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  • Máquinas Eléctricas II (2018)

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    Profesor

    Miguel Ángel Rodríguez Pozueta

    Departamento de Ingeniería Eléctrica y Energética

     

     

     

     

     

       

    “Máquinas Eléctricas II” es una asignatura del Grado en Ingeniería Eléctrica que sirve para estudiar el comportamiento, las maniobras y el control de los diferentes tipos de máquinas eléctricas. Dado su carácter aplicado puede ser de utilidad para técnicos de otras titulaciones de ingeniería.

       

    Palabras Clave de la Asignatura

    Máquinas Eléctricas, Transformador, Generador, Alternador, Motor, Asíncronas, Síncronas, Inducción, Corriente Continua, Corriente Alterna, Potencia, Par, Velocidad, Frecuencia, Normativa, Control, Arranque, Frenado, Acoplamiento, Paralelo.

    Electrical Machines, Transformer, Generator, Alternator, Motor, Asynchronous, Synchronous, Induction, Direct Current, Alternate Current, Power, Torque, Speed, Frequency, Standards, Control, Starting, Braking, Coupling, Parallel.

  • Programa

    programa

     

     

    Datos identificativos de la Asignatura

    • Asignatura: Máquinas Eléctricas II

    • Código: G868

    • 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 II” es la continuación de la asignatura “Máquinas Eléctricas I (G862)”, que ya se encuentra en el OpenCourseWare-UC (OCW). Con ella se dispone en el OCW de un bloque de dos asignaturas con un estudio completo sobre el comportamiento de las máquinas eléctricas. Evidentemente, antes de cursar esta asignatura hay que haber estudiado previamente la de “Máquinas Eléctricas I (G862)”.

    • En esta asignatura se aplican los conocimientos adquiridos previamente en Máquinas Eléctricas I (G862)” para analizar el comportamiento de los distintos tipos de máquinas eléctricas en diferentes situaciones, para realizar maniobras con ellas y para regular algunas magnitudes: velocidad, tensión, potencia, frecuencia…

    • A su vez, dentro del Grado en Ingeniería Eléctrica, estas dos asignaturas constituyen la base para las asignaturas que versan sobre Máquinas y Accionamientos Eléctricos. Además, algunos de los conocimientos incluidos en “Máquinas Eléctricas II” se emplean en asignaturas de Instalaciones, Centrales y Sistemas Eléctricos y de Electrónica de Potencia.

    • Esta asignatura estudia las aplicaciones y el manejo de las máquinas eléctricas, lo que la hace interesante para técnicos de otras especialidades que necesiten usar estas máquinas. 

    • En los apuntes teóricos dedicados a las máquinas asíncronas o de inducción, que son el tipo de motor usado más frecuentemente en la industria, se han añadido anexos con conocimientos avanzados, muchos de los cuáles son difíciles de encontrar en la literatura técnica en Español. Estos apuntes incluyen, también, algunos problemas resueltos que permiten comprender mejor los conceptos expuestos. Esta información se ha incorporado para los alumnos/as a los que les interese profundizar en estas máquinas a un nivel superior al que se imparte en la asignatura o que la vayan a necesitar posteriormente en su vida profesional. Además, al incluir esta asignatura en el OCW-UC, se pone esta información al alcance de cualquier ingeniero que la necesite. En los apuntes se indican qué contenidos superan el nivel de la asignatura.

    • Los materiales que se ponen a disposición de los alumnos/as en esta asignatura son los siguientes:

      • Apuntes donde estudiar la teoría.

      • Colecciones de problemas propuestos y otras de problemas resueltos para que los alumnos/as puedan practicar en casa.

      • La documentación de cada Práctica de laboratorio. En ella se explica el desarrollo de la práctica, se proporcionan los esquemas eléctricos de los circuitos a montar y se incluyen las plantillas donde anotar las medidas realizadas en el laboratorio y los cálculos posteriores.

      • En algunos temas se entrega una hoja Excel que permite comprobar los resultados obtenidos al resolver problemas.

      • Ejemplos de exámenes de la asignatura.

      • Relación de bibliografía de apoyo.

    • 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. Los números de página de estos índices actúan como hiperenlaces a las páginas correspondientes.

    • 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. Transformadores

    • Tema 1.1. Resumen de la teoría de los transformadores monofásicos.

    • Tema 1.2. Regímenes transitorios en transformadores: cortocircuitos y corriente de conexión.

    • Tema 1.3. Transformadores trifásicos con cargas equilibradas. Índice horario.

    • Tema 1.4. Transformadores trifásicos con cargas desequilibradas. Cargas monofásicas. Componentes simétricas.

    • Tema 1.5. Armónicos de la corriente de vacío en transformadores trifásicos.

    • Tema 1.6. Conexión en paralelo de transformadores. Condiciones de acoplamiento. Potencia máxima total. Transformador equivalente a varios en paralelo.

    • Tema 1.7. Transformadores de medida y de protección.

     

    Bloque Temático II. Máquinas de corriente continua

    • Tema 2.1. Introducción.

    • Tema 2.2. Aspectos constructivos.

    • Tema 2.3. Principio de funcionamiento.

    • Tema 2.4. Reacción del inducido.

    • Tema 2.5. Conmutación.

    • Tema 2.6. Generadores de corriente continua: Aspectos generales.

    • Tema 2.7. Generadores de corriente continua: Características de servicio.

    • Tema 2.8. Motores de corriente continua: aspectos generales.

    • Tema 2.9. Motores de corriente continua: características de funcionamiento. Maniobras. Regulación de velocidad.

    • Tema 2.10. Motor monofásico de corriente alterna con colector de delgas.

     

    Bloque Temático III. Máquinas síncronas

    • Tema 3.1. Resumen de la teoría de la máquina síncrona funcionando como generador aislado.

    • Tema 3.2. Acoplamiento de un alternador a una red de potencia infinita.

    • Tema 3.3. Potencias activa y reactiva en una máquina síncrona en red de potencia infinita. Angulo de par. Curva del par. Interpretación mecánica del ángulo de par.

    • Tema 3.4. Estabilidad estática. Par sincronizante.

    • Tema 3.5. Comportamiento de una máquina síncrona en una red de potencia infinita. Compensador síncrono.

    • Tema 3.6. Motor síncrono. Curvas de Mordey.

    • Tema 3.7. Funcionamiento de alternadores en paralelo.

    • Tema 3.8. Cortocircuitos.

    • Tema 3.9. Oscilaciones pendulares. Estabilidad dinámica.

     

    Bloque Temático IV. Máquinas asíncronas o de inducción

    • Tema 4.1. Repaso de la teoría básica de funcionamiento de las máquinas asíncronas. Par de una máquina asíncrona con marcha industrial. Fórmula de Kloss.

    • Tema 4.2. Circuitos equivalentes simplificados. Par de un motor asíncrono con corrientes desequilibradas. Pares debidos a los armónicos temporales de la corriente.

    • Tema 4.3. Par del motor asíncrono alimentado con una fuente de corriente y a flujo constante. Comportamiento de una máquina asíncrona con deslizamientos pequeños.

    • Tema 4.4. Arranque de motores de inducción. Tiempo de arranque.

    • Tema 4.5. Motor de doble jaula. Tipos de motores NEMA e IEC.

    • Tema 4.6. Frenado e inversión del sentido de giro de motores de inducción.

    • Tema 4.7. Regulación de velocidad.

    • Tema 4.8. Máquina asíncrona doblemente alimentada.

  • 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.

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

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

      

      

      

        Complementaria    

     

    • Alger, P.L. (1970): «Induction machines. Their behavior and uses». 2ª Ed. Gordon and Breach Science Publishers. New York.

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

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

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

    • Kosow, I.L. (1993): «Máquinas eléctricas y transformadores». Prentice Hall Hispanoamericana. México.

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

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

    • Langsdorf (1968): «Principios de las máquinas de corriente continua». McGraw-Hill. Méjico.

    • Lobosco, O. & Dias, J.C. (1990): «Selección y aplicación de motores eléctricos». Marcombo, S.A. Barcelona.

    • 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.

    • Molina, J.M.; Cánovas, F.J. & Ruz, F.A. (2012): «Motores y máquinas eléctricas». Marcombo, S.A. Barcelona.

    • Murphy, J.M.D. & Turnbull, F.G. (1988): «Power electronic control of AC motors». Pergamon Press. Oxford. Gran Bretaña.

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

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

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

    • Thaler, G.J. & Wilcox, M. (1974): «Máquinas eléctricas». Editorial Limusa. México.

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

  • Materiales de Clase

    materiales

     

     

    • MC-F-003. Tema 2. Máquinas de corriente continua.
    • MC-F-004. Tema 3. Máquinas síncronas.
    • MC-F-005. Tema 4. Máquinas asíncronas o de inducción.

  • Prácticas

    practicas

      

     

    • PR-F-001. Recomendaciones para realizar prácticas en un laboratorio eléctrico.
    • PR-F-002. Práctica de laboratorio del Tema 1. Transformadores trifásicos. Documentación de la Práctica de laboratorio.
    • PR-F-003. Práctica de laboratorio del Tema 2. Máquinas de corriente continua. Documentación de la Práctica de laboratorio.
    • PR-F-004. Práctica de laboratorio del Tema 3. Máquinas síncronas. Documentación de la Práctica de laboratorio.

  • Ejercicios

    ejercicios

     

     

    Tema 1. Transformadores

    • EP-F-001. Ejercicio 1.1. Problemas propuestos de transformadores.

    • EP-F-002. Ejercicio 1.2. Problemas resueltos de transformadores.

    • EP-F-003. Ejercicio 1.3. Archivo ZIP: Hoja de cálculo «Caltran» para el análisis de transformadores (incluye archivo "Léame").

      

    Tema 2. Máquinas de corriente continua

    • EP-F-004. Ejercicio 2.1. Problemas propuestos de corriente continua.

    • EP-F-005. Ejercicio 2.2. Problemas resueltos de corriente continua.

      

    Tema 3. Máquinas síncronas

    • EP-F-006. Ejercicio 3.1. Problemas propuestos de máquinas síncronas.

    • EP-F-007. Ejercicio 3.2. Problemas resueltos de máquinas síncronas.

      

    Tema 4. Máquinas asíncronas o de inducción

    • EP-F-008. Ejercicio 4.1. Problemas propuestos de máquinas asíncronas o de inducción.

    • EP-F-009. Ejercicio 4.2. Problemas resueltos de máquinas asíncronas o de inducción.

    • EP-F-010. Ejercicio 4.3. Archivo ZIP: Hoja de cálculo «Calasin4» (incluye documento "Ayuda", archivo "Léame" y "Fundamento Teórico del Libro Excel «Calasin4»).

  • Otros Recursos

    otros recursos

     

     

    • Aula Moisan. Información, recursos didácticos y software sobre ingeniería eléctrica. Publicada por los profesores Moisés San Martín, José Andrés Serrano y Eduardo Parra del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Valladolid.

    • 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.

    • Fundamentos de circuitos eléctricos de corriente alterna mono y trifásica. En este documento se realiza un repaso de los fundamentos de los circuitos eléctricos de corriente alterna, tanto monofásica como trifásica. Estos conocimientos los debe haber adquirido el alumno/a en asignaturas previas y, aquí, solamente se realiza un repaso rápido para recordar sus aspectos más importantes y mostrar la nomenclatura que se va a utilizar en la asignatura.

  • 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 II"

      

    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 dos partes, una por cada dos Bloques Temáticos. 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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