R0070 : Los Accionamientos Eléctricos en el Plan de Estudios de

Los Accionamientos Elé ctricos en el Plan de Estudios de
Automática y Electrónica Industrial
P. Andrada, B. Blanqué , E. Martínez, J.I. Perat, J.A. Sánchez, M. Torrent
Departament d’Enginyeria Elè ctrica
EPS d’Enginyeria de Vilanova i la Geltrú
[email protected]
RESUMEN
La mejora de la calidad y de la productividad de la industria requiere
incrementar la automatizació n y potenciar el ahorro energético de los procesos
industriales. Aspectos que están íntimamente ligados al desarrollo de los
accionamientos eléctricos y en especial a los de velocidad variable. Los
accionamientos eléctricos son una tecnología multidisciplinaría que se
fundamenta sobre tres pilares básicos: máquinas eléctricas, electró nica de
potencia y teoría de control. La ampliació n de la oferta de títulos de la EPS
d’Enginyeria de Vilanova i la Geltrú con la pró xima impartició n de la titulació n
de segundo ciclo de Ingeniería en Automática y Electrónica Industrial obliga
a los autores a reflexionar sobre el enfoque a dar y a como encajar los
accionamientos eléctricos en el contexto de la citada titulació n. En esta
comunicació n tras una breve exposició n del estado del arte de los
accionamientos eléctricos y los trazos distintivos de la titulació n, se explicará
como se han distribuido los contenidos sobre accionamientos eléctricos entre
una asignatura obligatoria, Motores y accionamientos elé ctricos y dos
asignaturas optativas Modelización y control de accionamientos elé ctricos
y Diseñ o de máquinas y dispositivos elé ctricos. También se analiza la
orientació n que se pretende dar así como los objetivos de estas asignaturas.
Finalmente se trata de su encaje, especialmente de las optativas, en el nuevo
espacio europeo de educació n superior y en programas de formació n continua.
1.- INTRODUCCIÓ N.
Las máquinas eléctricas tienen una larga historia a sus espaldas, y han jugado
un papel fundamental en el desarrollo de la industria y en el progreso de la
humanidad. Los principios en que se basan no han cambiado desde que en
1831, Faraday, hizo la demostració n pú blica del principio de inducció n
electromagnética y tres décadas más tarde emprendedores como Z. Gramme y
W. Siemens desarrollaron las primeras dinamos prácticas. Los grandes
avances en las máquinas eléctricas y de la electrotecnia en general,
consecuencia de la introducció n de nuevas herramientas de desarrollo, de los
nuevos materiales, de la espectacular evolució n de la electró nica de potencia y
a la exigencia de tener que enfrentarse con nuevos retos, ya no son el
indicador del avance de la tecnología, como lo fueron a principios del siglo XX,
pero, hoy por hoy, es muy difícil pensar en un mundo sin máquinas eléctricas
que generen energía eléctrica y que trasformen gran parte de esta electricidad
en fuerza motriz. La enseñ anza de los accionamientos eléctricos ha sido
tratada por los autores dentro del contexto de los estudios de Ingeniería
Técnica Industrial y de Ingeniería Industrial [1]. La ampliació n de la oferta de
títulos de la Escola Politè cnica Superior d’Enginyeria de Vilanova i la Geltrú , en
adelante EPSEVG, con la pró xima impartició n de la titulació n de segundo ciclo
de Ingeniería en Automática y Electrónica Industrial obliga a los autores a
reflexionar sobre el enfoque a dar y a como encajar los accionamientos
eléctricos en el contexto de la citada titulació n.
2.- ESTADO DEL ARTE DE LOS MOTORES Y ACCIONAMIENTOS
ELÉ CTRICOS.
En la Exposició n Universal de Viena en 1873, Fontaine y Gramme probaron
prácticamente el principio de reversibilidad de las máquinas eléctricas al
conectar eléctricamente dos máquinas Gramme, una funcionando como
generador y la otra como motor y a la vez mostraron la posibilidad de
transportar energía eléctrica a distancia. Este hecho fue la señ al de partida
para la utilizació n de las máquinas eléctricas como fuerza motriz en la industria
la agricultura y la tracció n eléctrica. En 1882, Ayrton y Perry publicaron su
trabajo sobre la regulació n de velocidad de los motores de corriente continua y
en 1886 H.Ward-Leonard dió a conocer el sistema, multimáquina, de
regulació n de velocidad de los motores de corriente continua conocido como
grupo Ward-Leonard. Los trabajos de Ferraris y Tesla fueron la base del
desarrollo de los motores asíncronos de corriente alterna que culminaron con
el diseñ o del primer motor de inducció n práctico atribuido a Dolivo-Dobrovolski
de AEG en 1889, un añ o más tarde fue introducido el motor asíncrono con rotor
bobinado y anillos rozantes. En 1904 Kramer introdujo un sistema multimáquina
de regulació n de velocidad para los motores asíncronos trifásicos con anillos
rozantes.
A principios del siglo XX los motores eléctricos tenían una configuració n
parecida a la actual y estaban presentes en todos los sectores. Los motores
eléctricos revolucionaron la industria al proporcionar una fuerza motriz
descentralizada para cada máquina e incluso para cada eje cuando la regla
general, hasta entonces, había sido impulsar con una máquina de vapor
mediante poleas todas las máquinas de un taller. Las máquinas eléctricas
continuaron evolucionando en el siglo XX y hasta la década de los setenta
tuvieron muy bien definido su ámbito de utilizació n en la industria: El motor
asíncrono trifásico con jaula de ardilla era el motor por excelencia. El motor
síncrono a parte de su absoluta exclusividad en la generació n tenía su reducto
en las potencias muy elevadas tanto a altas como en bajas velocidades,
mientras que el motor de corriente continua tenía su monopolio en las
aplicaciones de velocidad variable. En las aplicaciones que necesitaban
motores de pequeñ a potencia se recurría a los motores asíncronos
monofásicos y a los motores universales.
Entre 1920-1930, la aparició n del thyratron y del ignitron da lugar a la
rectificació n controlada haciendo posible disponer de grupos Ward-Leonard sin
máquinas auxiliares para pequeñ as potencias. En esta década se establecieron
las bases teó ricas de la conversió n c.a.-c.c., inversores, y ca-ca,
cicloconvertidores, y se desarrollaron incipientes motores con conmutació n
electró nica.
En 1957 con el inicio de la comercializació n del thyristor, interruptor controlado
de estado só lido, empieza la era moderna de la electró nica de potencia. En el
siguiente decenio se introducen progresivamente los variadores de velocidad
de c.c. con tiristores, grupos Ward Leonard estáticos [2].
A partir de la década de los 70, acontecimientos como el embargo del petró leo
por los países productores de la OPEP, una crisis econó mica que hizo
tambalear las base de la industria tradicional y que obligó a modernizar y
automatizar los procesos industriales, una mayor sensibilidad por el medio
ambiente, así como necesidades de ciertos sectores emergentes forzaron a los
accionamientos eléctricos a adaptarse a estas nuevas situaciones [3], [4]:
• Mejorando sus prestaciones y ofreciendo rendimientos más elevados en
las máquinas eléctricas convencionales.
• Redescubriendo nuevos tipos de máquinas (motores paso a paso,
motores de reluctancia autoconmutados) y desarrollando máquinas
mejor adaptadas a las necesidades de determinados procesos, motores
de flujo axial y motores lineales.
• Potenciando el desarrollo de accionamientos de velocidad regulable de
corriente alterna, especialmente con motores asíncronos trifásicos de
jaula de ardilla y motores síncronos con imanes permanentes.
• Ampliando la utilizació n de la velocidad variable de las aplicaciones
tradicionales (industria del cable, del papel, laminació n tracció n
eléctrica,...) a otros sectores, incluso en algunos en que no siendo
necesaria para el proceso su utilizació n puede representar importantes
ahorros energéticos.
• Reduciendo el impacto ambiental.
Esta adaptació n fue posible gracias al desarrollo paralelo de:
• Los interruptores de estado só lido (transistores bipolares BJT’s, gate
turn-off thyristor GTO, power MOSFET, IGBT y IGCT).
• Los convertidores estáticos de potencia con técnicas de modulació n de
anchura de pulso PWM.
• Al descubrimiento de nuevas variedades de imanes permanentes,
Ferritas duras, Cobalto-Samario y Neodimio Hierro Boro.
• A la disponibilidad de potentes herramientas de análisis (Programas de
campos electromagnéticos de elementos finitos en 2D y en 3D).
• A los avances en electró nica digital ( DSP, FPGAs)
• Al desarrollo de las técnicas de control por orientació n de campo o
control vectorial i el control directo de par DTC.
Los accionamientos de corriente alterna tienden a cubrir cada vez más cuota
de mercado. Los accionamientos con motor de inducció n y convertidor de
frecuencia (control V/Hz) para aplicaciones de propó sito general y los
accionamientos con control vectorial y motores de inducció n o sincronos para
aplicaciones de altas prestaciones y como servomotores. Sin embargo, los
accionamientos de corriente continua están lejos de desaparecer y mantienen
su posició n en determinadas aplicaciones como en la industria del papel.
Los accionamientos industriales en la actualidad tienden a integrarse en el
motor en las aplicaciones de pequeñ a potencia y a proporcionar soluciones
universales que permiten acoplar a un mismo equipo distintos motores
trabajando en diferentes modos de funcionamiento (motor de inducció n
funcionamiento V/Hz en lazo abierto, motor de inducció n y control vectorial en
lazo cerrado o en lazo abierto y motor síncrono con imanes y control vectorial).
En el ámbito de motores de gran potencia es importante destacar la
comercializació n de motores con posibilidad de conexió n directa a la red de alta
tensió n sin necesidad de transformador reductor.
En el sector del automó vil hay una clara tendencia hacia un incremento del
nú mero de motores eléctricos, especialmente en los de la gama alta, y a la
substitució n del clásico motor de corriente continua con imanes de ferrita por
motores sin escobillas. Esto es debido por un lado a la creciente demanda de
más confort y por otra a la conveniencia de sustituir algunas funciones que
tradicionalmente se han venido haciendo con accionamientos mecánicos o
oleohidráulicos, por soluciones mecatró nicas para mejorar sus prestaciones e
integrarlos mejor en el sistema sobre el que han de actuar. Pronto en los
automó viles coexistirán más de un nivel de tensió n, cada uno adaptado a las
necesidades de las cargas que han de alimentar. Para motores y actuadores se
impondrán los 42 V, lo cual, repercutiráfavorablemente en la reducció n de sus
dimensiones y en el incremento de su rendimiento. El nuevo standard de
tensió n también facilitará la integració n en una misma unidad del generadorarrancador para el cual se están estudiando alternativas con máquinas de
inducció n, máquinas síncronas con imanes y motores de reluctancia
autoconmutados.
Otro aspecto que recientemente esta mereciendo especial atenció n es el de los
actuadores directos, esto es sin reductor, especialmente en sectores como la
robó tica y la tracció n eléctrica.
Una de las áreas de mayor crecimiento en el mercado de las máquinas
eléctricas es el de la generació n eó lica. Donde el tamañ o de los generadores
no ha cesado de crecer. En la actualidad hay dos tecnologías disponibles
máquina asíncrona con anillos rozantes y reductor alimentada desde un
inversor y máquina síncrona sin reductor alimentada desde inversor. Hay una
clara tendencia a utilizar imanes permanentes [5],[6].
Recientemente los avances en la tecnología de la microfabricació n han
permitido un desarrollo espectacular en los sistemas micromecánicos (MEMS)
y especialmente de los motores eléctricos con un diámetro del orden de 1mm,
micromotores, fabricados en un substrato de silicio que tienen un futuro
especialmente prometedor en el campo de la biomedicina
En los ú ltimos añ os se ha iniciado la introducció n del control inteligente (ló gica
Fuzzy, redes neuronales, algoritmos genéticos) en accionamientos avanzados
y se están haciendo grandes progresos en el control sin sensores de posició n
/velocidad.
En un futuro pró ximo se espera que en el ámbito de los convertidores de
potencia se produzca la sustitució n del puente de diodos o del rectificador con
control de fase, en los convertidores lado red, por control PWM para resolver
los problemas de bajo factor de potencia y de armó nicos. También se prevé
que a finales de la presente década la comercializació n de accionamientos de
corriente alterna con convertidores matriciales integrados.
En el campo de los materiales es de esperar una revolució n en el diseñ o de
los motores y actuadores eléctricos, consecuencia del desarrollo de materiales
SMC (soft magnetic composites) con prestaciones mejoradas. A medio plazo
es de esperar la aparició n de los primeros motores comerciales con
superconductores de elevada temperatura.
En el sector del automó vil habrá una progresiva introducció n de vehículos
híbridos y eléctricos con pilas de combustible y cadenas de tracció n con
motores de inducció n y de reluctancia autoconmutada así como la opció n de
motores de flujo axial con tracció n directa acoplados a cada una de las ruedas
del vehículo.
3.- LA INGENIERÍA EN AUTOMÁ TICA Y ELECTRÓ NICA INDUSTRIAL EN
LA EPSEVG.
Hoy en día, la industria se enfrenta a la necesidad de fabricar mejores
productos con menores costes para competir en un mercado global. Además
ha de hacerlo eficientemente y al mismo tiempo de forma menos agresiva para
el medio ambiente. Para alcanzar estos retos es preciso incrementar la
automatizació n y el ahorro energético de los procesos industriales, pero sobre
todo ha disponer de disponer de profesionales con capacidad para proyectar,
gestionar y mantener los procesos productivos con una mentalidad
comprometida con estos objetivos. Estos profesionales son los Ingenieros en
Automática y Electró nica Industrial. La Ingeniería en Automática y Electró nica
Industrial es una titulació n de segundo ciclo con un total de 150 créditos (81
troncales, 24 optativos, 15 de libre elecció n y el resto, 30, materias obligatorias
especificas de la EPSEVG) distribuidos en cuatro cuatrimestres. Para dar un
carácter propio al plan de estudios los estudiantes pueden obtener un diploma
de especializació n si cursan como mínimo 18 créditos de un grupo de
asignaturas determinado las especializaciones que se ofrecen, en principio, son
las siguientes:
• Mecatró nica
• Comunicaciones Industriales
• Conversió n y control electró nico de la energía
A la titulació n tienen acceso directo los estudiantes con la titulació n de
Ingeniería Técnica Industrial especialidad en Electró nica Industrial, en las
demás especialidades de Ingeniería Técnica Industrial y en las titulaciones de
Ingeniería Técnica en Telecomunicació n especialidad Sistemas Electró nicos e
Ingeniero Técnico en Informática de Sistemas han de cursar 21 créditos de
complementos de formació n dependiendo de la titulació n de procedencia.
En la EPSEVG los estudiantes tienen la posibilidad de realizar parte de los
estudios (9 créditos) en una empresa (modalidad en Alternancia), aunque la
mayor parte de la estancia en la empresa es en el ú ltimo cuatrimestre el
estudiante mantiene contactos previos con empresas para poder elegir la
opció n que más le interese.
4.- LOS ACCIONAMIENTOS ELÉ CTRICOS EN LA TITULACIÓ N DE
AUTOMÁ TICA Y ELECTRÓ NICA INDUSTRIAL EN LA EPSEVG
La mejora de la calidad y de la productividad de la industria requiere
incrementar la automatizació n y potenciar el ahorro energético de los procesos
industriales. Aspectos que están íntimamente ligados al desarrollo de los
accionamientos eléctricos y en especial a los de velocidad variable. En la
titulació n de Automática y Electró nica Industrial en la EPSEVG los contenidos
sobre accionamientos eléctricos se han distribuido en una asignatura troncal
Motores y Accionamientos Elé ctricos y dos asignaturas optativas
enmarcadas en la línea de optatividad de Conversión y Control Electrónico
de la Energía que son: Modelización y Control de Máquinas Elé ctricas y
Diseñ o de Máquinas y Dispositivos Elé ctricos. No obstante, en otras
asignaturas de la titulació n también se tratan algunos aspectos específicos de
accionamientos eléctricos, así en la de Mantenimiento Industrial y Fiabilidad,
se aborda el análisis de fallos y las técnicas de diagnó stico de las máquinas
eléctricas, mientras que en la de Energías Renovables se estudian distintas
alternativas de generadores eléctricos para las energías renovables,
especialmente para la generació n eó lica, Figura 1.
Q1
Q2
MANTENIMIENTO
INDUSTRIAL Y
FIABILIDAD
Q3
ELECTRÓ NICA
INDUSTRIAL
INGENIERÍA
DE CONTROL
MOTORES Y
ACCIONAMIENTOS
ELÉ CTRICOS
DISEÑ O DE
MAQUINAS Y
DISPOS.
ELECT.
ENERGÍAS
RENOVABLES
MODELIZACIÓ N
Y CONTROL
DE ACCTS. ELEC.
DIPLOMA DE ESPECIALIZACIÓ N CONVERSIÓ N Y
CONTROL ELECTRÓ NICO DE LA ENERGÍA
Figura 1: Las asignaturas de accionamientos eléctricos en el contexto de los estudios.
Hay que tener presente que todos los estudiantes tienen una formació n
universitaria y que los procedentes de titulaciones de Ingeniería Técnica
Industrial han cursado asignaturas en las que en mayor o menor medida han
estudiado los fundamentos básicos de las máquinas eléctricas. La ubicació n de
la asignatura Motores y Accionamientos Elé ctricos en el segundo
cuatrimestre permite que cuando los estudiantes la cursen hayan seguido, en el
cuatrimestre anterior, asignaturas de Electró nica Industrial, básicamente de
Electró nica de Potencia, y de Ingeniería de Control. Estas circunstancias
posibilitan introducir el estudio de los accionamientos eléctricos desde una
perspectiva multidisciplinaria basada en la Electró nica de Potencia y el Control,
con un planteamiento basado en la conversió n electromecánica de la energía y
con una fuerte orientació n hacia las aplicaciones industriales.
Las características de la titulació n obligan a plantear esta asignatura troncal
para que cumpla con un doble objetivo, por una parte tiene que proporcionar
una buena base sobre accionamientos eléctricos a todos los estudiantes y por
otra ha de ser un primer escaló n para profundizar en su modelizació n, control y
diseñ o para aquellos estudiantes que hayan elegido la línea de especializació n
en Conversión y Control Electrónico de la Energía.
Las asignaturas optativas están enfocadas a aspectos aparentemente distintos
Modelización y Control de Máquinas Elé ctricas y Diseñ o de Máquinas y
Dispositivos Elé ctricos, y evidentemente, pueden cursarse de forma
independientemente. Sin embargo, a la vista de lo expuesto en el apartado
anterior sobre el estado del arte de los accionamientos eléctricos, hoy por hoy,
son aspectos complementarios que deberían seguirse de forma conjunta. La
orientació n de estas asignaturas ha de ser claramente la del diseñ o integrado
de máquinas y dispositivos eléctricos alimentados a través de convertidores de
potencia.
Este planteamiento tiene como objetivo que el estudiante:
• Adquiera conocimientos sobre los fundamentos básicos de los
accionamientos y sobre su modelizació n y control.
• Conozca y sepa utilizar el software específico para simular, analizar,
controlar y para el mantenimiento de los accionamientos eléctricos.
• Sea capaz de comprobar experimentalmente la validez de los modelos
teó ricos utilizando los aparatos y la instrumentació n adecuada.
• Sea capaz de seleccionar el accionamiento más adecuado en cada
caso, considerando, además, criterios econó micos y medioambientales.
• Sea capaz de proyectar y diseñ ar accionamientos eléctricos.
• Desarrolle la capacidad de trabajar en equipo.
Los accionamientos eléctricos después de más de un siglo de existencia han
evolucionado
mucho
aumentando
en
complejidad
y
diversidad.
Paradó jicamente el tiempo disponible para su enseñ anza se ha ido reduciendo
progresivamente. Ha de darse más en menos tiempo [7] y además el
estudiante ha de pasar a ser el protagonista del proceso de aprendizaje. Con
este panorama la enseñ anza tradicional basada en la clase magistral no basta.
Por lo tanto, han de reducirse las horas de clase tradicional, para dar más
relevancia a las prácticas de laboratorio, a la simulació n y al trabajo orientado a
problemas y a proyectos [8]. Estas circunstancias requieren:
• Tutorizació n activa.
•
•
•
Disponer de material docente muy bien preparado.
Tener unos buenos laboratorios con un nú mero de puestos de trabajo
adecuado que permitan trabajar con grupos reducidos.
Disponer de programas de simulació n profesionales.
La docencia de estas asignaturas, bajo estas premisas, ha de estar muy bien
coordinada y requiere un trabajo y un esfuerzo cooperativo de un equipo de
profesores que, además, han de estar comprometidos con la investigació n y la
transferencia de tecnología en accionamientos eléctricos.
5.- DESCRIPCIÓ N DE
ELECTRICOS1.
LAS
ASIGNATURAS
DE
ACCIONAMIENTOS
A continuació n procederemos a exponer los objetivos, contenidos y estructura
referentes a las asignaturas sobre accionamientos eléctricos propuestas:
5.1. Motores y accionamientos elé ctricos.
Objetivo:
Esta asignatura pretende estudiar los fundamentos sobre los motores
eléctricos, motores de corriente continua y de corriente alterna, así como
proporcionar las bases sobre la regulació n y control electró nico de velocidad de
los accionamientos de corriente continua y de corriente alterna más utilizados
en el ámbito industrial.
Temario genérico:
• Principios básicos de la conversió n electromecánica de la energía.
• Convertidores electró nicos de potencia para accionamientos eléctricos.
• Accionamientos de corriente continua.
• Accionamientos de corriente alterna con motores síncronos.
• Accionamientos con motores asíncronos.
• Otros tipos de accionamientos eléctricos.
Está prevista la realizació n de prácticas de laboratorio, cuyo objetivo es
familiarizar al estudiante con las diferentes estructuras y formas constructivas
de los accionamientos eléctricos, observar y analizar el funcionamiento de
diversos accionamientos industriales con regulació n electró nica de velocidad.
Las prácticas previstas son:
• Transformadores: Formas constructivas, funcionamiento en carga.
• Formas constructivas de motores eléctricos: Generació n del campo
magnético giratorio, diferentes estructuras de estator y de rotor.
• Motor de corriente continua: Principios básicos de funcionamiento,
regulació n electró nica de velocidad.
1
Todas las asignaturas propuestas son de 5 créditos European Credit Transfer System (un
crédito ECTS es equivalente 25 horas de trabajo del estudiante).
•
•
•
Motor de inducció n: Principios básicos de funcionamiento, circuito
equivalente.
Regulació n y control del motor de inducció n: Arranque, regulació n
electró nica de velocidad.
Motor paso a paso: Principio de funcionamiento, tipos y posibilidades de
funcionamiento segú n la electró nica utilizada.
También está prevista la realizació n de trabajos en grupo que profundicen
sobre alguno de los accionamientos eléctricos estudiados, como por ejemplo:
• El accionamiento de corriente continua con o sin escobillas.
• Control del motor síncrono con imanes
• Control del motor de inducció n
• El motor paso a paso.
5.2. Modelización y control de accionamientos elé ctricos.
Objetivo:
Esta asignatura se fundamenta sobre los conocimientos previos de máquinas
eléctricas, electró nica de potencia y sistemas de control, siendo su objetivo
principal profundizar en la modelizació n y el control de los accionamientos
eléctricos, prestando especial atenció n a las prácticas de simulació n y a las
técnicas de “prototipaje" rápido.
Temario genérico:
• Consideraciones mecánicas y térmicas de los accionamientos eléctricos.
• Modelizació n y control de accionamientos eléctricos con motor de
corriente continua.
• Modelo con fasores espaciales de las máquinas eléctricas rotativas de
corriente alterna.
• Modelizació n y control de accionamientos de corriente alterna con motor
de inducció n.
• Modelizació n y control de accionamientos eléctricos con motores
síncronos.
• Modelizació n y control de otros tipos de accionamientos eléctricos.
Las prácticas de simulació n de accionamientos eléctricos se realizaran en base
a los conocimientos adquiridos, utilizando el entorno MATLAB-SIMULINK. Las
sesiones previstas pretenden familiarizar al estudiante en el uso del entorno
MATLAB-SIMULINK en el contexto de los accionamientos eléctricos. Las
prácticas previstas son:
• Introducció n a la simulació n de accionamientos eléctricos con MATLABSIMULINK.
• Simulació n de un accionamiento de c.c. con troceador.
• Simulació n de un inversor trifásico SV-PWM.
• Simulació n de un accionamiento con motor de inducció n.
• Simulació n de un accionamiento síncrono con imanes.
Además, se realizaran prácticas de laboratorio que pretenden, a partir de los
conocimientos teó ricos y de las habilidades adquiridas en las prácticas de
simulació n, introducir las técnicas de “prototipaje” rápido que permitan pasar de
la simulació n, con MATLAB-SIMULINK, a la implementació n en tiempo real
utilizando placas D-Space. Estas prácticas son:
• Introducció n al Hardware asociado al control digital de accionamientos.
• Control digital de un accionamiento de c.c. con troceador.
• Control digital de un inversor trifásico SV-PWM.
• Control digital de un accionamiento con motor de inducció n.
Se prevé además la realizació n de un trabajo en grupo sobre modelizació n,
simulació n y control como por ejemplo:
• Simulació n de un motor de corriente continua sin escobillas unipolar.
Modelizació n y simulació n de un accionamiento con motor de inducció n.
• Control directo de par.
• Modelizació n y simulació n de un accionamiento síncrono de reluctancia.
5.3. Diseñ o de máquinas y dispositivos elé ctricos.
Objetivo:
La finalidad es iniciar en el cálculo de las máquinas y dispositivos eléctricos
siguiendo un proceso sistemático y racional, fundamentado más en el estudio
en profundidad de los diferentes circuitos y características comunes que en el
cálculo específico de los diferentes tipos de máquinas y dispositivos eléctricos.
Se introducirá en el cálculo asistido por ordenador utilizando programas de
cálculo de campos electromagnéticos de Elementos Finitos. En los ejemplos de
aplicació n se prestará especial atenció n al diseñ o de los accionamientos
asociados con convertidores estáticos y a los dispositivos eléctricos más
relacionados con la automática y la electró nica industrial.
Temario genérico:
• Principios básicos de diseñ o de las máquinas y dispositivos eléctricos.
• Circuitos magnéticos.
• Cálculo de pérdidas y calentamiento.
• Particularidades de cálculo de los diferentes tipos de máquinas
eléctricas.
• Introducció n al cálculo asistido por ordenador (C.A.O.) de máquinas y
dispositivos eléctricos.
En las prácticas se utilizaráun programa de cálculo por ordenador de campos
electromagnéticos de elementos finitos en 2D, estando prevista la realizació n
de las siguientes:
• Iniciació n al programa de elementos finitos: pre-procesado y postprocesado.
• Inductancia con nú cleo de hierro: comprobació n del dimensionamiento
previo a partir de unas especificaciones determinadas.
• Diseñ o electromagnético de un altavoz: dimensionamiento de la bobina y
del imán de un altavoz.
•
•
Motor de corriente continua con imanes: cálculo de campos
electromagnéticos en vacío y en carga.
Motor de corriente continua sin escobillas: cálculo de campos
electromagnéticos en vacío y en carga.
Está previsto además la realizació n de un trabajo en grupo sobre el diseñ o y
cálculo de una máquina o dispositivo eléctrico en concreto, como pueden ser:
• El diseñ o de un motor de reluctancia.
• El diseñ o de un electroimán para manipulació n de material férrico.
• El diseñ o de un motor síncrono lineal.
• El diseñ o de la estructura electromagnética de un motor paso a paso
híbrido.
6.- EL ESPACIO EUROPEO DE EDUCACIÓ N SUPERIOR Y LA FORMACION
CONTINUADA.
La Declaració n de Bolonia, firmada el 19 de junio de 1999 por los ministros de
educació n de veintinueve Estados fue el primer paso para la creació n de un
Espacio Europeo de Educació n Superior, que debe ser una realidad en el añ o
2010. Todo apunta que en lo que concierne a Españ a este objetivo se cumplirá
mucho antes siendo previsible una estructuració n de los títulos universitarios
en estudios de grado con un carácter generalista y de postgrado con una doble
orientació n por una parte de formació n académica avanzada que daría lugar a
un titulo oficial de master y por otro de iniciació n a la investigació n que
otorgaría el titulo de doctor. Las asignaturas que proponemos, especialmente
las optativas, están pensadas para adaptarse al nuevo espacio europeo, y
debido a su especificidad podrían ubicarse en los estudios de postgrado.
Actualmente, debido a la rapidez con que avanza el mundo tecnol ó gico y al
nuevo carácter de los estudios universitarios, es cada vez más necesaria la
formació n continuada. Las asignaturas optativas propuestas, a parte del fin con
el que han sido diseñ adas, pueden incluirse, con ligeras adaptaciones, en un
programa específico de formació n continua, fundamentalmente dirigida a
técnicos del entorno empresarial especializados en accionamientos eléctricos.
Para conseguir los siguientes propó sitos básicos:
• Reforzar el nivel de calificació n de los profesionales del sector, evitando así
el estancamiento y mejorando su situació n laboral y profesional.
• Responder a las necesidades específicas de las empresas en este campo.
• Potenciar la competitividad de dichas empresas.
• Adaptar los recursos humanos a las innovaciones tecnoló gicas.
• Potenciar el desarrollo de nuevas actividades econó micas.
• Fomentar la cooperació n Universidad-Empresa.
CONCLUSIONES.
Los accionamientos eléctricos contribuyeron en el pasado de forma decisiva a
la evolució n de la industria. En el futuro tendrán también un papel importante
en la mejora de la calidad y de la productividad de los procesos industriales
pero además jugaran un papel protagonista en campos tan diversos como las
energías renovables, la mecatró nica y la micromecánica. La evolució n de los
accionamientos eléctricos se fundamenta en tres pilares básicos: máquinas
eléctricas, electró nica de potencia y automática. En esta comunicació n se
expone como se han encajado los accionamientos eléctricos en la titulació n de
segundo ciclo de Ingeniería en Automática y Electró nica Industrial en la
EPSEVG. La asignatura troncal de Motores y accionamientos elé ctricos con
un tratamiento basado en la conversió n electromecánica de la energía y con
una fuerte orientació n hacia las aplicaciones industriales, se ha diseñ ado para
que cumpla con un doble objetivo; por una parte proporcionar una buena base
sobre accionamientos eléctricos a todos los estudiantes de la titulació n y por
otra ser un primer escaló n para profundizar en su modelizació n, control y
diseñ o para aquellos estudiantes que hayan elegido la línea de especializació n
en Conversión y Control Electrónico de la Energía. La docencia de estas
asignaturas pretende dar más protagonismo al estudiante lo que obliga ha de
reducir las horas de clase magistral, para dar más relevancia a las prácticas de
laboratorio, a la simulació n y al trabajo orientado a problemas y a proyectos.
Este planteamiento requiere un trabajo y un esfuerzo cooperativo de un equipo
de profesores que, además, han de estar comprometidos con la investigació n y
la transferencia de tecnología en accionamientos eléctricos. Las asignaturas
propuestas, en especial las optativas, están pensadas para adaptarse,
además, al nuevo espacio europeo de educació n superior, y debido a su
especificidad podrían ubicarse en los estudios de postgrado. Además estas
asignaturas, a parte del fin con el que han sido diseñ adas, pueden incluirse,
con ligeras adaptaciones, en un programa específico de formació n continua.
REFERENCIAS.
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Enseñ anza de los Accionamientos Elé ctricos
Hoy”.
V Congrés
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