Fecha de aprobación: 26'agosto.2010

Departamento de Energía

PROGRAMA ANALÍTICO

Nivel Licenciatura

Clave 113163

3.0 Horas teoría 0.0 Horas práctica

Unidad de enseñanza-aprendizaje

Máquinas Eléctricas II

Seriación

Créditos 6 113107 y 113159

A m b

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OBLIGATORIA

Tronco General

Tronco Básico Profesional

Área de Concentración

OPTATIVA General

de Área de Concentración

Otros

TRIMESTRE

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OBJETIVOS:

Resolver problemas de máquinas C. D. Resolver problemas de máquinas síncronas en estado estable utilizando los principios de conversión de energía electromecánica.

CONTENIDO SINTÉTICO:

Máquina de CD: Acción del conmutador. Fuerza magnetomotriz de armadura. Circuitos eléctricos equivalentes. Análisis de funcionamiento (generador y motor). Devanados compensadores, conmutación e interpolos.

Máquina síncrona en estado estable: Introducción a las máquinas síncronas polifásicas. Inductancias en máquinas síncronas y circuito equivalente. Características de circuito abierto y cortocircuito. Características de potencia-ángulo en estado estable. Características de operación en estado estable. Efectos de los polos salientes: Introducción a la teoría de los dos ejes. Características de potencia-ángulo de máquinas de polos salientes. Generadores síncronos interconectados.

TEMA 1. Acción del Conmutador en Máquinas de CD.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: • Entender la función del conmutador y su

funcionamiento.

CONTENIDO:

REFERENCIAS:

1,2,3

HORAS DE CLASE:

1.5

• Máquina de corriente directa elemental de dos polos con conmutador y devanados concentrados en la armadura.

• Acción del conmutador con devanados distribuidos en la armadura y escobillas.

OBSERVACIONES:

TEMA 2. Fuerza Magnetomotriz en Máquinas de CD.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• Estudiar la distribución espacial del campo magnético y de la fuerza magnetomotriz en máquinas de corriente directa con devanados distribuidos.

• Determinar el voltaje generado en el devanado de armadura.

CONTENIDO:

• Aplicar la ley de Ampere para la determinación de la distribución de fuerza magnetomotriz producida por los devanados de armadura.

• Entender la forma de onda de la distribución del campo magnético producida por el devanado de campo.

• Determinar la expresión de voltaje generado en el devanado de armadura.

REFERENCIAS:

1,2,3

HORAS DE CLASE:

1.5

OBSERVACIONES:

TEMA 3. Circuitos Eléctricos Equivalentes.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• Establecer los circuitos equivalentes de la máquina de C.D. para las diferentes conexiones que se presentan.

CONTENIDO:

• Determinar la ecuación de par electromecánico en términos de la velocidad angular mecánica y del flujo magnético en el eje directo.

• Presentar las curvas típicas de magnetización en máquinas de corriente directa.

• Presentar las conexiones de la máquina de corriente directa con excitación: separada, paralela y compuesta. Hacer una descripción cuantitativa de la operación de cada una de las conexiones para el caso del motor y del generador.

REFERENCIAS:

1,2,3

HORAS DE CLASE:

4.5

OBSERVACIONES:

• Estudiar el efecto de la reacción de armadura desde el punto de vista interacción de campos magnéticos.

TEMA 4. Análisis de Funcionamiento (Generador y Motor).

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• Estudiar los aspectos analíticos de los circuitos eléctricos.

CONTENIDO:

REFERENCIAS:

1,2,3

HORAS DE CLASE:

7.5

• Presentar las ecuaciones de los circuitos equivalentes que determinan el funcionamiento de la máquina de corriente directa. Resolver problemas prácticos de motores y generadores de C. D. en estado estable.

• Considerar el efecto de la reacción de armadura en la resolución de problemas de máquinas de corriente directa.

OBSERVACIONES:

TEMA 5. Devanados Compensadores, Conmutación e Interpolos.

r■■

REFERENCIAS:

1,2,3

HORAS DE CLASE:

1.5

OBSERVACIONES:

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• Estudiar los mecanismos para mejorar la conmutación de la máquina de corriente directa. Estudiar las posibilidades existentes para reducir el efecto de reacción de armadura.

CONTENIDO:

• Estudiar el efecto de los devanados compensadores en la máquina de corriente directa.

• Estudiar el efecto de los interpolos en la máquina de corriente directa.

TEMA 6. Máquina Síncrona en Estado Estable: Introducción a las Máquinas Síncronas Polifásicas.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• Establecer los conceptos electromagnéticos fundamentales para el estudio de la máquina síncrona.

CONTENIDO:

• Estudiar la máquina síncrona elemental con devanados concentrados. Explicar cualitativamente la distribución de campo magnético generada por el devanado de campo, así como el voltaje inducido en el devanado de armadura.

• Explicar el efecto de máquinas de más de dos polos. Defmición de ángulos mecánicos y eléctricos.

• Determinar la distribución de la fuerza magnetomotriz para devanados distribuidos (rotor y estator). Utilizar la ley de Ampere y la ley de Gauss para campos magnéticos en este estudio. Determinar la componente fundamental de la distribución de fuerza magnetomotriz.

• Determinar la distribución de campo magnético para máquinas con entrehierros uniformes.

• Estudiar analíticamente las ondas rotatorias producidas en máquinas de corriente alterna.

• Determinar analíticamente el voltaje generado en los devanados de armadura de la máquina síncrona.

• Determinar de la ecuación de par electromagnético para máquinas de rotor cilíndrico.

REFERENCIAS:

1,2,3

HORAS DE CLASE:

4.5

OBSERVACIONES:

TEMA 7. Inductancias en Máquinas Síncronas y Circuito Equivalente.

■

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• Presentar las ecuaciones de eslaboamientos de flujo magnético, así como las ecuaciones de voltaje de la máquina síncrona, y determinar su circuito equivalente para estado estable.

CONTENIDO:

• Determinar las inductancias propias del rotor. • Determinar las inductancias mutuas entre estator y

rotor. • Determinar las inductancias propias del estator. • Determinar las inductancias mutuas entre

devanados del estator. • Definir formalmente la inductancia síncrona a

través de las ecuaciones de voltaje de la máquina síncrona.

• Determinar el circuito equivalente de la máquina síncrona en estado estable utilizando las ecuaciones de voltaje y de eslabonamientos de flujo magnético de la máquina síncrona.

REFERENCIAS:

1,2,3

HORAS DE CLASE:

4.5

OBSERVACIONES:

TEMA 8. Características de Circuito Abierto y Cortocircuito.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• Determinar las características de circuito abierto y cortocircuito mediante pruebas experimentales.

• Determinar la relación de cortocircuito y la reactancia síncrona a partir de las características de circuito abierto y cortocircuito.

CONTENIDO:

• Determinar la característica magnética de circuito abierto mediante prueba experimental. Incluir la determinación de las pérdidas en circuito abierto.

• Determinar la característica magnética de cortocircuito mediante prueba experimental. Incluir la determinación de las pérdidas en carga.

• Definir la reactancia síncrona no saturada con la línea de entrehierro y la característica de cortocircuito.

• Definir la reactancia síncrona saturada y la relación de cortocircuito con la característica magnética de circuito abierto y la característica de cortocircuito.

REFERENCIAS:

1,2,3

HORAS DE CLASE:

4.5

OBSERVACIONES:

TEMA 9. Característica de Potencia-Ángulo en Estado Estable.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• Entender la transferencia de potencia activa entre dos nodos de voltaje separados por una reactancia.

CONTENIDO:

• Realizar el análisis de una red que consta de dos nodos de voltaje separados por una reactancia.

• Definir ángulo de carga, establecer la ecuación de potencia real en términos de este ángulo y desarrollar el diagrama fasorial correspondiente.

REFERENCIAS:

1,2,3

HORAS DE CLASE:

1.5

OBSERVACIONES:

TEMA 10. Características de Operación en Estado Estable.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• Estudiar las características operativas de la máquina síncrona en estado estable.

CONTENIDO:

• Estudiar las curvas de excitación para voltaje nominal y factor de potencia constante de la máquina síncrona.

• Estudiar las curvas características de potencia activa y reactiva de la máquina síncrona.

• Estudiar las curvas V de la máquina síncrona.

REFERENCIAS:

1,2,3

HORAS DE CLASE:

1.5

OBSERVACIONES:

TEMA 11. Efectos de los Polos Salientes: Introducción a la Teoría de los Dos Ejes.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• Entender el efecto de los polos salientes en la operación de la máquina síncrona.

CONTENIDO:

• Estudiar las componentes en los ejes d y q de las ondas de flujo magnético y de fuerza magnetomotriz de una máquina síncrona.

• Establecer el diagrama fasorial para una máquina de polos salientes.

• Establecer la característica potencia-ángulo para una máquina de polos salientes.

REFERENCIAS:

1,2,3

HORAS DE CLASE:

6.0

OBSERVACIONES:

TEMA 12. Generadores Síncronos Interconectados.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• Entender la operación de varios generadores síncronos en una red eléctrica.

CONTENIDO:

• Estudiar las características potencia-velocidad de los primomotores de generadores síncronos.

• Estudiar los efectos de la excitación de dos generadores síncronos conectados en paralelo.

REFERENCIAS:

1,2,3

HORAS DE CLASE:

1.5

OBSERVACIONES:

MODALIDADES DE CONDUCCIÓN DEL PROCESO DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE

Exposición oral y tareas.

INFORMACIÓN ADICIONAL

MODALIDADES DE EVALUACIÓN

La calificación final estará constituida de evaluaciones periódicas consistentes en la resolución de problemas o preguntas conceptuales. Admite evaluación de recuperación, no requiere inscripción previa.

1

INFORMACIÓN ADICIONAL

BIBLIOGRAFÍA NECESARIA O RECOMENDABLE

1. E. Fitzgerald, C. Kingsley y S. D. Umans, "Máquinas Eléctricas", Mc Graw Hill, 5 a . Edición, 1992.

2. B. Gray, "Máquinas Eléctricas y Sistemas Accionadores", Alfaomega, 1993.

3. S. J. Chapman, "Máquinas Eléctricas", Mc Graw Hill, 3'. Edición, 2000.

4. P. C. Krause and O. Wasynczuk, "Electromechanical Motion Devices", Mc Graw Hill, 1989.

BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL

5. B. S. Guru y H. R. Hiziroglu, "Máquinas Eléctricas y Transformadores", Oxford, 3'. Edición, 2003.

6. A.E. Fitzgerald, C. Kingsley y S.D. Umans, "Electric Machinery", Mc Graw Hill, 6a. Edición, 2003.

7. J. S. Feito, "Máquinas Eléctricas", Prentice Hall, 2002. 8. J. J. Cathey, "Máquinas Eléctricas Análisis y Diseño aplicando Matlab", Mc Graw Hill, 2002.

Este programa analítico fue elaborado por una comisión académica del Departamento de Energía, integrada por los profesores A. Zekkour Z., C. Rivera S., E. Campero L., I. López G., J. Jasso L., O. Hernández A., R. Escarela P.

J

Visto bueno

Jef de Departamento Dr. Rafael Escarela Pérez

Director de División Dr. Emilio Sordo Zabay