Download Tema I INTRODUCCION A LA MAQUINA ELECTRICA

pROGRAMA DOCENTE DE ELECTROTECNIA XERAL
Curso 2001/2002
Código da materia
Nome da materia
Tipo materia
Alumnos novos
Alumnos totais
Créditos aula/grupo (A)
Créditos laboratorio/grupo (L)
Créditos prácticas/grupo (P)
Número grupos Aula
Número grupos Laboratorio
Número grupos Prácticas
Anual/Cuatrimestral
Departamento
Área de coñecemento
3041004450
Electrotecnia xeral
Obrigatoria
39
89
7,5
1,5
0
1
3
0
Anual
Enxeñería Eléctrica
Enxeñería Eléctrica
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PROFESOR QUE IMPARTE A MATERIA:
Nome: Antonio Quicler Costas
Código: 1743
Créditos: 7,5 A+1,5 L
Lugar de tutorías: E.T.S.E.I. – Despacho 140
Horario: martes de 11 a 14
MÉTODO DOCENTE:
A docencia de teoría e problemas desenvolverase na aula utilizando basicamente a pizarra e o proxector
de transparencias.
A docencia de laboratorio terá lugar no laboratorio de electrotecnia, realizando prácticas de montaxes e
comprobación de circuitos eléctricos.
SISTEMA DE VALIDACIÓN:
Número de probas parciais: 2
Tipo de Avaliacións:
Avaliación da docencia de Aulas:
 Necesidade de aprobar as probas escritas
 Valorarase a participación nas clases.
Avaliación da docencia de Laboratorios:
 Traballos complementarios de prácticas obrigatorios
 Valorarase a participación nas prácticas.
Criterios de valoración:
Criterios de valoración das probas: Especificaránse en cada proba.
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CONTIDO DO TEMARIO
TEMA I: INTRODUCCION, AXIOMAS E ELEMENTOS DE CIRCUITOS
Lección 1.- Unidades.- Referencias de polaridad.- Circuito eléctrico.- Axiomas de Kirchhoff.- Problemas
fundamentais na teoría de circuitos.
Lección 2.- Elementos e a súa clasificación.- Resistencia: Definición, representación e modelo
matemático.- Fontes independentes de tensión e intensidade: Definicións, representacións e modelos
matemáticos.- Fontes dependentes de tensión e intensidade.
Lección 3.- Condensador: Definición, representación e modelo matemático.- Bobina: Definición,
representación e modelo matemático. Bobinas acopladas magnéticamente: Definiciones.- Ecuacións de
fluxos. Inductancias propias e mutuas. Representacións e modelos matemáticos. Transformador ideal.Circuitos magnéticos.- Relacións de Tensión.- Relacións de Intensidade.
Lección 4.- Potencia e enerxía: Conceptos e definicións.- Potencia e enerxía en elementos ideais:
resistencias, condensadores, bobinas, bobinas acopladas, transformadores e fontes. Potencia e enerxía en
fontes reais.
Lección 5.- Asociacións dos elementos dun circuito. Concepto de impedancia e admitancia operacional.Asociacións paralelo e serie de: resistencias, condensadores e bobinas.- Divisores de tensión.- Divisores
de intensidade.
Lección 6.- Transformación estrela e triángulo.- Conversión de fontes reais.- Modificación xeométrica de
circuitos.
TEMA II: METODOS DE ANALISIS DE CIRCUITOS ELECTRICOS.
Lección 7.- Topoloxía de circuitos: Definicións e representacións dos circuitos.- Número e elección das
ecuacións independentes circulares e nodais. Ramas activas: ramas normalizadas e rama activa
xeneralizada.
Lección 8.- Análisis mediante ecuacións circulares: Formas matriciais. Impedancias operacionais.
Escritura directa das ecuacións correspondentes ó análisis por mallas: circuitos sen acoplamentos e
circuitos con acoplamentos.
Lección 9.- Análisis mediante ecuacións nodais: Concepto de tensión de corte e formas matriciais.
Admitancias operacionais. Escritura directa das ecuacións correspondentes ó análisis por nudos: circuitos
sen acoplamientos e circuitos con acoplamentos.
TEMA III: CIRCUITOS EN REXIMEN ESTACIONARIO SENOIDAL.
Lección 10.- Determinación do réximen estacionario senoidal polo método simbólico.- Modelos dos
elementos pasivos básicos ante variables senoidais.- Concepto de impedancias e admitancias complexas.Circuitos básicos de corrente alterna: Serie e Paralelo.- Diagramas fasoriais de tensión e intensidade.Impedancias e admitancias de entrada ós dipolos pasivos.
Lección 11.- Potencia e enerxía no réximen estacionario senoidal. Potencias instantánea, media e activa
nos elementos básicos.- Potencia e enerxía nos dipolos.- Potencia aparente e reactiva.- Potencia
complexa.- Diagrama fasorial de potencias.- Teorema de Boucherot.- O factor de potencia e a súa
importancia nos sistemas eléctricos.- Corrección do factor de potencia: Casos simples.- Medida da
potencia: Vatímetros e Varímetros.
Lección 12.- Técnicas xenerales de análisis de circuitos en réximen estacionario senoidal.- Teoremas
fundamentais en réximen estacionario senoidal.
TEMA IV: SISTEMAS TRIFÁSICOS.
Lección 13.- Introducción.- Fontes e cargas nos sistemas trifásicos.- Secuencia de fase.- Tensións e
intensidades nos sistemas trifásicos.- Teorema xeneralizado de Thevenin e Norton.- Conversión de fontes
ideais e reais trifásicas.- Conversión de cargas trifásicas.
Lección 14.- Análisis de circuitos trifásicos equilibrados: Reducción a un circuito monofásico. Potencias
e a súa medida. Diagramas fasoriais. Compensación do factor de potencia.
Lección 15.- Análisis de circuitos trifásicos desequilibrados: Estrela - Triángulo. Diagramas fasoriais.
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PRACTICAS DE LABORATORIO
Realizaranse as seguientes prácticas de laboratorio:
TEMA I: ELECTROMETRÍA E INSTRUMENTACIÓN BÁSICAS.
Aplicacións do galvanómetro como: amperímetro, voltímetro e ohmímetro.
Poente de Wheatstone.
Características e aplicacións do osciloscopio.
TEMA II: ELEMENTOS DE CIRCUITOS.
Determinación das características de: xeneradores de tensión, condensadores, bobinas e bobinas con acoplamientos magnéticos.
TEMA III: CIRCUITOS EN RÉXIMEN ESTACIONARIO SENOIDAL.
Comportamiento das bobinas e condensadores en CA
Teorema da máxima transferencia de potencia
Adaptación de impedancias mediante transformadores
Medidas das potencias activas e reactivas
Contadores monofásicos de enerxía
Compensación de energía reactiva
TEMA IV: SISTEMAS TRIFÁSICOS.
Determinación da secuencia de fase
Medidas das potencias activas e reactivas
Contadores trifásicos de enerxía
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BIBLIOGRAFÍA
Teoría de Circuitos, V.M. Parra, J. Ortega, A. Pastor e A. Pérez-Coyto.
Asdo: Antonio Quicler Costas
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ELECTROTECNIA XERAL (4º CURSO DE MECÁNICA)
PROGRAMA RESUMIDO
TEMA I: INTRODUCCION, AXIOMAS E ELEMENTOS DE CIRCUITOS
TEMA II: ELEMENTOS DE CIRCUITOS
TEMA III: CIRCUITOS EN RÉXIMEN ESTACIONARIO SENOIDAL.
TEMA IV: SISTEMAS TRIFÁSICOS
Asdo: Antonio Quicler Costas
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PROGRAMA DE ELECTROTECNIA XERAL
(2º Cuatrimestre)
MAQUINAS ELECTRICAS
4º CURSO DE ENXEÑERIA INDUSTRIAL
ESPECIALIDADE DE MECANICA
---- Curso Académico 2001-02 ----
Fdo: Xose M. López Fernández
MAQUINAS ELECTRICAS 304100445
4º CURSO DE ENXEÑERIA INDUSTRIAL
INTENSIFICACION MECANICA
CURSO 2001/02
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Asignatura: ELECTROTECNIA XERAL - Máquinas Eléctricas
Profesor: Dr. Xose M. López Fernández
Despacho: 247 – Departamento de Enxeñería Eléctrica
E-mail: [email protected]
Docencia:
Tel: 986 812177
Clases teóricas
+
Prácticas de laboratorio
PROGRAMA
TEMA I: INTRODUCCION A LA MAQUINA ELECTRICA
TEMA II: TRANSFORMADORES
TEMA III: GENERALIDADES SOBRE MAQUINAS ELECTRICAS ROTATIVAS
TEMA IV: MAQUINA ASINCRONA. REGIMEN EQUILIBRADO
TEMA V: MAQUINA SINCRONA
TEMA VI: MAQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
TEMA VII: MAQUINA UNIVERSAL
OBJETIVOS
Dar una visión de los principios básicos:
 Constructivos
 Funcionamiento
de las máquinas eléctricas clásicas.
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ESTRUCTURA DE LA MATERIA
(Parte A)
TEMA I: INTRODUCCION A LA MAQUINA ELECTRICA
TEMA II: TRANSFORMADORES
(Parte B)
TEMA III: GENERALIDADES SOBRE MAQUINAS ELECTRICAS ROTATIVAS
TEMA IV: MAQUINA ASINCRONA. REGIMEN EQUILIBRADO
TEMA V: MAQUINA SINCRONA
TEMA VI: MAQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
TEMA VII: MAQUINA UNIVERSAL
CONTENIDO TEORICO DE LA MATERIA
Tema I INTRODUCCION A LA MAQUINA ELECTRICA
LECCION I.1 Fundamentos electromagnéticos y electromecánicos
Antecedentes. Desarrollo histórico del electromagnetismo.
Líneas de Fuerza. Campo electromagnético.
Postulados fundamentales en M.E. Campos cuasi-estacionários.
Principios fundamentales del electromagnetismo.
Existencia y obtención de un campo magnético.
Principio de transformación electromagnética. Acción transformadora.
Principio de conversión electromecánica. Acción generador. Acción motor.
Materiales magnéticos. Ferromagnetismo. Presencia del entrehierro.
El concepto de circuito equivalente.
Semejanzas y diferencias entre circuito magnético y circuito eléctrico.
LECCION I.2 Consideraciones previas sobre las máquinas eléctricas
Constitución física general de la máquina eléctrica.
Tipos de alimentación.
Flujo de dispersión.
Pérdidas. Pérdidas fijas. Pérdidas variables.
Balance de potencias.
Rendimiento. Variación del rendimiento con la carga.
Calentamiento.
Campo de temperaturas. Temperatura de régimen.
Refrigeración.
Potencia nominal.
Tipos de aislantes.
Regímenes de servicio.
Formas constructivas y protección mecánica.
Normas. Recopilación de normas sobre máquinas eléctricas.
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Placa de características.
Tema II TRANSFORMADORES
LECCION II.1 Introducción a los transformadores
Definición de transformador.
Elementos básicos del transformador.
Relaciones fundamentales del transformador ideal.
Funcionamiento en vacío del transformador ideal.
Funcionamiento en carga del transformador ideal.
Importancia y localización del transformador.
Aspectos constructivos del transformador.
Refrigeración. Tipos de refrigeración.
Accesorios. Relé de gas o Buchholz. Pasatapas.
Clasificación de los transformadores.
Designaciones y símbolos del transformador.
Placa de características del transformador.
Potencia nominal de un transformador.
Estructura de un transformador trifásico.
LECCION II.2 Transformador monofás ico de potencia
Comportamiento real del transformador monofásico en vacío.
- Deformación de la corriente de excitación.
- Bobina de reactancia. Resistencia de devanado.
Comportamiento real del transformador monofásico en carga.
Diagrama vectorial del transformador.
Circuito equivalente (C.E.) del transformador monofásico.
Obtención de los parámetros del C.E. Ensayos. Ensayo de vacío. Ensayo de C.C.
Tensiones relativas.
Corriente de cortocircuito de fallo.
Caída de tensión interna en un transformador. Regulación.
Influencia del f.d.p. en la caída de tensión interna.
Tensión secundaria constante. Tomas de regulación.
Pérdidas en un transformador.
Rendimiento de un transformador.
Corriente de conexión de un transformador.
Problemas: Conocidos los valores de los ensayos de un transformador monofásico, obtener:
Parámetros del circuito equivalente reducidos al primario. Corriente de cortocircuito de
falta. Caídas de tensión relativas para una carga y un f.d.p. dados. Regulación para un
determinado índice de carga y con un determinado f.d.p. Tensión secundaria en los casos
anteriores. Rendimiento con diferentes índices de carga y f.d.p. Potencia de máximo
rendimiento y rendimiento máximo para distintos f.d.p. Comparar y discutir analítica y
gráficamente los resultados.
LECCION II.3 Transformador trifásico. Régimen equilibrado
Justificación de los transformador trifásico.
Banco trifásico. Núcleo trifásico.
Banco trifásico de tres columnas.
Banco trifásico de cinco columnas.
Asimetrías del núcleo magnético.
Elección de un núcleo trifásico frente al banco trifásico.
Tipos de conexiones.
Ensayos del transformador trifásico. Ensayo de vacío. Ensayo de cortocircuito.
Indice horario.
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Relación de transformación.
Circuito equivalente.
Armónicos en las corrientes de vacío y el flujo.
Configuraciones. Ventajas e inconvenientes de las conexiones más utilizadas.
Acoplamiento en paralelo de transformadores y condiciones necesarias.
Problemas: Dado el esquema de conexión de las bornas de un transformador trifásico, y conocida su
potencia y la relación de tensiones compuestas, así como los valores de ensayo de vacío y
cortocircuito, obtener: Parámetros del circuito equivalente aproximado del
transformador reducido al primario. Tipo de configuración e índice horario. Regulación
y rendimiento para distintos índices de carga y con distintos f.d.p. Acoplando en paralelo
otro transformador para alimentar una carga que demande potencia superior a la de un
solo transformador, determinar potencias aparentes, activas así como el reparto de cargas
de cada transformador. Comparar y discutir analítica y gráficamente los resultados.
Obtener índices horarios a partir de conexiones de los devanados del transformador y
viceversa.
LECCION II.4 Autotransformador
Constitución del Autotransformador.
Ventajas e inconvenientes de los autotransformadores.
Estudio comparativo del autotransformador con el transformador.
Autotransformador trifásico.
LECCION II.5
Transformador de medi da y protección
Transformador de Tensión.
Funcionamiento del transformador de tensión.
Error de relación y error de fase.
Clases de precisión.
Transformador de Intensidad.
Funcionamiento del transformador de intensidad.
Error de relación y error de fase.
Clases de precisión.
Tema III GENERALIDADES DE MAQUINAS ELECTRICAS ROTATIVAS
LECCION III.1 Máquina rotativa (MR). Aspectos constructivos
Formas geométricas básicas de las máquinas eléctricas rotativas.
Estampado de la chapa. Ranuras. Dientes.
Polos magnéticos. Línea neutra. Paso polar.
Colector . Colector de delgas. Colector de anillos.
Devanados. Lado activo del devanado.
Devanado concentrado de paso diametral.
Devanado concentrado de paso acortado.
Devanado distribuido concentrico/excentrico de paso diametral.
Devanado distribuido concentrico/excentrico de paso acortado.
Devanado abierto. Devanado cerrado. Devanado ondulado. Devanado imbricado.
LECCION III.2 FMM en el entrehierro y FEM induci da en la MR
Campo magnético en el entrehierro. Campo magnético fijo.
Alimentación con C.C / C.A.
- Devanado concentrado de paso diametral.
- Devanado distribuido de paso diametral.
- Devanado distribuido de paso acortado.
Campo magnético pulsante.
- Campo magnético con devanado trifásico.
Campo giratorio. Teorema de Ferraris.
Teorema de Leblanc.
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FEM inducida en un devanado de una máquina eléctrica.
Factores que afectan a la FEM inducida en un devanado.
Armónicos de FEM. Origen y eliminación de los armónicos.
Clasificación y análisis cualitativo de las máquinas clásicas.
Tema IV MAQUINA ASINCRONA. REGIMEN EQUI LIBRADO
LECCION IV.1 La Máquina así ncrona o de inducci ón trifásica
Justificación de la utilización de la máquina asíncrona
Constitución física de la máquina de inducción.
Aspectos constructivos. Rotor en jaula de ardilla. Rotor devanado o bobinado.
Principio de funcionamiento de la máquina asíncrona.
Conexiones estatóricas.
Concepto de deslizamiento. Frecuencia rotórica.
Relación de transformación: tensión; intensidad; impedancias.
Reducción del rotor al estator. Circuito equivalente (CE) de la máquina de inducción.
Resistencia de carga.
Obtención de los parámetros del C.E. Ensayos.
LECCION IV.2 Comportamiento de la máquina así ncrona trifásica
Balance de potencias en el motor de inducción.
- Pérdidas.
- Potencia electromagnética.
- Potencia mecánica interna.
- Potencia útil.
Rendimiento.
Par interno. Par útil.
Característica par-velocidad: Característica natural.
Modos de funcionamiento de la máquina asíncrona: motor; generador; freno.
Diagrama del círculo
- Planteamiento y deducción del diagrama del círculo
- Lugares geométricos de magnitudes importantes
- Elección de escalas.
Problemas: Conociendo los datos necesarios de un motor de inducción trifásico de rotor devanado,
así como los valores de los ensayos de vacío y de rotor bloqueado, obtener mediante el
circuito equivalente: El tipo de conexión estatórica. Los parámetros del circuito
equivalente. Corriente de arranque del motor, corriente de alimentación, potencia útil en
CV, par mecánico, rendimiento, velocidad para diferentes deslizamientos. Par máximo.
Resistencia adicional necesaria para disponer del par máximo en el arranque. Comparar
y discutir analítica y gráficamente los resultados.
Lo mismo pero mediante el diagrama del círculo, considerando además el caso
generador. Comparar y discutir analítica y gráficamente los resultados.
LECCION IV.3 Accionamiento del motor asíncrono trifásico
Proceso de arranque del motor de inducción.
- Par de aceleración.
- Tiempo de arranque.
- Pérdidas en régimen dinámico.
Precauciones a tener en cuenta en el proceso de arranque.
Arranque del motor asíncrono trifásico.
- Arranque de los motores en jaula de ardilla.
- Arranque de los motores de rotor bobinado.
Ventajas e inconvenientes de cada uno de los métodos de arranque.
Motores de doble jaula de ardilla.
Regulación de velocidad del motor asíncrono.
Ventajas e inconvenientes de los distintos métodos de variación de velocidad.
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LECCION IV.4 Motor de inducción monofásico
Constitución física y principio de funcionamiento del motor de inducción monofásico.
Estudio comparativo con el motor trifásico.
Circuito equivalente.
Métodos de arranque y características de funcionamiento del motor de inducción monofas.
Tema V MAQUINA SINCRONA
LECCION V.1 Máquina síncrona
Aspectos constructivos de la máquina síncrona.Colector de anillos.
Principio de funcionamiento. Inductor; Inducido.
Modos de funcionamiento.
Sistemas de excitación en alternadores.
Regulador de velocidad: Estatismo.
Análisis lineal del funcionamiento un alternador.
Circuito equivalente.
Funcionamiento en vacío.
Funcionamiento en carga.
Reacción de inducido.
Dependencia de la reacción de inducido con la carga.
Tema VI MAQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
LECCION VI.1 Máquina de C.C.
Importancia histórica de la máquina de corriente continua.
Aspectos constructivos de la máquina de corriente continua: Colector de delgas.
Principios de funcionamiento.
Análisis lineal de la máquina de C.C.
Circuito equivalente. Magnitudes fundamentales: FEM y Par.
Modos de funcionamiento.
El fenómeno de la conmutación.
Reacción de inducido.
Características de funcionamiento del motor de C.C.
- Excitación independiente.
- Autoexcitación.
- Regulación de velocidad.
Tema VII MAQUINA UNIVERSAL
LECCION VII.1 Máquina universal
Aspectos constructivos del motor universal.
Principio de funcionamiento del motor universal.
Característica de funcionamiento.
El fenómeno de la conmutación.
Semejanzas del motor universal con el motor de C.C.
Aplicaciones del motor universal.
PRACTICAS DE LABORATORIO
1º Prácticas (1º parcial):
TRANSFORMADORES
2º Prácticas:
MAQUINAS ROTATIVAS
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Antes de la nota final de Junio, se debe presentar una memoria por práctica de
cada grupo de prácticas. En la memoria se indicarán el montaje eléctrico, se
describirá el desarrollo de la misma y se mostrarán los resultados.
PACTICAS DE CAMPO
Se trata de una visita de estudios a la empresa:
EFASEC Empresa Fabril de Máquinas Eléctricas
O Porto
 Transformadores
 Motores eléctricos
CRITERIOS DE EVALUACION
Exámenes parciales (Teoría + Problemas). En nuestro caso coincidentes con la
estructura de la materia de la siguiente forma:
Exámenes
1º Parcial ( Abril)
2º Final ( Junio)
(recuperación 1º Parcial)
CONTENIDO
(Parte A)
Teoría
Problemas
(Parte B)
Teoría
Problemas
PUNTUACION
6 /10
4/ 10
6 /10
4 /10
Cada parte tienen un peso de (6 / 10) y (4 / 10) respectivamente.
Un parcial estará superado, cuando se supere tanto la parte de
TEORIA (más o igual de 3/10 ) , como la de PROBLEMAS (más o igual de 2/10).
La nota final será la suma de ambas partes: TEORIA + PROBLEMAS .
Los parciales aprobados se conservarán durante las dos primeras convocatorias
consecutivas correspondientes a un curso académico (Convocatoria de
Xuño/Setembro).
Las prácticas de laboratorio serán obligatorias para aprobar la asignatura.
TUTORIAS
Martes: 10:00 – 12:00
Miercoles: 9:15 – 11:00
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
(*) Transformadores de Potencia, de Medida y de Protección.
Enrique Ras
Editorial Marcombo
(*) Curso Moderno de Máquinas Eléctricas Rotativas
Manuel Cortés Cherta
Editores Técnicos Asociados
(*) Máquinas Eléctricas
Jesús Fraile Mora
Segunda Edición, Diciembre 1993
Servicio de Publicaciones
Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos
Colección Escuelas
Máquinas Eléctricas
Stephen J. Chapman
McGraw-Hill
Maquinas Eléctricas. Funcionamiento en régimen permanente
Juan Suarez Creo y Blanca N. Miranda Blanco
Tórculo Edicións
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