Nombre de la asignatura: MÁQUINAS ELÉCTRICAS II. Dr. Sergio Sellschopp Dr. Marco A. Arjona L. MC Ricardo Vargas S.

Transcripción

1 1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura: MÁQUINAS ELÉCTRICAS II Carrera: INGENIERÍA ELECTRÓNICA Clave de la asignatura: Horas teoría - horas práctica créditos: HISTORIA DEL PROGRAMA Lugar y Fecha de Elaboración o Revisión Torreón, Coah. Instituto Tecnológico de la Laguna 7 Nov 2006 Participantes Dr. Sergio Sellschopp Dr. Marco A. Arjona L. MC Ricardo Vargas S. Observaciones (cambios y justificación)

2 3.- UBICACIÓN DE LA ASIGNATURA a) Relación con otras asignaturas del plan de estudios Anteriores Posteriores Asignatura Temas Asignatura Temas Análisis de circuitos eléctricos I y II Todos Control electrónicos de motores Máquinas eléctricas I Todos Convertidores E de potencia Electrónica I, II y III y Electrónica de potencia Instrumentación industrial Programación Todos 1, 2 y 3 Tracción eléctrica b) Aportación de la asignatura al perfil del egresado Conocimiento del modelado de máquinas eléctricas para realizar control digital de posición, velocidad y par, asimismo tener las herramientas para modelar su comportamiento ante diversos escenarios de operación. 4.- OBJETIVO(S) GENERAL(ES) DEL CURSO Capacitar al alumno para comprender el principio de operación de las máquinas eléctricas rotativas, sus modelos matemáticos y aplicaciones con el fin de relacionarlos con los principios fundamentales en que se basan los controles de par y velocidad electromecánicos y/o electrónicos de las máquinas eléctricas. Aplicar los conocimientos básicos de máquinas eléctricas, circuitos eléctricos, instrumentación y programación para el análisis y la solución de problemas industriales que conlleva el movimiento de máquinas eléctricas rotativas. Apoyar el desarrollo de prácticas y proyectos mediante herramientas computacionales como simuladores e instrumentación virtual.

3 5.- TEMARIO Unidad Temas Subtemas 1 2 Introducción del uso de máquinas eléctricas en tracción Motores de corriente directa 3 Teoría de dos ejes 4 Motores de inducción 5 Motores síncronos Historia Tipos de tracción La evolución de la tracción eléctrica debido a la electrónica de potencia Características principales de las máquinas eléctricas usadas en tracción. Características de construcción Principios de funcionamiento y obtención del par. Principios de control de velocidad y par Características de los distintos tipos de motores de corriente directa. Frenado dinámico y condición de regeneración. Motor de CD de imanes permanentes Introducción Concepto de transformación de variables Ecuaciones de transformación Transformaciones más utilizadas Características de construcción Principio de funcionamiento y concepto de campo magnético giratorio. Tipos de motores de inducción trifásicos y sus circuitos equivalentes en dos ejes. Características de operación, frenado dinámico y regeneración Características de funcionamiento del motor de inducción lineal. Simulación del comportamiento dinámico del motor. Características de construcción Principio de funcionamiento Tipos de motores síncronos trifásicos y sus circuitos equivalentes en dos ejes Características de operación, frenado dinámico y regeneración Características de funcionamiento del motor síncrono lineal Motor de imanes permanentes Simulación del comportamiento dinámico del motor.

4 6.- APRENDIZAJES REQUERIDOS El alumno deberá tener conocimiento sobre el principio de funcionamiento de las máquinas eléctricas rotatorias con el fin de comprender las bases fundamentales de la interacción de campos magnéticos en elementos electromecánicos y la afectación que se pueda tener debido al uso de dispositivos de electrónica de potencia para variar las características de operación de las máquinas eléctricas. El alumno deberá conocer y haber realizado experimentación o simulación en el área de electrónica de potencia, principalmente con rectificadores e inversores polifásicos controlados. El alumno deberá tener una comprensión clara de la interacción de campos electromagnéticos en elementos mecánicos para fundamentar los conceptos de frenado dinámico y regeneración de energía. El alumno deberá tener el conocimiento de campos magnéticos giratorios en máquinas eléctricas polifásicas. El alumno deberá haber comprendido la existencia de dos ejes magnéticos en las máquinas de corriente directa para utilizar el concepto de transformación de ejes magnéticos en máquinas eléctricas polifásicas. 7.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS GENERALES Se sugiere hacer uso de paquetes de simulación para máquinas eléctricas y electrónica de potencia tal como el Simulink de Matlab Se sugiere que el profesor desarrolle gran parte de los modelos para simulación con el fin de realizar análisis de comportamiento en máquinas eléctricas alimentadas por fuentes electrónicas controladas. Se sugiere que el profesor exponga con claridad el desarrollo tecnológico que ha tenido la electrónica de potencia y el uso de máquinas eléctricas en el campo de tracción eléctrica. Se sugiere que el alumno realice búsquedas extensas en Internet sobre el uso de máquinas eléctricas en tracción eléctrica. Se sugiere realizar debates o discusiones sobre temas de interés en el área de máquinas eléctricas alimentadas por fuentes controladas con electrónica de potencia y tracción eléctrica.

5 8.- LINEAMIENTOS DE EVALUACIÓN Se sugiere estimular y tomar más en cuenta el trabajo en equipo. Para motivar el trabajo en equipo debe diseñar un conjunto de proyectos bien estructurados. Los proyectos deben estar diseñados de modo que los alumnos se enfrenten a problemas que los involucren en una metodología de solución que represente toda una estrategia y no solo la simple aplicación de fórmulas. La evaluación del trabajo en equipo deberá estar determinada por la exposición en clase de los resultados del proyecto, y el sometimiento de éstos al examen y escrutinio tanto del profesor como de los otros equipos. 9.- UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1: Introducción del uso de máquinas eléctricas en tracción Establecer un panorama general del campo de tracción eléctrica y la importancia del uso de máquinas eléctricas Actividades de Aprendizaje Presentar en orden cronológico la evolución del campo de tracción, asimismo es necesario presentar los tipos de tracción y el salto al campo de tracción eléctrica. Presentar la evolución el área de tracción eléctrica debido a la evolución de la electrónica de potencia. Conocer las principales características de las curvas operativas de máquinas eléctricas con el fin de modificarlas para el uso de tracción eléctrica. Información

6 Unidad 2: Motores de corriente directa Conocer el funcionamiento de motores de c.d. de acuerdo a sus características de construcción para establecer dispositivos de control que modifiquen sus características operativas. Actividades de aprendizaje Presentar los diferentes tipos de motores de corriente directa, su construcción y sus características operativas como curvas de arranque, parvelocidad, etc. Establecer estrategias del control de velocidad, par, arranque, etc. con el fin de mover cualquier tipo de carga. para llevar a cabo el frenado dinámico y la regeneración de energía eléctrica. información Unidad 3: Teoría de dos ejes Proveer las bases de la conversión a dos ejes magnéticos con el fin de proponer estrategias de control avanzado más sencillos en máquinas eléctricas de corriente alterna polifásicas. Actividades de Aprendizaje Establecer un marco teórico que permita visualizar la existencia de dos ejes magnéticos en máquinas eléctricas de corriente alterna polifásicas. Desarrollar transformación de variables polifásicas a cualquier marco de referencia de dos ejes. Identificar los marcos de referencia más utilizados para desarrollar estrategias de control avanzado más con menor grado de complejidad. Información

7 UNIDAD 4: Motores de inducción Conocer el funcionamiento de motores de inducción de c.a. polifásicos de acuerdo a sus características de construcción para establecer dispositivos de control que modifiquen sus características operativas. Actividades de Aprendizaje para la comprensión de los campos magnéticos giratorios y su posterior conversión a dos ejes magnéticos con el fin de simplificar el análisis matemático del motor. Identificar los diferentes tipos de motores de inducción polifásicos y sus diferentes características operativas. Establecer los modelos matemáticos de los diferentes motores de inducción para su posterior simulación. para el frenado dinámico y regeneración de energía eléctrica. Conocer el motor de inducción lineal, su modelado y aplicaciones actuales. Información

8 UNIDAD 5: Motores síncronos Conocer el funcionamiento de motores síncronos polifásicos de acuerdo a sus características de construcción para establecer dispositivos de control que modifiquen sus características operativas. Actividades de Aprendizaje para la comprensión de los campos magnéticos giratorios en conjunto con un campo magnético de corriente directa y su posterior conversión a dos ejes magnéticos con el fin de simplificar el análisis matemático del motor. Identificar los diferentes tipos de motores síncronos polifásicos y sus diferentes características operativas. Se incluyen motores de polos salientes, polos lisos y de imán permanente. Establecer los modelos matemáticos de los diferentes motores síncronos para su posterior simulación. para el frenado dinámico y regeneración de energía eléctrica. Conocer el motor síncrono lineal, su modelado y aplicaciones actuales. Información 10.- FUENTES DE INFORMACIÓN [1] P. C. Krause, Analysis of Electric Machinery and Drive Systems, 2 nd Ed. Wiley, [2] Bimal K. Bose, Modern Power Electronics And Ac Drives 2002 Prentice Hall PTR [3] Fitzgerald Electrical machinery Ed. Mc-Graw Hill. [4] Sthepen, J. Chapman Maquinas eléctricas Ed. Mc-Graw Hill. [5] Irving, L. Kosow Maquinas eléctricas y transformadores Ed. Prentice Hall

9 [6] Siskind Máquinas eléctricas Ed. Mc-Graw Hill. [7] J. R., Cogdell Fundamentos de maquinas eléctricas Ed. Prentice Hall. [8] P.C. Sen Principles of electric machines and power electronics Ed. Wiley 11.- PRÁCTICAS Experimentar métodos de arranque y control de velocidad en las máquinas de cd de diferente configuración. Comprender la existencia de la reacción de armadura y sus efectos en la característica par-velocidad. Tipos de frenado y regeneración de energía en máquinas de CD Experimentar métodos de arranque en motores de inducción trifásicos tipo jaula de ardilla. Experimentar frenado dinámico y cambio de secuencias de fases para invertir el sentido de rotación en motores de inducción trifásicos jaula de ardilla. Obtener de parámetros del motor de inducción. Experimentar el arranque, control de par y de velocidad, de un motor de inducción trifásico tipo rotor devanado, considerando diferentes resistencias de rotor con el fin de modificar sus características de operación. Experimentar métodos de arranque del motor síncrono. Obtener parámetros del motor síncrono. Experimentar frenado dinámico y regeneración con motores síncronos.