Premessa

Questo articolo non ha lo scopo di aiutare gli studenti svogliati ad evitare i calcoli (imparare a svolgerli è una formazione indispensabile !), ma, dopo la scuola, nella pratica progettazione, non avrebbe senso continuare a svolgerli "manualmente", con perdita di tempo e grande possibilità di errori.

Soprattutto nei calcoli di circuiti elettrici in alternata, il ricorso ai numeri complessi costringe a passaggi gravosi per ottenere i risultati finali.

Il ricorso agli attuali mezzi di calcolo, fra cui i programmi di simulazione circuitale, diventa quindi una necessità.

L'approccio alla loro utilizzazione non è però sempre immediato, così come l'interpretazione dei risultati può presentare, almeno inizialmente, qualche difficoltà.

L'articolo vuole quindi essere un aiuto a superare tali difficoltà mostrando semplicissimi esempi di calcolo che utilizzano la funzione Analysis/Dynamic AC di MicroCap9.

Un primo esempio

Come primo semplice esempio, vediamo di applicare MicroCap al calcolo delle tensioni e della corrente in un circuito con induttanza e resistenza in serie, alimentate da un generatore a 220V 50Hz. La stesura dello schema è immediata (si consulti eventualmente il riferimento citato all'inizio):

Dopo aver disegnato il circuito (si noti che l'aggiunta di un punto di massa è indispensabile per il riferimento di tutti i valori calcolati) ed assegnati i valori, si attiva Analysis/Dynamic AC.. e compare la relativa finestra dove possono essere stabilite la frequenza (50Hz) e la forma di rappresentazione del risultato (per default: modulo e fase in gradi), dopodiché appare immediatamente il risultato del calcolo:

L'interpretazione di questi risultati è evidente se si mettono in forma vettoriale

Tracciando V1 e la tensione ai capi di R1 (VR1), si può infatti ricavare anche la tensione ai capi di L1 (VL1).

Oltre la tensioni si può visualizzare anche il valore di corrente circolante:

Qui il risultato è banale. Ovviamente la corrente ha la stessa fase di VR1 ed il sui modulo è ricavabile dividendo questa tensione per R1.

Per confronto e conferma dei risultati si mostra anche il procedimento di calcolo in MathCad

Esempio di rifasamento

Volendo procedere al rifasamento del circuito precedente, basta aggiungere in parallelo al generatore V1 un appropriato condensatore, C1.

Per la determinazione del valore opportuno si può procedere per calcolo, ma anche semplicemente approssimando per tentativi (immagino le critiche dei "benpensanti", ma avendo a disposizione un simulatore si può fare!).

Supponiamo quindi di aver determinato in 14uF questo valore:

Richiamando l'analisi in corrente si ha allora:

che può essere interpretata vettorialmente così (chiamando Irif la corrente "rifasata" del generatore e IC la corrente nel condensatore):

Qualche perplessità può darla la fase di Irif indicata da MicroCap, che appare prossima ai 180°, ma ciò è dovuto alla direzione assunta (vedi freccia accanto al generatore): chiaramente la corrente del generatore va in realtà nella direzione opposta. Questa anomalia è data dal fatto che i simulatori assumono per i generatori la stessa convenzione degli utilizzatori.

Anche in questo caso possiamo vedere il confronto con il seguito del calcolo precedente in MathCad:

Come si vede lo sfasamento si è ridotto a meno di 1°

Circuiti trifase

E' ovvio che l'utilità di un simulatore è tanto più grande quanto è complesso in circuito da analizzare.

Fra questi ci sono senz'altro i circuiti trifase squilibrati.

Ecco un esempio di cosa si ottiene con un semplice "click" (dopo beninteso aver disegnato il circuito):

Anche questo vale la pena di confrontarlo con la procedura di un mezzo potente di calcolo quale MathCad:

I dati (V1,V2,V3 sono le tensioni R,S,T)

ed il calcolo (limitato alle sole correnti)

Credo non ci sia bisogno di altri commenti.