PROGRAMA DOCENTE Materia: MOTORES ELÉCTRICOS ESPECIALES Curso: 2005-2006 Profesor: Manuel Pérez Donsión 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

Nombre profesor/a Código Créditos Lugar e Horario (indicando A, L ou P) Tutorías Manuel Pérez Donsión 476 4,5 A+3 L Despacho: 9-14 lunes, martes y miércoles

Docencia Teórica.

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

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. 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. Introducción. Definiciones y tipos de motores eléctricos de reluctancia. 10.4. Definición general 10.5. Tipos de motores eléctricos de reluctancia 10.5.2. Motores de AC trifásica: Motor de reluctancia síncrono 10.5.3. Motores de DC conmutada 10.5.3.1. Motor de reluctancia conmutado (SRM) 10.5.3.2. Motor paso a paso de reluctancia variable (VR stepper) 11. Reseña histórica 11.4. Introducción 11.5. De 1831 a 1965: Primeros motores eléctricos de reluctancia 11.6. De 1965 a 1980 : Motores de reluctancia con tiristores y transistores 11.7. De 1980 en adelante : Motores de reluctancia modernos 11.8. Situación actual 12. Ventajas e inconvenientes. 12.4. Introducción 12.5. Ventajas 12.6. Inconvenientes 13. Criterios de diseño 13.4. Introducción 13.5. Número de polos y fases 13.6. Principales problemas y medidas para reducir su impacto 13.6.2. Irregularidad en el par 13.6.3. Ruido acústico 13.6.4. Necesidad de control no lineal 14. Saturación y no linealidad 14.4. Introducción 14.5. Análisis lineal 14.6. Ventajas de la saturación 15. Métodos de control de par 15.4. Introducción 15.5. Control del par medio 15.5.2. Producción de un par constante 15.5.3. Regulación de corriente 15.6. Control del par instantáneo 15.7. Control sin sensores 15.7.2. Introducción: ventajas 15.7.3. Métodos de control sin sensores 15.7.3.1. Introducción 15.7.3.2. Métodos de lazo abierto 15.7.3.3. Métodos de medición en fases activas 15.7.3.3.1. Forma de onda del “chopping” 15.7.3.3.2. Corriente regenerativa 15.7.3.3.3. Flujo concatenado 15.7.3.3.4. Observadores de estado 15.7.3.3.5. Irregularidades en los polos del rotor y el estator1 15.7.3.3.6. Forma de onda de la corriente 15.7.3.4. Métodos de medición en fases inactivas 15.7.3.4.1. Sondeo activo 15.7.3.4.2. Inyección de señal modulada 15.7.3.4.3. Corriente regenerativa (en fase inactiva) 15.7.3.4.4. Sistemas mutuamente inducidos 15.7.3.4.5. Conclusión 16. 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 12.3. Materiales 12.3.1. Imanes permanentes 12.3.2. Composites magnéticos blandos 12.3.3. Pulvimetalurgia 12.4. Aplicaciones 12.4.1. Dirección eléctrica compacta para coches eléctricos 12.4.2. Propulsión eléctrica de barcos 12.4.3. Motores usados en robótica 12.4.4. Aplicaciones en energía eólica 12.4.5. Accionamientos directos de alta velocidad para tracción en trenes

Temas de 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.

TUTORIAS:

En el Despacho 248 de Máquinas Eléctricas (Ático del Extremo Norte de la ETSII), en horario sin clases, los días: - Lunes de 9:00 a 14:00 H - Martes de 9:00 a 14:00 H - Miércoles de 9:00 a 14:00 H

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.

BIBLIOGRAFIA 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 Unuversity Press 1989 (T-5 236 biblioteca industriales) [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” (TOR 621.38 Biblioteca Torrecedeira). [8] C.B. Gray. “Máquinas eléctricas y sistemas accionadores”. Alfaomega. 1993. [9] J.F. Gieras y M. Wing, “Permanent Magnet Motor Technology”, Marcel Dekker, Inc. 2002. [10] A. Basak, “Permanent Magnet DC Linear Motors”, Oxford Science Publications, 1996. [11] Cyril G. Veinott. “Motores de potencia fraccionaria y subfraccionaria”. Macombo, D.L. 1978 [12] R. J. Lawrie. “Biblioteca práctica de motores eléctricos”. OCEANO/CENTRUM. 1990 [13] Héctor Guerrero. “Microsistemas y Nanotecnología para la Defensa”. Ministerio de Defensa/Instituto Nacional de técnica Aeroespacial. 2004 [14] Steven Nadel, Michael Shepard, Steve Greenberg, Gail Katz, Anibal T. de Almeida. “Energy-Efficient Motor Systems: A Handbook on Technology, Program, and Policy Opportunities”.American Council for an Energy-Efficient Economy. 1991 [15] Fullea, J.; Trinidad, F. “El Vehículo Eléctrico”. Mc Graw Hill. 1997. [16] Larrode, E. “Automóviles Eléctricos”. [17] Ferrer, E. “La Combustión del Hidrógeno”. [18] Orlando Silvio Lobosco y José Luis Pereira da Costa Dias “Selección y aplicación de motores eléctricos”.( Barcelona : Marcombo ; Berlin : Siemens, D.L. 1990). [19] Juan María Ortega Plana, José Ramírez Vázquez “Máquinas de corriente alterna” (7ª ed., Barcelona : CEAC, 1994). [20] A.E. Fitzgerald, Charles Kingsley, Stephen D. Umans, “Máquinas eléctricas” (6ª ed., México ; Madrid [etc.] : McGraw-Hill, cop. 2004) . [21] Stephen J. Chapman ; traducción Eduardo Rozo Castillo “Máquinas eléctricas” ; revisión técnica José Aníbal Ramírez Ávila (3ª ed., Santa Fé de Bogotá [etc.] : McGraw-Hill, cop. 2000). [22] T.J.E. Miller “Electronic control of switched reluctance machines”. [23] T.J.E. Miller. “Brushless permanent-magnet and reluctance motor drives”, Ed. Oxford University Press. [24] Colin D. Simpson, “Industrial Electronics”. Ed. Prentice Hall PTR. [25] Fernández Durán, Andrés. “Development of a rotating transverse flux motor”. PFC. 2001. [26] Gieras, J. F.; Wing, M. “Permanent magnet motor technology: design and applications”. Marcel Dekker. 2002. [27] Süss, Dieter; Schrefl, Thomas; Fidler, Josef. “Micromagnetics simulation of high energy density permanent magnets”. IEEE Transanctions on magnetics, vol. 36, No.5, pp. 3282-3284, September 2000.

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.cpr2valladolid.com/tecno/cyr_01/robotica/sistema/motores_p-p.htm [10] http://www.monografías.com [11] http://perso.wanadoo.es/luis_ju/index.html [12] http://www.superstepper.com [13] http://www.acpd.co.uk [14] http://www.motionshop.com/pr/sourcelc.shtml [15] http://eio.com/jasstep.htm [16] http://www.cs.uiowa.edu/~jones/step/ [17] http://col2000.free.fr/pasapas/pap_indx.htm [18] http://www.techlib.com/electronics/stepper.html [19] http://www.doc.ic.ac.uk/~ih/doc/stepper/ [20] Fabricante de motores lineales: http://www.LinMot.com [21] http://www.uniara.com.br/eng_eletrica [22] http://www.lbl.gov/Tech-Transfer/techs/lbnl1939.html [23] http://www.superfoto.net/News/GV_NEWS_detail.asp?IdNews=391 [24] http://www.lumacnet.com/bist.html [25] http://www.rockwellautomation.com/anorad/products/linearmotors [26] http://www.nanomotor.de/p_nanomotor.htm [27]http://www.kavousa.com/products/handpieces_accessories/electric_speeds/electric _speeds.asp?navid=310600&lan=Us [28] http://www.faulhaber-group.com [29] www.rmi.org [30] www.hypercar.com [31] American Hydrogen Association: http://www.clean-air.org/ [32] Hydrogen Myths: http://www.ariema.com [33] http://aeh2.org [34] http://bdd.unizar.es/Pag2/Tomo2/tema7/7-2.htm [35] http://www.sciencetech.technomuses.ca/english/schoolzone/Domestic_Technology1.cf m [36] http://home.howstuffworks.com [37] http://inventors.about.com/library/inventors/blwashingmachines.htm [38] http://www.schneider-electric.com.ar/recursos/myce/capitulo10.pdf [39] http://www.ersp.gob.pa/electric/info_clientes/Motores.pdf [40] http://home.cclmotors.com/ [41] http://www.johnsonelectric.com/home/fhome.php [42] http://wib.weg.com.br/index.html [43] http://www.tecnocom.biz/tecnocom/html/index.php [44] Switched reluctance motor drives information: http://www.fleadh.co.uk/srm.htm [45] SR drives, Emerson Electric:http://www.srdrives.co.uk/fr_index.htm [46] Reliance Synchronous Reluctance AC motors: http://www.reliance.com/prodserv/motgen/b2565.htm [47] Control of Stepping motors, a tutorial. D.W.Jones: http://www.cs.uiowa.edu/~jones/step/ [48] Electric motors reference center: http://www.electricmotors.machinedesign.com/guiEdits/WebResources.aspx [49] Center for advanced electronically controlled drives. University of Lecester: http://www.le.ac.uk/engineering/research/groups/power/caecd/MotorDr_pedrg.htm [50] www.handymagnet.com [51] http://magnet.atp.tuwien.ac.at/publications/ieee/suess_2000_36_3282.pdf [52] Guo, Y.G.; Zhu, J.G; Watterson, P.A.; Wu, W. “Comparative Study of 3D Flux Electrical Machines with Soft Magnetic Composite Cores”. IEEE Transactions On Industry Applications, VOL. 39, No. 6, pp.1696-1703. November/December 2003. [53]www.tip.csiro.au/Machines/papers/ComparativeStudyOf3DFluxElectricalMachines WithSoftMagneticCompositeCores(IEEEIA).pdf [54] www.ames.es [55]http://www.tfd.chalmers.se/grkurs/mtf240/kurs_mat_2004/Electric_motors_for_veh icle_propulsion_2004.pdf [56] Yildirim, Deniz. “Rügar energi santrallerinde kullanilar generatör tipleri” (Doktora tezi). Harizan 2000. http://www.denizyildirim.org/latex/tezyazim.pdf [57] “Evaluation of Energy EfficiencyTechnologies for Rolling Stockand Train Operation of Railways. Final Report”. Submitted to the Subcommission Energy Efficiency. Commissioned by International Union of Railways. Berlin, March 2003. http://www.izt.de/pdfs/IZT_EVENT_Final_Report.pdf [58] www.hoganas.com [59] www.voithturbo.com [60] http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Curiosid/rc-66/rc-66.htm [61] http://www.imanesmagnum.com.ar/accesorios/imanes/imanes.htm [62] http://www.gtcdigital.net/articulo.php?id_articulo=18 [63] http://www.calamit.com/esp/neodimio.htm [64] http://www.stanfordmagnets.com/magnet.html [65] http://www.iem.rwth-aachen.de/index.pl/new_materials_and_machines

Vigo, 14 de Julio de 1005

Fdo.: Manuel Pérez Donsión