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TE2014: Máquinas eléctricas y controladores
CIP: 141001 Ingeniería Eléctrica/Electrónica y Comunicaciones
Departamento académico que la ofrece: Tecnologías Electrónicas C - L - U: 3 - 1 - 8
Programas académicos en los que se imparte: IME07-6
Requisitos: ( Haber aprobado TE2012 ) se recomienda llevar simultáneamente el Laboratorio
TE2013
Equivalencias: No tiene.
Acreditables: E 00865 y E 00967
Intención del curso en el contexto general del plan de estudios:
Es un curso de nivel intermedio, que tiene la intención de utilizar el pensamiento crítico para
analizar problemas de conversión de energía electromecánica y seleccionar el mejor equipo para
una aplicación. Se pretende que el alumno aprenda cómo funcionan las máquinas sincrónicas y
de corriente directa y entender los problemas y las soluciones para el arranque y control de
velocidad de máquinas de corriente alterna y de directa.
Objetivo general de la materia:
Al finalizar el curso el alumno será capaz de:
1.- Analizar teórica y experimentalmente el comportamiento de la máquina sincrónica y de
corriente directa.
2.- Conocer las formas de controlar la velocidad de motores así como invertir su dirección de
giro.
3.- Seleccionar la máquina más adecuada para una aplicación.
4.- Conocer el equipo para el arranque y el control de velocidad de máquinas de corriente alterna
y de corriente directa.
Temas y subtemas del curso:
1.- Máquina sincrónica.
1.1 Construcción de máquinas de rotor cilíndrico y de polos salientes.
1.2 Conceptos básicos de generación de voltaje.
1.3 Circuito equivalente de la máquina de rotor cilíndrico.
1.4 Potencia y par.
1.5 Característica de potencia - ángulo de potencia.
1.6 Sincronización de un generador, control de potencia activa y reactiva.
1.7 Arranque de motores sincrónicos.
1.8 Control de velocidad de motores.
2.- Máquina de corriente directa.
2.1 El modelo más simple.
2.2 Introducción al proceso de conmutación.
2.3 Problemas de conmutación en la máquina real.
2.4 Dirección del flujo de potencia y pérdidas.
2.5 Diferentes conexiones de máquinas de corriente directa.
2.6 Circuito equivalente de una máquina de corriente directa.
2.7 La curva de magnetización de una máquina de corriente directa.
2.8 Características de máquinas de corriente directa en sus diferentes conexiones.
2.9 Máquina de imán permanente.
2.10 Métodos de arranque y control de velocidad de motores de corriente directa.
2.11 Cálculo de regulación y eficiencia.
3.- Arranque y control de velocidad de motores.
3.1 Arranque y control de velocidad de motores de corriente directa.
3.2 Cálculo de resistencias usadas en arrancadores de motores de corriente directa.
3.3 Protecciones usadas en motores de corriente directa.
3.4 Controles de motores de corriente directa reversibles.
3.5 Diferentes tipos de frenados usados en motores de corriente directa.
3.6 Arranque y control de velocidad de motores de corriente alterna.
3.7 Cálculo de impedancias de arrancadores de motores de corriente alterna.
3.8 Protecciones usadas en motores de corriente alterna.
3.9 Controles de motores de corriente alterna reversibles.
3.10 Frenado de motores de inducción.
4.- Trabajo experimental.
4.1 Motores de inducción monofásicos.
4.2 Características de máquinas sincrónicas, su circuito equivalente y control de factor de
potencia.
4.3 Características de máquinas de corriente directa, su circuito equivalente y control de
voltaje y velocidad.
4.4 Arrancadores para motores sincrónicos y motores de corriente directa.
Objetivos específicos de aprendizaje por tema:
1.- Máquina sincrónica
1.1 Describir la construcción de máquinas de rotor cilíndrico y de polos salientes.
1.2 Deducir la ecuación de voltaje generado aplicando la ley de Faraday.
1.3 Usar el circuito equivalente de la máquina de rotor cilíndrico linearizándola
1.4 Calcular potencia y par en máquinas sincrónicas.
1.5 Usar la ecuación de potencia- ángulo de potencia.
1.6 Sincronizar un generador a la red eléctrica y controlar potencia activa y reactiva.
1.7 Describir el proceso que se requiere para arrancar motores sincrónicos.
1.8 Describir las formas de controlar la velocidad de motores y su factor de potencia.
2.- Máquina de corriente directa.
2.1 Analizar el modelo más simple.
2.2 Comprender el funcionamiento e inconvenientes del proceso de conmutación en la
máquina real.
2.3 Cálculo e interpretación de la dirección del flujo de potencia y pérdidas.
2.4 Conocer las distintas conexiones de máquinas de corriente directa.
2.5 Analizar y comprender el circuito equivalente de un motor de corriente directa.
2.6 Analizar la curva de magnetización de una máquina de corriente directa.
2.7 Entender el funcionamiento y propiedades de las diferentes conexiones de máquinas
de corriente directa.
2.8 Entender el funcionamiento y propiedades del motor de imán permanente.
2.9 Conocer los diferentes métodos de arranque de motores de corriente directa.
2.10 Entender la razón por la cual se debe limitar la corriente en el momento de arranque.
2.11 Calcular regulación y eficiencia.
3.- Arranque y control de velocidad de motores.
3.1 Describir los diferentes circuitos usados para el arranque y control de velocidad de
motores de corriente directa.
3.2 Calcular resistencias usadas en arrancadores de motores de corriente directa.
3.3 Describir el funcionamiento de las protecciones usadas en motores de corriente
directa.
3.4 Describir como se puede invertir la dirección de giro de motores de corriente directa.
3.5 Explicar la forma en que operan los diferentes tipos de frenados usados en motores de
corriente directa.
3.6 Describir los circuitos usados para el arranque y control de velocidad de motores de
corriente alterna.
3.7 Calcular impedancias de arrancadores de motores de corriente alterna.
3.8 Describir la forma de operar las protecciones usadas en motores de corriente alterna.
3.9 Describir la forma de invertir la dirección de giro de motores de corriente alterna.
3.10 Explicar el funcionamiento de los diferentes tipos de frenado de motores de
inducción.
4.- Trabajo experimental.
4.1 Describir los mecanismos para arrancar motores de inducción monofásicos.
4.2 Determinar las características de máquinas sincrónicas, su circuito equivalente y
controlar su factor de potencia.
4.3 Determinar las características de máquinas de corriente directa, su circuito
equivalente y controlar voltaje en generadores y velocidad en motores.
4.4 Conocer el funcionamiento de los arrancadores para motores sincrónicos y motores de
corriente directa.
Metodología de enseñanza y actividades de aprendizaje:
1. Exposición teórica de cada tema por parte del maestro, acompañada de ejercicios en clase.
2. Se realizarán prácticas de laboratorio utilizando la máquina corriente alterna y la máquina de
corriente directa.
3. Asignación de problemas para ser resueltos por los alumnos.
Técnica didáctica sugerida: Aprendizaje colaborativo y método experimental
Tiempo estimado de cada tema:
1.- Máquina sincrónica: 10 horas
2.- Máquina de corriente directa: 18 horas
3.- Arrancadores y controles de velocidad: 18 horas
4.- Prácticas de laboratorio: 15 horas
5.- Exámenes parciales: 3 horas
Políticas de evaluación sugeridas:
Exámenes parciales: 50%
Examen final: 30%
Trabajo en Laboratorio: 10%
Tareas: 10%
Bibliografía:
LIBROS DE TEXTO:
Sen, P. C. (Paresh Chandra), Principles of electric machines and power electronics : John Wiley
& Sons, c1997., , , , [ISBN 0-471-02295-0 (papel alcalino)]
o
Chapman, Stephen J., Electric machinery and power system fundamentals : McGraw-Hill,
c2002., , , , [ISBN 0-07-229135-4, ISBN0-07-112179-X (International Student ed.)]
y
Siskind, Charles S., Electrical Control Systems in Industry, McGraw-Hill, 1963
LIBROS DE CONSULTA:
A.E. Fitzgerald, Ch. Kingsley, S.D. Umans, Electric Machinery, Quinta Edición, McGraw Hill
1990
Stephen J. Chapman, Electric Machinery Fundamentals, Second Edition, McGraw Hill 1990
Gordon R. Slemon, Electric Machines and Drives, Addison Wesley 1992
Majmudar, Electromechanical Energy Converters, N. Y., Allyn Bacon 1965
Material de apoyo: Acetatos, notas y apuntes del profesor
Perfil del profesor:
· Áreas en las que se requiere el grado académico (no refiere a nombres de programas):
Maestría en Ingeniería Eléctrica/Electrónica y Comunicaciones; Doctorado en Ingeniería
Eléctrica/Electrónica y Comunicaciones
CIP: 141001
· Experiencia recomendada:
Frases temáticas:
Máquina sincrónica
Alternador
Máquina de corriente directa
Arranque de motores
Control de velocidad.