Fundamentos de Máquinas Eléctricas

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS
FÍSICO MATEMÁTICAS
PROGRAMA SINTÉTICO
CARRERA:
Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica
ASIGNATURA: Fundamentos de Máquinas Eléctricas.
SEMESTRE:
Quinto
OBJETIVO GENERAL:
El alumno utilizará los principios teóricos y funcionamiento de las máquinas eléctricas, así como sus
características, modelos matemáticos y aplicaciones en la solución de problemas específicos.
CONTENIDO SINTÉTICO:
I.- Circuitos Magnéticos.
II.- Transformadores.
III.- Conversión de Energía Electromecánica.
IV.- Máquina de Corriente Continua.
V.- Máquinas de Corriente Alterna.
METODOLOGÍA:
Investigación bibliográfica para la selección, clasificación, ordenación y exposición de los temas seleccionados
para el curso. Participación en forma activa de los alumnos integrándose en equipos de trabajo, para su discusión
y conclusión. Realización de diagramas por parte de los alumnos, bajo la supervisión del profesor. Relación de la
teoría con los fenómenos observables en el laboratorio, además de la búsqueda de información.
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:
60% Exámenes departamentales.
30% Prácticas de laboratorio.
10% Actividades complementarias.
BIBLIOGRAFÍA.
STEPHEN J. CHAPMAN, Máquinas Eléctricas, Edit. Mc. Graw hill. México 2004 Segunda edición. 740 páginas.
NASAR,UNNEWEHR, Electromecánica y Máquinas Eléctricas, Edit. Limusa. México 1982 Primera edición. 491
páginas.
FITZGERALD A.E, Kingsley C, Umans S. Máquinas Eléctricas Edit. Mc graw hill. México 2004. Sexta edición. 682
páginas.
McPHERSON G. Manual de máquinas eléctricas y transformadores, volumen I,II y III. Edit. Noriega Editores.
México 1991. Primera edición.
GOURISHANKAR V. Conversión de energía electromecánica. Edit. Alfaomega México 1990. 638 páginas.
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS
FÍSICO MATEMÁTICAS
ESCUELA: ESIME Unidades Culhuacan y Zacatenco
CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y
Electrónica
OPCIÓN:
COORDINACIÓN:
DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería en
Comunicaciones y Electrónica.
ASIGNATURA: Fundamentos de Máquinas Eléctricas
SEMESTRE: Quinto
CLAVE:
CRÉDITOS: 4.5
VIGENTE: Agosto de 2005
TIPO DE ASIGNATURA: Teórico/Práctica
MODALIDAD: Escolarizada
TIEMPOS ASIGNADOS
HRS/SEMANA/TEORÍA: 1.5
HRS/SEMANA/PRÁCTICA: 1.5
HRS/SEMESTRE/TEORÍA: 27
HRS/SEMESTRE/PRÁCTICA: 27
HRS/TOTALES: 54
PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO
POR: Academias de Control de la ESIME, Unidades
Culhuacan y Zacatenco
APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo
Escolar de Culhuacan y Zacatenco.
Ing, Ernesto Mercado Escutia
Director de la E.S.I.M.E. Culhuacan
M. en C. Jesús Reyes García
Director de la E.S.I.M.E. Zacatenco
AUTORIZADO POR: Comisión de planes y programas de
estudio del Consejo General Consultivo del IPN.
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Fundamentos de Máquinas Eléctricas.
CLAVE
HOJA: 2 DE 9
FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA
En la industria de manufactura y de transformación en sus procesos, algunas veces automatizados, es necesario el
uso de motores y generadores eléctricos de corriente continua y corriente alterna, por lo que es necesario
comprender las características y funcionamiento de los diferentes tipos de máquinas eléctricas. Razón por la cual es
pertinente incluir esta asignatura en el plan de estudios de la Carrera de Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica,
con lo cual es posible que el alumno adquiera los conocimientos suficientes y necesarios para comprender los
diversos elementos de tracción que componen los sistemas de control.
Esta asignatura tiene como antecedentes: Algebra Lineal, Ecuaciones Diferenciales, Circuitos Eléctricos,
Electromagnetismo.
y
Y como consecuentes: Señales y Sistemas de Control Clásico, Espacio de Estados y Electrónica de Potencia.
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA
El alumno utilizará los principios teóricos y funcionamiento de las máquinas eléctricas, así como sus características,
modelos matemáticos y aplicaciones en la solución de problemas específicos.
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Fundamentos de Máquinas Eléctricas.
No. UNIDAD I
CLAVE:
HOJA: 3 DE 9
NOMBRE: Circuitos Magnéticos.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno utilizará los principios y leyes de circuitos magnéticos, base para el funcionamiento de los
transformadores y las máquinas eléctricas.
No.
TEMA
1.1
1.2
TEMAS
HORAS
Principios y leyes de circuitos
alimentados con corriente continua.
Principios y leyes de circuitos
alimentados con corriente alterna.
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
T
P
EC
magnéticos
1.5
1.0
1.5
magnéticos
1.5
1.0
1.5
3.0
2.0
3.0
Subtotal de Horas
2B,3B,1C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda de información en bibliografía recomendada por el profesor, selección de conceptos, principios de
circuitos magnéticos, realización de ejercicios y exposición de los temas propuestos en grupo y/o individual bajo la
supervisión del profesor.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Se analizará la evaluación continua de los alumnos considerando:
o
o
o
Primer examen departamental, unidades I y II, 60%.
Prácticas de laboratorio, 30%.
Participación en el aula, 10%.
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Fundamentos de Máquinas Eléctricas.
No. UNIDAD I I
CLAVE:
HOJA: 4 DE 9
NOMBRE: Transformadores
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno aplicará los principios teóricos de transformadores de energía eléctrica para la elaboración de diagramas
y su ensamble.
No.
TEMA
2.1
2.2
2.3
2.4
TEMAS
HORAS
Principios de los transformadores
Condición sin carga.
Transformador ideal.
Modelo del transformador y su análisis.
Subtotal de Horas
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
T
P
EC
0.75
0.75
0.75
0.75
1.0
1.0
1.0
0.75
0.75
0.75
0.75
3.0
3.0
3.0
2B,3B,1C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Realización de diagramas de los transformadores, ejercicios y exposición de temas por parte del alumno con el
asesoramiento del profesor, realización de prácticas y tareas extraclase.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Se analizará la evaluación continua de los alumnos considerando:
o
o
o
Primer examen departamental, unidades I y II, 60%.
Prácticas de laboratorio, 30%.
Participación en el aula, 10%.
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ASIGNATURA: Fundamentos de Máquinas Eléctricas.
No. UNIDAD III
CLAVE:
HOJA: 5 DE 9
NOMBRE: Conversión de Energía Electromecánica.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno aplicará modelos matemáticos para simular diferentes sistemas electromecánicos.
No.
TEMA
TEMAS
HORAS
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
T
P
EC
3.1
Balance de energía electromecánica.
1.5
1.0
2.0
3.2
Transformación de energía electromecánica.
1.5
1.0
2.0
3.3
Análisis de modelos típicos de conversión de energía
electromecánica, relevador y capacitor variable de
placas paralelas.
3.0
2.0
2.0
6.0
4.0
6.0
Subtotal de Horas
2B,3B,1C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Indagación bibliográfica sobre los conceptos relacionados a la energía y sus características, solución de problemas,
prácticas de laboratorio y discusión en grupo con asesoramiento del profesor.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Se analizará la evaluación continua de los alumnos considerando:
o
o
o
Segundo examen departamental contenido de esta unidad, 60%.
Prácticas de laboratorio, 30%.
Participación en el aula, 10%.
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ASIGNATURA: Fundamentos de Máquinas Eléctricas.
No. UNIDAD IV
CLAVE:
HOJA: 6 DE 9
NOMBRE: Máquina de Corriente Continua.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno elaborará modelos gráficos, matemáticos y diagramas para la solución de problemas aplicando el
principio de funcionamiento de la máquina de corriente continua y su comportamiento en el tiempo.
No.
TEMA
TEMAS
HORAS
T
P
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
EC
4.1
Clasificación de máquina rotatoria de corriente
continua y su modelo.
1.5
4.2
Principio de operación de la máquina de corriente
continua.
1.5
3.0
2.0
4.3
Análisis de la respuesta transitoria y estacionaria de
la máquina de corriente continua.
4.5
3.0
4.0
7.5
6.0
7.5
Subtotal de Horas
1.5
2B,3B,1C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Elaboración de modelos gráficos, matemáticos y diagramas para la solución de problemas así como discusión en
grupo de resultados y realización de prácticas y tareas extraclase.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Se analizará la evaluación continua de los alumnos considerando:
o
o
o
Tercer examen departamental, unidades IV y V, 60%.
Prácticas de laboratorio, 30%.
Participación en el aula y tareas 10%.
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ASIGNATURA: Fundamentos de Máquinas Eléctricas.
No. UNIDAD V
CLAVE:
HOJA: 7 DE 9
NOMBRE: Máquinas de Corriente Alterna.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno aplicará el principio de funcionamiento de las máquinas
clasificaciones a partir de la operación de un simulador.
No.
TEMA
TEMAS
de corriente alterna y sus principales
HORAS
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
T
P
EC
5.1
Descripción de la operación de las máquinas de
corriente alterna.
1.5
3.0
1.5
5.2
La máquina asíncrona.
1.5
3.0
2.0
5.3
La máquina síncrona
1.5
3.0
Motor a pasos
3.0
3.0
7.5
12.0
2B,3B,1C
4.0
5.3.1
Subtotal de Horas
7.5
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Indagación de conceptos y operación de máquinas de corriente alterna usos y aplicaciones, exposición y discusión
en clase en coordinación con el del profesor y realización de prácticas y tareas.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Se analizará la evaluación continua de los alumnos considerando:
o
o
o
Tercer examen departamental, unidades IV y V, 60%.
Prácticas de laboratorio, 30%.
Participación en el aula y trabajos extraclase, 10%.
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ASIGNATURA: Fundamentos de Máquinas Eléctricas.
CLAVE:
HOJA: 8 DE 9
RELACIÓN DE PRÁCTICAS
PRACT.
No.
NOMBRE DE LA PRÁCTICA
UNIDAD
DURACIÓN
LUGAR DE REALIZACIÓN
1
Comprobación de las leyes de los
circuitos magnéticos.
I
2.0
Todas las prácticas se
realizarán en el
Laboratorio de Control.
2
Calculo y ensamble
transformador.
un
II
3.0
3
Demostración del balance de
energía electromecánica por medio
de relevadores y capacitores.
III
4.0
4
Simulación de la máquina de
corriente continua y sus conexiones
mediante el uso de un programa de
computo.
IV
3.0
5
Configuración de la máquina
universal
como
máquina
de
corriente continua, conexión serie y
paralelo, operando en el modo
generador.
IV
3.0
V
2.0
V
3.0
6
7
de
Operación de la máquina de
corriente alterna. mediante el uso de
un programa de simulación.
Configuración de la máquina
universal
como
máquina
de
corriente alterna. operando en el
modo motor y modo generador.
8
Configuración del motor asíncrono
para la medición del deslizamiento.
V
3.0
9
Configuración
síncrona.
máquina
V
3.0
10
Operación del motor a pasos
mediante el uso de un programa de
simulación.
V
1.0
Total de Horas
27.0
de
la
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ASIGNATURA: Fundamentos de Máquinas Eléctricas.
PERÍODO
UNIDAD
1
I y II
2
III
3
IV y V
CLAVE
B
1
C
X
CLAVE:
HOJA: 9 DE 9
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
o
o
o
Primer examen departamental, unidades I y II, 60%.
Prácticas de laboratorio, 30%.
Participaciones y diagramas elaborados en el aula, 10%.
o
o
o
Segundo examen departamental, contenido de la unidad III, 60%.
Prácticas de laboratorio, 30%.
Participaciones y diagramas elaborados en el aula, así como tareas
y trabajos 10%.
o
o
o
Tercer examen departamental, unidades IIV y V, 60%.
Prácticas de laboratorio, 30%.
Participaciones, modelos gráficos y matemáticos elaborados en el
aula, 10%.
BIBLIOGRAFÍA
GOURISHANKAR V. Conversión de energía electromecánica. Edit.
Alfaomega México 1990, 638 páginas.
2
X
FITZGERALD A.E, Kingsley C, Umans S. Máquinas Eléctricas Edit. Mc graw
hill. México 2004. Sexta edición, 682 páginas.
3
X
McPHERSON G. Manual de máquinas eléctricas y transformadores, volumen
I,II y III. Edit Noriega Editores. México 1991. Primera edición, 710 páginas.
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FÍSICO MATEMÁTICAS
PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA
1. DATOS GENERALES
ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Unidades Culhuacan y Zacatenco.
CARRERA Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica.
ÁREA:
BÁSICAS C. INGENIERÍA
ACADEMIA:
SEMESTRE Quinto
D. INGENIERÍA
C. SOC. y HUM.
ASIGNATURA: Fundamentos de Máquinas Eléctricas.
Control
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO:
Licenciatura: Ingeniería en Comunicaciones y
Electrónica, Ingeniería en Control y Automatización,
Ingeniería Eléctrica o Ingeniero Mecánico Electricista.
2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:
El alumno utilizará los principios teóricos y funcionamiento de las máquinas eléctricas, así como sus
características, modelos matemáticos y aplicaciones en la solución de problemas específicos.
3. PERFIL DOCENTE:
CONOCIMIENTOS
Licenciatura :
Ingeniería en
Comunicaciones y
Electrónica, Ingeniería
en Control y
Automatización
Ingeniería Eléctrica o
Ingeniero Mecánico
Electricista.
EXPERIENCIA
PROFESIONAL
HABILIDADES
ACTITUDES
Manejo de grupos, equipo de
laboratorio de hardware y
Experiencia de al menos
software.
dos años en docencia en
Establecimiento de ambientes
enseñanza superior y dentro favorables al aprendizaje,
de su profesión.
para la solución de problemas.
Análisis y síntesis.
Motivar al estudio.
Razonamiento e investigación,
uso de material didáctico
capacidad de liderazgo ante el
grupo
ELABORÓ
Ejercicio de la crítica
fundamentada, respeto,
tolerancia, compromiso con
la docencia, ética,
responsabilidad científica,
colaboración, superación
docente y profesional.
Motivar los valores humanos
e institucionales.
Compromiso social.
REVISÓ
AUTORIZÓ
________________________
_________________________
__________________________
Ing. Carlos Mora Medina
M en C Alberto Paz Gutiérrez
Presidentes de Academia
Control
M en C. Alberto Paz Gutiérrez
Ing. Guillermo Santillán Guevara
Subdirectores Académicos
M en C Jesús Reyes García
Ing Ernesto Mercado Escutia.
Directores
FECHA: Dic/2004