Participantes 1.- DATOS DE LA ASIGNATURA. Nombre de la asignatura: Control Electrónico de Motores. Carrera: Ingeniería Electrónica

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1 1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura: Carrera: Control Electrónico de Motores Ingeniería Electrónica Clave de la asignatura: Horas teoría-horas práctica-créditos HISTORIA DEL PROGRAMA Lugar y fecha de elaboración o revisión Institutos Tecnológico de La Laguna, Septiembre del 006 Participantes Dr. Sergio Sellschopp Dr. Marco A. Arjona L. MC Ricardo Vargas S Observaciones (cambios y justificación) 3.- UBICACIÓN DE LA ASIGNATURA a). Relación con otras asignaturas del plan de estudio

2 Anteriores Posteriores Asignaturas Temas Asignaturas Temas Máquinas Eléctricas Máquinas de CD Motores de Inducción Máquinas Sincrónicas Se trata de una materia terminal, por lo tanto no hay asignaturas posteriores Electrónica Potencia de Inversores Multinivel Contrladores de voltaje de CA b). Aportación de la asignatura al perfil del egresado Habilidad en el desarrollo de modelos, análisis y diseño de sistemas electrónicos Fortaleza conceptual y destreza tecnológica que le permite manipular sistemas electrónicos de pequeña y gran escala, tales como la manufactura robotizada y sistemas microprocesados para el control de máquinas eléctricas Proyectista y diseñador de estructuras relacionadas con equipos electrónicos 4.- OBJETIVO(S) GENERAL(ES) DEL CURSO Aprenderá acerca de las técnicas tradicionales y modernas de control de máquinas eléctricas, en cuanto a análisis, diseño y aplicaciones al control de movimiento. Usará software y hardware para la simulación y desarrollo de algoritmos para el control de máquinas eléctricas 5.- TEMARIO Unidad Temas Subtemas 1 Introducción a Proulsores Definición Rango de aplicación de propulsores de

3 máquinas eléctricas Ahorro de energía con propulsores basados en convertidores de electrónica de potencia Cargas mecánicas típicas y estabilidad Propulsores para máquinas de CD con escobillas Topologías básicas. Ecuaciones de comportamiento. Control de velocidad. Motor de CD con escobillas e imanes permanentes. 3 Propulsores para motores de CD con escobillas controlados por Troceadores Troceadores dos y cuatro cuadrantes Troceador de primer cuadrante Troceador de segundo cuadrante para frenado por generación 4 Control de movimiento en lazo cerrado Esquema del control de movimiento en cascada. Lazo de par Lazo de velocidad 5 Propulsores de motores de inducción alimentados por inversores PWM Control vectorial de motores de inducción con el eje d alineado con el flujo del rotor Modelo del motor con el eje d alineado con el flujo del rotor: Ecuación de par Corrientes de referencia para control de movimiento: (par velocidad y posición) Reguladores de corriente tipo histéresis y sincrónico: CR-PWM Control vectorial con un inversor CR- PWM.

4 6 Propulsores para motores sincrónicos de imanes permanentes. Clasificación de propulsores para motores sincrónicos de imanes permanentes. Propulsores para motores de CD sin escobillas: Control de Corriente Rectangular. Propulsores para motores de CA sin escobillas: Control de Corriente Senoidal Vectorial Propulsores para motores sincrónicos de Reluctancia 6.- APRENDIZAJES REQUERIDOS El alumno deberá tener un conocimiento claro acerca de el modelado de máquinas de CD y CA. Deberá asimismo conocer acerca de la operación en estado estacionario y dinámico de máquina de CD y CA El alumno deberá conocer acerca de simuladores de sistemas dinámicos como SMULINK y/o VisSim. El alumno deberá conocer acerca de inversores y rectificadores con dispositivos de electrónica de potencia, su aplicación y modelado para análisis en estado estacionario y dinámico. El alumno deberá conocer el modelo clásico de la máquina sincronía para análisis transitorio. Deberá haber estudiado el concepto de ángulo de carga en máquinas sincronas. 7.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS Se sugiere utilizar un simulador como el Simulink o VisSim. Estos simuladores pueden servir de apoyo en los temas, 3, 5 y 6. Se sugiere que el profesor de la materia reúna información sobre datos de de motores de prueba y los distribuya a los alumnos organizados en equipos. Se sugiere que el profesor distribuya aplicaciones basadas en la utilización del Embedded Control Developer de VisSim para el desarrollo de algoritmos de control de máquinas eléctricas. 8.- SUGERENCIAS 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 orientados a la solución de problemas sobre control de movimiento. Los

5 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: Educacional Introducción Proulsores a Actividades de Aprendizaje El profesor ilustrará con la resolución de ejemplos de ahorro de energía mediante el cálculo del valor presente neto de los ahorros de energía y el valor presente neto de la depreciación para determinar el tiempo en que se amortiza la inversión de un sistema propulsor basado en convertidores de electrónica de potencia :(PEC) El profesor ilustrará con ejemplos resueltos los requerimientos de par y potencia eléctrica de un motor para aplicaciones específicas tales como robots o transportación eléctrica. El profesor demostrará cuales son las condiciones que establecen una operación estable para un determinado perfil de carga usando PEC con un determinado tipo de motor eléctrico, de CD, inducción o sincrónico. UNIDAD :

6 Educacional Propulsores para máquinas de CD con escobillas El profesor explicará las diferentes configuraciones de las partes principales de un motor de CD con escobillas y las principales características de cada configuración El profesor describirá las ecuaciones de comportamiento de un motor de CD con escobillas: MODELO qd, y las características de comportamiento en estado estacionario: curvas par velocidad y eficiencia. El profesor ilustrará mediante ejemplos de cálculo, el comportamiento del motor ante diferentes velocidades de operación en cuanto a eficiencia, par y potencia de salida a diferentes voltajes de alimentación y operación en la zona de debilitamiento de campo. UNIDAD 3: Educacional Propulsores para motores de CD con escobillas controlados por Troceadores Actividades de Aprendizaje El profesor explicará las diferentes configuraciones que existen para operar motores de CD con escobillas mediante troceadores monofásicos. Expondrá, además las ecuaciones de comportamiento de los motores alimentados por troceadores para las diferentes configuraciones. El profesor desarrollará ejemplos de cálculo de las características de operación de motores de CD con escobillas alimentados por troceadores de primer cuadrante, como son el rango del ángulo que determina el ciclo de servicio así como el rango de variación de velocidad y perfil de la forma de onda de la corriente de armadura. Todos estos cálculos deberán de comprobarse

7 mediante prácticas de laboratorio. El profesor desarrollará ejemplos de cálculo de las características de comportamiento de un moto de CD con escobillas alimentado por un troceador de segundo cuadrante para frenado regenerativo como pueden ser la máxima potencia promedio generada, la forma de onda de la corriente de la fuente de alimentación. El profesor explicará el principio de funcionamiento del troceador de segundo cuadrante y describirá mediante ejemplos de cálculo sus características de funcionamiento como pueden ser las formas de onda de los voltajes y corrientes en la carga as{i como los tiempos de conducción de los diodos del troceador. UNIDAD 4: Educacional Control de movimiento en lazo cerrado Actividades de Aprendizaje El profesor describirá el procedimiento para calcular el controlador proporcional mas integral de los lazos de par y velocidad de un control de movimiento en el esquema de cascada. El profesor describirá el sistema de control de posición digital y su caracterización usando un encoder de determinada resolución en pulsos por revolución. El profesor describirá el funcionamiento del control de movimiento en el esquema de espacio de estado y sus ventajas con respecto al esquema de cascada. El profesor describirá el sistema de control de movimiento utilizando técnicas de control difuso, enfatizando las aspectos del diseño de las funciones de membresía para el control de velocidad. En éste aspecto el profesor desarrollará,4,4,4,4

8 la simulación de un controlador difuso en SIMULINK UNIDAD 5: Educacional Propulsores de motores de inducción alimentados por inversores PWM Actividades de Aprendizaje El profesor explicará la correspondencia entre el control de par en un motor de CD con escobillas y el control de par en un motor de inducción con control de campo orientado. Desarrollará el modelo del orientador de campo usando diferentes variables de comando o de consigna y usando formas directas e indirectas de la medición de la posición del marco de referencia que determina la condición de campo orientado. El profesor derivará el modelo del motor de inducción bajo la condición de campo orientado. A partir de éste modelo, se determinará cuales condiciones se deben satisfacer para cumplir con la condición de orientación de campo. El profesor explicará los principios de funcionamiento de los reguladores de corriente tipo Histeresis y Sincrónico y encargará a los alumnos su implementación en SIMULINK, para que a partir de resultado de simulación el alumno distinga las ventajas y desventajas que cada uno de los reguladores. El profesor encargará a los alumnos el desarrollo de un controlador de par, posición y velocidad usando una trajeta DSP y el sistema Embedded Control Developer de VisSim. 1,3,5 1,3,5 1,3,5 1,3,5,6

9 UNIDAD 6: Educacional Propulsores para motores sincrónicos de imanes permanentes Actividades de Aprendizaje Clasificación de propulsores para motores sincrónicos de imanes permanentes. Propulsores para motores de CD sin escobillas: Control de Corriente Rectangular. Propulsores para motores de CA sin escobillas: Control de Corriente Senoidal Vectorial Propulsores para motores sincrónicos de Reluctancia 1,4 1,4 1,4 1,4 10. FUENTES DE INFORMACIÓN 1. Electric Drives: An integrative Approach Autores: Ned Mohan Editorial: MNPERE, Minneapolis, 001. Electric Drives Autores: Ion Boldea, S. A. Nasar Editorial: CRC Press, 1999 ISBN: Advanced Electric Drives Autores: Ned Mohan Editorial: MNPERE, Minneapolis, 001 ISBN: Analysis of Electric Machinery and Electric Drives Autores: Paul C. Krause, Oleg Wasynczuc, Scott D. Sudhoff Editorial: Wiley Interscience, 00 ISBN: X 5. Vector Control and Dynamics of CA Drives Autores: D. W. Novotny, T. A. Lipo Editorial: Oxford Science Publications, 000 ISBN:

10 6. DSP-Based Electromechanical Motion Control Autores: Hamid A. Toliyat, Steven G. Campbell Editorial: CRC Press, 004 ISBN: PRÁCTICAS