Maquinas Eléctricas I

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y
CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
PROGRAMA SINTÉTICO
CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización
ASIGNATURA: Máquinas Eléctricas I
SEMESTRE:
Quinto
OBJETIVO GENERAL:
El alumno comprobará el funcionamiento y desempeño de las máquinas que operan con corriente
directa, bajo previo análisis de los componentes y características de las diferentes clases y tipo de
motores que se emplean en maquinaria y procesos industriales.
CONTENIDO SINTÉTICO:
I. Sistema de Campo Magnético en Fuerzas y Torques
II. Introducción a Máquinas Rotatorias
III. Motor de Corriente Directa, Serie, Paralelo y Compuesto
IV. Servomotores
V. Máquinas de Reluctancia Variable y Motor a Pasos
METODOLOGÍA:
Elaboración de trabajos de investigación bibliográfica por el alumno de sub temas, de las diferentes
unidades de estudio
Realización de tareas extra clases
Redacción de un informe técnico de la práctica de laboratorio.
Participaciones y discusiones de problemas prácticos bajo la coordinación de profesor
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:
Se evaluará con tres exámenes departamentales, Primer examen unidades: I y II, Segundo: examen
unidad III y el Tercer examen: unidades IV y V. La calificación de la teoría será el promedio de los tres
exámenes departamentales con un peso de 50%, cada alumno elaborará y entregará un reporte por
práctica de laboratorio efectuada y el promedio de las calificaciones obtenidas tendrá un peso del 50%.,
el reporte por escrito contendrá los resultados obtenidos en la práctica, los diagramas eléctricos, los
diagramas físicos, la información técnica de aparatos y instrumentos utilizados, las consideraciones
teóricas, el desarrollo, las conclusiones y la bibliografía. La calificación definitiva será la suma de la
obtenida en la teoría y en el laboratorio. Siempre y cuando, ambas sean aprobatorias.
BIBLIOGRAFÍA:
Stephen J. Chapman. Máquinas Eléctricas; Editorial, Mc Graw Hill, México, 1998.
A. E. Fitzgerald, Charles Kingsley Jr., Stephen D. Umans, Electric Machinery,; Editorial Mc. Graw Hill,
USA, 2003.
J. F. Lindsay and M. H. Rashid, Electromechanics and Electrical Machinery;Editorial, Prentice Hall, USA,
1986.
T. kenjo, Steeping Motors and Microprocessor Control; Editorial Oxford Science Publication, UK, 1984.
Syed A Nasar and I. Boldea, Linear Electric Motors, Theory, Design, and Practical Applications, Editorial
Prentice hall, USA, 1987.
S. A. Nasar and I. Boldea, Electric Machines, Dynamics and Control, Editorial CRC Press, USA, 1993.
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y
CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y
Eléctrica
CARRERA:
Ingeniería
en
Control
y
Automatización
OPCIÓN:
COORDINACIÓN:
DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería
en Control y Automatización
ASIGNATURA: Máquinas Eléctricas I
SEMESTRE: Quinto
CLAVE:
CRÉDITOS: 7.5
VIGENTE: Agosto 2005
TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctica
MODALIDAD: Escolarizada
TIEMPOS ASIGNADOS
HRS./SEMANA / TEORÍA: 3.0
HRS./SEMANA / PRÁCTICA: 1.5
HRS./TOTALES / SEMANA: 6
HRS./SEMESTRE / TEORÍA: 54.0
HRS./SEMESTRE / PRÁCTICA: 27
HRS./TOTALES: 81.0
PROGRAMA
ELABORADO
O
ACTUALIZADO:
POR: Academia de Control y Automatización
REVISADO POR: Subdirección Académica.
APROBADO
POR:
Consejo
Técnico
Consultivo Escolar de la ESIME Zacatenco
M en C. Jesús Reyes García
AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y
Programas de Estudio del Consejo General
Consultivo del IPN
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CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Máquinas Eléctricas I
CLAVE:
HOJA:
2
DE
9
FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA
Máquinas eléctricas I, asiste a que el alumno compruebe las características y propiedades de las
máquinas de corriente directa, como fuente de transformación de energía eléctrica a energía mecánica.
El carácter teórico – práctico de la asignatura permite al alumno operar máquinas de corriente directa
con propiedades estándar y especiales, bajo las condiciones de operación y control, las cuales están
integradas en maquinarías o forman parte de sistemas electromecánicos en muy variados procesos de
producción.
Las asignaturas antecedentes son: Electricidad y Magnetismo, Teoría de los Circuitos I, Teoría de los
Circuitos II, Circuitos Lógicos.
Las asignaturas consecuentes son: Máquinas Eléctricas II, Elementos de Transmisión y Control.
Las asignaturas colaterales son: Elementos Primarios de Medición, Tecnología de Mecanismos
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA
El alumno comprobará el funcionamiento y desempeño de las máquinas que operan con corriente
directa, bajo previo análisis de los componentes y características de las diferentes clases y tipo de
motores que se emplean en maquinaria y procesos industriales.
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CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Máquinas Eléctricas I
No. UNIDAD: I
CLAVE:
HOJA:
3
DE
9
NOMBRE: Sistema de Campo Magnético en Fuerzas y Torques
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno identificará que es un sistema
interactúan con el exterior.
No.
TEMA
de campo magnético y los elementos que lo integran e
T
1.1
Balance de energía
1.5
1.2
Determinación de fuerza magnética y torque
1.5
1.3
Sistema de campo magnético multi-excitatriz.
1.5
1.4
Fuerza y torque en
magnético permanente.
1.5
1.5
Ecuación dinámica del campo magnético
1.6
Técnicas analíticas,
linealización
sistemas
movimiento
EC
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
6.0
1B,2B,3C
HORAS
TEMAS
de
campo
Gross
P
1.5
y
1.5
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Investigación por parte del alumno de sistemas reales en los cuales pueda describir los conceptos vistos.
Solución de ejercicios que permitan al alumno formular y evaluar los conceptos básicos del campo
magnético
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Aplicación de un examen escrito de los temas de la unidad.
La calificación se complementará con las investigaciones extra clases y la participación en la solución de
ejercicios en el salón
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ASIGNATURA: Máquinas Eléctricas I
No. UNIDAD:
CLAVE:
HOJA:
4
DE
9
NOMBRE: Introducción a Máquinas Rotatorias
II
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno aplicará los elementos y componentes básicos de una maquina rotatoria, haciendo uso de los
conceptos de un sistema de campo magnético.
No.
TEMA
2.1
HORAS
TEMAS
T
P
1B, 2B, 3C
1.5
Introducción
2.2
Fuerza
magnetomotriz
distribuidos
2.3
Campo magnético en máquinas rotatorias
1.5
2.4
Saturación magnética.
3.0
2.5
Flujos dispersos o fugas
1.5
de
devanados
1.5
EC
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
3.0
3.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Solución de ejercicios de aplicación práctica con el uso de la computadora, tal que el alumno pueda
integrar y evaluar los conceptos del análisis transitorio y permanente del campo magnético en máquinas
rotatorias.
Solución de tareas por parte de los alumnos en el salón de clase.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Aplicación de un examen parcial con la parte proporcional del contenido de esta unidad
Entrega y evaluación del reporte de las prácticas.
Participación activa del alumno en la solución de ejercicios en el aula e investigaciones referentes a la
unidad.
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ASIGNATURA: Máquinas Eléctricas I
No. UNIDAD:
III
CLAVE:
HOJA:
5
DE
9
NOMBRE: Motor de Corriente Directa, Serie, Paralelo y Compuesto
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno identificará los componentes del motor de corriente directa, en los tipo de conexión serie,
paralelo y compuesto, indicando las ventas y desventajas de cada una de las conexiones del motor.
No.
TEMA
TEMAS
HORAS
T
P
3.0
3.1
Aspectos del Circuito Eléctrico del motor de
corriente directa
1.5
3.2
Aspectos del Circuito Magnético del motor de
corriente directa
1.5
3.3
Componentes principales
1.5
3.4
Características eléctricas y mecánicas
3.5
Conexión en serie, paralelo y serie – paralelo
4.5
3.6
Función de transferencia del motor de Corriente
Directa
3.0
3.7
Control de Par o Potencia
1.5
3.8
Arranque, control y protección
1.5
EC
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
1B, 2B, 3C
6.0
3.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Interacción entre profesor y alumno a través de ejercicios, exposiciones y tareas en el salón de clases
Exposición de diapositivas por medio de proyector
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
La calificación de esta unidad quedará formada por :
Realización del segundo examen parcial, que comprende la unidad III.
La calificación del reporte de la práctica que abarca la unidad.
Participación del alumno en la solución de ejercicios en el salón de clase.
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CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
Máquinas Eléctricas I
IV
CLAVE:
HOJA:
6
DE
9
NOMBRE: Servomotores
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El estudiante identificará los elementos que integran un servomotor, así como su selección, aplicación,
instalación, control y sus elementos auxiliares de control.
No.
TEMA
TEMAS
HORAS
T
P
3.0
4.1
Servomotores electromecánicos
3.0
4.2
Servomotores hidráulicos
1.5
4.3
Componentes auxiliares
4.4
Curvas Características Par - Velocidad
4.5
Circuitos y diagramas de operación
4.6
Monitoreo de parámetros eléctricos.
EC
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
4B, 5B, 6C
3.0
1.5
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Interacción del estudiante con el profesor atendiendo sus indicaciones: tareas, exposición, orientación,
ayudas y complementada experimentalmente mediante el desarrollo de la observación y el análisis de
servomotores de CD y CA.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Participación tanto individual como grupal por parte de los alumnos en solución de problemas prácticos
en el aula.
Reporte de prácticas de laboratorio, las cuales para esta unidad se consideraran como un proyecto que
sistematice los conocimientos del análisis temporal de los sistemas de control, empleando para ello tanto
los conocimientos adquiridos en las unidades previas como en la actual.
Aplicación del segundo examen parcial programado para está unidad, conteniendo la parte proporcional
correspondiente
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ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
Máquinas Eléctricas II
V
CLAVE:
HOJA:
7
DE
9
NOMBRE: Maquinas de Reluctancia Variable y Motor a Pasos
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno empleará los componentes de las máquinas de reluctancia variable, giratorias y lineales, así
como los diferentes tipos y clases de motores a pasos; previo análisis, y aplicación adecuada de los
diferentes controladores e interfases de control para los motores VR y SM.
No.
TEMA
TEMAS
HORAS
T
P
Análisis del circuito eléctrico-magnético de un
motor de reluctancia variable
3.0
3.0
5.3
Configuración práctica del motor de reluctancia
variable.
1.5
5.4
Análisis no lineal
1.5
5.5
Principio de operación y conmutación del motor
a pasos
3.0
5.6
Tipos y clases de controladores del motor a
pasos
3.0
5.1
5.2
EC
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
4B, 5B, 6C
3.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Participación de los alumnos para la construcción del conocimiento sobre los conceptos y características
de los temas, investigando en literatura especializada y complementado con una interacción teóricopráctica y reportes técnicos de reconocimiento internacional
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Para evaluar la unidad V se consideraran las calificaciones de los reactivos siguientes:
Realización del tercer examen parcial
La calificación del reporte de las prácticas.
Participación del alumno en la solución de ejercicios dentro del aula de clases.
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ASIGNATURA:
Teoría del Control I
CLAVE:
HOJA:
8
DE
9
RELACIÓN DE PRACTICAS
Práctica
No.
NOMBRE DE LA PRACTICA
UNIDAD
DURACIÓN
[Horas]
LUGAR DE
REALIZACIÓN
1
Conexión y puesta en marcha de máquinas
de corriente directa
II
6.0
2
Pruebas de desempeño de motores de
corriente directa
III
6.0
3
Régimen a Par Constante de un motor de
corriente directa
III
3.0
Todas las
prácticas se
realizarán en el
Laboratorio de
Máquinas
Eléctricas
4
Régimen a Potencia Constante de un motor
de corriente directa
III
3.0
5
Servomotores
IV
3.0
6
Controlador de medio y paso completo de un
Motor a Pasos
V
6.0
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ASIGNATURA:
Máquinas Eléctricas I
CLAVE:
HOJA:
9
DE
9
PERIODO
UNIDAD
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
1º
I y II
Evaluación con tres exámenes departamentales y la
participación del alumno en clase lo cual tendrá un peso del
50%.
2º
III y IV
Cada alumno elaborará y entregará un reporte técnico por
práctica de laboratorio efectuada, y el promedio de las
calificaciones obtenidas tendrá un peso del 50%.
3º
V
La calificación definitiva será la suma de la obtenida en la
teoría y en el laboratorio. Siempre y cuando, ambas sean
aprobatorias en cada periodo de evaluación.
CLAVE
B
1
X
2
X
X
3
4
X
5
X
6
C
X
BIBLIOGRAFÍA
Stephen J. Chapman. Máquinas Eléctricas; Editorial, Mc Graw
Hill, México, 1998.
A. E. Fitzgerald, Charles Kingsley Jr., Stephen D. Umans,
Electric machinery,; Editorial Mc. Graw Hill, USA, 2003.
J. F. Lindsay and M. H. Rashid, Electromechanics and Electrical
Machinery; Editorial, Prentice Hall, USA, 1986.
T. kenjo, Steeping Motors and Microprocessor Control; Editorial
Oxford Science Publication, UK, 1984.
Syed A Nasar and I. Boldea, Linear Electric Motors, Theory,
Design, and Practical Applications, Editorial Prentice hall, USA,
1987.
S. A. Nasar and I. Boldea, Electric machines, Dynamics and
control, Editorial CRC Press, USA, 1993.
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CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA
1. DATOS GENERALES
ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
SEMESTRE Quinto
CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización
ÁREA:
ACADEMIA:
BÁSICAS C. INGENIERÍA
C. SOC. y HUM.
ASIGNATURA: Máquinas Eléctricas I
Ingeniería Eléctrica
ESPECIALIDAD Y NIVEL
ACADÉMICO REQUERIDO:
D. INGENIERÍA
Ingeniero en Control, Ingeniero Electricista, Ingeniero en
Comunicaciones y Electrónica. Preferentemente con amplia
experiencia en ingeniería de aplicación , líder de proyectos o
mantenimiento industrial
2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:
El alumno comprobará el funcionamiento y desempeño de las máquinas que operan con corriente
directa, bajo previo análisis de los componentes y características de las diferentes clases y tipo de
motores que se emplean en maquinaria y procesos industriales
3. PERFIL DOCENTE:
CONOCIMIENTOS
• Analogía entre
sistema eléctricos y
mecánicos
• Análisis de circuitos
eléctricos
• Tipo de respuesta y
comportamiento de
motores de corriente
directa.
• Instalación, puesta
en marcha de
motores de corriente
directa
• Pruebas no
destructivas a
motores de corriente
directa
EXPERIENCIA
PROFESIONAL
• En la selección,
aplicación, operación y
diseño de máquinas
eléctricas de corriente
directa
HABILIDADES
• Transferencia del
conocimiento
teórico a la
solución de
problemas.
• Para motivar al
auto estudio, el
razonamiento y
la investigación.
• Manejo de
grupos.
• Realizar
analogías y
comparaciones
en forma simple.
ACTITUDES
Liderazgo
Compromiso social
Ética
Responsabilidad
Científica
Colaboración
Superación docente y
profesional.
•
•
•
•
•
•
•
ELABORÓ
REVISÓ
AUTORIZÓ
Ing. Alejandro Acuña Saavedra
PRESIDENTE DE ACADEMIA
Ing. Guillermo Santillán Guevara
SUBDIRECTOR ACADÉMICO
M en C. Jesús Reyes García
DIRECTOR DEL PLANTEL
FECHA:
Agosto -2005