máquinas eléctricas - Universidade de Vigo

PROGRAMA DOCENTE
MÁQUINAS ELÉCTRICAS
5º DE ELECTROTECNIA
Profesor : Bernardino Novo Ramos
Código da materia
Nome da materia
Tipo materia (libre elección, optativa, obrigatoria, troncal)
Alumnos novos
Alumnos totais
Créditos aula/grupo (A)
Créditos laboratorio/grupo (L)
Créditos prácticas/grupo (P)
Número grupos Aula
Número grupos Laboratorio
Número grupos Prácticas
Anual /Cuatrimestral
Departamento
Área de coñecemento
3041005240
Maquinas eléctricas
Obrigatoria
14
16
21
3
0
1
1
0
Anual
Enxeñería Eléctrica
Enxeñería Eléctrica
PROFESORADO DA MATERIA
Nome profesor/a
Código
Créditos
(indicando A, L ou P)
Lugar e Horario Tutorías
Bernardino Novo Ramos
0766
21A + 3L
Despacho 245.
Luns e xoves de 10 h a 14 h.
TEMARIO RESUMIDO:
PRIMERA PARTE :
INTRODUCCIÓN A LA MÁQUINA ELÉCTRICA.
I.1.- Concepto de máquina eléctrica.
I.2.- Tipos de máquinas
I.3.- Balance de potencia en una máquina eléctrica. Pérdidas
I.4.- Rendimiento. Calentamientos. Protección
I.5.- Circuito eléctrico
SEGUNDA PARTE:
TRANSFORMADORES
T.1.- Generalidades
T.2.- Transformador monofásico de potencia
T.3.- Transformadores trifásicos
T.4.- Regulación de tensiones
T.5.- Transformadores especiales
T.6.- Transformadores de medida y protección
TERCERA PARTE:
MA.1.MA.2.MA.3.MA.4.MA.5.MA.6.MA.7.-
Generalidades
Diagrama eléctrico equivalente
El motor asíncrono en servicio
Arranque de motores asíncronos.
Motores monofásicos
Motores de ejecución especial
Control de velocidad
CUARTA PARTE:
MS.1.MS.2.MS.3.MS.4.MS.5.MS.6.MS.7.MS.8.-
MÁQUINA ASÍNCRONA
MÁQUINA SÍNCRONA
Conceptos básicos
Funcionamiento en vacío y en carga
Análisis vectorial
Regulación en alternadores
El generador síncrono en servicio
Maquinas síncronas funcionando en paralelo
Análisis del cortocircuito
El motor síncrono en servicio
QUINTA PARTE:
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
MCC.1.- Constitución
MCC.2.- Principio de funcionamiento
MCC.3.- Devanados de inducido
MCC.4.- F.e.m. y par
MCC.5.- Reacción de inducido
MCC.6.- Conmutación
MCC.7.- Generadores de c.c.
MCC.8.- Motores de c.c.
MCC.9.- Arranque y frenado
MCC.10.- Control manual y automático de la velocidad.
MCC.11.- Maquinas de c.c. especiales
SEXTA PARTE:
T.1.T.2.T.3.T.4.-
COMPORTAMIENTO TRANSITORIO
Introducción a la teoría fasorial
Transitorio de la máquina asíncrona
Transitorio de la máquina síncrona
Transitorio de la máquina de corriente continua
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
CORTES CHERTA, M.
CURSO MODERNO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS .(5 tomos) .
Editores Técnicos Asociados, 1970
RAS OLIVA, Enrique
TRANSFORMADORES DE POTENCIA, DE MEDIA Y DE PROTECCIÓN .
Ed. Marcombo, 1975.
MÉTODO DOCENTE:
La docencia de teoría y problemas se llevará a cabo principalmente en el aula utilizando la pizarra y
transparencias. Ocasionalmente se harán clases multimedia que familiaricen al alumno con el uso de
programas comerciales, catálogos de productos, fotografías y/o páginas web. Para esto se utilizará un
proyector de ordenador o se trasladará a los alumnos a alguna de las aulas informáticas del centro.
La docencia de laboratorio tendrá lugar en el Laboratorio de Máquinas Eléctricas Clásicas utilizando el
material disponible (motores, controles , ordenadores, etc.....)
SISTEMA DE VALIDACIÓN:
Número de probas parciais:
El curso se subdividirá en tres parciales con sus correspondientes exámenes. Cada uno de ellos
constará de dos partes: teoría y problemas y la nota final será una media ponderada en función de la
importancia relativa de las partes en cada parcial.
La nota final será la suma de las notas totales de los parciales dividida entre 3.
El primer parcial abarcara los temas: Introducción a las máquinas eléctricas y Transformadores
El segundo parcial abarcara los temas: Máquinas Asíncronas y Máquinas Síncronas
El tercer parcial abarcará los temas : maquinas de Corriente Continua y Régimen Dinámico (transitorios)
Tipo de Avaliacións:
Avaliación da docencia de Aulas:
Será necesario aprobar los parciales o el examen final
Realización adecuada de trabajos propuestos
Avaliación da docencia de Laboratorios:
Las prácticas serán obligatorias y se validarán en el instante de su realización
OUTROS DATOS DE INTERÉS:
Programa desarrollado
PRIMERA PARTE :
INTRODUCCIÓN A LA MÁQUINA ELÉCTRICA.
I.1.- Concepto de máquina eléctrica.
- Concepto de máquina eléctrica.
- Principios de la transformación electromagnética.
- Principios de la conversión electromecánica.
- Reglas directas sobre los sentidos que intervienen en la conversión.
- Expresión fundamental de la f.e.m.
- Fuerza sobre un conductor recorrido por una corriente continua y situado en un campo magnético.
I.2.- Tipos de máquinas
- Evolución del circuito magnético de la máquina elemental.
- Principio de reversibilidad.
- Tipos de máquinas:
- Máquinas SÍNCRONAS.
- Máquinas de corriente continua.
- Máquinas de inducción: Máquinas asíncronas.
- Motores de colector.
I.3.- Balance de potencia en una máquina eléctrica. Pérdidas
- Balance de potencia en una máquina eléctrica. Pérdidas
- Pérdidas en el hierro
- Pérdidas por histéresis.
- Pérdidas por corrientes de Foucault.
- Pérdidas por efecto Joule.
- Pérdidas por caída de tensión en las escobillas.
- Pérdidas mecánicas
- Pérdidas adicionales.
I.4.- Rendimiento. Calentamientos. Protección
- Rendimiento.
- Variación del rendimiento con la carga.
- Rendimiento máximo.
- Calentamiento y enfriamiento de las máquinas eléctricas rotativas.
- Clases de servicios en las máquinas eléctricas.
- Aislamientos de máquinas eléctricas.
- Grados de protección mecánica en las máquinas eléctricas.
- Identificación de las características de una máquina eléctrica.
I.5.- Circuito eléctrico y conversión de energía.
- Circuito eléctrico
- Bobina elemental y paso de bobina
- Devanados monofásicos y polifásicos
- Devanados simples y de doble cara
- Bobinas bipolares y monopolares.
- Fuerzas magnetomotrices
- Campo creado por un devanado monofásico concentrado de paso diametral.
- Factores de distribución y de paso.
- Factor de inclinación de ranuras.
- Amplitud de la onda de f.m.m.
- Devanado distribuido de paso acortado.
- Producción de campos giratorios mediante devanados polifásicos
- Teorema de Leblanc.
- Fuerzas electromotrices
- F.e.m. inducida.
- Factores de distribución y de paso.
- Factor de inclinación de ranuras.
- Forma de la onda de tensión.
- Reducción de armónicos.
- Con devanado distribuido.
- Con paso acortado.
- Con devanado fraccionario.
- Con conexión en estrella.
SEGUNDA PARTE:
TRANSFORMADORES
T.1.- Generalidades
- Conceptos generales sobre transformadores.
- Relaciones fundamentales del transformador.
- Objeto del transformador.
- Clasificación de los transformadores.
- Potencia nominal de un transformador.
T.2.- Transformador monofásico de potencia
- Principio del transformador monofásico.
- Transformador ideal.
- Constitución del transformador monofásico.
- Transformador monofásico ideal en vacío.
- Transformador ideal con pérdidas en el hierro.
- Transformador en vacío con resistencia R1 y pérdidas en el hierro.
- Transformador real en vacío.
- Ensayo en vacío.
- Diagrama vectorial del transformador en carga.
- Reducción de un arrollamiento a otro.
- Circuito equivalente del transformador.
- Ensayo del transformador en cortocircuito.
- Corriente de cortocircuito.
- Corriente de conexión de un transformador.
- Pérdidas de potencia.
- Rendimiento del transformador.
- Caída de tensión en un transformador
- Determinación de las caídas de tensión por método analítico.
- Determinación de las caídas internas tensión por el método gráfico (método de Kapp).
- Influencia del cos () en la caída interna de tensión.
- Trabajo en paralelo de transformadores monofásicos.
T.3.- Transformadores trifásicos
- Transformadores trifásicos. Justificación.
- Bancos trifásicos.
- Núcleos trifásicos.
- Ventajas del núcleo trifásico sobre el banco trifásico.
- Métodos de conexión de los devanados del transformador trifásico.
- Conexión en estrella.
- Conexión en triángulo.
- Conexión en zig-zag.
- Transformador trifásico en régimen equilibrado.
- Ensayo en vacío.
- Ensayo en cortocircuito.
- Esquema equivalente.
- Desfases en el transformador trifásico.
- Forma de nombrar una conexión.
- Distintos tipos de conexiones.
- Aplicaciones de las distintas conexiones.
- Trabajo en paralelo de transformadores trifásicos.
T.4.- Regulación de tensiones
- Autotransformadores.
- Constitución.
- Ventajas e inconvenientes de los autotransformadores.
- Comparación de un transformador con un autotransformador.
- Potencia propia y de paso.
- Aplicaciones de los autotransformadores.
- Reguladores de inducción.
- Transformadores con tomas.
-Selector, conmutador, inversor.
T.5.- Transformadores especiales
- Transformadores con tres devanados.
- Conexión Scott.
- Conexión V-y incompleta.
- Conexión de transformadores en V.
- Transformación de sistemas trifásicos en exafásicos.
- Transformación de sistemas trifásicos en dodecafásicos.
- Superconductividad en transformadores.
T.6.- Transformadores de medida y protección
- Objetivos básicos.
- Transformadores de aislamiento.
- Transformadores de medida.
- Transformador de intensidad.
- Precisión y de error de fase.
- Carga y potencia nominal en los transformadores de corriente.
- Improcedencia del secundario abierto.
- Valores característicos.
- Transformador de tensión.
- Tensión nominal de aislamiento.
- Precisión y errores de en la transformación.
- Angulo de pérdidas.
- Capacidad de sobrecarga.
TERCERA PARTE:
MÁQUINA ASÍNCRONA
MA.1.- Generalidades
- Constitución de los motores de inducción y principio de funcionamiento.
- Rotores de jaula y de anillos. Ventajas e inconvenientes.
- Deslizamiento y frecuencia del rotor.
- F.e.m. y reactancia de dispersión del rotor.
- El motor de inducción como transformador.
MA.2.- Diagrama eléctrico equivalente
- Diagrama vectorial en vacío.
- Sustitución del secundario móvil por otro fijo.
- Diagrama vectorial y circuito equivalente del motor en carga.
- Balance de potencia en el motor de inducción.
- Par interno.
- Rendimiento eléctrico.
- Circuitos equivalentes aproximados
- Diagrama del círculo
MA.3.- El motor asíncrono en servicio
- Curvas características.
- Curva de velocidad.
- Curva de intensidad absorbida.
- Curva de rendimiento.
- Curva de factor de potencia.
- Característica par-deslizamiento y límite de estabilidad.
- El motor de inducción como generador.
MA.4.- Arranque de motores asíncronos.
- Arranque de un motor trifásico.
- Arranque directo.
- Arranque a tensión reducida.
- Arranque por resistencia intercalada en el estator.
- Arranque por autotransformador.
- Arranque estrella-triángulo.
- Método de arranque por regulación del circuito del rotor.
- Arranque electrónico: v/f, arrancadores suaves...
MA.5.- Motores monofásicos
- Constitución y principio de funcionamiento.
- Equivalencia del motor monofásico a dos trifásicos.
- Circuito equivalente.
- Diagrama circular del motor monofásico.
- Arranque y característ. funcionales del motor monofásico.
MA.6.- Motores de ejecución especial
- Motor de inducción de doble jaula.
- Motor de inducción de ranura profunda.
- Motor de inducción de rotor macizo.
- Motor de inducción lineal.
- Motores BLDC.
MA.7.- Control de velocidad
- Definiciones.
- Regulación por cambio del número de polos.
- Regulación por variación de la tensión de línea.
- Regulación por inyección de una tensión en el rotor.
- Regulación variando la resistencia del rotor.
- Regulación por variación de la frec. de alimentación.
- Regulación electrónica de los motores de inducción.
- Obtención de una tensión alterna de módulo y frecuencia variables.
- Frenado e inversión de los motores de inducción.
- Control electrónico: v/f, sensorless, DTC...
CUARTA PARTE:
MÁQUINA SÍNCRONA
MS.1.- Conceptos básicos
- Constitución y clasificación de las máquinas SÍNCRONAS.
- Principio de funcionamiento como generador y como motor.
- El sistema inductor y su excitación.
- Refrigeración de las grandes unidades.
- Máquina SÍNCRONA homopolar
MS.2.- Funcionamiento en vacío y en carga
- Funcionamiento en vacío. Característica de vacío.
- Funcionamiento en carga: Reacción de inducido.
- Flujos útil y de dispersión. Reactancia de dispersión.
- Análisis de la reacción de inducido en máquinas síncronas polifásicas y monofásicas. Influencia del cos ().
- Influencia de la saturación.
MS.3.- Análisis vectorial
- Diagrama en el espacio de la máquina de rotor cilíndrico con carga equilibrada.
- Diagrama vectorial y circuito equivalente de la máquina síncrona de rotor cilíndrico no saturada.
- Diagrama vectorial de la máquina saturada.
- Diagrama vectorial de la máquina síncrona de polos salientes. Método de las dos reacciones.
- Característica en cortocircuito.
- Triángulo de Potier.
- Característica reactiva.
- Parámetros: Xs, Xss, cc
MS.4.- Regulación en alternadores
- Concepto de regulación
- Métodos de cálculo de la regulación
- Método de Potier
- Método de Blondel.
- Xd, Xq.: Ensayo de deslizamiento.
MS.5.- El generador síncrono en servicio
- Potencias activa y reactiva.
- Rotor cilíndrico y rotor de polos salientes
- Curvas de funcionamiento
- Característica potencia-ángulo de par.
- Característica exterior.
- Característica de regulación
MS.6.- Maquinas síncronas funcionando en paralelo
- Maniobra de acoplamiento. Sincronización.
- Estabilidad estática del funcionamiento en paralelo.
- La máq. síncrona acoplada a una red de potencia infinita.
- Análisis del funcionamiento como generador y como motor.
- Diagrama de potencias.
- Reparto de las potencias activa y reactiva entre los alternadores acoplados en paralelo sobre una red de potencia
infinita.
MS.7.- Análisis del cortocircuito
- Cortocircuito permanente
- Simétrico
- Asimétrico
- Fase - neutro
- Dos fases
- Dos fases - neutro
- Reactancias directa, inversa y homopolar
- Cortocircuito brusco
- En vacío
- En carga . Recatancias transitoria y subtransitoria
MS.8.- El motor síncrono en servicio
- Métodos de arranque del motor síncrono.
- Motor asíncrono-sincronizado.
- Motor síncrono como compensador de fase.
- Características de la máquina síncrona como motor. Curvas en V de Mordey.
- Motor de reluctancia.
- Motor de histéresis.
- Motor de imanes permanentes.
- Aplicaciones del motor síncrono
- MSIP
- BLSM.
QUINTA PARTE:
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
MCC.1.- Constitución.
- Conceptos generales.
- Eje.
- Cojinetes.
- Inducido.
- Núcleo magnético.
- Organos sustentadores del núcleo magnético.
- Devanado de inducido.
- Organos de sujeción del devanado de inducido.
- Barnizado del inducido.
- Equilibrado del inducido.
- Sistema inductor.
- Culata o carcasa.
- Polos inductores.
- Polos de conmutación.
- Devanado del sistema inductor.
- Colector.
- Conexión de colector con las bobinas del inducido.
- Escobillas.
- Portaescobillas.
MCC.2.- Principio de funcionamiento.
- Principio de funcionamiento.
- Sistemas de excitación.
- Excitación independiente.
- Excitación serie.
- Excitación derivación.
- Excitación compuesta.
MCC.3.- Devanados de inducido.
- Generalidades.
- Formas de representación.
- Relaciones generales.
- Clasificación.
- Definiciones de los distintos parámetros.
- Devanados imbricados simples y múltiples.
- Devanados ondulados.
- Simetría de los devanados de corriente continua.
- Conexiones compensadoras y equipotenciales.
- Aplicaciones de los diversos tipos de devanados.
MCC.4.- F.e.m. y par.
- F.e.m. inducida.
- Tensión en bornes de una máquina de c.c.
- Fórmula del par.
- Potencia interna.
MCC.5.- Reacción de inducido.
- Funcionamiento en carga de la máquina de c.c.
- Caída de tensión por resistencia.
- Reacción magnética transversal de inducido.
- Campo resultante.
- Reacción longitudinal del inducido.
- Medios para compensar la reacción transversal de inducido
MCC.6.- Conmutación.
- Concepto de la conmutación.
- Conmutación rectilínea.
- Conmutación real.
- Gráfica de la corriente de una delga.
- Condición de Arnould.
- Decalado de escobillas.
- Polos de conmutación.
- Devanado de compensación.
- Curva de potenciales en el colector y bajo las escobillas.
- Conmutación múltiple y policonmutación.
MCC.7.- Generadores de c.c.
- Generalidades.
- Generadores de excitación independiente. Curvas características.
- Generador de excitación derivación.
- Principio de autoexcitación y punto de equilibrio.
- Curvas características.
- Funcionamiento del generador de excitación serie.
- Generador de excitación compuesta. Características.
- Determinación de la F.m.m. serie necesaria para obtener una característica exterior horizontal en una dínamo derivación: "Compoundage".
- Funcionamiento en paralelo de los generadores.
- Acoplamiento en paralelo de dínamos derivación.
- Acoplamiento en paralelo de dínamos serie.
- Acoplamiento en paralelo de dínamos de excitación compuesta.
MCC.8.- Motores de c.c.
- Fórmulas fundamentales.
- Balance de potencia de los motores de corriente continua.
- Condiciones de funcionamiento de los motores eléctricos y de las máquinas accionadas.
- Estabilidad de un motor eléctrico.
- Curvas características de los motores de c.c.
- Motores de excitación derivación.
- Motores de excitación serie.
- Motores de excitación compuesta.
- Aplicaciones de los distintos tipos de motores de c.c.
MCC.9.- Arranque y frenado.
- Arranque de los motores de c.c.
- Arranque de un motor derivación hasta la veloc. nominal.
- La constante de tiempo electromecánica.
- Arranque mediante reostato de arranque.
- Frenado de los motores de c.c.
- Frenado dinámico.
- Frenado regenerativo.
- Inversión del sentido de giro.
MCC.10.- Control manual y automático de la velocidad.
- Regulación de velocidad. Conceptos generales.
- Regulación por control de la tensión de alimentación.
- Regulación por resistencia en serie con el inducido.
- Control por variación de la corriente de excitación.
- Regulación de la velocidad mediante la variación de la conexión de los motores.
- Grupo elevador-reductor.
- Regulación de la velocidad de los motores de corriente continua por convertidores de tiristores.
- Obtención de una tensión continua variable.
- Esquemas generales de reguladores electrónicos de velocidad de los motores de c.c.
- Frenado dinámico. Diferentes conexiones.
- Efectos de la alimentación de los motores de c.c. mediante equipos de tiristores.
MCC.11.- Maquinas de c.c. especiales.
- Motor de corriente continua sin escobillas.
- Ventajas e inconvenientes de los motores de corriente continua sin escobillas.
- Aplicaciones.
- Máquina acíclica de corriente continua.
SEXTA PARTE:
T.1.T.2.T.3.T.4.-
COMPORTAMIENTO TRANSITORIO
Introducción a la teoría fasorial
Transitorio de la máquina asíncrona
Transitorio de la máquina síncrona
Transitorio de la máquina de corriente continua