Máquinas Eléctricas I G862 (2015)

• 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.

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.