RCME - Regulación y Control de Máquinas Eléctricas

Transcripción

1 Unidad responsable: EPSEM - Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Manresa Unidad que imparte: EE - Departamento de Ingeniería Eléctrica Curso: Titulación: 2016 GRADO EN INGENIERÍA ELÉCTRICA (Plan 2009). (Unidad docente Obligatoria) Créditos ECTS: 6 Idiomas docencia: Catalán Profesorado Responsable: Otros: JOAN GABRIEL BERGAS JANE Professors del DEE Competencias de la titulación a las cuales contribuye la asignatura Específicas: 1. Capacidad para el cálculo y diseño de máquinas eléctricas. Transversales: 2. COMUNICACIÓN EFICAZ ORAL Y ESCRITA - Nivel 3: Comunicarse de manera clara y eficiente en presentaciones orales y escritas adaptadas al tipo de público y a los objetivos de la comunicación utilizando las estrategias y los medios adecuados. 3. TRABAJO EN EQUIPO - Nivel 3: Dirigir y dinamizar grupos de trabajo, resolviendo posibles conflictos, valorando el trabajo hecho con las otras personas y evaluando la efectividad del equipo así como la presentación de los resultados generados. 4. APRENDIZAJE AUTÓNOMO - Nivel 3: Aplicar los conocimientos alcanzados en la realización de una tarea en función de la pertinencia y la importancia, decidiendo la manera de llevarla a cabo y el tiempo que es necesario dedicarle y seleccionando las fuentes de información más adecuadas. Metodologías docentes La asignatura se organiza en: 1. - Clases en grupos grandes: En estas clases se desarrollan las clases de teoría, resolución de problemas y las evaluaciones correspondientes a la primera y segunda prueba Se utilizará el modelo expositivo que el profesor crea más conveniente para alcanzar los objetivos que se han fijado a la asignatura. Se realizarán actividades de corta duración como problemas, actividades de síntesis y preguntas directas Clases en grupos pequeños: En esta actividad se desarrollan las prácticas de laboratorio. Se seguirá una metodología de aprendizaje basada en proyectos (PBL) donde por la consecución de las diferentes prácticas (proyecto) se organizarán los estudiantes en equipos de trabajo estructurados. Cada equipo dispondrá de un jefe y deberá planificar los trabajos y recursos para la consecución de las prácticas. La plataforma ATENEA se utilizará como herramienta de apoyo en los tres tipos de clases que se han descrito. Se utilizará como atransmissor y comunicador con los alumnos. Objetivos de aprendizaje de la asignatura Al terminar la asignatura el estudiante será capaz de: - Conocer y saber aplicar los modelos avanzados de las máquinas eléctricas. - Capacidad para simular cualquier tipo de accionamiento eléctrico. - Diseño de forma eficiente de las diferentes partes de un control de movimiento. - Conocer las aplicaciones más comunes. 1 / 10

2 Horas totales de dedicación del estudiantado Dedicación total: 150h Horas grupo grande: 45h 30.00% Horas grupo mediano: 0h 0.00% Horas grupo pequeño: 15h 10.00% Horas actividades dirigidas: 0h 0.00% Horas aprendizaje autónomo: 90h 60.00% 2 / 10

3 Contenidos Módulo 1. Introducción Dedicación: 1h Grupo grande/teoría: 1h Introducción a la asignatura. Contenidos: 1.1 Presentación. 1.2 Organización. 1.3 Metodología docente. Módulol 2. Introducción al control de posición velocidad y par de las máquinas eléctricas Dedicación: 45h Grupo grande/teoría: 14h Grupo pequeño/laboratorio: 6h Aprendizaje autónomo: 25h Se presenta el concepto general de control y regulación de las máquinas eléctricas. Se estudiará la estructura básica de control de par, velocidad y posición. De forma práctica se trabajarán los diferentes conceptos de control con la aplicación de la máquina de corriente continua. contenidos: 3.1 Introducción al sistema de control en cascada. 2.3 Formulación de las ecuaciones eléctricas y mecánicas de la máquina de corriente continua. 3.3 Métodos de sintonía de los controladores del sistema de regulación. 3.4 Limitaciones y no linealidades del sistema de regulación. 5.3 Aplicaciones. Actividades vinculadas: Actividad 1. Actividad 2. Actividad 3. Actividad 4. 3 / 10

4 Módulo 3. Modelado de sistemas electromecánicos Dedicación: 40h Grupo grande/teoría: 10h Grupo pequeño/laboratorio: 5h Aprendizaje autónomo: 25h El estudio del modelado preciso de máquinas eléctricas se basa en la teoría de la conversión electromecánica. En este módulo se estudiarán los conceptos básicos de la conversión electromecánica para obtener los modelos de las máquinas que se estudiarán en los módulos siguientes. contenidos: 4.1 Presentación de un sistema electromecánico. 4.2 Formulación de fuerzas, pares y desplazamientos en sistemas electromecánicos con un solo acceso eléctrico. 4.3 Formulación de fuerzas, pares y desplazamientos en sistemas electromecánicos con un múltiples accesos eléctricos. Actividades vinculadas: Actividad 1. Actividad 2. Actividad 3. Actividad 4. 4 / 10

5 Módulo 4. Introducción al control de las máquinas eléctricas en variables de Park Dedicación: 37h Grupo grande/teoría: 10h Grupo pequeño/laboratorio: 2h Aprendizaje autónomo: 25h Una vez estudiadas las ecuaciones eléctricas y de par que definen el funcionamiento de un sistema electromecánico, y por tanto, las máquinas eléctricas, en este módulo se tratarán las transformadas matriciales que facilitarán el modelado y control de las máquinas de corriente alterna. Se introducirán las transformadas matriciales mediante un ejemplo de aplicación al caso del motor síncrono de imanes permanentes (PMSM) y se estudiará su control. Seguidamente se tratará la aplicación en el motor de inducción. Este motor, también conocido como motor asíncrono, debido a su sencillez constructiva es el motor más utilizado en la industria. Desgraciadamente, su regulación no es sencilla y las transformadas matriciales estudiadas nos ayudarán a poder regular de forma similar al motor de corriente continua. Contenidos: 4.1 Modelo del motor PMSM. 2.4 Introducción a la transformada de Park aplicado al PMSM. 4.3 Control vectorial del PMSM. 4.4 Modelo del motor de inducción. 4.5 Modelo del motor de inducción en transformada de Park. 4.6 El control vectorial. 4.7 El control directo de par. Actividades vinculadas: Actividad 1. Actividad 2. Actividad 3. Actividad 5. 5 / 10

6 Módulo 5. Modelado y control de las otras máquinas de ejecución especial Dedicación: 27h Grupo grande/teoría: 10h Grupo pequeño/laboratorio: 2h Aprendizaje autónomo: 15h Durante las últimas décadas, todo un conjunto de máquinas eléctricas llamadas de ejecución especial han ganado popularidad. Estas máquinas conforman la unión de un sistema electromecánico con un accionamiento estático. Gracias al módulo 3 se podrá explicar el diseño y funcionamiento de estas máquinas. Además, en el módulo anterior ya se ha estudiado el motor PMSM. En este módulo se estudiará el funcionamiento y modelado de los diferentes tipos de máquinas de ejecución no estudiados en módulos anteriores así como su regulación y control. Contenidos: 2.5 Motores de corriente continua sin escobillas. 5.3 Motores de reluctancia conmutada. 4.5 Motores paso a paso. Actividades vinculadas: Actividad 1. Actividad 2. Actividad 3. Actividad 5. 6 / 10

7 Planificación de actividades ACTIVIDAD 1. CLASES DE TEORÍA En esta actividad se harán clases presenciales donde se impartirá la teoría de la asignatura. En algunas de las sesiones se llevarán a cabo ejercicios presenciales en clase, de forma individual o en grupos reducidos. Material de soporte: Apuntes de la asignatura. Bibliografía general de la asignatura. Objetivos específicos: Transferir los conocimientos necesarios para una correcta interpretación de los contenidos desarrollados en las sesiones de grupos grandes, resolución de dudas en relación al temario de la asignatura y desarrollo de las competencias específicas. ACTIVIDAD 2. PRÁCTICAS DE LABORATORIO A partir de unas especificaciones el estudiante deberá aplicar los conocimientos de control de las máquinas eléctricas para realizar el control de movimiento adecuado. Se formarán grupos de estudiantes los que trabajarán con la plataforma de control de máquinas del laboratorio de accionamientos de máquinas eléctricas. Cada plataforma consta de unas bancadas con motores de corriente continua; motores de inducción y especiales (Brushless, PMSM, etc..); un puente trifásico de transistores para el accionamiento eléctrico; sensores de medida de tensión, corriente y velocidad, y el sistema de desarrollo rápido para ordenador. Los grupos se organizarán como equipos de trabajo. A cada equipo de trabajo habrá un jefe de equipo. Este fin será el encargado de la planificación y organización de las tareas asociadas con las prácticas. El jefe de equipo será el responsable de la comunicación de la progresión de los trabajos con el profesor. Se realizarán un total de 5 prácticas: Práctica 1. Introducción a la plataforma de prácticas del laboratorio y normas de seguridad. GP: 2 h Autónomo: 2 h Práctica 2. Control de par y posición de un motor de corriente continua. GP: 4 h Autónomo: 4 h Práctica 3. Simulación con elementos finitos de sistemas electromecánicos. GP: 2 h Autónomo: 2 h Práctica 4. Control vectorial del motor de inducción. GP: 4 h Autónomo: 4 h 7 / 10

8 Material de soporte: Documentación de las prácticas. Equipos del laboratorio de accionamientos de máquinas eléctricas. Manuales de los equipos del laboratorio. Descripción del entregable esperado y vínculos con la evaluación: A final de curso se entregará un documento con la recopilación de las prácticas realizadas. Se entregará un único documento por grupo. Este documento deberá confeccionado progresivamente durante todo el curso. Se hará un seguimiento periódico de la evolución de los trabajos de las prácticas. Objetivos específicos: Desarrollar las competencias específicas siguientes: - Capacidad de aplicar las técnicas de control y regulación de las máquinas eléctricas para el control de movimiento. - Capacidad de determinar y diseñar el accionamiento eléctrico más eficiente para las diversas aplicaciones del control de movimiento. Desarrollar las competencias genéricas: - Capacidad de liderar la emprendeduría y la innovación. - Capacidad de promover el trabajo en equipo. ACTIVIDAD 3. AUTOEVALUACIÓN Se entregarán listados de ejercicios ordenados de acuerdo con las unidades didácticas de la teoría y con las respectivas soluciones numéricas para que el estudiante trabaje de forma autónoma y pueda validar sus resultados. Las dudas que surjan se podrán discutir con el profesorado durante un periodo de tiempo establecido en el listado, con el objetivo de marcar el ritmo de trabajo del estudiante adecuándolo al desarrollo temporal de la asignatura. En cada ejercicio el estudiante deberá indicar su dedicación temporal y el grado de aprendizaje alcanzado. Se entregarán rúbricas para la autoevaluación de cada ejercicio. La entrega del dossier de autoevaluación con su resolución tendrá un peso del 10% de la nota de la asignatura. Material de soporte: Dossier de ejercicios de autoevaluación de la asignatura. Descripción del entregable esperado y vínculos con la evaluación: Al finalizar cada tema se entregarán los ejercicios de autoevaluación de acuerdo con la programación de la asignatura. 8 / 10

9 Objetivos específicos: El objetivo de este sistema autoevaluativo es motivar al estudiante a "llevar al día" la asignatura como sistema para consolidar conocimientos y asumir los conceptos de forma clara y sólida que le permitan adquirir un nivel satisfactorio. El estudiante debe ser capaz de analizar la situación planteada en el enunciado, estructurar la información disponible para formular el problema y resolverlo a partir de los conocimientos adquiridos. Esta actividad ayudará a desarrollar su capacidad relacionadas con las competencias específicas: - Capacidad para modelar cualquier tipo de máquina eléctrica y simular los su comportamiento electromecánico. - Capacidad de aplicar las técnicas de control y regulación de las máquinas eléctricas para el control de movimiento. - Capacidad de determinar y diseñar el accionamiento eléctrico más eficiente para las diversas aplicaciones del control de movimiento. ACTIVIDAD 4. PRUEBA 1 Prueba correspondiente a los contenidos de la primera mitad del curso. El peso de evaluación de esta prueba es del 30% de la nota de la asignatura. Material de soporte: Enunciado de la prueba. Descripción del entregable esperado y vínculos con la evaluación: El documento de la prueba con sus respuestas. Objetivos específicos: La prueba debe demostrar que el estudiante ha adquirido y asimilado los conceptos del control y regulación de máquinas eléctricas de los primeros módulos y es capaz de utilizarlos satisfactoriamente. ACTIVIDAD 5. PRUEBA 2 Prueba correspondiente a los contenidos de la segunda mitad del curso. El peso de evaluación de esta prueba es del 30% de la nota de la asignatura. Material de soporte: Enunciado de la prueba. Descripción del entregable esperado y vínculos con la evaluación: El documento de la prueba con sus respuestas. Objetivos específicos: La prueba debe demostrar que el estudiante ha adquirido y asimilado los conceptos del control y regulación de máquinas eléctricas de los primeros módulos y es capaz de utilizarlos satisfactoriamente. 9 / 10

10 Sistema de calificación - 1er examen: 30% - 2 º examen: 30% - Trabajos presentados: 10% - Laboratorio: 30% Normas de realización de las actividades Cada prueba constará de dos partes. La primera parte de teoría con preguntas cortas y/o test. En esta parte no se podrá llevar ningún tipo de formulario ni apuntes. La segunda parte constará de la resolución de problemas. En esta parte se podrá llevar un formulario con extensión máximo de 1 HOJA. Bibliografía Básica: Bose, Bimal K. Power electronics and motor drives : recent advances and trends [en línea]. Oxford: Academic, 2006 [Consulta: 12/06/2012]. Disponible a: < ISBN Krause P.C. ; Wasynczuk O. ; Sudhoff S.D. Analysis of electric machinery and drive systems. 2ª edició. New York: IEEE : Wiley-Interscience, ISBN X. Mohan, Ned. Electric drives : an integrative approach. Minneapolis: MNPERE, ISBN Complementaria: Ong, Chee-Mun. Dynamic simulation of electric machinery : using MATLAB/SIMULINK. 1a ed. Upper Saddle River, N.J: Prentice Hall PTR, ISBN Krishnan, R. Permanent magnet synchronous and brushless DC motor drives [en línea]. Boca Raton, FL: CRC Press/Taylor & Francis, 2010 [Consulta: 14/04/2016]. Disponible a: < 0brushless>. ISBN Otros recursos: Apuntes y material disponible en el Campus digital. 10 / 10