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  • Máquinas Eléctricas I G862 (2015)

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    Profesor

    Miguel Ángel Rodríguez Pozueta

    Departamento de Ingeniería Eléctrica y Energética

     

     

     

     

     

     

       

    “Máquinas Eléctricas I” es una asignatura del Grado en Ingeniería Eléctrica que sirve para iniciar el estudio de las máquinas eléctricas. Dado su carácter básico puede utilizarse para otras titulaciones de ingeniería.

       

    Palabras Clave de la Asignatura

    Rotor, Par, Corriente Alterna, Potencia, Síncronas, Torque, Electromagnetismo, Corriente Continua, Normativa, Escobillas, Devanados, Entrehierro, Inducción, Generador, Máquinas Eléctricas, Velocidad, Campo Magnético, Transformador, Asíncronas, Motor.

    Generator, Alternate Current, Synchronous, Magnetic Field, Transformer, Electrical Machines, Induction, Power, Electromagnetism, Winding, Estator, Standards, Direct Current, Stator, Asynchronous, Brush, Air Gap, Speed.

  • Programa

    programa

     

     

    Datos identificativos de la Asignatura

    • Asignatura: Máquinas Eléctricas I G862

    • Código: G862

    • Departamento / Área: Departamento de Ingeniería Eléctrica y Energética

    • Título: Grado en Ingeniería Eléctrica

    • Centro: Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación

    • Créditos ECTS: 6

    • Idioma de impartición: Español

    • Profesor responsable: Miguel Ángel Rodríguez Pozueta

     

     

     

        Presentación de la asignatura    

     

    • Las máquinas eléctricas constituyen un campo clásico e importante de la Ingeniería Eléctrica.

    • La asignatura “Máquinas Eléctricas I” es la primera de las dedicadas a las máquinas eléctricas dentro del Grado de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Cantabria. En ella se realiza un estudio de los conceptos básicos comunes a todas las máquinas eléctricas y se muestra un análisis inicial de las cuatro máquinas clásicas: el transformador y las máquinas asíncronas, síncronas y de corriente continua.

    • Para abordar esta asignatura el alumno/a debe tener conocimientos de Electromagnetismo y de Circuitos Eléctricos y unas nociones básicas de Mecánica y de Transmisión de Calor. A su vez esta es la asignatura que inicia el estudio de las Máquinas Eléctricas y que sirve de fundamento a todas las demás de este campo. Los conocimientos adquiridos en ella también se utilizan posteriormente en las asignaturas relativas a las Instalaciones y a las Centrales Eléctricas y a los Sistemas Eléctricos de Potencia.

    • Además del Grado en Ingeniería Eléctrica, esta asignatura, dado su carácter fundamental, puede servir asimismo para otras titulaciones de ingeniería. En efecto, hay varias ramas de la ingeniería (Ingeniería de Minas, Ingeniería Electrónica, Ingeniería Civil, etc.) que necesitan incorporar conocimientos básicos de las máquinas eléctricas y que pueden emplear la documentación de esta asignatura para abordar estos conocimientos.

    • En la documentación para esta asignatura se ha prestado especial cuidado en el material gráfico que acompaña a los textos. Casi todo este material es en color. La mayor parte de las figuras y de las fotos son originales y las que no lo son se trata de imágenes de libre difusión y en cada una de ellas se indica su procedencia. 

    • Aunque las figuras son casi siempre en color y en el texto también se han utilizado colores, se ha procurado que el documento quede perfectamente claro si se imprime en blanco y negro.

    • También se ha cuidado la maquetación de los documentos, los cuáles se han preparado de tal manera que el alumno/a que desee economizar papel, pueda imprimir cada uno de estos documentos a mitad de tamaño, es decir, a dos páginas por hoja, y obtenga un documento impreso cómodamente legible y con una buena presentación. Los apuntes teóricos tienen índice para facilitar su manejo.

    • Las colecciones de problemas resueltos que se incluyen en la documentación de esta asignatura están estructuradas para facilitar que el alumno/a resuelva los problemas por sí mismo y que, únicamente después de intentarlo, el alumno/a vaya a consultar la resolución detallada. Se ha procurado colocar la resolución de cada problema en hojas diferentes al enunciado para, en lo posible, evitar al alumno/a la tentación de que lea la solución antes de intentar resolver el problema por su cuenta. Además, en cada problema –y antes de mostrar su resolución– se indican unas sugerencias que ayudan a los alumnos/as que encuentran dificultades en resolverlo.

     

     

     

        Programa de la asignatura    

     

    Bloque Temático I. Principios generales de las máquinas eléctricas

    • Tema 1.1. Resumen del electromagnetismo aplicado a las máquinas eléctricas.

    • Tema 1.2. Materiales magnéticos. Circuitos y pérdidas magnéticos. Resistencia de pérdidas magnéticas.

    • Tema 1.3. Elementos básicos de las máquinas eléctricas. Constitución.

    • Tema 1.4. Campo magnético en el entrehierro.

    • Tema 1.5. F.e.m. inducida en un devanado.

    • Tema 1.6. Clasificación general y análisis cualitativo de las máquinas eléctricas:

      • a. Transformadores.

      • b. Máquinas síncronas.

      • c. Máquinas de c.c.

      • d. Máquinas asíncronas.

    • Tema 1.7. Pérdidas, calentamiento y rendimiento. Generación y disipación de calor. Densidad de corriente. Aislamiento. Potencia asignada.

    • Tema 1.8. Especificaciones. Placa de características.

     

    Bloque Temático II. Transformadores

    • Tema 2.1. Principales aspectos constructivos. Aislamiento. Refrigeración.

    • Tema 2.2. Principio de funcionamiento de un transformador monofásico.

    • Tema 2.3. Funcionamiento en vacío de un transformador monofásico.

    • Tema 2.4. Reducción al primario. Ecuaciones. Circuito equivalente de un transformador. Parámetros de resistencia y de inductancia.

    • Tema 2.5. Ensayos del transformador.

    • Tema 2.6. Cortocircuito permanente de un transformador.

    • Tema 2.7. Caída de tensión en un transformador.

    • Tema 2.8. Pérdidas y rendimiento de un transformador.

    • Tema 2.9. Corriente de excitación o de vacío de un transformador.

    • Tema 2.10. Autotransformadores. Transformadores de medida.

     

    Bloque Temático III. Máquinas asíncronas o de inducción

    • Tema 3.1. Aspectos constructivos y principio de funcionamiento. Motores de jaula de ardilla y de rotor bobinado.

    • Tema 3.2. Frecuencia de las corrientes del rotor. Fuerzas electromotrices. Ecuaciones. Reducción del rotor al estator. Resistencia de carga. Parámetros.

    • Tema 3.3. Circuitos equivalentes exacto y aproximado. Marcha en vacío.

    • Tema 3.4. Ensayos del motor asíncrono.

    • Tema 3.5. Balance de potencias. El par.

    • Tema 3.6. Característica par-deslizamiento. Puntos notables.

    • Tema 3.7. Modos de funcionamiento. Motor, generador y freno.

    • Tema 3.8. Arranque de los motores asíncronos.

    • Tema 3.9. Motores de doble jaula y de ranura profunda.

    • Tema 3.10. Motores monofásicos de inducción.

    • Tema 3.11. Máquinas asíncronas especiales.

     

    Bloque Temático IV. Máquinas síncronas

    • Tema 4.1. Aspectos constructivos y principio de funcionamiento.

    • Tema 4.2. Sistemas de excitación.

    • Tema 4.3. Funcionamiento en vacío. Valores por unidad (p.u.).

    • Tema 4.4. Funcionamiento en carga. Regulación de tensión. Fuerzas magnetomotrices. Correlación fasorial. Reacción de inducido. Diagrama fasorial de un alternador. Factor de saturación.

    • Tema 4.5. Análisis lineal de la máquina síncrona. Circuito equivalente:

      • a. Método de Behn-Eschenburg. Impedancia síncrona.

      • b. Características de vacío y cortocircuito de la máquina síncrona. Determinación de las impedancias síncronas saturada y no saturada.

    • Tema 4.6. Análisis no lineal de la máquina síncrona: Métodos de Potier o del f.d.p. nulo y A.S.A.

    • Tema 4.7. Máquinas síncronas de polos salientes. Teoría de las dos reacciones. Obtención de las reactancias síncronas longitudinal y transversal.

    • Tema 4.8. Funcionamiento de un alternador aislado. Regulador de excitación. Características exterior y de regulación. Regulador de velocidad. Curva de estatismo.

    • Tema 4.9. Otros motores y generadores síncronos: de garras, de histéresis, de reluctancia, paso a paso…

     

    Bloque Temático V. Máquinas de corriente continua

    • Tema 5.1. Introducción.

    • Tema 5.2. Aspectos constructivos y principio de funcionamiento. Colector de delgas. Devanados de corriente continua.

    • Tema 5.3. F.e.m. inducida. Par electromagnético.

    • Tema 5.4. Reacción del inducido. Devanado compensador.

    • Tema 5.5. Conmutación. Polos auxiliares.

    • Tema 5.6. Tipos de máquinas de corriente continua.

  • Bibliografía

    bibliografia

      

     

        Básica    

     

    • Fitzgerald, Kingsley & Umans (2004): «Máquinas eléctricas». McGraw Hill Interamericana. Madrid.

    • Faure Benito (2000): «Máquinas y accionamientos eléctricos». Colegio Oficial de Ingenieros Navales y Oceánicos. Madrid.

    • Fraile Mora, J. & Fraile Ardanuy, J. (2005): «Problemas de máquinas eléctricas» (Colección Schaum). McGraw Hill Interamericana. Madrid.

    • Fraile Mora, J. (2015): «Máquinas eléctricas». Ibergarceta Publicaciones, S.L. Madrid.

    • Sanz Feito, J. (2002): «Máquinas eléctricas». Pearson Education. Madrid.

    • Suárez Creo, J.M. & Miranda Blanco, B.N. (2006): «Máquinas eléctricas. Funcionamiento en régimen permanente». Tórculo Edicions, S.L. Santiago de Compostela.

     

     

     

        Complementaria    

     

    • Chapman (2005): «Máquinas eléctricas». McGraw-Hill Interamericana. Madrid.

    • Cortes Cherta (1994): «Curso moderno de máquinas eléctricas rotativas». 5 Tomos. Editores Técnicos Asociados. Barcelona.

    • Fraile Mora, J. (2005): «Electromagnetismo y circuitos eléctricos». McGraw Hill Interamericana. Madrid.

    • Ivanov-Smolenski (1984): «Máquinas eléctricas». Editorial Mir. Moscú.

    • Kostenko & Piotrovski (1979): «Máquinas eléctricas». Editorial Mir. Moscú.

    • Langsdorf (1968): «Teoría de las máquinas de corriente alterna». Editorial Castillo, D.L. Madrid.

    • Massachusetts Institute of Technology (M.I.T.) (1981): «Circuitos magnéticos y transformadores: estudio amplio de las características físicas de los circuitos magnéticos y de su aplicación al cálculo y diseño de los mismos y de los transformadores». Editorial Reverté. Buenos Aires.

    • Ras Oliva, E. (1988): «Transformadores de potencia, medida y protección». Marcombo. Barcelona.

    • Serrano Iribarnegaray, L. (1989): «Fundamentos de máquinas eléctricas rotativas». Marcombo Boixareu Editores. Barcelona.

    • Serrano Iribarnegaray, L. (2001): «Teoría de los fasores espaciales: introducción y aplicaciones industriales». Marcombo Boixareu Editores. Barcelona.

    • Wildi, T. (2007): «Máquinas eléctricas y sistemas de potencia». Pearson Educación. México.

  • Materiales de Clase

    materiales

     

     

    • MC-F-002. Tema 1. Principios generales de las máquinas eléctricas.
    • MC-F-004. Tema 3. Máquinas asíncronas o de inducción.
    • MC-F-005. Tema 4. Máquinas síncronas.
    • MC-F-006. Tema 5. Máquinas de corriente continua.

  • Prácticas

    practicas

      

     

    • PR-F-001. Recomendaciones para realizar prácticas en un laboratorio eléctrico.
    • PR-F-002. Práctica de laboratorio del Tema 2. Transformadores monofásicos. Documentación de la Práctica de laboratorio.
    • PR-F-003. Práctica de laboratorio del Tema 2. Transformadores monofásicos.
    • PR-F-004. Práctica de laboratorio del Tema 3. Máquinas asíncronas o de inducción. Documentación de la Práctica de laboratorio.
    • PR-F-005. Práctica de laboratorio del Tema 3. Máquinas asíncronas o de inducción.
    • PR-F-006. Práctica de laboratorio del Tema 4. Máquinas síncronas. Documentación de la Práctica de laboratorio.
    • PR-F-007. Práctica de laboratorio del Tema 4. Máquinas síncronas.

  • Ejercicios

    ejercicios

     

      

    Tema 1. Principios generales de las máquinas eléctricas

    • EP-F-001. Ejercicio 1.1. Problemas propuestos de principios generales de las máquinas eléctricas.

      

    Tema 2. Transformadores

    • EP-F-002. Ejercicio 2.1. Problemas propuestos de transformadores monofásicos.

    • EP-F-003. Ejercicio 2.2. Problemas resueltos de transformadores monofásicos.

    • EP-F-004. Ejercicio 2.3. Archivo ZIP: Hoja de cálculo «Caltran» para el análisis de transformadores (incluye documento "Aviso" y archivo "Léame").

     

    Tema 3. Máquinas asíncronas o de inducción

    • EP-F-005. Ejercicio 3.1. Problemas propuestos de máquinas asíncronas o de inducción.

    • EP-F-006. Ejercicio 3.2. Problemas resueltos de máquinas asíncronas o de inducción.

    • EP-F-007. Ejercicio 3.3. Archivo ZIP: Hoja de cálculo «Calasin» para el cálculo de máquinas aíncronas (incluye una pestaña con la "Ayuda").

     

    Tema 4. Máquinas síncronas

    • EP-F-008. Ejercicio 4.1. Problemas propuestos de máquinas síncronas.

    • EP-F-009. Ejercicio 4.2. Problemas resueltos de máquinas síncronas.

     

    Tema 5. Máquinas de corriente continua

    • EP-F-010. Ejercicio 5.1. Problemas propuestos de máquinas de corriente continua.

    • EP-F-011. Ejercicio 5.2. Problemas resueltos de máquinas de corriente continua.

  • Otros Recursos

    otros_recursos

     

     

    • AENOR. La Asociación Española de Normalización y Certificación es una entidad privada sin fines lucrativos que se creó en 1986. Es el organismo legalmente responsable del desarrollo y difusión de las normas técnicas en España.

    • CENELEC. Es el Comité Europeo de Normalización Electrotécnica. Es una organización no lucrativa que agrupa a los comités electrotécnicos nacionales de 30 países europeos. Su misión es preparar normas en las áreas eléctrica y electrónica que sean comunes para los países europeos.

    • Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) es una organización mundial para la normalización. Su objetivo es promover la cooperación internacional sobre todas las cuestiones relativas a la normalización en los campos eléctrico y electrónico.

    • EASA. The Electrical Apparatus Service Association, Inc. es una asociación americana de reparadores de motores eléctricos. Publica varias normas técnicas.

    • EURODEEM. Se trata de una base de datos de motores eléctricos. El objetivo es utilizar esta base de datos para desarrollar el uso de motores de mayor rendimiento y mejorar así la eficiencia energética de una instalación. Desde este sitio web se puede descargar un programa para gestionar esta base de datos.

    • IEEE. El Institute of Electrical and Electronics Engineers, que normalmente se le conoce como "IE al cubo", es la mayor institución mundial de ingenieros eléctricos y electrónicos. Tiene multitud de publicaciones: revistas, normas, libros,... y organiza una gran cantidad de congresos.

    • IET-IEE. La Institution of Engineering and Tecnology, IET, se fundó en 2006 como resultado de la fusión de la IEE y de la IIE. La IEE, conocida como "IE al cuadrado", era la mayor institución europea de ingenieros eléctricos y electrónicos.

    • Miguel A. Rodríguez Pozueta. Sitio Web del autor en la Universidad de Cantabria. Con información sobre máquinas eléctricas y la ingeniería eléctrica en general.

    • NEMA. The Association of Electrical and Medical Imaging Equipmen Manufacturers es una asociación de fabricantes americanos de material eléctrico. Publica varias normas técnicas.

    • CALCOMP. Es un libro de cálculo Excel, que permite realizar operaciones aritméticas con números complejos y resolver sistemas de hasta 9 ecuaciones lineales con 9 incógnitas en números complejos.

  • Pruebas de Evaluación

    evaluacion

      

     

        Ejemplo de examen    

     

    • PE-F-001. Prototipo de examen final. Teoría y problemas.

      

      

      

        Criterios de evaluación    

     

      

    MÉTODOS DE EVALUACIÓN "MÁQUINAS ELÉCTRICAS I G862"

      

    Descripción

    Tipología

    Evaluación final

    Recuperación

    %

    Prácticas de laboratorio

    Evaluación en laboratorio

    Sí

    No

    10%

    • Calificación mínima: 0,00.

    • Duración:

    • Fecha realización: Durante el periodo lectivo.

    • Condiciones recuperación:

    • Observaciones: La nota de este apartado tendrá en cuenta la participación e implicación del alumno/a durante las Prácticas de Laboratorio y el informe sobre cada práctica que debe entregar posteriormente. Las Prácticas de Laboratorio no son recuperables.

    Pruebas escritas parciales

    Examen escrito

    Sí

    Sí

    45%

    • Calificación mínima: 4,00.

    • Duración:

    • Fecha realización: Durante el periodo lectivo.

    • Condiciones recuperación: Recuperable mediante los exámenes finales (convocatorias ordinaria y extraordinaria).

    • Observaciones: La asignatura se divide en estas partes: 1ª parte: Temas 1 y 2. 2ª parte: Temas 3, 4 y 5. Se realizará una prueba escrita parcial de Teoría para cada una de estas partes. Si la nota media aritmética del conjunto de todas estas pruebas es inferior a 4 sobre 10 (todas las pruebas parciales tienen el mismo peso al calcular esta media) el alumno/a deberá recuperar la totalidad de la Teoría en los Exámenes Finales. En caso contrario, esta nota media tiene un peso del 45% sobre la Nota Final de la asignatura.

    Examen final

    Examen escrito

    Sí

    Sí

    45%

    • Calificación mínima: 4,00.

    • Duración:

    • Fecha realización: Convocatorias oficiales.

    • Condiciones recuperación: Los contenidos del Examen Final se pueden recuperar en la convocatoria extraordinaria.

    • Observaciones: Este examen consta de 2 apartados:

      • Problemas.

      • Teoría.

    • Los alumnos/as que obtengan una nota media aritmética del conjunto de las pruebas escritas parciales igual o superior a 4 (sobre 10) sólo necesitan presentarse al apartado de Problemas del Examen Final, que tiene un peso del 45% de la Nota Final de la asignatura.

    • El apartado de Teoría de los Exámenes Finales sirve de recuperación para los alumnos/as que no hayan alcanzado una nota media de 4 (sobre 10) durante el curso en las pruebas escritas parciales. Estos alumnos/as deben examinarse de la totalidad de la Teoría (en los Exámenes Finales la Teoría no se subdivide). La Teoría tiene un peso del 45% en la Nota Final.

    • Los aprobados en Teoría y/o en Problemas se guardan.

      TOTAL

    100%

    OBSERVACIONES:

    • La Nota Final de Teoría es la media aritmética de las notas obtenidas en las pruebas escritas parciales (todas las pruebas parciales tienen el mismo peso en el cálculo de esta media) o, en su caso, en la parte de Teoría de los Exámenes Finales.

    • La Nota Final de Problemas es igual a la nota obtenida en la parte de Problemas de los Exámenes Finales.

    • La Nota Final de la Asignatura es igual a la suma del 10% de la nota de Laboratorio, más el 45% de la Nota Final de Teoría y más el 45% de la Nota Final de Problemas.

    • Para aprobar la asignatura hay que obtener una Nota Final de la asignatura igual o superior a 5 (sobre 10) y conseguir que ni la Nota Final de Teoría ni la Nota Final de Problemas sean inferiores a 4 (sobre 10).

    • Los aprobados en Teoría y/o en Problemas no se guardan para los cursos siguientes.

    OBSERVACIONES para alumnos/as a tiempo parcial:

    • Los alumnos/as a tiempo parcial tendrán las mismas condiciones que el resto de los alumnos/as.

  • Guía de Aprendizaje

    guia

     

     

  • Sobre el Profesor

    profesor

     

     

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    Miguel Ángel Rodríguez Pozueta

     

    Departamento de Ingeniería Eléctrica y Energética

    UNIVERSIDAD DE CANTABRIA
     
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