COSTRUZIONI
ELETTROMECCANICHE
UNIVERSITÀ DI TRIESTE
Corso di Laurea in
Ingegneria Elettrica
Docente prof.ing.Alfredo Contin
Introduzione
Argomenti:
il progetto nella realtà industriale;
il disegno tecnico;
macchine omotetiche;
i problemi termici;
i trasformatori;
le macchine in AC (asincrone e sincrone);
le macchine in CC
descrizione tecnologica
dimensionamento geometrico e scelta dei materiali
verifica elettromagnetica
esercitazioni: un progetto di massima
Esercitazioni sull’uso di un CAD Elettromagnetico.
Testi:
appunti del corso in http://didattica.ing.units.it
dispense
contin alfredo
costruzioni elettromeccaniche.
N.Bianchi, S. Bolognani, “Metodologia di Progettazione delle
Macchine Elettriche”, ed. CLUP Padova, 2001.
E. Di Pierro, “Costruzioni Elettromeccaniche”, ed. Siderea
Roma, 1989.
Esami:
progetto di un trasformatore e di un motore asincrono;
esame orale.
Visita di fine corso all’Ansaldo di Monfalcone.
Introduzione al Corso
La progettazione delle macchine
nel contesto della realtà
industriale
Il progetto di un sistema è dato dall’insieme delle
delle procedure atte a:
definire e configurare l’intero sistema,
dimensionare le singole parti (componenti),
verificare la sua realizzabilità,
valutare l’economicità delle soluzioni proposte.
Qualsiasi progetto è sempre inserito in:
contesto scientifico,
contesto culturale,
contesto tecnologico,
contesto economico,
contesto realizzativo.
La progettazione e la realizzazione delle macchine e
degli apparati utilizzati negli impianti elettrici ed
industriali fanno riferimento alla realtà industriale
manufatturiera
ORGANIGRAMMA DI UN SISTEMA INDUSTRIALE
ASSEMBLEA
DEGLI
AZIONISTI
PRESIDENTE - CONSIGLIO DI AMMINISTRAZIONE
CONSIGLIERI DELEGATI
DIRETTORE GENERALE
MARKETING
SERVIZIO
COMMERCIALE
SERVIZI
AMMINISTRATIVI
RICERCA
E SVILUPPO
QUALITA'
SERVIZI
DECENTRATI
UNITA'
PRODUTTIVE
ORGANIGRAMMA DI UNA UNITÀ PRODUTTIVA
DIRETTORE DI STABILIMENTO
ACQUISTI
ACCETTAZIONE MERCI
MAGAZZINO
SPEDIZIONE
VENDITE
ASS. CLIENTI
PROGETTAZIONE
INDUSTRIALIZZAZIONE
PROGRAMMAZIONE
FABBRICAZIONE
MANUTENZIONE
QUALITA'
Le macchine elettriche
La macchina elettrica è un convertitore di energia da
una forma ad un’altra di cui almeno una elettrica.
Durante la trasformazione, la macchina è soggetta a
diverse sollecitazioni (elettriche, meccaniche, termiche,
ambientali….) di cui alcune di tipo dissipativo
Le sollecitazioni debbono essere tenute in conto
simultaneamente durante la fase progettuale
Le esigenze possono essere contrastanti e quindi il
progetto è spesso il risultato di un compromesso tra
differenti esigenze
Sviluppo di un progetto di una macchina elettrica
Specifiche Contrattuali
Progetto di Macchina
Progetto
Elettromagnetico
Progetto Termico
Problema di Ingegneria
Progetto Meccanico
Aspetti Economici
Verifica delle
Specifiche Contrattuali
Metodologia generale di progettazione
Le prestazioni di una macchina elettrica derivano da
tre aspetti fondamentali:
 tipologia e geometria della macchina (trasf., asincrona,
sincrona, tipo di avvolgimento…)
 caratteristiche dei materiali (resistività, temperatura di lavoro,
caratteristiche meccaniche…)
 parametri geometrici (rapporti dimensionali, numero di poli o
spire….)
Obiettivo della progettazione è quello di trovare dei
parametri geometrici, la giusta tipologia e gli
appropriati materiali affinchè vengano rispettati i
vincoli specificati nel contratto
Problema della progettazione
Siano X1, X2,…. Xn i parametri geometrici e Y1, Y2,…. Ym le
prestazioni di interesse, il problema del progetto si riassume nel:
“Trovare i valori dei parametri geometrici X1, X2,…. Xn
della macchina prescelta (come tipologia e materiali
costituenti) tali che le prestazioni Y1, Y2,…. Ym
soddisfino le specifiche di progetto”
Si ipotizza che il risultato si possa raggiungere scrivendo un
opportuno sistema di equazioni algebriche
Yi=Yi(p1, p2,…. pk)
(pi=>parametri di un adeguato modello usato per descrivere la
macchina, es. circuito equivalente, modello di campo)
p1, p2,…. pk sono funzione dei parametri geometrici di
macchina:
pi=pi(X1, X2,…. Xn)
Si devono anche considerare equazioni di vincolo sulle dimensioni
della macchina (ingombro=costo), legate alla fisica realizzabilità
Gi=Gi(X1, X2,…. Xn)
X1, X2,…. Xn non sono variabili indipendenti ma alcuni
parametri geometrici possono essere espressi in funzione di altri
Il sistema che ne risulta è, molto spesso, complesso e non-lineare
La ricerca delle soluzioni è molto difficile perché le soluzioni
possono essere molteplici o non esistere affatto (problema dei
limiti di progettazione e delle tolleranze di specifica
Soluzione di progetto
Nella pratica corrente non viene richiesto l’esatto
soddisfacimento delle specifiche di progetto perché la soluzione è
di norma non univoca
La soluzione del problema del progetto non consiste nella
determinazione dei valori ottimi dei parametri geometrici
X1, X2,…. Xn
bensì in una regione n-dimensionale in cui ciascun vettore X1,
X2,…. Xn in essa contenuto, soddisfa tutte le specifiche richieste
Ciascun componente Xi può assumere un determinato
sottoinsieme di valori e non uno soltanto.
Aspetti Economici
Minimizzazione Costi
Produzione
Minimizzazione Costi
Esercizio
Tecnologie Costruttive
(Ammortamento)
Rendimento e Qualità
Scelta dei Materiali
Dettagli: Corso di
Economia Aziendale
Mano d’Opera e/o
Automazione
Problemi di Ingegneria
Sviluppo di un Prodotto
R. e S.
Crea le basi scientifiche e tecniche (R.).
Sviluppa il nuovo prodotto (S.).
Progettazione.
Adatta il prodotto alla commessa, alla tipizzazione, alla serie.
Produce i disegni e le specifiche.
Industrializzazione.
Ottimizza il prodotto dai punti di vista tecnico ed economico.
Sviluppa le attrezzature.
Programmazione.
Stabilisce i tempi della produzione, l'utilizzo delle attrezzature
e della mano d'opera. emette le bolle di lavorazione.
Fabbricazione.
Sulla base dei documenti di programmazione spende le bolle
di lavorazione per produrre i componenti ed effettuare il montaggio.
Problemi di Ingegneria
Sviluppo Temporale
Scelta delle Soluzioni
Costruttive
Selezione e Prove
Nuovi Materiali
Pre-Progettazione dei
Componenti
Studio di Nuove
Soluzioni o Tecnologie
Progetto Specifico
Messa a Punto Impianti
ed Attrezzature
Approvvigionamento Materiali
e Semi-Lavorati
Fabbricazione Macchina
Dettagli: Corso di Ricerca Operativa
e Logistica della Produzione
La Progettazione e la Produzione
Assistita dal calcolatore (CAD/CAM)
Il progetto delle macchine elettriche dovrebbe essere
sviluppato ricorrendo alle equazioni di Maxwell
applicate a mezzi disomogenei ed anisotropi.
 Quando i supporti di calcoli erano limitati al solo
regolo, è stato fatto un grosso sforzo di semplificazione
ed approssimazione delle equazioni di campo.
 L’avvento e la diffusione del calcolatore ha invertito
questa tendenza ed ha portato ad un notevole sviluppo
nel settore della Grafica Industriale (es.:AutoCad), nel
settore dei CAD Industriali (Software basato su Metodi
agli Elementi ed alle Differenze ).
Attenzione: la Grafica Industriale è un sottosistema del CAD.
La complessità delle formule utilizzate cresce
all’aumentare delle risorse di calcolo che si rendono
disponibili.
 Anche la produzione si avvale, oramai, delle risorse
del calcolatore (macchine ed impianti a controllo
numerico, field-bus, integrazione). I processi di
produzione sono regolati da software dedicato che si
occupa della minimizzazione dei tempi di produzione
mediante la ottimizzazione delle risorse utilizzate
 Il processo di automazione della produzione non ha
neanche risparmiato il magazzino pezzi e componenti
(Group Technology= standardizzazione delle
dimensioni).

L’Informatica Industriale
Si occupa delle problematiche della ICG, del CAD, del
CAM e della loro integrazione, attraverso la
connessione in rete delle risorse di calcolo.
 Il progettista o la sezione CAD, ricevono (via rete) le
specifiche di progetto dal settore commerciale e danno
inizio al procedimento di progettazione.
 La progettazione si sviluppa tenendo conto delle
macchine e dei processi di lavorazione disponibili
(data-base CAM).
Anche gli archivi del GT vengono resi disponibili per
la scelta dei componenti (conoscenza delle caratteristiche e
delle dimensioni geometriche standardizzate nel GT).
Alla conclusione del processo di progettazione vengono
diramati i documenti di conclusione progetto.
 Documenti di lavorazione: sono essenzialmente
composti da disegni di insieme e di parti esplose che
mostrano la struttura della macchina in tutte le sue
parti. Il CAM programmerà la lavorazione e
l’assemblaggio secondo le sue procedure.
 Documenti per il GT: sono le specifiche di
approvvigionamento per la gestione del magazzino, per
le forniture just-in-time e delle sub-forniture.
 L’archivio riceverà tutta la documentazione che
dimostra come il dimensionamento geometrico,
elettromeccanico e termico abbia rispettato le
specifiche di contratto.
PROBLEMA della QUALITÀ, della SICUREZZA e
dell’AMBIENTE IN UNA REALTÀ PRODUTTIVA

Le problematiche relative alla qualità, alla sicurezza
e all’ambiente in una realtà produttiva, riguardano
sia il prodotto che i processi produttivi.

La gestione corretta di tali problemi acquista sempre
maggior rilievo, per l’aspetto promozionale, per i
vantaggi produttivi che ne derivano e, soprattutto
per quanto concerne l’ambiente e la sicurezza, per le
implicazioni sociali che influiscono direttamente sui
rapporti fra il mondo esterno e la realtà produttiva
stessa.



Le problematiche prima elencate, hanno rilevanza
sia all’interno dell’azienda, sia nei rapporti con i
clienti o più in generale con il mondo esterno, ed in
questo caso è richiesto di dare una evidenza
oggettiva dei metodi adottati per la loro gestione.
Poiché la gestione della qualità è regolamentata da
norme e quella dell’ambiente e della sicurezza da
disposizioni legislative (nazionali o comunitarie) e
da norme, il darne evidenza oggettiva significa
dimostrare l’osservanza delle norme e delle
disposizioni legislative.
Ciò vale sia per i prodotti ed i processi, che per i
sistemi di gestione.



La via percorsa, soprattutto dai grandi clienti e
dagli enti pubblici per verificare tale evidenza
oggettiva, era ed è spesso ancora costituita
dall’effettuazione di visite ispettive periodiche.
Il moltiplicarsi di tali visite costituisce, spesso, per
l’azienda un onere, anche molto elevato, in termini
di persone e di risorse.
Può essere quindi molto utile far verificare la
propria struttura di gestione o il proprio prodotto
da un ente terzo, che in modo obiettivo verifica la
rispondenza alle prescrizioni legislative ed alle
norme vigenti.



Tale ente rilascia una certificazione che può
evitare o semplificare la maggior parte delle
visite ispettive soprattutto da parte dei clienti
dell’azienda certificata, a fronte delle sole visite
effettuate dall’ente che ha rilasciato la
certificazione.
Ovviamente la certificazione comporta dei costi
relativi all’impegno di risorse che l’ente di
controllo deve utilizzare per la verifica iniziale
e per le visite ispettive periodiche.
In presenza di gravi non conformità la
certificazione può essere sospesa o annullata
CERTIFICAZIONE DI SISTEMA
La corretta applicazione di un sistema di gestione
in particolare per la qualità in una realtà
industriale viene certificata da enti di controllo
accreditati, tale attività viene svolta in Italia, dal
SINCERT.
 Per l’industria elettrica italiana la certificazione
viene in generale rilasciata dal CSQ o dal RINA.
 Il CSQ ed il RINA sono membri del CISQ che a
livello europeo aderisce ad EQ NET che raggruppa
i principali enti di certificazione in Europa.

ITER DELLA CERTIFICAZIONE DI SISTEMA


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

Rilievo della situazione esistente.
Creazione di un gruppo di lavoro con o senza apporti
esterni.
Scelta della normativa di riferimento.
Formalizzazione delle attività mediante specifiche,
procedure e manuali della qualità.
Scelta dell’ente certificatore.
Richiesta di certificazione ed invio del manuale all’Ente
prescelto.
Visita per la certificazione.
Visite di controllo.
Visite ispettive.
CERTIFICAZIONE DI PRODOTTO



La rispondenza di un prodotto a determinati
requisiti può essere controllata in via ufficiale da
enti accreditati.
La certificazione viene ottenuta a fronte dei
positivi risultati di una serie di prove
normalizzate.
La certificazione di prodotto può essere rilasciata
da un ente certificatore oppure da un cliente (di
solito grande), che effettua una omologazione per
le forniture di suo interesse.
LA QUALITÀ IN AZIENDA
SISTEMA DI QUALITÀ

La struttura organizzativa, le responsabilità, le procedure, i
procedimenti e le risorse messi in atto per la conduzione
aziendale per la qualità.
GARANZIA DI QUALITÀ
 L’insieme delle azioni pianificate e sistematiche necessarie a
dare adeguata confidenza che un prodotto o servizio soddisfi
determinati requisiti di qualità.
CONTROLLO DELLA QUALITÀ
 Le tecniche e le attività a carattere operativo messe in atto per
soddisfare i requisiti di qualità.
POLITICA PER LA QUALITÀ


Gli obiettivi e gli indirizzi generali di una
organizzazione per quanto riguarda la qualità,
espressi in modo formale dall’Alta Direzione.
la Direzione del Fornitore deve definire e
documentare la politica, gli obiettivi e gli
impegni da essa stabiliti per la qualità.
Il fornitore deve assicurare che tale politica
venga compresa, attuata e sostenuta a tutti i
livelli aziendali.
NORME RELATIVE ALLA QUALITÀ
SISTEMI DI QUALITÀ
SCOPI
CONTRATTUALI
ISO EN 9001
ISO EN 9002
ISO EN 9003
SCOPI NON
CONTRATTUALI
ISO EN 9004
LABORATORI
UNI CEI 45001
QUALITÀ NEI MATERIALI


LA QUALITÀ DEI MATERIALI INSIEME AL
CONTROLLO DEI PROCESSI DI LAVORAZIONE
COSTITUISCE UNO DEI FATTORI PRINCIPALI PER IL
MANTENIMENTO DEL LIVELLO DI QUALITÀ
PREFISSATO IN UN PRODOTTO.
PUO’ RISULTARE QUINDI DI PARTICOLARE
INTERESSE PRENDERE IN ESAME CON MAGGIORE
DETTAGLIO QUESTO ASPETTO, CHE COSTUISCE UN
ESEMPIO DAL QUALE POSSONO ESSERE DERIVATE
CONSIDERAZIONI DI VALENZA GENERALE.
ACQUISIZIONI DA TERZI



NORMALMENTE I MATERIALI VENGONO
ACQUISITI ALL’ESTERNO. PER MANTENERE UN
ADEGUATO LIVELLO DI QUALITÀ È QUINDI
NECESSARIO:
QUALIFICARE IL FORNITORE.
OMOLOGARE IL PRODOTTO
PREDISPORRE ADEGUATE SPECIFICHE DI
ACQUISTO ED ELENCHI PROVE E COLLAUDI
DA UTILIZZARE IN OCCASIONE
DELL’ACCETTAZIONE DI CIASCUNA
FORNITURA.
QUALIFICAZIONE DEL FORNITORE
È NECESSARIO VERIFICARE CHE IL FORNITORE
POSSIEDA I MEZZI ECONOMICI E FINANZIARI, UNA
STRUTTURA TECNICA ED UN SISTEMA DI QUALITÀ
ADEGUATI PER PRODURRE O TRASFORMARE I
MATERIALI OGGETTO DELLA FORNITURA.
OMOLOGAZIONE DEL PRODOTTO
È NECESSARIO VERIFICARE CON UNA SERIE DI PROVE
DI TIPO CHE IL MATERIALE CONSIDERATO POSSIEDE
CARATTERISTICHE ADEGUATE PER IL TIPO DI IMPIEGO
A CUI È DESTINATO. TALE VERIFICA PUÒ ESSERE
PERIODICAMENTE RIPETUTA.
SPECIFICHE ED ELENCHI PROVE E COLLAUDI


Sulla base dei risultati dell’omologazione e delle caratteristiche
dichiarate dal fornitore vengono emesse le SPECIFICHE del
materiale.
Dalle specifiche si estrae un ELENCO PROVE E COLLAUDI
(EPC) di accettazione.
ACCETTAZIONE


Per ogni lotto di materiale in entrata devono essere effettuate
le prove previste dall’elenco prove e collaudi.
Tali prove potranno essere eseguite presso il fornitore, presso il
cliente o presso laboratori esterni.
NONCONFORMITÀ




Qualora un materiale risulti non conforme
dovrà essere segregato e contrassegnato in modo
da evitarne l’impiego. Dovranno essere avvertiti:
l’Ufficio Acquisti;
la Produzione;
gli Uffici Amministrativi;
la Funzione Qualità.
AZIONI CORRETTIVE




L’Ufficio Acquisti;
La Produzione;
Gli Uffici Amministrativi;
La Funzione Qualità
discuteranno la nonconformità anche con il
fornitore e decideranno se modificare il materiale o
rifiutarlo.
CONTROLLI IN FABBRICAZIONE
Durante il processo produttivo i materiali dovranno essere
adeguatamente identificati e caratterizzati per evitare un loro
impiego non corretto. I processi di trasformazione dovranno
essere descritti in una procedura.
I MATERIALI NELLA CERTIFICAZIONE DI
PRODOTTO
Poiché i materiali sono uno degli elementi determinanti ai fini del
mantenimento di un livello di qualità prefissato, è necessario che,
in concomitanza con la certificazione di un prodotto, vengano
adeguatamente caratterizzati e certificati.
COLLAUDI FINALI


Quando i processi di fabbricazione, con i
relativi collaudi intermedi, sono conclusi, sul
prodotto vengono effettuati una serie di
collaudi finali, codificati dal contratto di
vendita o da capitolati di valore generale.
Il superamento delle prove di collaudo,
eventualmente effettuate ad integrazione di
prove di omologazione costituisce la
dimostrazione che il prodotto è conforme a
quanto prescritto dal cliente.
GESTIONE DELL’AMBIENTE



Ambiente per una azienda è costituito da tutto ciò che è
situato all’esterno del sito produttivo, con cui si interagisce
con emissioni di vario tipo, che possono influenzare il livello
di vita dell’uomo, degli animali, delle piante e modificare
quindi l’ecosistema.
Al fine di ottenere la compatibilità dell’azienda con
l’ambiente si costituisce un “Sistema di gestione ambientale”
più o meno complesso che dipende direttamente dalla
Direzione.
Compito del “Sistema di gestione ambientale” è di verificare
l’osservanza di leggi e regolamenti relativi all’ambiente e di
predisporre e realizzare un piano ambientale in azienda
prefiggendosi obiettivi e scadenze temporali.
CERTIFICAZIONE DI UN “SISTEMA DI
GESTIONE AMBIENTALE”



Come per la qualità, la certificazione viene effettuata
da organismi accreditati, che normalmente si
occupano di qualità, ambiente e sicurezza.
Le Norme di riferimento sono raggruppate nella serie
ISO 14000 che si occupano, sia dei problemi di
certificazione dei sistemi, che dei prodotti, ad
esempio per la “Determinazione del ciclo di vita”,
(Life Cycle Analysis).
A livello Europeo esistono dei riconoscimenti su base
comunitaria (EMAS, Ecolabel).
GESTIONE DELLA SICUREZZA E DELLA
SALUTE SUL POSTO DI LAVORO (626/92)



La “Sicurezza e la salute sul posto di lavoro” in azienda si
riferisce a tutto ciò che è situato all’interno del sito produttivo,
con cui si interagiscono le persone che vi operano.
Al fine di ottenere la compatibilità del personale con
l’ambiente all’interno della società, si costituisce un “Sistema
di gestione della sicurezza e della salute sul posto di lavoro”
più o meno complesso che dipende direttamente dalla
Direzione.
Compito del “Sistema di gestione della sicurezza e della salute
sul posto di lavoro” è di verificare l’osservanza delle leggi e dei
regolamenti relativi alla “Sistema di gestione della sicurezza e
della salute sul posto di lavoro” di predisporre e realizzare un
piano aziendale prefiggendosi obiettivi e scadenze temporali.
CERTIFICAZIONE DI UN “SISTEMA DI
GESTIONE DELLA SICUREZZA E DELLA
SALUTE SUL POSTO DI LAVORO




Come per la qualità e l’ambiente, la certificazione viene
effettuata da organismi accreditati, che normalmente si
occupano di qualità, ambiente e sicurezza.
Attualmente non esistono norme internazionali, si fa perciò
riferimento alla norma BSI 8800 che si occupa, di
certificazione dei sistemi.
Come per l’ambiente, è naturalmente fondamentale, in via
preliminare, seguire rigorosamente la legislazione vigente.
È possibile gestire qualità, ed ambiente con un unico sistema
integrato.