Motores Eléctricos Especiales PROGRAMA DOCENTE

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1 PROGRAMA DOCENTE DATOS ADMINISTRATIVOS MATERIA: MOTORES ELÉCTRICOS ESPECIALES 5º CURSO INGENIERÍA INDUSTRIAL TECNOLOXÍA ELÉCTRICA CURSO Código de la materia Nombre de la materia Motores Eléctricos Especiales Tipo materia (libre elección, Optativa optativa, obligatoria, troncal) Alumnos nuevos 15 Alumnos totales 15 Créditos aula/grupo (A) 4,5 Créditos laboratorio/grupo (L) 3 Créditos prácticas/grupo (P) 0 Número grupos Aula 1 Número grupos Laboratorio 1 Número grupos Prácticas 0 Anual /Cuatrimestral C Departamento Ingeniería Eléctrica Área de conocimiento Ingeniería Eléctrica PROFESORADO DE LA MATERIA Nombre profesor/a Código Créditos (indicando A, L ou P) Luís Ángel Fdez. Otero ,5 A+3 L ETSII - Ing. Eléctrica, Despacho 251 9:00 a 10:00 Jueves 12:00 a 14:30 Jueves 1

2 TEMARIO TEÓRICO 1. MOTORES SÍNCRONOS DE IMANES PERMANENTES (MSIP) 1.1 Introducción 1.2 Constitución y construcción de los MSIP 1.3 Arranque de los MSIP 1.4 Aplicación de la transformada de Park a los MSIP 1.5 Régimen permanente de los MSIP 1.6 Análisis del régimen transitorio en los MSIP 1.7 Pares en los MSIP 1.8 Determinación de las reactancias síncronas de la máquina 1.9 Regulación de velocidad de los MSIP 2. MOTORES BRUSHLESS 2.1. Introducción Definición Aspectos generales Evolución histórica de los motores Ventajas e inconvenientes Comparativa de motores 2.2. Clasificación 2.3. Principios básicos de funcionamiento Ecuaciones de motores de onda trapezoidal Conmutación Sensores de posición 2.4. Aspectos mecánicos Materiales y propiedades de los materiales magnéticos Ensamblajes del rotor Tipos de Motores Brushless 2.5. Regulación de velocidad Aplicación BLAC 2.6. Aplicaciones 2.7. Tendencias 3. MOTORES PASO A PASO 3.1 Introducción. 3.2 Características de funcionamiento. 3.3 Tipos. 3.4 Modos de funcionamiento. 3.5 Ventajas y desventajas. Comparativa. 3.6 Aplicaciones de los motores paso a paso rotativos. 3.7 Micropasos. 3.8 Aplicaciones de los motores de micropasos. 3.9 Motores paso a paso lineales Aplicaciones de los motores paso a paso lineales Motores paso a paso X-Y Motores paso a paso planos. 4. MOTORES LINEALES DE IMAN PERMANENTE 4.1 Introducción Construcción Modo de funcionamiento Características de carrera/fuerza Características de carrera/tiempo Los límites de funcionamiento y comportamiento térmico Montaje de los motores lineales Control de posición y movimiento Ventajas de los motores lineales 4.2. Principio de funcionamiento F.e.m. y par electromagnético La resistencia de bobinado del inducido La reacción de inducido y la reactancia de fuga Circuito magnético Ventajas y desventajas 4.3. Aplicaciones Paletización Llenado de botellas Apilamiento Contaje y separación Alineamiento y desvío de cajas Elemento de sujeción neumático Movimiento lineal y rotativo Otras aplicaciones 2

3 5. MOTORES PARA ROBÓTICA 5.1. Introducción Qué es la robótica? Qué es un robot? Generaciones Impacto de la robótica Tablas del estado de los robots Estado actual y perspectiva 5.2. El sistema robótico Análisis del sistema. Unidades funcionales Factores a tener en cuenta en el diseño de un robot 5.3. Robots industriales Definición Clasificación Estructura del robot industrial Componentes Principales características de los robots Tipos de configuraciones morfológicas 5.4. Transmisiones y reductores Transmisiones Reductores 5.5. Actuadores Neumáticos Hidráulicos Eléctricos Comparación entre los distintos actuadores 5.6. Motores eléctricos para robótica Motores de corriente continua. Servomotores Motores paso a paso Motores de corriente alterna Motores de inducción Motores síncronos 5.7. Sensores Internos Externos 5.8. Aplicaciones de la robótica 5.9. Características de algunos robots industriales 6. MICROMOTORES ELÉCTRICOS 6.1. Introducción 6.2. Micromotores. Pasado 6.3. Micromotores. Actualidad Motor DC sin escobillas Penny motors Micromotores lineales Micromotores. Aplicaciones 6.4. Micromotores. Futuro 7. MOTORES ELÉCTRICOS PARA EL AUTOMÓVIL 7.1. Introducción Historia de los vehículos eléctricos Consideraciones generales acerca de los vehículos eléctricos Motor eléctrico Regulación de velocidad en motores asíncronos de corriente alterna Baterías de almacenamiento Cómo conseguimos que un coche funcione utilizando la energía solar? 7.8. El inversor Sistemas de carga Freno regenerativo Vehículos eléctricos en la actualidad Futuros vehículos eléctricos El Hidrógeno y la Pila de Combustible Introducción al Hidrógeno como combustible Ciclo energético de Hidrógeno-Solar Almacenamiento de Hidrógeno Electrolizador de membrana de intercambio de protones (PEM) Historia de la tecnología de la pila de combustible Tipos de pila de combustible Celda de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM) Pila de celdas de combustible Celda de combustible de Metanol Directo Aplicaciones móviles. 3

4 7.24. Introducción y alcance de los vehículos híbridos El concepto de vehículo híbrido Pérdidas de energía. 8. MOTORES DE INDUCCIÓN LINEALES 8.1. Introducción 8.2. Aspectos constructivos y de funcionamiento Circuito equivalente Factor G. de calidad Asimetría Control de velocidad Estator acortado Rotor acortado 8.3. Aplicaciones Aplicaciones de alta velocidad Accionamiento de los ferrocarriles eléctricos normales Desarrollo del tren magnético Características de la línea de Yamanashi El motor de inducción lineal estacionario y para bajas velocidades Motores auto-oscilantes El motor de inducción lineal como acelerador Aplicaciones de los motores lineales a velocidades medias 9. MOTORES ELÉCTRICOS EN APLICACIONES DOMÉSTICAS 9.1 Introducción. 9.2 Clasificación de motores eléctricos de uso doméstico. 9.3 Motores y aplicaciones. 9.4 Ejemplos de aplicaciones domésticas Lavadora Secador de pelo. 10. MOTORES ELÉCTRICOS DE RELUCTANCIA 10.1 Introducción. Definiciones y tipos de motores eléctricos de reluctancia Definición general Tipos de motores eléctricos de reluctancia Motores de AC trifásica: Motor de reluctancia síncrono Motores de DC conmutada Motor de reluctancia conmutado (SRM) Motor paso a paso de reluctancia variable (VR stepper) Reseña histórica De 1831 a 1965: Primeros motores eléctricos de reluctancia De 1965 a 1980 : Motores de reluctancia con tiristores y transistores De 1980 en adelante : Motores de reluctancia modernos Situación actual Ventajas e inconvenientes Ventajas Inconvenientes Criterios de diseño Introducción Número de polos y fases Principales problemas y medidas para reducir su impacto Irregularidad en el par Ruido acústico Necesidad de control no lineal Saturación y no linealidad Análisis lineal Ventajas de la saturación Métodos de control de par Control del par medio Producción de un par constante Regulación de corriente Control del par instantáneo Control sin sensores Introducción: ventajas Métodos de control sin sensores Introducción Métodos de lazo abierto Métodos de medición en fases activas Forma de onda del chopping Corriente regenerativa Flujo concatenado Observadores de estado Irregularidades en los polos del rotor y el estator 4

5 Forma de onda de la corriente Métodos de medición en fases inactivas Sondeo activo Inyección de señal modulada Corriente regenerativa (en fase inactiva) Sistemas mutuamente inducidos Conclusión Aplicaciones 11. MOTORES ELÉCTRICOS DE FLUJO TRANVERSAL Introducción Objetivos Características Funcionamiento y mejoras Principio teórico Descripción del funcionamiento del TFM lineal Mejoras Materiales Imanes permanentes Composites magnéticos blandos Pulvimetalurgia Aplicaciones Dirección eléctrica compacta para coches eléctricos Propulsión eléctrica de barcos Motores usados en robótica Aplicaciones en energía eólica Accionamientos directos de alta velocidad para tracción en trenes 5

6 TEMARIO PRÁCTICAS En la medida que lo permita el equipamiento disponible en el laboratorio, se realizarán prácticas sobre los siguientes motores: 1.- Motores síncronos de imanes permanentes 2.- Motores brushless 3.- Motores paso a paso 4.- Motores lineales de imanes permanentes 5.- Micromotores eléctricos 6.- Motores de inducción lineales 7.- Motores eléctricos de reluctancia 8.- Motores de flujo transversal 9.- Utilización de diferentes programas de cálculo MÉTODO DOCENTE: Clases teóricas: Se impartirán en el aula asignada y se precisará de un proyector de transparencias y de un cañón electrónico para visualizar durante la explicación la gran cantidad de figuras y gráficos que se utilizan a menudo para las explicaciones de esta materia. Asimismo, en ocasiones se utilizará un vídeo para poder ver algún tema en concreto. Clases Prácticas: Se realizarán a lo largo del curso y serán básicamente de dos tipos: Por un lado se desarrollarán unas sesiones en el Laboratorio de Motores Eléctricos Especiales y Cálculo para fomentar la habilidad y el entrenamiento en la utilización de diferentes programas de cálculo puesto que de momento no se dispone de equipamiento apropiado y, por otro, se realizarán consultas y búsqueda de información utilizando las potencialidades de la red para el desarrollo de trabajos en función del tema que se esté abordando en cada momento. Trabajos dirigidos: Se desarrollarán trabajos dirigidos relacionados con algún tema concreto de la asignatura que cada dos alumnos realizarán y expondrán a lo largo del curso. EVALUACIÓN: Se realizará un único examen final de la asignatura en la fecha que se establezca, de tal manera que los alumnos que no superen este examen deberán examinarse en otra convocatoria. No se guardan partes de la asignatura. En la calificación final se tendrá en cuenta al 50% la calificación de la parte teórica y del trabajo dirigido, en cada una de cuyas partes se ha de obtener un mínimo de 5 puntos sobre 10 y se habrá de tener superada la parte práctica cuya puntuación servirá para redondear al alza la calificación final. 6

7 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS BIBLIOGRAFÍA BÁSICA [1] M. Pérez Donsión, M.A. Fernández Ferro, Motores Síncronos de Imanes Permanentes, Servicio de Publicaciones e Intercambio Científico, Universidad de Santiago de Compostela,1990 [2] T.J.E. Miller Brushless permanent magnet and reluctance motor drives. Oxford University Press 1989 [3] I.L. Kosow Máquinas eléctricas y transformadores, Editorial Reverté1998 [4] D. C. Hanselman Brushless Permanent Magnet Motors Design [5] K. Rexford Electrical Control for Machines Delmar Publishers, 1996 [6] D. W. Jones Control of Stepping Motors University of Iowa Department of Computer Science, 1998 [7] J. Mazo Quintas Control de motores paso-paso, DC con escobillas y brushless. [8] C.B. Gray. Máquinas eléctricas y sistemas accionadores. Alfaomega [9] A. Basak, Permanent Magnet DC Linear Motors, Oxford Science Publications, [10] R. J. Lawrie. Biblioteca práctica de motores eléctricos. OCEANO/CENTRUM [11] Larrode, E. Automóviles Eléctricos. [12] Ferrer, E. La Combustión del Hidrógeno. BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA [1] Revista ciencia hoy en línea: [2] Sensores: [3] Compañía maquinas robótica Mate. [4] Artículo técnico: [5] Control de vel. PWM: [6] Compañía de componentes electrónicos Roi: [7] Compañía de controladores DSP: [8] Aplicación radio-control: [9] [10] Fabricante de motores lineales: [11] [12] Fdo. Luis Angel Fdez. Otero 7