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CURSO: MAQUINAS ELECTRICAS
TRADUCCION:ELECTRIC MACHINES
SIGLA: IEE2213
CREDITOS: 10
MODULOS: 03
CARACTER: MINIMO MAJOR
TIPO: CATEDRA
CALIFICACION: ESTANDAR
PALABRAS CLAVE:MAQUINA ELECTRICA, TRANSFORMADOR, CIRCUITOS MAGNETICOS, ELECTROMAGNETISMO, MOTOR ELECTRICO, INDUCCION, SINCRONO, ACCIONAMIENTOS
NIVEL FORMATIVO: PREGRADO


I. INTRODUCCION

Este curso trata sobre maquinas electricas, las cuales son dispositivos que transforman energia utilizando el campo magnetico. Las maquinas electricas se pueden clasificar en convertidores electromagneticos (transformadores) y
electromecanicos (actuadores, motores y generadores). El curso aborda la teorica, conceptos y principios de funcionamiento de estos, pasando por un analisis de sus caracteristicas, control y aplicaciones en la industria, mineria y
traccion electrica.


II. OBJETIVO

Comprender la teoria y principios basicos de las maquinas electricas, poseer un conocimiento profundo y transversal de los distintos tipos de maquinas y sus caracteristicas, enfocandose principalmente en la conversion electromecanica
(motor y generador), campos magneticos rotatorios, sistemas trifasicos y controles basicos de torque y velocidad. Finalmente aplicar, analizar y evaluar la teoria y principios de estas maquinas para su dise?o y correcta aplicacion.


II. COMPETENCIAS E INDICADORES DE DESEMPE?O

A continuacion se describen las principales competencias del curso en conjunto con sus indices de desempe?o:

- Comprender los conceptos y principios de la conversion de energia electromagnetica (conocer y describir los terminos, unidades, parametros y variables involucradas; explicar los conceptos fundamentales y principios de funcionamiento
de las maquinas).

- Identificar los tipos de maquinas electricas presentes en la industria, mineria y otras aplicaciones como traccion (conocer las caracteristicas basicas de cada tipo de maquina; comprender su funcionamiento y posible aplicacion; y
distinguir sus diferencias y variantes).

- Evaluar el tipo de maquina y control idoneos para determinadas aplicaciones (comprender los requerimientos basicos de la aplicacion; analizar los tipos de maquinas y controles que satisfacen las necesidades; y decidir cual es el
tipo de maquina y control mas adecuado).

Aplicar, analizar y evaluar los distintitos tipos de maquinas en aplicaciones simuladas (comprender y aplicar software especializados como Matlab/Simulink R y PSIMR a maquinas electricas; construir un diagrama de bloques para simular
una maquina en una determinada aplicacion; evaluar y analizar los resultados obtenidos en las simulaciones).

- Dise?ar maquinas electricas basicas (comprender las variables, parametros y principio basico de funcionamiento; analizar y evaluar cada etapa del dise~no y las simplificaciones en los calculos; y elegir los materiales adecuados e
implementarlos de forma adecuada).

- Capacidad para reconocer responsabilidades eticas y profesionales en situaciones de ingenieria y hacer juicios informados, que deben considerar el impacto de las soluciones de ingenieria en contextos globales, economicos, ambientales
y sociales.


III. CONTENIDOS

1. Introduccion y Motivacion: Historia, corriente continua y alterna, sistemas trifasicos, caracteristicas clasificacion, aplicaciones y ventajas generales de las maquinas electricas.

2. Electromagnetismo (repaso): Conceptos; flujo y campo magnetico; ecuaciones de Maxwell; materiales magneticos; histeresis y armonicos; circuitos magneticos; inductancia, flujo mutuo y de fuga; y perdidas de energia en sistemas
magneticos(histeresis y corrientes de parasitas).

3. Transformadores (profundizacion): Principio de funcionamiento del transformador ideal; operacion en regimen sinusoidal y ecuacion de dise?o; polaridad; transformador real y circuito equivalente; pruebas en c.a y c.c; regulacion de
voltaje; perdidas, eficiencia, aislacion y refrigeracion; conexion en paralelo y serie; autotransformador y tomas (taps); corriente de excitacion y armonicos generados; transformadores de medida; transformadores trifasicos
(caracteristicas, conexiones, diagrama fasorial y armonicos); Caracteristicas constructivas y transporte.

4. Energia y conversion electromecanica: Energia y coenegia; balances de energia; conversion electromecanica de energia; fuerzas y torques electromecanicos.

5. Maquinas y Campos Magneticos Rotatorios (CMR): Maquina basica de reluctancia, maquina de doble excitacion; maquina cilindrica; distribucion sinusoidal de la fuerza magnetomotriz; campo magnetico rotatorio (CMR); pares de polos;
condicion de torque medio; introduccion a las principales maquinas (Sincrona, Induccion y de Corriente Continua).

6. Maquina Sincrona: Caracteristicas y clasificacion; aplicaciones; circuito equivalente y diagrama fasorial; Potencia activa, reactiva y torque; Operacion en red aislada y barra infinita; regulacion de voltaje; diagrama de potencia PQ;
diagrama de operacion; curva v; determinacion experimental de parametros (pruebas en c.a y c.c. y prueba de deslizamiento).

7. Maquina de Induccion (maquina Asincrona): Caracteristicas y aplicaciones; principio de funcionamiento, desplazamiento y clasificacion; circuito equivalente, potencia mecanica; circuito equivalente aproximado; torque electromagnetico;
corriente y resistencia rotorica; prueba de vacio y rotor bloqueado; modelo dinamico y variables de estado; balance de potencias y eficiencia; Tipos de jaula de ardilla (Norma NEMA y caractersticas); metodos de arranque y control de
velocidad.

8. Maquina de Corriente Continua (CC o DC): Caracteristicas y aplicaciones; principio de funcionamiento y operacion; tipos de bobinados reales; reaccion de armadura y compensacion (escobillas con grado variable, devanados
compensadores e interpolos); clasificacion (excitacion separada, shunt, serie y compound); circuitos equivalentes y torque electromagnetico; operacion como generador; control de partida y velocidad.

9. Maquinas Monofasicas: Clasificacion, el motor universal, el motor de repulsion y el motor de induccion, configuraciones y metodos de partida, caracteristicas tipicas y aplicaciones.

10. Accionamientos:Clasificacion de conversores (chopper buck, boost, buck-boost, buckboost regenerativo), puente H, rectificadores tiristorizados, el cicloconversor, el inversor convencional fuente de voltaje, el inversor convencional
fuente de corriente, ejemplo de aplicaciones en generadores y motores, controles muy basicos de conversores y maquinas.


IV. METODOLOGIA

El curso se basa en clases expositivas donde el profesor presentara la teoria, conceptos, principios, aplicaciones y caracteristicas de las maquinas electricas.
Se realizan 9 ayudantias, una cada tema central visto en el curso, donde se refuerzan los conceptos y se resolveran problemas de desarrollo. El resto de las ayudantias son utilizadas para talleres y reforzamiento.


V. EVALUACIONES

Las evaluaciones constan de 3 interrogaciones, 3 a 4 tareas y un proyecto aplicado durante el semestre.


VI. BIBLIOGRAFIA

El curso no tiene bibliografia minima, pero se sugieren los libros 1-2 para todos los capitulos del curso y el libro 3 para el ultimo capitulo.

1. Electric Machinery by A. E. Fitzgerald, Jr.,Charles Kingsley, Stephen Umans, and A. E. Fitzgerald, McGraw-Hill Education; 7th Edition (January 28, 2013).

2. Maquinas Electricas, Jesus Fraile Mora, McGraw-Hill; 6ta Edicion (2008)

3. Power Electronics: Converters, Applications, and Design by Ned Mohan, Tore M. Undeland, William P. Robbins, Wiley; 3rd Edition (October 10, 2002)


PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE
ESCUELA DE MEDICINA / MARZO 2009 / ACTUALIZADO ABRIL 2021