetto programma verrà diviso in "moduli" ognuno dei quali a sua volta si comporrà di varie unità
didattiche.
Per lo svolgimento di tutti i moduli la metodologia adottata sarà quella della lezione frontale, dell'uso del
laboratorio e dello svolgimento di esercizi in classe.
Prerequisito per l'assimilazione di un nuovo modulo è la conoscenza del modulo precedente.
Tutto il programma viene svolto in collegamento con i programmi di TDP, Sistemi e Matematica.
SETTEMBRE OTTOBRE (breve richiamo relativo ai trasformatori)
1 ° MODULO Trasformatori
Prerequisiti:
- Conoscere le leggi fondamentali dell’elettromagnetismo;
- Saper analizzare e risolvere circuiti elettrici in corrente alternata trifase;
- Conoscere il funzionamento dei trasformatori monofasi e le modalità di analisi con gli strumenti
matematici di uso generale;
- Saper effettuare un bilancio energetico in una rete elettrica contenente bipoli attivi e passivi.
Obiettivi
Sapere:
- Conoscere modalità realizzative e condizioni di funzionamento di trasformatori trifase e speciali;
- Conoscere gli schemi elettrici equivalenti e il bilancio energetico dei trasformatori trifase e di un
autotrasformatore;
- Conoscere le modalità di impiego di due o più trasformatori in parallelo.
Saper fare:
- Scegliere componenti e materiali adatti alla costruzione di un trasformatore;
- Condurre l’analisi di sistemi elettrici trifase con trasformatori;
- Condurre l’analisi di massima dei sistemi elettrici monofasi e trifasi con trasformatori in parallelo;
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- Calcolare rendimenti e cadute di tensione nel trasformatore trifase.
UNITA' DIDATTICA 0: Trasformatori trifasi
- Generalità
- Tipi di collegamenti nel trasformatore trifase;
- Un caso reale utilizzatori non lineari e trasformatori MT/BT;
- Gruppo di collegamento del trasformatore trifase;
- Circuito equivalente del trasformatore trifase;
- Bilancio energetico e rendimento del trasformatore trifase;
- Variazione di tensione nel passaggio da vuota a carico;
- Dati di targa del trasformatore trifase;
- Collegamento in parallelo dei trasformatori.
UNITA' DIDATTICA 1: Misure elettriche prove relative al trasformatore trifase
- Misura della resistenza degli avvolgimenti;
- Prove a vuoto;
- Prova di corto circuito.
UNITA' DIDATTICA 2: Autotrasformatori
- Funzionamento a vuoto dell'autotrasformatore monofase;
- Funzionamento a carico dell'autotrasformatore monofase;
- Autotrasformatori trifasi;
- Variatori di tensione;
- Trasformatori a tensione variabile sotto carico;
- Trasformatori di isolamento;
- Trasformatori di sicurezza;
- Trasformatori di misura.
OTTOBRE NOVEMBRE
2° MODULO Macchine a in corrente continua
Prerequisiti:
- Conoscere le proprietà dei materiali dal punto di vista magnetico;
- Conoscere le caratteristiche costruttive e il principio di funzionamento della macchina a corrente
continua;
- Conoscere i principi della dinamica dei moti rotatori;
- Saper risolvere circuiti in corrente continua utilizzando gli strumenti matematici conosciuti.
Obiettivi
Sapere:
- Conoscere le principali particolarità costruttive delle macchine a corrente continua;
- Conoscere i fenomeni tipici della macchina a corrente continua: la commutazione e la reazione di
indotto;
- Conoscere il funzionamento e il circuito equivalente della macchina a corrente continua, sia
nell’impiego come generatore (dinamo) che come motore e per le principali configurazioni di
eccitazione e il bilancio energetico a vuoto e sotto carico;
- Conoscere i dati di targa della macchina a corrente continua e il loro significato;
- Conoscere le principali prove di collaudo della macchina in corrente continua;
- Conoscere gli azionamenti elettrici impiegati motori in corrente continua.
Saper fare:
- Individuare componenti e materiali adatti alla costruzione di una macchina in corrente continua;
- Calcolare rendimenti e cadute di tensione nel funzionamento sotto carico della dinamo;
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Saper dedurre la caratteristica di magnetizzazione di una dinamo mediante l’effettuazione di misure
elettriche.
- Condurre l’analisi completa del funzionamento del motore, effettuando il bilancio energetico nelle
diverse condizioni di funzionamento e calcolarne il rendimento;
- Individuare i metodi adatti per la regolazione della velocità di un motore a corrente continua.
UNITA' DIDATTICA 3: Macchine in corrente continua
- Aspetti costruttivi;
- Struttura generale della macchina a corrente continua, nucleo magnetico statorico avvolgimento
induttore;
- Struttura generale della macchina a corrente continua, nucleo magnetico rotorico avvolgimento
indotto o armatura;
- Collettore e spazzole;
- Generatore a corrente continua dinamo funzionamento a vuoto tensione indotta e caratteristica a
vuoto, potenza e coppia nel funzionamento a vuoto;
- Funzionamento a carico, reazione di indotto ed effetti della reazione di indotto;
- Bilancio delle potenze e rendimento;
- Dinamo con eccitazione indipendente, caratteristica esterna e di regolazione;
- Dinamo con eccitazione derivata e caratteristica esterna;
- Dinamo tachimetrica;
- Dati di targa del generatore in corrente continua;
- Motori in corrente continua principio di funzionamento, funzionamento a vuoto, a carico e suo
avviamento;
- Bilancio delle potenze, coppie e rendimento;
- Caratteristica meccanica: motore con eccitazione indipendente, derivata e serie;
- Tipi di regolazione: regolazione a coppia costante, a potenza costante e mista;
- Quadranti di funzionamento della macchina a corrente continua;
- Dati di targa dei motori a corrente continua;
UNITA' DIDATTICA 4: Misure elettriche e laboratorio prove sulle macchine a corrente continua
- Prove a vuoto sulla dinamo e sul motore;
- Rilievo della caratteristica esterna e di regolazione della dinamo
- Prova per determinare il rendimento.
DICEMBRE FEBBRAIO
3° MODULO Macchine sincrone e parte Impianti elettrici produzione dell’energia
elettrica
Prerequisiti:
- Conoscere i principi della dinamica dei moti rotatori;
- Saper risolvere circuiti elettrici in corrente alternata monofase e trifase, utilizzando gli strumenti
matematici conosciuti;
- Saper effettuare un bilancio energetico in una rete elettrica contenente bipoli attivi e passivi;
- Conoscere le leggi fondamentali dell’elettrotecnica;
- Conoscere i circuiti in corrente alternata monofase e trifase;
- Conoscere il funzionamento delle macchine elettriche;
- Saper utilizzare la rappresentazione vettoriale e gli strumenti matematici di uso generale.
Obiettivi
Sapere:
- Conoscere le modalità realizzative delle macchine sincrone;
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Conoscere il principio di funzionamento e il circuito equivalente della macchina sincrona
principalmente nel funzionamento da generatore e il bilancio energetico delle macchine sincrone;
- Conoscere i fenomeni meccanici ed elettromagnetici correlati al funzionamento sotto carico degli
alternatori;
- Conoscere i dati di targa della macchina sincrona e il loro significato;
- Conoscere le condizioni di stabilità meccanica di funzionamento delle macchine sincrone;
- Conoscere le principali prove di collaudo della macchina sincrona;
- Conoscere gli aspetti generali, sia tecnici sia economici, della produzione dell’energia elettrica con
metodi tradizionali e integrativi;
- Conoscere il funzionamento e i principali componenti delle centrali elettriche di produzione.
Saper fare:
- Individuare componenti e materiali adatti alla costruzione di una macchina sincrona;
- Calcolare rendimenti e cadute di tensione nel funzionamento degli alternatori;
- Condurre l’analisi completa del funzionamento degli alternatori;
- Saper dedurre la caratteristica di magnetizzazione di un alternatore mediante l’effettuazione di
misure elettriche
- Descrivere i processi che, a partire dalle fonti primarie, consentono di produrre energia elettrica,
individuandone le potenzialità e i limiti.
UNITA' DIDATTICA 5: Macchina sincrona
- Aspetti costruttivi;
- Struttura generale dell’alternatore, rotore ed avvolgimento di eccitazione e statore avvolgimento di
indotto;
- Sistemi di eccitazione;
- Alternatore brushless;
- Funzionamento a vuoto tensioni indotte nelle fasi statoriche, caratteristica a vuoto e bilancio delle
potenze;
- Funzionamento a carico, reazione d’indotto;
- Funzionamento a carico puramente resistivo, puramente induttivo, puramente capacitivo;
- Circuito equivalente e diagramma vettoriale di Behn-Eschemburg;
- Determinazione dell’impedenza sincrona;
- Variazione di tensione e curve caratteristiche: calcolo della variazione di tensione, caratteristica
esterna, di regolazione e a carico;
- Bilancio delle potenze e rendimento;
- Funzionamento da motore sincrono;
- Dati di targa della macchina sincrona.
UNITA' DIDATTICA 6: Motori sincroni
- Generalità e principio di funzionamento;
UNITA' DIDATTICA 7: Misure elettriche sulle macchine sincroni
- Prova a vuoto;
- Prova di corto circuito;
- Parallelo degli alternatori.
- Rilievo diretto delle caratteristiche esterne;
- Determinazione della caratteristica dell’impedenza sincrona e del rendimento.
UNITA' DIDATTICA 8: Produzione dell’energia elettrica
- Aspetti generali, fonti primarie, produzione e consumi;
- Costi e tariffe dell’energia;
- Servizio di base e di punta localizzazione delle centrali;
- Centrali idroelettriche;
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- Centrali termoelettriche;
- Centrali nucleotermoelettriche;
- Produzione dell’energia elettrica da fonti rinnovabili: geotermiche, solare, eoliche e mareomotrice;
MARZO MAGGIO
4° MODULO Macchine asincrone
Prerequisiti:
- Conoscere i principi fondamentali della cinematica e della dinamica dei moti rotatori;
- Saper risolvere circuiti elettrici in corrente alternata monofase e trifase;
Obiettivi
Sapere:
- Conoscere le modalità realizzative delle macchine asincrone;
- Conoscere i fenomeni elettromagnetici che consentono il movimento del rotore;
- Conoscere le diverse condizioni di funzionamento del motore asincrono trifase;
- Conoscere gli schemi elettrici equivalenti e il bilancio energetico della macchina asincrona;
- Conoscere le modalità più diffuse di avviamento dei motori asincroni trifase in funzione delle loro
caratteristiche costruttive.
- Conoscere gli ambiti di applicazione degli azionamenti elettrici;
- Conoscere la struttura
Saper fare:
- Individuare componenti e materiali adatti alla costruzione di una macchina asincrona;
- Condurre l’analisi critica e comparativa del motore asincrono trifase nelle diverse modalità di
funzionamento;
- Calcolare il rendimento di un motore asincrono trifase;
- Scegliere la modalità di avviamento più adatta per un motore asincrono trifase;
- Individuare le grandezze elettriche su cui agire per regolare la velocità di un motore asincrono
trifase.
UNITA' DIDATTICA 9: Macchina asincrona trifase
- Aspetti costruttivi struttura generale del motore asincrono trifase: cassa statorica, circuito magnetico
statorico e rotorico, avvolgimento statorico e rotorico e tipi di raffreddamento;
- Motore asincrono trifase;
- Principio di funzionamento del motore asincrono trifase campo magnetico rotante;
- Funzionamento con rotore in movimento, scorrimento, frequenza rotorica e tensioni indotte
rotoriche;
- Circuito equivalente del motore asincrono trifase;
- Funzionamento a carico, bilancio delle potenze, rendimento;
- Funzionamento a vuoto e a rotore bloccato;
- Circuito equivalente statorico;
- Costruzione del diagramma circolare;
- Curve caratteristiche del motore asincrono trifase;
- Caratteristica meccanica del motore asincrono trifase;
- Dati di targa del motore asincrono trifase;
- Funzionamento della macchina asincrona come generatore e come freno;
- Avviamento e regolazione della velocità: motore con rotore avvolto e reostato di avviamento, a
doppia gabbia e a sbarre alte, avviamento a tensione ridotta e regolazione della velocità mediante
variazione della frequenza e della tensione.
UNITA' DIDATTICA 10: Misure elettriche prove sulla macchina asincrona trifase
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-
Determinazione dei parametri del circuito equivalente mediante misure elettriche (misura di
resistenza);
- Prova a vuoto del motore asincrono trifase;
- Prova di cortocircuito del motore asincrono trifase;
- Indicazione per tracciare il diagramma circolare.
5° MODULO Azionamenti elettrici
Prerequisiti:
- Conoscere i componenti dell’elettronica di potenza;
- Conoscere il funzionamento delle macchine a corrente alternata e a corrente continua;
Obiettivi
Sapere:
- Conoscere gli ambiti di applicazione degli azionamenti elettrici;
- Conoscere la struttura fondamentale di un azionamento elettrico, anche in relazione al tipo di
controllo impiegato;
- Conoscere le caratteristiche e gli schemi fondamentali degli azionamenti con motori d.c e a.c.;
- Conoscere i vari tipi di motori a passo e i relativi schemi di comando e controllo;
- Conoscere il funzionamento di un azionamento con motore brushless.
Saper fare:
- Essere in grado di scegliere il dispositivo più idoneo in funzionamento di quel determinato tipo di
azionamento.
UNITA' DIDATTICA 11: Applicazione dell’elettronica di potenza azionamenti con motori elettrici
- Aspetti generali e struttura di un azionamento;
- Quadranti di funzionamento del motore;
- Quadranti di funzionamento del carico;
- Punto di lavoro e campo;
- Azionamenti con motore in corrente continua e in corrente alternata;
- Azionamenti con motore a passo;
- Azionamenti con motori brushless;
- Gruppi di continuità caratteristiche e scelte;
- Connessione alla rete di impianti fotovoltaici.
MARZO MAGGIO
7° MODULO Impianti elettrici trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica
Prerequisiti:
- Conoscere i sistemi di produzione dell’energia elettrica;
- Conoscere i parametri delle linee elettriche e le caratteristiche delle stesse;
- Conoscere il dimensionamento dei cavi elettrici;
- Conoscere le leggi fondamentali dell’elettrotecnica;
- Conoscere i circuiti in corrente alternata monofase e trifase;
- Conoscere il funzionamento delle macchine elettriche;
Obiettivi
Sapere:
- Conoscere i vari aspetti della trasmissione e della distribuzione dell’energia e gli sviluppi dei relativi
sistemi;
- Conoscere i principali metodi di distribuzione in media e bassa tensione;
- Conoscere le cause che le determinano e le caratteristiche delle sovratensioni che possono verificarsi
in un sistema di trasmissione e di distribuzione e i loro effetti sul funzionamento degli impianti;
- Conoscere la struttura e i componenti delle cabine elettriche MT/BT;
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- Conoscere i sistemi per il rifasamento degli impianti elettrici di bassa tensione.
Saper fare:
- Scegliere il sistema di distribuzione adatto per impianti in BT;
- Eseguire il dimensionamento di una cabina elettrica in MT/BT;
- Dimensionare impianti di rifasamento.
UNITA' DIDATTICA 12: Trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica
- Generalità e classificazione: criteri di scelta del sistema di trasmissione e condizione del neutro nei
sistemi trifase;
- Sovratensioni e relative protezioni: classificazione delle sovratensioni, coordinamento
dell’isolamento e scelta degli scaricatori;
UNITA' DIDATTICA 13: Cabine MT e BT
- Definizioni e classificazioni;
- Connessione delle cabine MT/BT alla rete di distribuzione;
- Trasformatore MT/BT;
- Scelta dei componenti lato BT.
UNITA' DIDATTICA 14: Sistema di distribuzione in media e bassa tensione
- Sistema di distribuzione in media tensione e in bassa tensione.
UNITA' DIDATTICA 15: Rifasamento degli impianti elettrici
- Cause e conseguenze di un basso fattore di potenza;
- Calcolo della potenza reattiva e della capacità delle batterie di rifasamento;
- Modalità di rifasamento;
- Scelta delle apparecchiature di protezione e manovra.
PROVE DI LABORATORIO
Il seguente elenco è da ritenersi quale programma minimo e suscettibile di integrazione.
Trasformatore trifase
- Misura della resistenza degli avvolgimenti trasformatore trifase;
- Prova a vuoto trasformatore trifase;
- Prova di corto circuito trasformatore trifase;
- Giogo di Epstein.
Macchina a corrente continua
- Rilievo della caratteristica di magnetizzazione;
- Rilievo della caratteristica esterna e della curva di regolazione di una dinamo con eccitazione
separata;
- Determinazione della Po col metodo del motore a vuoto;
Macchina sincrona
- Rilievo della caratteristica di magnetizzazione;
- Rilievo della caratteristica di corto circuito;
- Determinazione dell'impedenza sincrona della macchina;
- Messa in parallelo dell'alternatore con la rete.
Motore asincrono trifase
- Prova a vuoto;
- Prova di corto circuito
- Prova a carico mediante freno Pasqualini e determinazione dello scorrimento.
Impianti elettrici
- Programmi di dimensionamento elettrico;
- Misura della resistenza di terra.
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METODI DI INSEGNAMENTO
Gli argomenti saranno proposti attraverso lezione frontale, presentazione di casi pratici esplicativi e risoluzione di
esercizi sia in classe in modo guidato che come compito per casa.
STRUMENTI DI LAVORO
LIBRI DI TESTO:
E. Ambrosini e F. Spadaro – Elettrotecnica ed Elettronica vol.2 parte Elettrotecnica C.E. Tramontana
G. Conte-M. Ceserani-E. Impallomeni Corso Elettrotecnica ed Elettronica vol.3 C.E. Hoepli
G. Conte-M. Conte-M. Erbogasto-G. Ortolani- E.Venturi Tecologia e Progettazione di Sistemi Elettrici ed
Elettronici vol.3 C.E. Hoepli
Manuale di elettrotecnica ed automazione C.E. Hoepli.
TESTI DI LETTURA, DI CONSULTAZIONE, DISPENSE, FOTOCOPIE:
Curve magnetizzazione e relative tabelle, norme UNI sull'approssimazione delle cifre, elenco delle
strumentazioni di laboratorio disponibili.
SUSSIDI AUDIOVISIVI, INFORMATICI E/O LABORATORI (modalità e frequenza d'uso):
Uso di Internet per la ricerca di approfondimenti sui temi proposti, strumenti di presentazione a video, laboratorio
di misure elettriche.
Nel laboratorio il lavoro si svolgerà per gruppi e ciascun componente dovrà prenderne parte in modo attivo e
responsabile.
VERIFICA E VALUTAZIONE
Si baserà sulla conoscenza e la comprensione dei concetti teorici, sulla capacità di applicazione della teoria e
sulla partecipazione in classe ed in laboratorio.
Il quaderno individuale sul quale sono riportati gli esercizi svolti e le relazioni relative alle esercitazioni
svolte vengono considerate come strumento di valutazione continuo.
Si prevede di effettuare due o tre scritti e due interrogazioni orali al quadrimestre.
Per le valutazioni scritte ed orali si utilizzeranno i voti interi e mezzi compresi tra 1 e 10.
Alla fine del primo periodo e del secondo periodo verrà assegnato un voto unico.
Chiunque dovesse assentarsi ad una verifica programmata dovrà recuperarla nella lezione successiva.
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voto
10
9
8
7
6
5
4
1-3
Griglia per le prove scritte,orali
(conoscenze)
(competenze)
Possesso e acquisizione di nell'elaborazione di
conoscenze/comprensione procedimenti teorici o
di regole,concetti,
risolutivi di problemi
teoremi,termini
In
modo
completo, In compiti complessi e in
approfondito e ampliato
modo autonomo ed
originale
In modo sicuro e con In modo autonomo
terminologia specifica e
corretta
in modo completo e con In situazioni complesse in
terminologia adeguata
modo corretto
In modo completo,ma non In compiti di media
approfondito
i e con difficoltà
terminologia corretta
In modo essenziale e con
terminologia
sostanzialmente corretta
In
modo
carente e
superficiale
In maniera disorganica e
lacunosa
In modo frammentario e
gravemente lacunoso
In modo sostanzialmente
corretto
in
situazioni
semplici
Solo se guidato e pur
commettendo errori
Non riesce ad applicare
alcuna conoscenza anche
se guidato
Non è in grado di poter
applicare conoscenze in
quanto non ne possiede
(capacità)
rielaborazione ed
integrazione di
conoscenze e competenze
In modo autonomo e
critico
In modo
completo
autonomo
e
In modo completo
In modo essenziale ma
preciso
In modo semplice
In
modo parziale
impreciso
In modo disorganico
e
Non sa operare semplici
analisi anche se guidato;
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