CONVERSIÓN ELECTROMECÁNICA DE ENERGÍA

CONVERSIÓN ELECTROMECÁNICA DE ENERGÍA
OBJETIVOS GENERALES:
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Conocer los principios de funcionamiento de los transformadores y de
las máquinas eléctricas rotativas.
Determinar los circuitos equivalentes y las relaciones matemáticas que
los rigen
Estudiar los parámetros que se deben controlar en una máquina
eléctrica y la forma de hacerlo
Suministrar criterios para seleccionar una máquina eléctrica.
CAPITULOS
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Capítulo 1:
Capítulo 2:
Capítulo 3:
Capítulo 4:
Capítulo 5:
Capítulo 6:
Circuitos magnéticos
Transformadores
Conversión electromecánica de energía
Máquinas de inducción
Máquinas sincrónicas
Máquinas de corriente continua
LOGROS ESPERADOS EN CADA CAPÍTULO
Capítulo 1: Circuitos magnéticos
Al finalizar este capítulo, el estudiante deberá ser capaz de:
 Definir los términos: fuerza magnetomotriz, flujo, concatenaciones de
flujo saturación, histéresis, corrientes de eddy,
 Explicar cómo y por que una corriente eléctrica produce un flujo
magnético
 Establecer las consideraciones que se pueden hacer para simplificar los
cálculos en un circuito magnético.
 Calcular intensidad de campo, densidad de flujo, flujo, concatenaciones
de flujo en un circuito magnético con secciones uniformes, asumiendo
ciertos valores simplificados.
 Explicar el fenómeno de voltaje inducido al mover en un conductor
dentro de un campo magnético.
 Explicar las causas y efectos de la histéresis.
 Bosquejar el lazo de histéresis y la curva de magnetización.
 Explicar las causas y efectos de las corrientes de eddy.
Capítulo 2: Transformadores
Al finalizar esta capítulo el estudiante deberá ser capaz de
 Definir los términos transformador, autotransformador, eficiencia,
regulación de voltaje, flujo de dispersión.
 Dar una explicación física del principio de operación de un transformador
ideal.
 Explicar la existencia de la corriente de magnetización.
 Establecer y utilizar las relaciones entre voltajes y corrientes en un
transformador ideal.
 Aplicar la convención de puntos en las bobinas de un transformador.
 Dibujar con símbolos esquemáticos un transformador e identificar la
correspondencia entre el diagrama esquemático y los elementos físicos
en el transformador.
 Establecer las relaciones básicas en un transformador real.
 Encontrar los límites de corriente en un transformador dadas la potencia
y voltaje.
 Dibujar el circuito equivalente de un transformador de baja frecuencia.
 Identificar el significado físico de los elementos en el circuito equivalente.
 Reflejar impedancias en los dos lados de un transformador.
 Calcular los parámetros de circuito equivalente en base de las pruebas
de circuito abierto y cortocircuito.
 Calcular el rendimiento del transformador dadas condiciones de carga.
 Calcular la regulación de voltaje en un transformador.
 Calcular los parámetros del transformador en el sistema por unidad.
 Bosquejar los diagramas circuitales de las diferentes conexiones
posibles en un transformador trifásico.
 Encontrar las relaciones de transformación trifásicas de las diferentes
conexiones en función de las monofásicas y viceversa.
 Dibujar la conexión de un autotransformador.
 Encontrar las relaciones en un autotransformador dadas las relaciones
de un transformador y viceversa.
 Establecer las ventajas y desventajas de los autotransformadores.
 Aplicar los principios generales de los transformadores para utilizarlos en
sistemas de medición.
 Bosquejar los diagramas circuitales para medir magnitudes eléctricas
utilizando transformadores de medida.
Capítulo 3: Conversión Electromecánica de Energía
Al finalizar este capítulo, el estudiante deberá ser capaz de:
 Definir los términos: campo magnético, campo eléctrico, excitación
simple, excitación múltiple, fuerza y torque electromagnéticos.
 Establecer y aplicar las relaciones de balance de energía.
 Calcular la fuerza y el torque electromagnéticos.
 Establecer las ecuaciones que rigen la dinámica de los sistemas
electromecánicos.
Capítulo 4: Máquina de inducción
Al finalizar este capítulo, el estudiante deberá ser capaz de:
 Definir los siguientes términos: motor de inducción, campo magnético
giratorio, deslizamiento, jaula de ardilla, rotor bobinado
 Dar una explicación física de la operación de un motor trifásico de
inducción.
 Explicar los efectos de la variación de frecuencia sobre la velocidad del
motor de inducción.
 Calcular el deslizamiento para una determinada velocidad y viceversa.
 Dibujar el circuito equivalente por fase de un motor trifásico.
 Dar una explicación física del significado de los elementos del circuito
equivalente.
 Encontrar los valores de los parámetros del circuito equivalente en base
de las pruebas de rotor bloqueado y de funcionamiento en vacío.
 Bosquejar la curva torque velocidad.
 Calcular la eficiencia y la regulación de velocidad del motor
 Explicar las ventajas y desventajas del rotor jaula de ardilla frente al rotor
bobinado.
 Explicar los efectos del arranque del motor en el sistema de
alimentación.
 Describir los principales tipos de arranque para un motor trifásico.
 Establecer las diferencias entre tipos de arranque para un motor
trifásico.
 Describir las principales formas de controlar la velocidad de un motor de
inducción.
Capítulo 5: Máquina sincrónica
Al finalizar este capítulo, el estudiante deberá ser capaz de:
 Definir los términos: máquina sincrónica, generador sincrónico, motor
sincrónico, corriente de excitación, polos, velocidad sincrónica,
saturación.
 Diferenciar el trabajo de la máquina sincrónica en acción generador y
acción motor.
 Dar una explicación física de la operación de un generador sincrónico.
 Encontrar frecuencia, velocidad sincrónica o número de polos, dados
dos de ellos.
 Explicar por qué la salida de voltaje de un generador sincrónico es
senoidal.
 Dibujar el circuito equivalente aproximado de un generador sincrónico.
 Explicar el significado físico de cada uno de los elementos del circuito
equivalente.
 Bosquejar el diagrama fasorial de un generador sincrónico que incluya
voltaje terminal, voltaje en vacío, corriente de carga y demás parámetros
relacionados.
 Establecer y aplicar las relaciones entre el voltaje en circuito abierto y la
corriente de excitación.
 Explicar los efectos de variar la corriente de excitación en un generador
sincrónico en operación.
 Establecer las limitaciones que impone la saturación en la operación del
generador sincrónico.
 Explicar los efectos de variar la velocidad de la máquina motriz en un
generador sincrónico en operación.
 Explicar la operación de un motor sincrónico.
 Explicar los efectos de variar la corriente de excitación en un motor
sincrónico en operación.
 Bosquejar las curvas V características de un motor sincrónico.
 Describir las formas de arrancar un motor sincrónico.
Capítulo 6:
Máquina de corriente continua
Al finalizar este capítulo, el estudiante deberá ser capaz de:
 Definir los términos: motor de corriente continua, generador de corriente
continua, colector, fuerza contraelectromotriz, bobinado shunt, bobinado
serie, compound.
 Dar una explicación física de la operación del colector de la máquina de
continua.
 Establecer las diferencias entre los bobinados shunt y serie para la
excitación de la máquina.
 Explicar la causa y el efecto de la reacción de armadura y la forma de
minimizarle.
 Establecer y aplicar las relaciones entre corriente de excitación y voltaje
en un generador de corriente continua.
 Establecer las limitaciones que impone la saturación en la operación del
generador de corriente continua.
 Describir la operación, ventajas y desventajas de las conexiones shunt,
serie y compound en un generador de corriente continua.
 Bosquejar las curvas características de voltaje en función de la corriente
de carga.
 Calcular la regulación de voltaje en un generador de corriente continua.
 Establecer y aplicar las relaciones entre corriente de excitación torque y
velocidad en un motor de corriente continua.
 Describir la operación, ventajas y desventajas de las conexiones shunt,
serie y compound en un motor de corriente continua.
 Bosquejar las curvas características de torque y velocidad en función de
la corriente de carga.
 Calcular la regulación de velocidad en motores de corriente continua.
 Establecer las formas de controlar la velocidad en un motor de corriente
continua.
 Describir las maneras de arrancar un motor de corriente continua.
BIBLIOGRAFÍA
Fitzgerald, A. E. Kingsley, C. Jr., Umans, S. D., “Máquinas Eléctricas”, Quinta
edición, McGraw Hill, México, 1990.
Kosow, I. L., “Máquinas Eléctricas y Transformadores”, Editorial Reverté, S. A.,
España, 1965.
Cortés, M. “Curso Moderno de Máquinas Eléctricas Rotativas”, Tomos I, II, III,
IV, Barcelona España, 1972.
Nasar, S. A., “Máquinas Eléctricas y Electromecánicas”, McGraw Hill, Serie de
compendios Schaum , México, 1982.