objetivos de conversion de energia electromecánicate 2036

TE2036 Conversión de energía electromecánica
CIP de la materia: 141001 Ingeniería Eléctrica/Electrónica y Comunicaciones.
C-L-U: 3-0-8
Carreras que cursan la materia: 6 IME
Intención del curso en el contexto general del plan de estudios: Es un curso de nivel básico que tiene la intención de
que el estudiante conozca y aplique los conceptos relacionados con los principios de la conversión de energía
electromecánica. Se incluirán conceptos de Circuitos Magnéticos, Transformadores, Máquinas Eléctricas Rotativas de
CD y CA. Requiere buenos conocimientos de física eléctrica y circuitos eléctricos. Como resultado del aprendizaje se
espera que el alumnos plantee y resuelva problemas comunes del uso de transformadores y máquinas eléctricas.
Resultados Esperados del Aprendizaje
Entiende Circuitos Magnéticos aplicados a máquinas eléctricas. Resuelve circuitos eléctricos con transformadores y
máquinas. Plantea y resuelve circuitos eléctricos equivalentes para máquinas de CA y CD. Reconoce las máquinas por
sus aspectos físicos externos. selecciona máquinas adecuadas para cada tipo de accionamiento.
Objetivo general del curso: —Analizar circuitos magnéticos lineales y no lineales. Calcular pérdidas en núcleos ferromagnéticos. Describir las características del transformador ideal. Conocer y aplicar el circuito equivalente de un
transformador. Estudiar transformadores trifásicos. Describir el motor de inducción. Conocer y aplicar el circuito
equivalente de un motor de inducción. Calcular la característica par velocidad de un motor de inducción. Estudiar los
principios de funcionamiento de los motores de CD y Sincrónicos .
Temas del curso y tiempo estimado en unidades:
Entender y Aplicar Circuitos Magnéticos en CA (1U). Aplicar Transformadores y auto transformadores (2U). Entender y
aplicar distintos tipos de motores de inducción (2U). Entender y aplicar motores de corriente directa y sincrónicos (3U)
Temas y subtemas del curso
1. Circuitos magnéticos.
1.1 Ley de Amper.
1.2 Materiales magnéticos lineales y no lineales.
1.3 Métodos de solución para resolver problemas no lineales.
1.4 Materiales ferro-magnéticos, característica no lineal y lazo de histéresis.
1.5 Ley de Faraday y ley de Lenz.
1.6 Pérdidas en materiales ferro-magnéticos, pérdidas de eddy e histéresis.
1.7 Manejo de materiales laminados y de entrehierros.
2.- Transformadores.
2.1 Transformador ideal.
2.2 Circuito equivalente de un transformador.
2.3 Cálculos de regulación.
2.4 Cálculos de eficiencia.
2.5 Autotransformadores.
2.6 Transformadores trifásicos.
2.7 Armónicas en transformadores monofásicos y trifásicos.
2.8 Medición de parámetros del circuito equivalente.
2.9 Sistema por unidad.
2.10 Transformadores de instrumentación.
3.- Motores de inducción.
3.1 Construcción.
3.2 Conceptos básicos.
3.3 Circuito equivalente.
3.4 Potencia y par.
3.5 Característica par-velocidad.
3.6 Motores de inducción de rotor devanado.
3.7 Variación de la característica par-velocidad.
3.8 Determinación de los parámetros del circuito equivalente.
3.9 Operación y arranque de motores monofásicos.
4.- Máquina sincrónica.
4.1 Construcción de máquinas de rotor cilíndrico y de polos salientes.
4.2 Conceptos básicos de generación de voltaje.
4.3 Circuito equivalente de la máquina de rotor cilíndrico.
4.4 Potencia y par.
4.5 Característica de potencia - ángulo de potencia.
4.6 Sincronización de un generador, control de potencia activa y reactiva.
4.7 Arranque de motores sincrónicos.
5.- Máquina de corriente directa.
5.1 El modelo más simple.
5.2 Introducción al proceso de conmutación.
5.3 Problemas de conmutación en la máquina real.
5.4 Dirección del flujo de potencia y pérdidas.
5.5 Diferentes conexiones de máquinas de corriente directa.
5.6 Circuito equivalente de una máquina de corriente directa.
5.7 La curva de magnetización de una máquina de corriente directa.
5.8 Características de máquinas de corriente directa en sus diferentes conexiones.
5.9 Cálculo de regulación y eficiencia.
Objetivos específicos de aprendizaje por subtema
Tema 1.- Circuitos
magnéticos.
1.1 Aplicar la Ley de Amper.
1.2 Describir los materiales magnéticos lineales y no lineales.
1.3 Aplicar los métodos de solución para resolver problemas no lineales.
1.4 Conocer las características de materiales ferro-magnéticos, característica no lineal y lazo de
histéresis.
1.5 Aplicar la Ley de Faraday y ley de Lenz.
1.6 Calcular pérdidas en materiales ferro-magnéticos, pérdidas de eddy e histéresis.
1.7 Resolver problemas con materiales laminados y entrehierros.
Transformadores.
2.1 Describir las características de un transformador ideal.
2.2 Usar el circuito equivalente de un transformador.
2.3 Calcular regulación de voltaje en transformadores para diferentes factores de potencia.
2.4 Calcular eficiencia en forma rigurosa y en forma aproximada.
2.5 Describir cómo opera un autotransformador.
2.6 Dibujar las conexiones de transformadores trifásicos, cumpliendo con normas.
2.7 Describir dónde aparecen armónicas en transformadores monofásicos y trifásicos.
2.8 Calcular los parámetros del circuito equivalente.
2.9 Usar el sistema por unidad en transformadores.
2.10 Describir el uso de transformadores de instrumentación
Tema 2.
Tema 3. Motor de inducción.
3.1 Conocer la construcción de motores de inducción.
3.2 Usar los conceptos básicos de operación.
3.3 Describir el significado de los elementos del circuito equivalente.
3.4 Calcular potencia y par.
3.5 Determinar la característica par-velocidad.
3.6 Describir las ventajas y desventajas de los motores de inducción de rotor devanado.
3.7 Calcular los parámetros del circuito equivalente.
3.8 Explicar como operan y arrancan lo motores monofásicos.
Tema 4
Máquina sincrónica
4.1 Describir la construcción de máquinas de rotor cilíndrico y de polos salientes.
4.2 Deducir la ecuación de voltaje generado aplicando la ley de Faraday.
4.3 Usar el circuito equivalente de la máquina de rotor cilíndrico linearizándola
4.4 Calcular potencia y par en máquinas sincrónicas.
4.5 Usar la ecuación de potencia- ángulo de potencia.
4.6 Sincronizar un generador a la red eléctrica y controlar potencia activa y reactiva.
4.7 Describir el proceso que se requiere para arrancar motores sincrónicos.
4.8 Describir las formas de controlar la velocidad de motores y su factor de potencia.
Máquina de corriente directa.
5.1 Analizar el modelo más simple.
5.2 Comprender el funcionamiento e inconvenientes del proceso de conmutación en la máquina real.
5.3 Cálculo e interpretación de la dirección del flujo de potencia y pérdidas.
5.4 Conocer las distintas conexiones de máquinas de corriente directa.
5.5 Analizar y comprender el circuito equivalente de un motor de corriente directa.
5.6 Analizar la curva de magnetización de una máquina de corriente directa.
5.7 Entender el funcionamiento y propiedades de las diferentes conexiones de máquinas de corriente
directa.
5.8 Calcular regulación y eficiencia.
Tema 5.
Metodología de enseñanza y actividades de aprendizaje:
1. Exposición teórica de cada tema por parte del maestro, acompañada de ejercicios en clase.
2. Asignación de problemas para ser resueltos por los alumnos.
El curso contribuye principalmente en las siguientes dos competencias de egreso de la carrera IME, la cual está
asociada a la disciplina del curso
CE2. El alumno diseña y desarrolla sistemas o subsistemas para la producción de energía y potencia
electromecánica, haciendo uso eficiente de los recursos energéticos renovables y minimizando el impacto ambiental
de sus desarrollos.
CE3 El alumno diseña, construye y opera componentes y máquinas para sistemas de manufactura y producción
automatizada
Tiempo estimado de cada tema:
Tema 1
Tema 2
Tema 3
Tema 4
Tema 5
Exámenes
Total
6
9
12
9
9
horas
horas
horas
horas
horas
3 horas
48 horas
Políticas de evaluación sugerida:



Exámenes parciales: 60%
Examen final: 30 %
Tareas: 10%
Bibliografía:
Libros de texto:
Sen, P. C. (Paresh Chandra), Principles of electric machines and power electronics : John Wiley & Sons, c1997., , , ,
[ISBN 0-471-02295-0 (papel alcalino)]
o
Chapman, Stephen J., Electric machinery and power system fundamentals : McGraw-Hill, c2002., , , , [ISBN 0-07229135-4, ISBN0-07-112179-X (International Student ed.)]
LIBROS DE CONSULTA:
A.E. Fitzgerald, Ch. Kingsley, S.D. Umans, Electric Machinery, Quinta Edición, McGraw Hill 1990
Stephen J. Chapman, Electric Machinery Fundamentals, Second Edition, McGraw Hill 1990
Gordon R. Slemon, Electric Machines and Drives, Addison Wesley 1992
Hunt, Electromagnetic Static Devices, New York: Allyn Bacon 1963
Majmudar, Electromechanical Energy Converters, N. Y., Allyn Bacon 1965
M. I. T. Staff, Magnetic Circuits and Transformers, New York, John Wiley & Sons 1961
Material de apoyo:
Acetatos, notas y apuntes del profesor, hoja de cálculo y el programa PSpice de Cadence (versión de
evaluación)
Perfil del profesor:
Áreas en las que se requiere el grado académico (no refiere a nombres de programas):
Maestría en Ingeniería Eléctrica/Electrónica y Comunicaciones (141001); Doctorado en Ingeniería Eléctrica/Electrónica y
Comunicaciones
Frases temáticas:
Análisis de circuitos magnéticos, circuito equivalente del transformador y del motor de inducción, cálculo de
parámetros de los circuitos equivalentes, desempeño de transformadores y motores de inducción para
diferentes condiciones de operación, evaluación y selección de transformadores y motores de inducción usando
criterios de eficiencia energética, pruebas de laboratorio para determinar los parámetros y desempeño del
trasformador y motor de inducción.
Responsable: actualizado por Javier Rodriguez Bailey (jrb@itesm.mx)