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UNIVERSIDAD AUTONOMA DE BUCARAMANGA
MAQUNAS ELECTRICAS
1. Identificación del curso
1.1 Facultad / Departamento:
1.2 Programas que lo ofrecen:
1.3 Nivel:
Facultad de Ingenierías
Ingeniería en Energía, Ingeniería Mecatrónica
Pregrado
1.4 Área de Formación:
1.5 Línea de Conocimiento:
1.6 Código del Curso:
Estudios Profesionales
Electricidad
ELEC18002
1.7 Clase:
1.8 Periodo Académico de revisión de la guía:
1.9 Créditos:
Quinto semestre
201610 - Primer Semestre de 2016
3
1.10 Intensidad Horaria Semanal:
Horas Teóricas: 3
Horas Prácticas: 2
Horas de Estudio Independiente: 4
1.11 Pre-Requisitos:
1.12 Co-Requisitos:
FISI-19003 - Ondas y Partículas
ELEC-18001 - Circuitos Eléctricos
1.13 Profesor:
1.15 e-mail :
Carlos Alberto Rey Soto
[email protected]
2. JUSTIFICACIÓN
La conversión de la energía mecánica en eléctrica, o viceversa es una de las formas más comunes de
aprovechamiento de la energía. El uso de máquinas eléctricas es bastante común hoy en día y las
encontramos en las aplicaciones industriales y en artefactos eléctricos cotidianos comerciales y residenciales
como una nevera, una licuadora o una lavadora.
Existen varias razones por las cuales se utilizan máquinas eléctricas en los diferentes procesos industriales
donde se requiera fuerza motriz en diversas formas. Entre otras, está su facilidad de control, su emisión cero
de contaminantes, su alta eficiencia y su bajo mantenimiento.
El curso de máquinas eléctricas permite estudiar los principios de funcionamiento de transformadores,
motores y generadores de corriente alterna (CA) y corriente continua (CC), características constructivas,
evaluación del desempeño a través de su circuito equivalente, criterios de selección para diversas
aplicaciones, estrategias básicas de control y formas de conexión, todos estos conceptos orientados dentro
del marco filosófico de la optimización y del uso racional de la energía (URE), que son el fundamento del
programa de Ingeniería en Energía.
3. Competencias
3.1 Competencia Global:
Calcula, selecciona, opera, evalúa, realiza montajes y mantiene las máquinas eléctricas utilizadas en sistemas
de potencia y en instalaciones industriales.
3.2 Indicadores de Competencia:
3.1 Calcula, selecciona y opera transformadores monofásicos y trifásicos, convencionales o especiales.
3.2 Calcula, selecciona y opera motores trifásicos de corriente alterna (CA).
3.3 Calcula, selecciona y opera generadores trifásicos de corriente alterna (CA).
3.4 Calcula, selecciona y opera generadores y motores de corriente continua (CC).
3.5 Evalúa el desempeño del funcionamiento de las máquinas eléctricas trifásicas.
Guía de Cátedra Máquinas Eléctricas 2015(2) - 1
3.6 Determina el reparto de la carga entre generadores sincrónicos acoplados en paralelo.
3.7 Mejora el factor de potencia de un sistema mediante la utilización de motores sincrónicos.
3.8 Selecciona la máquina eléctrica más adecuada con base en el tipo de carga.
3.9 Selecciona e instala los elementos y accesorios para el arranque, regulación de velocidad y protección
de máquinas eléctricas.
3.3 Saberes asociados
PARTE TEÓRICA
Unidad 1: ANALISIS DE CARGAS MONOFASICAS Y TRIFASICAS USANDO MATLAB
1.1 Conceptos de fasor e impedancia
1.2 Análisis de cargas monofásicas
1.3 Análisis de cargas trifásicas balanceadas
1.4 Transformación de conexiones ∆-Y
1.5 Análisis de cargas trifásicas no balanceadas
Unidad 2: FUNDAMENTOS DE LOS CIRCUTOS MAGNETICOS.
2.1 Circuitos magnéticos y materiales magnéticos.
2.2 Métodos de análisis de los circuitos magnéticos.
2.3 Enlaces de flujo, inductancia y energía.
2.4 Propiedades de los materiales magnéticos.
2.5 Circuito magnético con excitación senoidal.
2.6 Pérdidas en el núcleo de un circuito magnético.
Unidad 3: TRANSFORMADORES MONOFASICOS Y TRIFASICOS
3.1 Introducción a los transformadores.
3.2 El transformador ideal.
3.3 Circuito equivalente del transformador real.
3.4 Circuito equivalente aproximado del transformador.
3.5 Pruebas para determinación de parámetros.
3.6 Evaluación del desempeño de un transformador.
3.7 El autotransformador.
3.8 Transformadores trifásicos.
3.9 Transformadores de medición.
3.10 Sistema de cálculos por unidad.
3.11 Conexión de transformadores en paralelo.
Unidad 4: MOTOR DE INDUCCION
4.1 Clasificación y métodos de construcción.
4.2 Campo magnético giratorio del estator.
4.3 Fuerza magnetomotriz del rotor y deslizamiento.
4.4 Circuito equivalente del motor de inducción.
4.5 Par y potencia desarrollada en el motor de inducción.
4.6 Determinación de parámetros a partir de pruebas.
4.7 Selección y aplicación del motor de inducción.
4.8 Arranque y control de velocidad.
4.9 Motores de inducción monofásicos.
Unidad 5: MÁQUINA SINCRONA DE CORRIENTE ALTERNA
5.1 Fundamentos de la máquina síncrona.
5.2 Circuito equivalente del generador de polos cilíndricos.
5.3 Regulación de voltaje en el generador de polos cilíndricos.
Guía de Cátedra Máquinas Eléctricas 2015(2) - 2
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
Potencia activa y reactiva en el generador de polos cilíndricos.
Generador síncrono de polos salientes.
Determinación experimental de la impedancia síncrona.
Desempeño del generador síncrono con carga.
Acoplamiento en paralelo de generadores síncronos.
El motor síncrono.
Unidad 6: MAQUINAS DE CORRIENTE DIRECTA
6. 1
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6. 3
6. 4
6. 5
6. 6
6. 7
6. 8
Fundamentos de la máquina DC.
Principio de la conmutación.
Circuito equivalente de armadura de la máquina DC.
Tipos de excitación de la máquina DC.
Reacción de armadura: efecto de la carga.
Desempeño del generador DC.
Desempeño del motor DC.
Arranque y control de velocidad del motor DC.
PARTE EXPERIMENTAL:
Análisis de cargas trifásicas utilizando MATLAB.
Pruebas de polaridad, vacío y corto-circuito de un transformador monofásico.
Conexión de transformadores trifásicos.
Prueba de vacío y rotor bloqueado de un motor de inducción.
Curva característica par-velocidad de un motor de inducción.
Arranque estrella-triángulo de un motor trifásico de inducción jaula de ardilla
Arranque y regulación de velocidad de un motor trifásico de inducción mediante variador de
frecuencia.
P8 Curva característica de un generador síncrono.
P9 Curva característica de un generador DC.
P10 Métodos de arranque y control de velocidad de motores DC.
P1
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4. Metodología (Del Profesor)
En la parte teórica, se realizarán clases por parte del profesor utilizando medios audiovisuales, lo que se
complementa con entrega de guías de estudio y series de ejercicios, algunos de los cuales son desarrollados
en clases y el resto a resolver por los alumnos en forma personal. En la parte práctica, se desarrollarán
experimentos en el Laboratorio de Máquinas Eléctricas para el montaje de circuitos típicos de control de
arranque y velocidad de motores de corriente alterna y corriente directa.
Del Estudiante
• Exposición individual o en grupos de los estudiantes. Realización de prácticas en el laboratorio de
Máquinas Eléctricas.
• Consulta en libros, Internet, y revistas especializadas sobre temas propuestos.
• Los temas desarrollados durante las clases, y aquellos entregados como lecturas a los estudiantes, serán
objeto de evaluación.
• Los temas cubiertos en cada clase deben ser complementados por el estudiante mediante lecturas
adicionales, en español o en inglés, para lograr un mayor entendimiento de la asignatura.
• Para verificar el grado de aprendizaje logrado por el estudiante, se realizarán exámenes escritos
individuales y talleres en grupo. Los estudiantes estarán siempre preparados para ser evaluados.
Nota: El estudiante debe llevar a clases la guía de estudio y la guía de cátedra.
Guía de Cátedra Máquinas Eléctricas 2015(2) - 3
5. Evaluación
Primer corte: 50%
•
•
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10 %
20%
70 %
Asistencia participativa
Quices, tareas y problemas de refuerzo.
Examen de conocimientos.
Segundo corte: 50%
•
•
•
10%
20 %
70 %
Asistencia participativa
Quices, tareas y problemas de refuerzo.
Examen de conocimientos
6. Bibliografía
Texto guía:
Guías de Estudio elaboradas por el Profesor: Carlos Alberto Rey Soto – UNAB - 2015
Libros:
1. STEPHEN J. CHAPMAN. Maquinas Eléctricas 4ª edición. Mc Graw Hill. 2005. 3ª Edición.
2. FITZGERALD, KINGSLEY y UMANS. Máquinas Eléctricas 6ª edición. Mc Graw Hill. 2004.
3. DONAL V. RICHARSON. Máquinas Eléctricas Rotativas y Transformadores 4ª edición. Prentice
Hall. 1997.
4. JIMMIE J. CATHEY. Máquinas Eléctricas. Análisis y diseño aplicando MATLAB®. Mc Graw Hill.
2002.
5. TEODORE WILDI. Máquinas Eléctricas y Sistemas de Potencia 6ª edición. Prentice Hall. 2006.
6. PEDRO PONCE CRUZ. Máquinas Eléctricas y técnicas modernas de control. Alfa Omega 200.
(621.310412 P792).
7. ENRIQUEZ HARPER. Experimentos con Máquinas Rotativas y Transformadores. Limusa. 2005.
(621.31042 E59).
Software y enlaces de Internet:
1. MATLAB 2010 y 2013b
2. EXCEL
3. http://www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/capitulo/8448127641.pdf
4. http://www.bun-ca.org/publicaciones/manuales/espanol/ManualMotores30nov09.pdf
FECHA ELABORACIÓN:
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FIRMA DECANO DE FACULTAD
Guía de Cátedra Máquinas Eléctricas 2015(2) - 4
Febrero de 2016