PROGRAMA DOCENTE DATOS ADMINISTRATIVOS MATERIA: MOTORES ELÉCTRICOS ESPECIALES 5º CURSO INGENIERÍA INDUSTRIAL TECNOLOXÍA ELÉCTRICA CURSO 2006-2007 Código de la materia 3041106170 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 2047 4,5 A+3 L ETSII - Ing. Eléctrica, Despacho 251 9:00 a 10:00 Jueves 12:00 a 14:30 Jueves 1
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 2.1.1. Definición 2.1.2 Aspectos generales 2.1.3. Evolución histórica de los motores 2.1.4. Ventajas e inconvenientes 2.1.5. Comparativa de motores 2.2. Clasificación 2.3. Principios básicos de funcionamiento 2.3.1. Ecuaciones de motores de onda trapezoidal 2.3.2. Conmutación 2.3.3. Sensores de posición 2.4. Aspectos mecánicos 2.4.1. Materiales y propiedades de los materiales magnéticos 2.4.2. Ensamblajes del rotor 2.4.3. Tipos de Motores Brushless 2.5. Regulación de velocidad 2.5.1. 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. 3.10. Aplicaciones de los motores paso a paso lineales. 3.11 Motores paso a paso X-Y. 3.12 Motores paso a paso planos. 4. MOTORES LINEALES DE IMAN PERMANENTE 4.1 Introducción 4.1.1. Construcción 4.1.2. Modo de funcionamiento 4.1.3. Características de carrera/fuerza 4.1.4. Características de carrera/tiempo 4.1.5. Los límites de funcionamiento y comportamiento térmico 4.1.6. Montaje de los motores lineales 4.1.7. Control de posición y movimiento 4.1.8. Ventajas de los motores lineales 4.2. Principio de funcionamiento 4.2.1. F.e.m. y par electromagnético 4.2.2. La resistencia de bobinado del inducido 4.2.3. La reacción de inducido y la reactancia de fuga 4.2.4. Circuito magnético 4.2.5. Ventajas y desventajas 4.3. Aplicaciones 4.3.1. Paletización 4.3.2. Llenado de botellas 4.3.3. Apilamiento 4.3.4. Contaje y separación 4.3.5. Alineamiento y desvío de cajas 4.3.6. Elemento de sujeción neumático 4.3.7. Movimiento lineal y rotativo 4.3.8. Otras aplicaciones 2
5. MOTORES PARA ROBÓTICA 5.1. Introducción 5.1.1 Qué es la robótica? 5.1.2 Qué es un robot? 5.1.3 Generaciones 5.1.4 Impacto de la robótica 5.1.5 Tablas del estado de los robots 5.1.6 Estado actual y perspectiva 5.2. El sistema robótico 5.2.1 Análisis del sistema. Unidades funcionales 5.2.2 Factores a tener en cuenta en el diseño de un robot 5.3. Robots industriales 5.3.1 Definición 5.3.2 Clasificación 5.3.3 Estructura del robot industrial 5.3.3.1 Componentes 5.3.3.2 Principales características de los robots 5.3.3.3 Tipos de configuraciones morfológicas 5.4. Transmisiones y reductores 5.4.1 Transmisiones 5.4.2 Reductores 5.5. Actuadores 5.5.1 Neumáticos 5.5.2 Hidráulicos 5.5.3 Eléctricos 5.5.4 Comparación entre los distintos actuadores 5.6. Motores eléctricos para robótica 5.6.1. Motores de corriente continua. Servomotores 5.6.2. Motores paso a paso 5.6.3. Motores de corriente alterna 5.6.3.1. Motores de inducción 5.6.3.2. Motores síncronos 5.7. Sensores 5.7.1 Internos 5.7.2 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 6.3.1. Motor DC sin escobillas 6.3.2. Penny motors 6.3.3. Micromotores lineales 6.3.4. Micromotores. Aplicaciones 6.4. Micromotores. Futuro 7. MOTORES ELÉCTRICOS PARA EL AUTOMÓVIL 7.1. Introducción. 7.2. Historia de los vehículos eléctricos. 7.3. Consideraciones generales acerca de los vehículos eléctricos. 7.4. Motor eléctrico. 7.5. Regulación de velocidad en motores asíncronos de corriente alterna. 7.6. Baterías de almacenamiento. 7.7. Cómo conseguimos que un coche funcione utilizando la energía solar? 7.8. El inversor. 7.9. Sistemas de carga. 7.10. Freno regenerativo. 7.11. Vehículos eléctricos en la actualidad 7.12. Futuros vehículos eléctricos 7.13. El Hidrógeno y la Pila de Combustible. 7.14. Introducción al Hidrógeno como combustible. 7.15. Ciclo energético de Hidrógeno-Solar. 7.16. Almacenamiento de Hidrógeno. 7.17. Electrolizador de membrana de intercambio de protones (PEM). 7.18. Historia de la tecnología de la pila de combustible. 7.19. Tipos de pila de combustible. 7.20. Celda de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM). 7.21. Pila de celdas de combustible. 7.22. Celda de combustible de Metanol Directo. 7.23. Aplicaciones móviles. 3
7.24. Introducción y alcance de los vehículos híbridos. 7.25. El concepto de vehículo híbrido. 7.26. Pérdidas de energía. 8. MOTORES DE INDUCCIÓN LINEALES 8.1. Introducción 8.2. Aspectos constructivos y de funcionamiento 8.2.1. Circuito equivalente 8.2.2. Factor G. de calidad 8.2.3. Asimetría 8.2.4. Control de velocidad 8.2.5. Estator acortado 8.2.6. Rotor acortado 8.3. Aplicaciones 8.3.1. Aplicaciones de alta velocidad 8.3.1.1. Accionamiento de los ferrocarriles eléctricos normales 8.3.1.2. Desarrollo del tren magnético 8.3.1.3. Características de la línea de Yamanashi 8.3.2. El motor de inducción lineal estacionario y para bajas velocidades 8.3.3. Motores auto-oscilantes 8.3.4. El motor de inducción lineal como acelerador 8.3.5. 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. 9.4.1. Lavadora. 9.4.2. Secador de pelo. 10. MOTORES ELÉCTRICOS DE RELUCTANCIA 10.1 Introducción. Definiciones y tipos de motores eléctricos de reluctancia. 10.2. Definición general 10.3. Tipos de motores eléctricos de reluctancia 10.3.1. Motores de AC trifásica: Motor de reluctancia síncrono 10.3.2. Motores de DC conmutada 10.3.3. Motor de reluctancia conmutado (SRM) 10.3.4. Motor paso a paso de reluctancia variable (VR stepper) 10.4. Reseña histórica 10.4.1. De 1831 a 1965: Primeros motores eléctricos de reluctancia 10.4.2. De 1965 a 1980 : Motores de reluctancia con tiristores y transistores 10.4.3. De 1980 en adelante : Motores de reluctancia modernos 10.4.4. Situación actual 10.5. Ventajas e inconvenientes 10.5.1 Ventajas 10.5.2. Inconvenientes 10.6. Criterios de diseño 10.6.1. Introducción 10.6.2. Número de polos y fases 10.6.3. Principales problemas y medidas para reducir su impacto 10.6.3.1. Irregularidad en el par 10.6.3.2. Ruido acústico 10.6.3.3. Necesidad de control no lineal 10.7. Saturación y no linealidad 10.7.1. Análisis lineal 10.7.2. Ventajas de la saturación 10.8. Métodos de control de par 10.8.1. Control del par medio 10.8.1.1. Producción de un par constante 10.8.1.2. Regulación de corriente 10.8.2 Control del par instantáneo 10.8.3. Control sin sensores 10.8.3.1. Introducción: ventajas 10.8.3.2. Métodos de control sin sensores 10.8.3.2.1. Introducción 10.8.3.2.2. Métodos de lazo abierto 10.8.3.2.3. Métodos de medición en fases activas 10.8.3.2.3.1. Forma de onda del chopping 10.8.3.2.3.2. Corriente regenerativa 10.8.3.2.3.3. Flujo concatenado 10.8.3.2.3.4. Observadores de estado 10.8.3.2.3.5. Irregularidades en los polos del rotor y el estator 4
10.8.3.2.3.6. Forma de onda de la corriente 10.8.3.2.4. Métodos de medición en fases inactivas 10.8.3.2.4.1. Sondeo activo 10.8.3.2.4.2. Inyección de señal modulada 10.8.3.2.4.3. Corriente regenerativa (en fase inactiva) 10.8.3.2.4.4. Sistemas mutuamente inducidos 10.8.3.2.4.5. Conclusión 10.9. Aplicaciones 11. MOTORES ELÉCTRICOS DE FLUJO TRANVERSAL 11.1. Introducción 11.1.1 Objetivos 11.1.2. Características 11.2. Funcionamiento y mejoras 11.2.1. Principio teórico 11.2.2. Descripción del funcionamiento del TFM lineal 11.2.3. Mejoras 11.3. Materiales 11.3.1. Imanes permanentes 11.3.2. Composites magnéticos blandos 11.3.3. Pulvimetalurgia 11.4. Aplicaciones 11.4.1. Dirección eléctrica compacta para coches eléctricos 11.4.2. Propulsión eléctrica de barcos 11.4.3. Motores usados en robótica 11.4.4. Aplicaciones en energía eólica 11.4.5. Accionamientos directos de alta velocidad para tracción en trenes 5
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
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. 1993. [9] A. Basak, Permanent Magnet DC Linear Motors, Oxford Science Publications, 1996. [10] R. J. Lawrie. Biblioteca práctica de motores eléctricos. OCEANO/CENTRUM. 1990 [11] Larrode, E. Automóviles Eléctricos. [12] Ferrer, E. La Combustión del Hidrógeno. BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA [1] Revista ciencia hoy en línea: http://www.ciencia-hoy.retina.ar [2] Sensores: http://www.magnetismodesistemasnanoscopicosalgunasaplicaciones.es [3] Compañía maquinas robótica Mate. http://www.fanucrobotics.es [4] Artículo técnico: http://www.copitise.es/revista/articulos_tecnicos_05.htm [5] Control de vel. PWM: http://www.pablin.com.ar/electron/circuito/varios/pwm-cc/ [6] Compañía de componentes electrónicos Roi: http://www.roiimport.com/ [7] Compañía de controladores DSP: http://www.controltech.es [8] Aplicación radio-control: http://www.carbi.net/tecnica/newpage2.html [9] http://www.superstepper.com [10] Fabricante de motores lineales: http://www.linmot.com [11] http://www.uniara.com.br/eng_eletrica [12] www.rmi.org Fdo. Luis Angel Fdez. Otero 7