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Ensayo de máquinas de corriente continua y corriente alterna. Regulación y control de
máquinas eléctricas.
Prerrequisitos y recomendaciones
Los estudiantes deben tener conocimientos de circuitos eléctricos y máquinas eléctricas. Estos conocimientos se obtienen en las asignaturas previas
de Teoría de Circuitos y Sistemas, y de Máquinas Eléctricas. Esta segunda es de especial interés, ya que en Ensayo de Máquinas Eléctricas
(impartida en el segundo cuatrimestre de 3º) se ensayan una por una las distintas máquinas estudiadas y analizadas en Máquinas Eléctricas,
impartida en el primer cuatrimestre de 3º.
Contextualización
La asignatura se centra fundamentalmente en el ensayo de las distintas máquinas eléctricas, y asimismo analiza la regulación y control de las
mismas. Tiene un carácter, por tanto, principalmente práctico, y supone la única oportunidad que va a tener el alumno en la carrera de ensayar,
manejar, utilizar y enfrentarse a una máquina eléctrica real. Por ello, y dada la alta probabilidad de que en su vida profesional, el ingeniero vaya a
tener contacto con las máquinas eléctricas, se considera muy recomendable para los alumnos.
La relación de la asignatura con Máquinas Eléctricas, obligatoria impartida en el primer cuatrimestre de 3º, ya ha sido descrita en el apartado de
Prerrequisitos y recomendaciones.
Objetivos y competencias
Los objetivos a conseguir dentro de esta asignatura son:
Ensayo de transformadores monofásicos y trifásicos: obtención de su circuito equivalente, ensayo del funcionamiento de la máquina en
distintos puntos de trabajo y validación de dicho circuito.
Ensayo de la máquina asíncrona: obtención de su circuito equivalente, ensayo del funcionamiento de la máquina en distintos puntos de
trabajo y validación de dicho circuito.
Ensayo de la máquina síncrona: obtención de su circuito equivalente, ensayo del funcionamiento de la máquina en distintos puntos de
trabajo y validación de dicho circuito.
Ensayo de la máquina de corriente continua: obtención de su circuito equivalente, ensayo del funcionamiento de la máquina en distintos
puntos de trabajo y validación de dicho circuito.
Realización y análisis de esquemas de regulación y control de máquinas eléctricas tanto de alterna como de continua
Las competencias que se trabajan en esta asignatura son:
Realización de esquemas de conexionado para ensayo de máquinas eléctricas
Utilización del instrumental necesario
Toma de datos y cálculo de parámetros
Obtención de modelos
Ensayos de funcionamiento de las máquinas
Temario y contenidos
SESIONES PRÁCTICAS
Práctica 1 Transformador monofásico
1.1 Obtención del modelo lineal: ensayos de vacío y cortocircuito
1.2 Funcionamiento con carga
Práctica 2 Conexión de transformadores monofásicos en paralelo
2.1 Puesta en paralelo de dos transformadores monofásicos: corriente de vacío
2.2 Puesta en paralelo de dos transformadores monofásicos: carga máxima
Práctica 3 Transformador trifásico
3.1 Obtención del modelo lineal: ensayos de vacío y cortocircuito
3.2 Funcionamiento con carga
Práctica 4 Máquina asíncrona: modelo lineal y balance de potencias
4.1 Obtención del modelo lineal: ensayos de vacío y cortocircuito
4.2 Separación de pérdidas magnéticas y mecánicas
4.3 Funcionamiento en carga
4.4 Balance de potencias
Práctica 5 Control de velocidad de la máquina asíncrona (I)
5.1 Identificación de los parámetros de la máquina
5.2 Control de velocidad por variación de la tensión de alimentación
5.3 Control de velocidad por variación de las resistencias rotóricas
Práctica 6 Máquina síncrona: modelos a reactancia constante y saturada
6.1 Característica de vacío
6.2 Característica de cortocircuito
6.3 Cálculo de los modelos a reactancia constante y saturada
6.4 Cálculo de la corriente de excitación
6.5 Funcionamiento en carga
Práctica 7 Máquina de corriente continua: motor en derivación y motor serie
7.1 Obtención del modelo de las máquinas
7.2 Funcionamiento en carga
Práctica 8 Control de velocidad de la máquina de corriente continua (I)
8.1 Identificación de los parámetros de la máquina
8.2 Diseño de lazos de control en la máquina de corriente continua
8.3 Control de velocidad de la máquina de corriente continua mediante lazo único y ajuste de parámetros proporcional, integral y derivativo.
Práctica 9 Control de velocidad de la máquina de corriente continua (II)
9.1 Identificación de los parámetros de la máquina
9.2 Análisis y diseño de los lazos interno de corriente/par y externo de velocidad de la máquina de corriente continua con excitación independiente.
9.3 Control de velocidad desde PC de la máquina de corriente continua con lazo interno de corriente.
Práctica 10 Control de velocidad de la máquina asíncrona (II)
10.1 Identificación de los parámetros de la máquina
10.2 Control de velocidad por variación de la frecuencia (método “v/f constante”)
SESIONES TEÓRICAS
Tema1 La máquina de corriente continua
- Características, elementos, principio de funcionamiento, ecuaciones básicas de la máquina y problema de las conmutaciones.
- Principales configuraciones de la máquina de corriente continua: excitación independiente, excitación paralelo y excitación serie.
Tema 2 Introducción a los accionamientos eléctricos
Tema 3 Accionamientos de continua
- Introducción: esquemas de control de la máquina de corriente continua.
- Diseño de lazos de control de la máquina de corriente continua con excitación independiente: control de par/corriente y control de velocidad,
dispositivos electrónicos utilizados.
Tema 4 Accionamientos de altenra con máquina asíncrona
- Introducción al control de la máquina asíncrona y principales técnicas de control.
- Control por variación de la tensión de alimentación y por variación de las resistencias rotóricas.
- Control tensión/frecuencia constante: principio de funcionamiento, dispositivos electrónicos utilizados, características y funcionamiento de los
variadores comerciales.
Metodología y plan de trabajo
Técnicas docentes para la parte práctica:
- Sesiones prácticas de trabajo en el Laboratorio de Máquinas Eléctricas del Área de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Pública de Navarra. Los
alumnos realizan las prácticas en grupos de 3 o 4 personas.
Técnicas docentes para la parte teórica:
- Clases magistrales
- Apoyo de medios audiovisuales
Planificación de la asignatura:
SESIONES PRÁCTICAS (30H.)
Práctica 1: 3H.
Práctica 2 : 3H.
Práctica 3 : 3H.
Práctica 4 : 3H.
Práctica 5 : 3H.
Práctica 6 : 3H.
Práctica 7 : 3H.
Práctica 8 : 3H.
Práctica 9 : 3H.
Práctica 10 : 3H.
SESIONES TEÓRICAS (15H.)
Tema 1: 4H.
Tema 2: 3H.
Tema 3: 4H.
Tema 4: 4H.
Evaluación
La nota final es el resultado de la media ponderada de los exámenes práctico (70%) y teórico (30%)
El examen práctico consiste en la realización de una de las prácticas realizadas a lo largo de la asignatura sobre el ensayo de una máquina eléctrica.
El examen teórico se centra en los contenidos de las sesiones teóricas y las prácticas destinadas a la regulación y control de máquinas eléctricas.
Bibliografía y recursos
BIBLIOGRAFÍA FUNDAMENTAL
[1] L. Marroyo Palomo y P. Sanchis Gúrpide, “Ensayo de máquinas eléctricas. Regulación y control de máquinas
de corriente continua y alterna”, material docente de la Universidad Pública de Navarra, 2004.
BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA
[1] J. Sanz Feito, “Máquinas Eléctricas”, Ed. Prentice-Hall, Madrid, 2004. ISBN: 84-205-3391-2.
[2] Jesús Fraile Mora, “Máquinas Eléctricas”, Ed. McGraw-Hill, quinta edición, 2003. ISBN: 84-481-3913-5.
[3] S. J. Chapman, “Electric Machinery Fundamentals”, fourth edition, Ed. McGraw-Hill, 2005. ISBN: 0-07246523-9.
[4] S. J. Chapman, “Máquinas Eléctricas”, McGraw-Hill, tercera edición (traducción de la tercera edición en
inglés), 2000. ISBN: 958-41-0056-4.
[5] A. E. Fitzgerald, C. Kingsley, S.D. Umans, “Electric Machinery”, sixth edition, Ed. McGraw-Hill, 2003. ISBN: 007-366009-4.
[6] A. E. Fitzgerald, C. Kingsley, S. D. Umans, “Máquinas Eléctricas”, Segunda edición (traducción de la quinta
edición en inglés), Ed. McGraw-Hill, 1992. ISBN: 970-10-0202-4.
[7] P. C. Sen, “Principles of Electric Machines and Power Electronics”, Ed. John Wiley & Sons, 1997. ISBN: 0471-02295-0.
[8] G. R. Slemon, “Electric Mchines and Drives”, Ed. Addison-Wesley, 1996. ISBN: 0-201-57885-9.
[9] L. Marroyo Palomo, P. Sanchis Gúrpide y E. Gubía Villabona, “Generadores Eléctricos”, Ed. Ulzama, 2004.
ISBN: 84-96063-49-6.
Material docente adicional elaborado en el Área de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Pública de Navarra:
[1] L. Marroyo Palomo, P. Sanchis Gúrpide y J. López Taberna, “Problemas resueltos de máquinas eléctricas”,
material docente de la Universidad Pública de Navarra, 2004.