TITULACIÓN: INGENIERIA TÉCNICA INDUSTRIAL CENTRO: Escuela Politécnica Superior de Jaén CURSO ACADÉMICO: 2010-2011

GUÍA DOCENTE 1. DATOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURA

NOMBRE: MÁQUINAS ELÉCTRICAS II CÓDIGO: 5772 TIPO: Créditos ECTS: 4,8

CURSO ACADÉMICO: 2010-2011 CURSO:2º

CUATRIMESTRE: 2º

2. DATOS BÁSICOS DEL PROFESORADO NOMBRE: Mª de los Ángeles Medina Quesada CENTRO/DEPARTAMENTO: EPS / INGENIERÍA ELÉCTRICA ÁREA: INGENIERÍA ELÉCTRICA Nº DESPACHO:A3-237 E-MAIL TLF: 953212463 [email protected] URL WEB: http://blogs.ujaen.es/aquesada

3. PRERREQUISITOS, CONTEXTO Y RECOMENDACIONES PRERREQUISITOS: El alumno debe de haber adquirido unos conocimientos previos en la asignatura de Fundamentos Físicos en la Ingeniería, sobre todo la materia correspondiente a Electromagnetismo; en la asignatura de Circuitos en teoría de circuitos eléctricos y magnéticos y en la asignatura de Materiales eléctricos y magnéticos. Además debe de tener el soporte matemático de análisis matemático adquirido en fundamentos matemáticos de la Ingeniería CONTEXTO DENTRO DE LA TITULACIÓN: La materia objeto de ésta guía, es de carácter troncal, y constituye una de la asignaturas específicas para la titulación de Ingeniería Eléctrica, Especialidad de Electricidad, aporta contenidos tecnológicos de la especialidad y permitirá fijar los cimientos para poder comprender y adquirir posteriores conocimientos en asignaturas específicas. RECOMENDACIONES Y ADAPTACIONES CURRICULARES: Se recomienda que esta asignatura se imparta en el segundo curso, por los conocimientos previos requeridos y porque será fundamental para utilizar en otras asignaturas de la titulación. La asignatura se oferta dentro del PATIE de esta universidad. Los objetivos propuestos han sido: • Conocer los principios generales de las máquinas eléctricas. • Conocer el funcionamiento y estructura interna de: las máquinas de corriente alterna en general y, en particular de los motores de inducción y de los alternadores. • Conocer las distintas aplicaciones de las máquinas eléctricas. • Proporcionar a los alumnos criterios para la selección de máquinas eléctricas. • Presentar una introducción al cálculo y la construcción de máquinas eléctricas

4. COMPETENCIAS Y RESULTADOS DE APRENDIZAJE código CB1

CB2 CB3

Denominación de la competencia Capacidad para la resolución de los problemas matemáticos que puedan plantearse en la ingeniería. Aptitud para aplicar los conocimientos sobre: álgebra lineal; geometría; geometría diferencia; cálculo diferencial e integral; ecuaciones diferenciales y en derivadas parciales; métodos numéricos; algorítmica numérica; estadística y optimización. Comprensión y dominio de los conceptos básicos sobre las leyes generales de la mecánica, termodinámica, campos y ondas y electromagnetismo y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería. Conocimientos básicos sobre el uso y programación de los ordenadores, sistemas operativos, bases de datos y programas informáticos con aplicación en ingeniería.

CB5 CEL1 CEL5 CEL7 CT2 CT4 CC4

Capacidad de visión espacial y conocimiento de las técnicas de representación gráfica, tanto por métodos tradicionales de geometría métrica y geometría descriptiva, como mediante las aplicaciones de diseño asistido por ordenador. Conocimientos sobre control de máquinas y accionamientos eléctricos y sus aplicaciones. Conocimiento aplicado de electrónica de potencia. Conocimiento de los principios de regulación automática y su aplicación a la automatización industrial. Capacidad para el cálculo y diseño de máquinas eléctricas. Capacidad para la gestión de la información, manejo y aplicación de las especificaciones técnica y la legislación necesaria para la práctica de la ingeniería. Capacidad para aplicar nuevas tecnologías. Conocimiento y utilización de los principios de teoría de circuitos y máquinas eléctrica.

Resultados de aprendizaje Resultado 1 Resultado 2 Resultado 3

Resultado 4

Resultado 25

Resultado 26 Resultado 31 Resultado 79 Resultado 81 Resultado 84 Resultado 83 Resultado 85

Conocer los principios generales de las máquinas eléctricas. Resuelve problemas matemáticos que pueden plantearse en el diseño de máquinas eléctricas estáticas y rotativas. Tiene aptitud para aplicar los conocimientos adquiridos de Álgebra Lineal; Métodos Numéricos y circuitos eléctricos para la resolución de problemas de máquinas en régimen permanente. Conocer el funcionamiento y estructura interna de: las máquinas de corriente alterna en general y, en particular de los motores de inducción y de los alternadores. Tiene destreza en el uso de herramientas de cálculo informáticas adecuadas para resolver los problema que se puedan plantear en el desarrollo del estudio de centrales eléctricas renovables. Adquiere la soltura necesaria para expresarse en términos técnicos de acuerdo a los conocimientos estudiados en la asignatura. Adquiere la soltura necesaria para expresarse en términos técnicos de acuerdo a los conocimientos estudiados en la asignatura. Capacidad de autoaprendizaje. Conocer la realidad del sector profesional de la Ingeniería. Recoger datos, interpretarlos y realizar informes técnicos. Integrar los conocimientos teóricos y prácticos aplicándolos a un contexto real. Verificar la importancia del trabajo en grupo dentro de la empresa.

5. CONTENIDOS UNIDAD DIDÁCTICA I. MÁQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA ASÍNCRONAS TEMA 1. SISTEMA ELECTROMAGNÉTICO. FUNCIONAMIENTO DE LA MÁQUINA ASÍNCRONA. 1.- Introducción. 2.- Onda de campo de un devanado de c.a. monofásico concentrado de paso diametral. 3.- Onda de campo de un devanado distribuido de paso acortado. 4.- Onda de campo de un devanado trifásico. Campo magnético giratorio. 4.1.- Teorema de Ferraris. 4.2.- Teorema de Leblanc. TEMA 2. FUNDAMENTOS DE LA MÁQUINA ASÍNCRONA. 1.- Aspectos constructivos. 2.- Rotor de jaula de ardilla y Rotor bobinado. 3.- Principio de funcionamiento de las máquinas asíncronas. 3.1.- Transformador. 3.2.- Motor.

3.3.- Generador. 3.4.- Freno. 4.- Motor en reposo. 5.- Motor en movimiento. Deslizamiento. TEMA 3. ANÁLISIS DEL FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN. 1.- El motor de inducción como transformador. 2.- Diagrama vectorial en vacío. 3.- Sustitución del secundario fijo por otro móvil. 4.- Reducción del secundario al primario. 5.- Circuito equivalente y diagrama vectorial en carga. TEMA 4. ENSAYOS, POTENCIAS. 1.- Ensayos del motor de inducción. 1.1.- Ensayo de vacío. 1.2.- Ensayo de cortocircuito. 2.- Análisis de potencias. 3.- Diagrama de círculo. Deducción. 4.- Par motor. 5.- Curvas características. Par deslizamiento. TEMA 5. ARRANQUE DE LA MÁQUINA ASÍNCRONA. 1.- Introducción. 2.- Par de arranque. 3.- Arranque de los motores trifásicos de inducción. 3.1.- Arranque directo. 3.2.- Arranque mediante resistencia estatórica. 3.3.- Arranque mediante autotransformador. 3.4.- Arranque conexión estrella triángulo. 3.5.- Rotor de doble jaula. 4.- Arranque de los motores de rotor bobinado. TEMA 6. MOTOR DE INDUCCIÓN MONOFÁSICO. 1.- Constitución y principios de funcionamiento. 2.- Circuito equivalente del motor monofásico. 3.- Análisis de potencias. 4.- Arranque del motor monofásico. 4.1.- Motores de fase partida. 4.2.- Arranque con condensador. 4.3.- Arranque con espira de sombra. TEMA 7. REGULACIÓN DEL MOTOR DE INDUCCIÓN. 1.- Regulación de velocidad. 1.1.- Por variación de la frecuencia de la red. 1.2.- Por variación de la tensión de la red. 1.3.- Por modificación del número de polos. 1.4.- Por variación de la resistencia del rotor. 1.5.- Por aplicación de una Fem. de regulación. 2.- Inversión del sentido de giro. 3.- Frenado del motor. UNIDAD DIDÁCTICA II MÁQUINA SÍNCRONA TEMA 8. GENERACIÓN DE FEM. CONSTITUCIÓN. FUNCIONAMIENTO. 1.- Fem. inducida en un devanado concentrado de paso diametral. 2.- Fem. inducida en un devanado distribuido. Factores que le afectan. 3.- Amónicos de la Fem. inducida. 4.- Constitución y clasificación. 5.- Sistemas inductor. 6.- Refrigeración. 7.- Principio de funcionamiento como motor y como generador.

8.- Funcionamiento en vacío. Fem. inducida. Característica de vacío. 9.- Funcionamiento en carga. 9.1.- Flujo inductor, flujo útil y flujo de dispersión. 9.2.- Reactancia y Fem. de dispersión. 9.3.- Caída de tensión en resistencia de inducido. 10.- Reacción de inducido. 10.1.- Carga resistiva. Reacción transversal. 10.2.- Carga inductiva. Reacción longitudinal desmagnetizante. 10.3.- Carga capacitiva. Reacción longitudinal magnetizante. 10.4.- Carga cualquiera. Reacción transversal y longitudinal. 11.- Análisis de la reacción de inducido. 11.1.- Método de la reacción única. Rotor cilíndrico. 11.2.- Método de las dos reacciones. Polos salientes.

TEMA 9. DIAGRAMA VECTORIAL. 1.- Diagrama vectorial de la máquina síncrona de rotor cilíndrico, no saturada. Reactancia principal síncrona. 2.- Circuito eléctrico equivalente. 3.- Diagrama vectorial de la máquina síncrona de rotor cilíndrico saturada. 4.- Diagrama vectorial de la máquina de polos salientes. Reactancias síncronas, directa y transvesal. 5.- Características de vacío. 6.- Características de cortocircuito. 7.- Triángulo de Potier. 8.- Característica reactiva. 9.- Reactancia síncrona saturada y no saturada. TEMA 10. REGULACIÓN DE TENSIÓN DE UN ALTERNADOR. 1.- Regulación de tensión. 2.- Regulación de tensión. Método de Behn-Eschengurg y A.I.E.E.. 3.- Determinación de la corriente de excitación en carga. Método de Potier. 4.- Determinación de la corriente de excitación en carga. Método ASA. 5.- Método de Blondel para la máquina de polos salientes. TEMA 11. POTENCIAS EN LA MÁQUINA SÍNCRONA. 1.- Potencias activa y reactiva. 1.1.- Rotor cilíndrico. 1.2.- Polos salientes. 2.- Característica potencia-ángulo de par. TEMA 12. MÁQUINA SÍNCRONA SOBRE UNA RED DE POTENCIA INFINITA. FUNCIONAMIENTO EN PARALELO. 1.- Estabilidad estática del funcionamiento en paralelo. Par sincronizante. 2.- Maniobra de acoplamiento. Sincronización. 3.- Máquina síncrona sobre una red de potencia infinita. 4.- Diagrama de potencias. Límites de funcionamiento.

6. METODOLOGÍA Y ACTIVIDADES ACTIVIDADES (ver códigos en Anexo)

HORAS PRESENCIALES

ACTIVIDAD 1 Clases expositivas en gran grupo: • Sesión magistral. • Exposición de teoría y ejemplos generales • Conferencias.

32

HORAS DE TOTAL CRÉDITOS COMPETENCIAS TRABAJO DE ECTS (Códigos) AUTÓNOMO HORAS

48

80

3.2

CB1 CEL1, CEL5, CEL7 CT2,CT4 CC4

M1.1, M1.2 M1.3.y M1.4 ACTIVIDAD 2 Clases en grupos de prácticas: • Prácticas. • Seminarios. • Resolución de ejercicios.

CB1,CB2,CB3 CT2 10

15

25

1.0

M2.1, M2.2, M2.4, M2.6, M2.7 ACTIVIDAD 3 Tutorías colectivas/individuales: • Supervisión de trabajos dirigidos. • Aclaración de dudas. • Comentarios de trabajos individuales. • Presentaciones/exposiciones

CB1-CB5CT2-CT4 10

2

15

0.6

52

65

120

4.8

M3.1, M3.4, M3.6 TOTALES

OBSERVACIONES (se pueden detallar y concretar brevemente las actividades a realizar): •

Clases Teóricas*: 32 horas

•

Clases Prácticas*: 10 horas

•

Exposiciones y Seminarios*: 4 horas

•

Actividades académicas dirigidas: 6 horas

•

Tutorías Especializadas Colectivas*: 5 horas

•

Realización de examen escrito: 3

7. SISTEMA DE EVALUACIÓN Se estima conveniente la evaluación del alumnado mediante el doble sistema de evaluación directa y discontinua a través de exámenes en sus posibles variantes de teóricos (abiertos con temas de desarrollo o tipo test) y ejercicios prácticos, y de evaluación indirecta y semicontinua a través de la valoración (según elaboración y calidad) de trabajos electrónicos y/o escritos, exposiciones realizadas, así como la participación en seminarios y las visitas programadas a instalaciones objeto de la asignatura. ASPECTO

CRITERIOS

-Participación activa en la clase. Asistencia y -Participación en los debates participación -Participación en el trabajo grupal Conceptos de la -Dominio de los conocimientos materia teóricos y operativos de la materia. -Entrega de los casos-problemas bien resueltos. -En cada trabajo se analizará: Realización de trabajos - Estructura del trabajo o casos - Calidad de la documentación - Originalidad -Ortografía y presentación -Pertinencia de la actuación al Prácticas de laboratorio contenido de la materia y visitas a instalaciones -Calidad de la actividad presentada.

INSTRUMENTO

PESO

Observación y notas del profesor

10%

Examen teórico (prueba objetiva)

60%

2 Trabajos (1 individual; 1 en grupo)

10%

Valoración del 20% producto o actividad

El sistema de calificación se regirá por lo establecido en el RD 1125/2003 de 5 de septiembre por el que se establece el sistema europeo de créditos y el sistema de calificaciones en las titulaciones universitarias de carácter oficial.

Observaciones adicionales al sistema de evaluación • Se efectuará un examen teórico-práctico, consistente en la interpretación de una serie de preguntas teóricas, problemas y cuestiones acerca de las prácticas efectuadas durante el curso. • La asistencia a tutorías programadas, seminarios y prácticas de la asignatura será de gran importancia y de carácter obligatorio. Para aprobar la asignatura es necesario sacar como mínimo 2,5 puntos en el examen de teoría y 2,5 puntos en la parte de prácticas de laboratorio, trabajos tutorizados y asistencia a seminarios, etc.. En caso de no superar el mínimo requerido en el examen teórico, las notas obtenidas en prácticas de laboratorio y en los trabajos tutorizados se guardarán tan solo hasta la convocatoria de septiembre del curso académico vigente.

8. DOCUMENTACIÓN/BIBLIOGRAFÍA ESPECÍFICA o BÁSICA: 1. Máquinas eléctricas / Jesús Fraile Mora. McGraw-Hill, Madrid 2008. 2. Guía de autoaprendizaje de máquinas eléctricas. Mazón, Javier-Miñambres, José-Zorrozua, Miguel Angel-Buigues, Garikoitz . 2008 ISBN: 978-84-83224-90-8, Madrid. 3. . Fraile Mora, Jesús .Título Problemas de máquinas eléctricas / Jesús Fraile Mora, Jesús Fraile Ardanuy .Publicación Madrid [etc] : McGraw-Hill , D. L. 2005. 4. Gómez Alós, Milagros, Bachiller Soler, Alfonso ,Ortega Gómez, Guillermo. Problemas resueltos de Máquinas Eléctricas. 2ª Edición: ISBN 9788497325233.

5. Teoría general de máquinas eléctricas. Edita: Universidad Nacional de Educación a Distancia , Madrid,1991.

GENERAL Y COMPLEMENTARIA: Chapman Stephen J. Máquinas eléctricas.Ed. McGraw-Hill. Colombia 1990. Fitzgerald A. E. Kingsley C. Jr. Umans S.Máquinas eléctricas. Ed.McGraw-Hill. México, 2003 Kosow, Irving L.Máquinas eléctricas y transformadores. Ed.Reverté. Barcelona, 1982. Nasar,S.A. y Boldea,I.. Electric Machines.Ed. Hemisphere Publishing Corporation, 1990. M. Gómez, G. Ortega. Problemas resueltos de máquinas eléctricas. Ed. Madrid Thomson-Paraninfo,2002 Arthur Eugene Fitzgerald, Charles Kingsley, Stephen D. Umans Electric machinery. McGraw-Hill Series in Electrical Engineering. Power and Energy.Edición 6, ilustrada, 2002. Cathey, Jimmie J.Electric machines : analysis and design applying Matlab. McGraw-Hill, 2001. Hamid A. Toliyat,G. B. Kliman Handbook of electric motors 2ª ed, 2004. Hughes, Austin .Electric Motors and Drives: Fundamentals, Types and Applications (3rd Edition). Ed: newness, 2006. Kothari, D. P.. Nagrath I. J, MATHEMATICAL MODELS OF ELECTRICAL MACHINES.Ed.:Editorial McGraw-Hill, 2004. Nasar,S.A. y Boldea,I.. Electric Machines.Ed. Hemisphere Publishing Corporation, 1990. . NUEVO. Stephen J. Chapman. Electric Machinery Fundamentals, 4 ª ed. 2004.. Simulations of Machines Using MATLAB and SIMULINK. Editorial Bookware Companion Series

3 2 1 2 2 3 2 2

9ª: 26-29 abril 10ª: 2-6 mayo 11ª: 9-13 mayo 12ª: 16-20 mayo

3 3 1 2

1 2 1 2

2

1 2

Observaciones

T1 T1 T2 T3 T3 T4 T5 T6 T7

2

2

Exámenes

2

1 2 1

Trabajo autónomo

Actividad 3

Cuatrimestre 2º 1ª: 21-25 febrero 2ª: 1-4 marzo 3ª: 7-11 marzo 4ª: 14-18 marzo 5ª: 21-25 marzo 6ª: 28 marz.-1 abril 7ª: 4-8 abril 8ª: 11-15 abril

Actividad 2

SEMANA

Actividad 1

9. CRONOGRAMA (segundo cuatrimestre)

18-25 abril T8 T8 T9 T10

13ª: 23-27 mayo 14ª: 30 mayo-3 junio 15ª: 6-10 junio 16ª: 13- 19 junio 17ª: 20-24 junio 18ª: 27 junio-1 julio 19ª: 4-8 julio 20ª: 11 julio HORAS TOTALES:

2 3 2

T11 T12 T12

Periodo de exámenes 32

10

10

65

3

120horas

(*) ANEXO A LA TABLA DE ACTIVIDADES FORMATIVAS (*) CÓDIGO ACTIVIDADES Actividades

Clases expositivas en gran grupo

Clases en grupos de prácticas

Tutorías colectivas/individuales

Metodología Clases magistrales Exposición de teoría y ejemplos generales Actividades introductorias Conferencias, etc. Otros Actividades practicas Seminarios Debates Laboratorios Aulas de informática Resolución de ejercicios Presentaciones/exposiciones Otros Supervisión de trabajos dirigidos Seminarios Debates Aclaración de dudas Comentarios de trabajos individuales Presentaciones/exposiciones

Código M1.1 M1.2 M1.3 M1.4 M1.5 M2.1 M2.2 M2.3 M2.4 M2.5 M2.6 M2.7 M2.8 M3.1 M3.2 M3.3 M3.4 M3.5 M3.6