Accionamientos y Controles El ctricos

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL
FACULTAD REGIONAL TUCUMÁN
Departamento: ELECTROTECNIA - FRT
Asignatura: ACCIONAMIENTO Y CONTROLES ELECTRICOS
Bloque: Tecnologías Aplicadas.
Área: Sistema de Potencia.
Horas anuales: 96
FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA
La carrera de grado de Ingeniería Eléctrica responde a la necesidad de formar
profesionales aptos para cumplir funciones técnicas o de gestión en las áreas de
generación, transmisión, distribución y utilización de la energía eléctrica en la
industria, comercio y viviendas.
En base a su formación, el Ingeniero Electricista se valdrá de diversas técnicas para el
proyecto de máquinas, dispositivos e instalaciones, involucradas en diversos procesos
productivos, cuyo control es también de su competencia.
El desempeño del graduado ésta definido por las disciplinas tecnológicas y
profesionales, consideradas dentro de las carreras de grado:
 Sistemas de generación y transmisión de energía eléctrica
 Máquinas, dispositivos electrónicos y eléctricos de control de potencia.
 La electro-energética, entendiendo por tal el estudio de la metodología para
optimizar la producción y utilización de la energía y de los sistemas eléctricos
 Las fuentes de energía renovables, incluyendo la tecnología de los sistemas
eólicos y solar.
 Los accionamientos para uso industrial y tracción eléctrica.
 Automatización y control.
En base a este perfil y considerando que gran parte de la energía eléctrica es
transformada en energía mecánica para ser utilizada en gran cantidad de procesos
productivos, los accionamientos eléctricos adquieren una especial importancia.
La electrónica de potencia y la microelectrónica, conjuntamente con motores eléctricos
más eficientes, posibilitan accionamientos eléctricos controlados que permiten resolver
de manera óptima muchas aplicaciones, aumentando la eficiencia energética de los
procesos productivos, haciéndolos más automáticos y confiables.
Surge la necesidad de contar dentro del plan de estudios la carrera, con una materia que
desarrolle el conocimiento de los accionamientos eléctricos y su control, para utilizarlos
en todo tipo de aplicaciones.
1
PROPÓSITOS U OBJETIVOS DE LA MATERIA.
Objetivos Generales.
 Los objetivos generales de la asignatura están incluidos en el Diseño Curricular
adecuado de la Carrera de Ingeniería Eléctrica: Los accionamientos para uso
industrial y tracción eléctrica.
Objetivos específicos.
Al finalizar el curso el alumno deberá ser capaz de seleccionar el motor eléctrico, el
sistema de mando y control correspondiente, así como sus parámetros de ajuste de
acuerdo a la máquina accionada, el sistema técnico o instalación industrial donde está
aplicado.
Por ejemplo deberá ser capaz de elegir los motores eléctricos de un puente grúa, cinta
transportadora, etc.
Seleccionar el método de arranque tomando en consideración la potencia del motor, el
sistema accionado y las perturbaciones del sistema eléctrico.
Conocer las diferentes técnicas de arranque de motores y control de velocidad.
Se pone especial énfasis en la elección de tecnologías y equipos, adecuados al proceso a
implementar.
CONTENIDOS.
1. Accionamiento, mando y control. Definiciones.
2. Características mecánicas de máquinas eléctricas y mecanismos.
3. Regímenes de funcionamiento de máquinas de CC y CA.
4. Cálculo de tiempos de aceleración y desaceleración de accionamientos. Evolución de
pares, velocidades y corrientes
5. Regulación de velocidad, par y potencia. Aplicaciones.
6. Variadores de velocidad de CC. Lazos de par y velocidad. Debilitamiento de campo7. Variadores de velocidad de CA por variación de frecuencia. Lazos de par y
velocidad.
8. Variación de velocidad de motores de CA por variación de tensión estatórica y
conexión SCHERBIUS.
9. Arranque y frenado mediante resistencias para motores de CC y CA rotor bobinado.
10. Arranque de motores sincrónicos. Control de factor de potencia.
11. Motores paso a paso. Tipos. Aplicaciones. Control y mando.
12. Construcciones y/o aplicaciones de máquinas eléctricas.
Unidad Temática 1:
Accionamientos Eléctricos. Concepto de mando y de control. Elementos constituyentes.
Unidad Temática 2:
Características mecánicas de máquinas eléctricas y mecanismos. Curvas momento –
velocidad de ventiladores, grúas, molinos. Momentos de Inercia.
Unidad Temática 3:
2
Regímenes de funcionamiento de máquinas de CA y CC. Tipos de servicio.
Funcionamiento de la máquina de CA como motor; generador, freno.
Unidad Temática 4:
Cálculo de tiempos de aceleración y desaceleración de accionamientos. Evolución de
pares, velocidades y corrientes
Métodos de arranques clásicos y modernos. Regulación de velocidad. Grupos Cramer y
Sherbius.
Curva en función de la velocidad de motores eléctricos.
Aceleración de la carga.- Curvas características.
Cálculo del tiempo de aceleración.
Cálculo del tiempo de arranque utilizando el método simplificado.
Momento de Inercia de masa en traslación referido a un eje.
La expresión numérica del valor de la inercia.
Cadena cinemática.
Curvas de la corriente en función de la velocidad angular y de la corriente en función
del tiempo; durante la aceleración de un motor de inducción.
Unidad Temática 5:
Energía desarrollada durante el arranque. Métodos para reducir dichas pérdidas.
Perturbaciones en redes debido al arranque de motores.
Unidad Temática 6:
Variadores de velocidad de CC. Lazos de par y velocidad. Debilitamiento de campo.
.
Unidad Temática 7:
Variadores de velocidad de CA por variación de frecuencia. Lazos de par y velocidad.
Unidad Temática 8:
Variación de velocidad de motores de CA por variación de tensión estatórica y conexión
SCHERBIUS.
Unidad Temática 9:
Arranque y frenado mediante resistencias para motores de CC y CA rotor bobinado.
Unidad Temática 10:
Arranque de motores sincrónicos. Control de factor de potencia.
Unidad Temática 11:
Motores paso a paso. Tipos. Aplicaciones. Control y mando.
Unidad Temática 12: Aplicaciones. Ejemplos de accionamientos y controles típicos.
Grúas
Cintas transportadoras
Hornos Industriales
Laminadores
Máquinas Herramientas
METODOLOGÍA DE ENSEÑANZA.
3
Se desarrollaran conjuntamente la presentación de contenidos (enseñanza) y las tareas
de los alumnos con dichos contenidos (aprendizaje).
Exposición.
Comunicación preponderante desde el docente al alumno con el propósito de:
1. Presentar los objetivos y alcance de cada tema.
2. Presentación de problemas reales, para desarrollar en los alumnos la capacidad
de analizarlos y buscar los conocimientos necesarios para resolverlos.
3. Desarrollar los temas a partir de una aplicación o problema, dando los
fundamentos teóricos y proponiendo metodologías de resolución.
4. Realizar síntesis de los contenidos dados en clases, clarificando los conceptos
fundamentales.
Resolución de problemas a cargo del alumno con guía del docente.
Con el objetivo de:
1.
2.
3.
4.
5.
Desarrollar el razonamiento.
Afianzar y madurar los conocimientos.
Afianzar los conocimientos sobre sistemas de unidades.
Analizar los resultados obtenidos, con criterios de órdenes de magnitud.
Desarrollar la confianza en sus capacidades.
Trabajos de laboratorio.
Con el objetivo de:
1. Tomar contacto con elementos reales de la tecnología.
2. Planificar una experiencia.
3. Desarrollo de capacidad de juicio y acción a partir del conocimiento de
ingeniería, de los accionamientos eléctricos y de la tecnología, tanto la
disponible como la concebible.
4. Formular los resultados a esperar.
5. Verificar las predicciones teóricas y analizar si los apartamientos de las
mediciones con los resultados esperados son compatibles.
DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES TEÓRICAS Y PRÁCTICAS
Las horas consignadas en esta planilla son horas cátedras (45 minutos). Las horas
reloj totales son: Horas año: 96; Horas de Teoría 48; Formación experimental de
laboratorio: 24 hs; Resolución de problemas de Ingeniería: 24hs.
4
10
UT4
11
UT4
12
UT4
13
UT4
Arranque estrella triángulo
Arranque con arrancadores suaves o
inteligentes.
Curva en función de la velocidad de
motores eléctricos.
Aceleración de la carga.- Curvas
características.
Cálculo del tiempo de aceleración.
Cálculo del tiempo de arranque
utilizando el método simplificado.
Momento de Inercia de masa en
traslación referido a un eje.
Cálculo del tiempo de arranque de un
Proyecto y
diseño
Resolución de
problemas de
Ingeniería
Formación
Experimen.
Laboratorio
Teoría
Semana
Teoría, Aula
Taller/
TEMA A DESARROLLAR:
Laboratorio:
Descripción
de la
Actividad
1
UT1
Accionamientos Eléctricos. Concepto
de mando y de control. Elementos
constituyentes.
2
UT2
Características mecánicas de máquinas
eléctricas y mecanismos. Curvas
momento – velocidad de ventiladores,
grúas, molinos. Momentos de Inercia.
3
UT2
Cálculos de momentos de inercia de
rotores Momentos de Inercia.
4
UT3
Regímenes de funcionamiento de
máquinas de CA y CC. Tipos de
servicio.
5
UT3
Funcionamiento de la máquina de
CA como motor; generador, freno.
6
UT3
Elección de motor según el tipo de
servicio.
7
UT4
Cálculo de tiempos de aceleración y
desaceleración de accionamientos.
Evolución de pares, velocidades y
corrientes
Métodos de arranques clásicos y
modernos. Regulación de velocidad.
Grupos Cramer y Sherbius.
8
UT4
Arranque directo, inversión de
velocidad.
9
UT4
Arranque por autotransformador.
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
5
14
UT4
15
16
UT5
17
18
UT5
19
UT6
20
21
UT7
22
UT7
23
UT8
24
UT8
25
UT9
26
UT9
27
UT10
28
UT11
29
UT12
motor acoplado a un ventilador.
La expresión numérica del valor de la
inercia. Cadena cinemática .Curvas de
la corriente en función de la velocidad
angular y de la corriente en función del
tiempo; durante la aceleración de un
motor de inducción.
Determinar la curva de corriente en
función de la velocidad, variando esta
con la tensión estatórica.
Energía desarrollada durante el
arranque. Métodos para reducir dichas
pérdidas. Perturbaciones en redes
debido al arranque de motores. .
Examen parcial.
Cálculo de la caída de tensión por
arranque en una instalación industrial.
Variadores de velocidad de CC. Lazos
de par y velocidad. Debilitamiento de
campo.
Realizar los circuitos eléctricos para
variar la velocidad de un motor de CC:
serie, paralelo, compaund.
Variadores de velocidad de CA por
variación de frecuencia. Lazos de par y
velocidad.
Instrumentar en el laboratorio el
circuito para controlar la velocidad de
un motor de 3Hp por medio de un
variador de velocidad.
Variación de velocidad de motores de
CA por variación de tensión estatórica
y conexión SCHERBIUS
Mediante un autotransformador, variar
la velocidad de un motor de corriente
alterna.
Arranque y frenado mediante
resistencias para motores de CC y CA
rotor bobinado.
Calcular las resistencias rotóricas para
arrancar en tres pasos un motor con
rotor bobinado de 5HP
Arranque de motores sincrónicos.
Control de factor de potencia.
Motores paso a paso. Tipos.
Aplicaciones. Control y mando.
Aplicaciones. Ejemplos de
accionamientos y controles típicos.
Calcular el motor de impulsión de una
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
6
grúa para 20 T
30
UT12
Aplicaciones. Ejemplos de
accionamientos y controles típicos.
Calcular el motor de impulsión de una
grúa para 20 T
4
31
UT12
Calcula el motor de impulsión para una
cinta transportadora para bolsas de
azúcar de 50 Kg
4
32
Examen parcial
Horas Cátedra (45’)
64
32
32
Metodología de Evaluación.
Tiene como objetivo acreditar ante la sociedad, que el alumno adquirió los
conocimientos mínimos suficiente para ejercer tareas en los campos del saber propios de
cada asignatura y consiste en:
1.
2.
3.
4.
5.
Evaluación continua.
Pruebas o exámenes parciales sobre aspectos prácticos únicamente.
Exámenes finales teóricos y prácticos.
Trabajo final
Exámenes finales teóricos únicamente.
RECURSOS DIDÁCTICOS A UTILIZAR COMO APOYO A LA ENSEÑANZA.
Material didáctico.
1. Se dispone de textos, revistas, videos, equipamiento didáctico.
2. Se ha elaborado apuntes sobre ciertos contenidos de la materia a los efectos de
servir de guía en el proceso de aprendizaje.
3. Se incentiva al estudiante a recurrir a catálogos e informaciones técnicas
publicadas por fabricantes de productos, que se utilizan en los accionamientos
eléctricos, y que están disponibles en la biblioteca.
Recursos tecnológicos.
1. Proyector de transparencias y cañón para presentaciones Power Point.
2. Sofware específico de arrancadores suaves, variadores de velocidad y PLC..
3. Conexión a Internet y computadoras para uso de estudiantes.
BIBLIOGRAFÍA
Dr. Orlando Silvio Lobosco y José Luis Pereira da Costa Días – Selección y aplicación
de motores Eléctricos – Marcombo S.A.
7
Langsdorf – Mcgraw Hill. Teoría de las Máquinas de Corriente Alterna – McGraw Hill,
2E
Mamad H. Rashid, pentice Hall. Electrónica de Potencia, Pentice may, 2E.Gottfried Möltgen. Convertidores Estáticos –Marcombo S.A.
Manuales y folletos técnicos de: Siemens, Telmecanique, ABB, WEG y otros.
Apuntes de la Universidad de Oviedo sobre motores asincrónicos.
Estudio de arranques de motores asincrónicos Universidad de Oviedo.
Programas de simulación (CACEL) de diferentes tipos de arranque a tensión reducida.
Programas de simulación de motores eléctricos asincrónicos.
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