Universidad de Jaén

Para cursar esta asignatura el estudiante debe haber adquirido antes conocimientos previos en circuitos y máquinas eléctricas mediante las asignaturas de Circuitos, Máquinas Eléctricas I y II, que deben sentar la
base para un correcto aprovechamiento de la asignatura de Accionamientos eléctricos y electrónica de potencia.

Por el contenido de la asignatura, coincidiendo con los descriptores del BOE, la materia se encuentra enmarcada dentro del bloque de disciplinas de máquinas eléctricas. Por otra parte es una de las asignaturas con mayor aplicación en la vida profesional del Ingeniero Eléctrico.

Haber cursado o estar cursando las asignaturas de Circuitos, Máquinas Eléctricas I y II, para adquirir la base de conocimientos con el objeto de un buen
aprovechamiento de esta materia. Por otra parte se recomienda que esta asignatura se imparta en el tercer curso, por los conocimientos previos a adquirir expuestos anteriormente.

El alumnado que presente necesidades específicas de apoyo educativo, lo ha de notificar personalmente al Servicio de Atención y Ayudas al Estudiante para proceder a realizar, en su caso, la adaptación curricular correspondiente.

Unidad didáctica 1: Electrónica de Potencia

Unidad didáctica 2: Dispositivos de protección

Unidad didáctica 3: Arrancadores

Unidad didáctica 4: Regulación de máquinas de corriente alterna de inducción

Unidad didáctica 5: Control y regulación de máquinas especiales

Unidad didáctica 6: Control y regulación de máquinas síncronas

Unidad didáctica 7: Control, regulación y maniobra de máquinas de corriente continua

Unidad didáctica 8: Elección de un accionamiento y una máquina

Unidad didáctica 9: Sistemas de alimentación ininterrumpida

 

 

 

 

 

 

 

 

Programa de la asignatura Accionamientos eléctricos y electrónica de potencia

 

Temario de teoría

 

Unidad didáctica 1: Electrónica de Potencia

 

Tema 1: Fundamentos de la Electrónica de Potencia

 

1.-Aplicaciones de la Electrónica de Potencia

2.- Convertidores de potencia

3.- Resolución matemática de circuitos electrónicos de potencia

4.- Parámetros de señales periódicas continuas

5.- Potencia de señales periódicas continuas

6.- Series de Fourier de señales periódicas continuas

7.- Diodo, SCR, TriAC, GTO, BJT, MOSFET, IGBT, MCT

 

Tema 2: Rectificadores

 

1.- Rectificadores no-controlados

1.1.- Monofásicos

1.1.1.- De media onda con carga puramente resistiva

1.1.2.- De media onda con carga inductiva

1.1.3.- De onda completa con carga puramente resistiva

1.1.4.- De onda completa con carga fuertemente inductiva

1.2.- Filtrado de la salida con condensador

1.3.- Trifásicos

1.3.1.- De media onda con carga puramente resistiva

1.3.2.- De onda completa con carga puramente resistiva

2.- Rectificadores controlados

2.1.- Control de fase

2.2.- Monofásicos

2.2.1.- De onda completa con carga fuertemente inductiva

2.3.- Trifásicos

2.3.1.- De onda completa con carga fuertemente inductiva

 

Tema 3: Troceadores

 

1.- Reductor

2.- Elevador

3.- De 2 y 4 cuadrantes

 

Tema 4: Inversores

 

1.- Estructura

1.1.- De media onda monofásico

1.2.- En puente

1.2.1.- Monofásico

1.2.2.- Trifásico

2.- Control de la tensión de salida

2.1.- De un impulso

2.2.- PWM (de múltiples impulsos)

 

Tema 5: Convertidores de AC

 

1.- Reguladores de AC

1.1.- Con control de fase

1.1.1.- Carga puramente resistiva

1.1.2.- Carga inductiva

1.2.- Tipo on-off

2.- Cicloconvertidores

 

Unidad didáctica 2: Dispositivos de protección

 

Tema 6: Dispositivos de relés y protección

 

1.- Introducción

2.- Generalidades

3.- Fusibles

4.- Relé de sobrecarga magnético de acción instantánea

5.- Relé de sobrecarga magnético de acción retardada

6.- Relé de sobrecarga térmico de aleación fusible

7.- Relé de sobrecarga térmico bimetálico

8.- Relé de sobrecarga térmico inductivo de aleación fusible

9.- Relé de sobrecarga térmico inductivo bimetálico

10.- Dispositivos térmicos auxiliares

11.- Disyuntores de máxima y mínima tensión

12.- Protección contra la inversión de polaridad

13.- Relé de protección contra inversión e interrupción de fases

14.- Relé diferencial

15.- Relé estabilizador de frecuencia

16.- Disyuntores de sobrecarga

17.- Protección contra el arco de descarga

 

Unidad didáctica 3: Arrancadores

 

Tema 7: Arrancadores manuales de c.c. y c.a.

 

1.- Generalidades

2.- Puesta en marcha y aceleración de motores de c.c.

3.- Arrancador de tres bornes

4.- Arrancador de cuatro bornes

5.- Arrancadores manuales de motores serie

6.- Regulador manual de tambor

7.- Arranque manual de motores de inducción de rotor en cortocircuito

8.- Arranque manual de motores de inducción de rotor bobinado

9.- Arranque manual de motores síncronos polifásicos

10.- Arranque manual de motores monofásicos

11.- Ventajas e inconvenientes de los arrancadores manuales

 

Tema 8: Arrancadores automáticos de c.a.

 

1.- Generalidades

2.- Arrancador magnético automático a plena tensión para motores de inducción de rotor en jaula de ardilla polifásico

3.- Arrancadores automáticos de aceleración de tiempo fijo de tensión reducida de c.a.

4.- Circuito y arrancador de temporizador de neón

5.- Arranque de un motor de inducción de rotor bobinado

6.- Arrancadores automáticos para motores síncronos

7.- Arranque múltiple

 

Tema 9: Arrancadores automáticos de c.c.

 

1.- Generalidades

2.- Arrancador de aceleración de tiempo fijo, con contactores de acción retardada

3.- Arrancador de aceleración de tiempo fijo que utiliza relés de amortiguador

4.- Arrancador de aceleración de tiempo fijo que utiliza un temporizador motorizado o un mecanismo de tiempo

5.- Arrancador de aceleración por tiempo definido que utiliza constante de tiempo inductiva de relés de bobina de fijación

6.- Arrancador de aceleración por limitación de corriente que utiliza relés de f.c.e.m.

7.- Arrancador de aceleración por limitación de corriente que utiliza relés de bobina de retención

8.- Arrancador de aceleración por limitación de corriente que utiliza relés serie

9.- Arrancador de aceleración por limitación de corriente que utiliza bobinas de retención

10.- Arrancador de aceleración por limitación de corriente que emplea bobinas de retención y amplificador magnético

 

Unidad didáctica 4: Regulación de máquinas de corriente alterna de inducción

 

Tema 10: Características de los motores de inducción

 

1.- Aceleración y zonas de funcionamiento estable

                1.1.- Cargas de inercia elevada. Sobrecalentamiento

                               1.1.1.- Arranque en vacío

                               1.1.2.- Arranque en carga

                               1.1.3.- Energía perdida durante el frenado

                1.2.- Cálculo del tiempo de arranque

1.3.- Pérdidas en el motor durante el funcionamiento en régimen permanente. Rendimiento

1.4.- Estabilidad. Par máximo o de pérdida del motor

2.- Curvas par velocidad. Influencia de los parámetros del rotor

                2.1.- Rotor en jaula de ardilla o rotor en cortocircuito

                2.2.- Rotor de doble jaula

                2.3.- Rotor de ranuras profundas

                2.4.- Arranque y funcionamiento de los motores de anillos rozantes o rotor bobinado

                2.5.- Influencia de la tensión de alimentación en las curvas par-velocidad

3.- Trabajo como generador y frenado de la máquina de inducción

                3.1.- Limitaciones del trabajo como generador. Cargas que llegan a arrastrar al rotor

                3.2.- Inversión en marcha del sentido de giro

                3.3.- Frenado por inversión del sentido de giro del campo del estator

                3.4.- Frenado por inyección de corriente continua

4.- Transmisiones sincrónicas o eje eléctrico

                4.1.- Selsyn de potencia o árbol eléctrico

                4.2.- Selsyn de posición

 

Tema 11: Regulación y control de la máquina de inducción

 

1.- Regulación de la velocidad

                1.1.- Regulación por cambio del número de polos

1.2.- Regulación por control de la tensión de alimentación en motores con jaula de alta resistencia

1.3.- Control de la velocidad de los motores de rotor bobinado por variación de la resistencia rotórica

1.4.- Regulación por recuperación de la energía disipada en el rotor

2.- Regulación electrónica de los motores de inducción

3.- Funcionamiento del motor asíncrono alimentado por convertidores de frecuencia

3.1.- Control del convertidor de frecuencia con circuito intermedio de tensión variable y onda de salida en bloques

3.2.- Control de convertidores de frecuencia de tipo intermedio de tensión y regulación de tensión PWM

3.3.- Control de convertidores de frecuencia con circuito intermedio de intensidad y salida por bloques de intensidad

3.4.- Influencias de los controladores de frecuencia en los motores de rotor en cortocircuito en servicio permanente

3.5.- Cálculo de las pérdidas

3.6.- Alteraciones sobre el par motor

3.7.- Ruido que los convertidores de frecuencia causan en los motores eléctricos

3.8.- Consecuencias de la alimentación con inversores sobre el aislamiento eléctrico del motor

3.9.- El funcionamiento del motor asíncrono en el plano par velocidad

                               3.9.1.- Rango de velocidades para un trabajo en régimen permanente

                               3.9.2.- Limitaciones impuestas por el inversor cuando se trabaja en las regiones

                               de par constante o de potencia constante

                               3.9.3.- Limitaciones impuestas por el propio motor

3.10.- Dispositivos de control

                               3.10.1.- Control de la velocidad en lazo abierto

                               3.10.2.- Control de la velocidad en lazo cerrado

3.11.- Control vectorial del motor asíncrono

                               3.11.1.- Comportamiento del motor dc

                               3.11.2.- Diferencias entre el motor dc y el ac trifásico

                               3.11.3.- Regulación del motor de corriente alterna trifásico

                               3.11.4.- Nueva generación de métodos de control del motor de inducción

3.12.- Accionamientos que utilizan un ciclo-convertidor              

                               3.12.1.- Control de velocidad con ciclo-convertidor en el circuito rotórico

3.13.- Convertidores de frecuencia rotativos

4.- Regulación del factor de potencia y optimización energética

5.- Acoplamiento subsíncrono del rotor

6.- Efecto ranuras y posicionamiento oblicuo de las mismas

7.- Máquinas de inducción con conexión invertida

8.- Motor lineal

9.- El sistema de control de Leblanc

10.- El sistema de control de Kramer

11.- El sistema de control de Scherbius

12.- Frenado

                12.1.- Frenado por inversión

                12.2.- Frenado dinámico

                12.3.- Frenado regenerativo

                12.4.- Arranques sucesivos rápidos y frenado mecánico

 

Tema 12: Circuitos de control y maniobra de los motores de inducción

 

1.- Motores de inducción trifásicos con rotor en cortocircuito

                1.1.- Arranque directo

                               1.1.1.- Protección contra sobre intensidad por relé térmico

                               1.1.2.- Utilización de relés térmicos y de intensidad

                               1.1.3.- Señalización de la maniobra y protección contra falta de fase

                               1.1.4.- Maniobra accionada por boya

                               1.1.5.- Electrobomba para vaciado de un depósito

1.1.6.- Arranque de motor con condensadores para corregir el factor de potencia

                1.2.- Arranque estrella-triángulo

                               1.2.1.- Arranque estrella-triángulo clásico

1.2.2.- Arranque de un motor en 3 puntos de tensión (estrella-resistencia-triángulo)

1.2.3.- Arranque estrella-triángulo con inversor de giro

                1.3.- Arranque por medio de resistencias estatóricas

                               1.3.1.- Arranque por resistencias estatóricas clásico

                               1.3.2.- Conexión Kusa

                               1.3.3.- Conexión Kusa con inversión de giro

                1.4.- Arranque con autotransformador

                               1.4.1.- Arranque con autotransformador con dos puntos en tensión

                               1.4.2.- Arranque con autotransformador con tres puntos en tensión

1.4.3.- Arranque con autotransformador con tres puntos en tensión e inversión de giro

1.5.- Arranque con arrancadores estáticos

                1.5.1.- Arranque con interruptores estáticos

                1.5.2.- Arranque con arrancador estático

1.6.- Inversión de giro

                1.6.1.- Inversión de giro clásica

                1.6.2.- Con enclavamiento por pulsadores

                1.6.3.- Por medio de conmutador de 3 posiciones

1.7.- Arranque de motores de varias velocidades

                1.7.1.- Arranque de un motor de 2 velocidades

                1.7.2.- Arranque de un motor de 2 velocidades con inversión de giro

                1.7.3.- Arranque de un motor de 2 velocidades tipo Dahlander

                1.7.4.- Arranque de un motor de 3 velocidades

1.7.5.- Arranque de un motor de 3 velocidades. 2 Bobinados en Dahlander y 1 separado con inversión de giro

1.7.6.- Arranque de un motor de 4 velocidades

1.7.7.- Inversión de giro para un motor de 4 velocidades

                1.8.- Motorreductores

                               1.8.1.- Acoplamiento de motores

                               1.8.2.- Mando de un motorreductor

                               1.8.3.- Varias velocidades fijas

                               1.8.4.- Con variador mecánico

                               1.8.5.- Con variador mecánico accionado eléctricamente            

2.- Motores de inducción trifásicos con rotor bobinado

3.- Motores monofásicos de inducción

                3.1.- Arranque

                3.2.- Inversión de giro

4.- Frenado de motores

5.- Variación de velocidad

 

Unidad didáctica 5: Control y regulación de máquinas especiales

 

Tema 13: Motores especiales

 

1.- Motores paso a paso

                1.1.- Introducción

                               1.1.1.- Control de posición en lazo abierto

                               1.1.2.- Generación de impulsos de paso y respuesta del motor

                               1.1.3.- Rotación a alta velocidad. Aumento progresivo de la velocidad

                1.2.- Motores paso a paso utilizando un motor de reluctancia

                               1.2.1.- Motor de reluctancia variable

                               1.2.2.- Motor híbrido

                               1.2.3.- Motores paso a paso con imán permanente

                               1.2.4.- Motores paso a paso con apilamientos múltiples

                               1.2.5.- Control paso a paso de un motor trifásico asíncrono

                1.3.- Características del motor

                               1.3.1.- Curvas par-deslizamiento

                                               1.3.1.1.- Avance de un paso

                               1.3.2.- Error de posición en un paso. Par de mantenimiento

                               1.3.3.- Avance de medio paso

                               1.3.4.- División de los pasos. Mini pasos

                1.4.- Accionamientos basados en motores paso a paso

                               1.4.1.- Características en régimen permanente

                               1.4.2.- Características del elemento accionado

                               1.4.3.- Par de pérdidas trabajando con un montaje de corriente constante

                               1.4.4.- Curvas par-máximo-velocidad según el tipo de alimentación utilizado

                                               1.4.4.1.- Accionamiento a tensión constante

                                               1.4.4.2.- Accionamiento con corriente forzada

                                               1.4.4.3.- Accionamiento con troceador

                               1.4.5.- Resonancias e inestabilidad

                1.5.- Respuesta transitoria

                               1.5.1.- Respuesta a un paso

                               1.5.2.- Arranque partiendo del reposo

                               1.5.3.- Aceleración óptima y control en lazo cerrado

2.- Motores Brushless

                2.1.- Evolución de los accionamientos de avance

                2.2.- Operación en cuatro cuadrantes

3.- Servomotores

                3.1.- Servomotores de corriente continua

                3.2.- Servomotor  BrushLess

4.- Motores Brushless de corriente continua

                4.1.- Principio de funcionamiento

                4.2.- Inducción y fuerzas electromotrices

                4.3.- Alimentación del motor

                4.4.- Estrategia de control

                4.5.- Aplicaciones

                4.6.- Potencia específica

5.- Motor de reluctancia

                5.1.- Principio de funcionamiento

                5.2.- Convertidor de potencia

                5.3.- Características y regulación

 

Unidad didáctica 6: Control y regulación de máquinas síncronas

 

Tema 14: Control y regulación de máquinas síncronas

 

1.- Aplicación del cicloconvertidor

                1.1.- El control del motor síncrono alimentado con cicloconvertidor

                1.2.- Efectos del cicloconvertidor sobre el motor

                1.3.- Aplicaciones de los motores síncronos alimentados con cicloconvertidor

2.- El motor síncrono autopilotado

3.- Especificaciones y características de los convertidores de frecuencia

                3.1.- Características principales de los convertidores de frecuencia

                3.2.- Inversores con circuito intermedio de tensión

4.- Precauciones en la selección y empleo de los convertidores de frecuencia normalizados

                4.1.- Cuadro general de aplicaciones de los convertidores de frecuencia

5.- Control de velocidad de los accionamientos con motor síncronos

5.1.- Accionamientos con motor síncrono alimentados a través de inversor y control en lazo abierto

5.2.- Accionamientos con motor síncrono alimentados a través de inversor y control en lazo cerrado (auto-síncronos)

5.3.- Características de funcionamiento y regulación del motor síncrono

 

Unidad didáctica 7: Control, regulación y maniobra de máquinas de corriente continua

 

Tema 15: Control y regulación de máquinas continua

 

1.- Parámetros de control, maniobras de arranque y frenado. Arranque con reóstato

                1.1.- Arranque con reóstato

                1.2.- Parámetros de control. Maniobras de frenado

                1.3.- El motor monofásico serie de colector (motor universal)

                               1.3.1.- Principio de funcionamiento y ecuaciones

                1.4.- Alimentación en corriente continua frente a alimentación en corriente alterna

2.- Control de motores de corriente continua

3.- Accionadores de motores de corriente continua para funcionamiento en los cuatro cuadrantes. Convertidor dual

4.- Regulación electrónica de velocidad del motor de corriente continua

5.- Modelo dinámico de la máquina de corriente continua, control en lazo cerrado

6.- Aplicaciones industriales de los accionamientos DC

6.1.- Grupo Ward-Leonard electrónico. Aplicación al accionamiento de trenes de laminación

6.2.- Servomotores de continua. Accionamientos para servos DC

6.2.1.- Servomotores

6.2.2.- Control de posición

6.2.3.- Controles digitales de velocidad y posición

                6.3.- Aplicaciones. Ejemplo 1: Accionamiento para automóvil eléctrico

                               6.3.1.- Control de las marcas de espacio

                               6.3.2.- Cálculos del circuito de control

                               6.3.3.- Disipación de calor

                               6.3.4.- Resultados prácticos

 

Tema 16: Circuitos de control y maniobra de los motores de corriente continua

 

1.- Motor con excitación independiente

                1.1.- Inversión de giro

2.- Motor con excitación serie

                2.1.- Inversión de giro

3.- Motor con excitación derivación (shunt)

                3.1.- Inversión de giro

4.- Motor con excitación compuesta (compound)

                4.1.- Inversión de giro

5.- Regulación de velocidad

 

Unidad didáctica 8: Elección de un accionamiento y una máquina

 

Tema 17: Selección de un accionamiento más adecuado

 

1.- Introducción

2.- Aspectos constructivos

                2.1.- Elementos comunes y elementos específicos

                2.2.- Calentamiento y refrigeración

                               2.2.1.- Calentamiento

                               2.2.2.- Refrigeración

                2.3.- Condiciones ambientales

                2.4.- Utilización de motores en áreas peligrosas

                2.5.- Materiales aislantes

                2.6.- Formas constructivas y montajes

                2.7.- Esfuerzos mecánicos que actúan sobre el motor

                2.8.- Ruido

                2.9.- Compatibilidad electro-magnética

3.- Ensayos y protección de accionamientos

                3.1.- Ensayos. Su finalidad

                3.2.- Protecciones

4.- Factores para la elección de un accionamiento

                4.1.- Solicitaciones básicas

                4.2.- Recordatorio de algunos principios básicos de mecánica

                4.3.- Características en régimen permanente de diferentes tipos de motores y cargas

                4.4.- Rangos de potencia y velocidad de motores y accionamientos

5.- Necesidades de la carga. Características par-velocidad

6.- Parámetros técnicos y económicos que afectan a la selección de un accionamiento

 

Tema A.13: Selección y mantenimiento de una máquina eléctrica

 

1.- Factores que afectan a los valores nominales de una máquina

2.- Calentamiento

3.- Tensión nominal

4.- Efecto del ciclo de trabajo y de la temperatura ambiente sobre el valor nominal

5.- Tipo de envueltas

6.- Velocidad nominal, clasificaciones de velocidad y reversibilidad

7.- Factores que afectan a la selección del motor

8.- Mantenimiento

9.- Previsiones futuras para la selección de motores y conducciones

 

Unidad didáctica 9: Sistemas de alimentación ininterrumpida

 

Tema 19: Alimentación de emergencia. Sistemas de alimentación ininterrumpida

 

1.- Carga de baterías

                1.1.- Métodos de carga. Curvas características

                                1.1.1.- Carga a tensión constante

                               1.1.2.- Carga a intensidad y tensión constantes

                               1.1.3.- Carga a intensidad constante

                               1.1.4.- Carga a tensión creciente

                               1.1.5.- Modos específicos de carga

                               1.1.6.- Método de flotación continua

                               1.1.7.- Voltaje de flotación

                               1.1.8.- Gasificación

                               1.1.9.- Rendimiento de carga. Tensión de gaseo

2.- Limitación por resistencia

3.- Limitación por bobina

4.- Fuentes de alimentación

5.- Cuadro general de perturbaciones y soluciones

                5.1.- Rendimiento comparado de las soluciones

6.- Perturbaciones de la red

                6.1.- Ruidos e impulsos en modo diferencial

                6.2.- Ruidos e impulsos en modo común

                6.3.- Variaciones de tensión lentas

                6.4.- Variaciones de tensión rápidas

                6.5.- Parpadeo o Flicker

                6.6.- Microcortes

                6.7.- Cortes largos

                6.8.- Distorsión

                6.9.- Variaciones de frecuencia

7.- Calidad y seguridad de la red

                7.1.- Características eléctricas

                7.2.- Seguridad del suministro

                7.3.- Necesidad de los equipos y sistemas de alimentación

                7.4.- La calidad de la red: una responsabilidad de todos

8.- Medida de las perturbaciones

Temario de prácticas

 

Práctica nº 1: Simulador de circuitos Pspice

 

Práctica nº 2: Simulación de rectificadores controlados

 

Práctica nº 3: Simulación de troceadores

 

Práctica nº 4: Simulación de inversores

 

Práctica nº 5: Simulación de cicloconvertidores

 

Práctica nº 6: Arranque del motor de inducción

 

1.- Rotor de jaula de ardilla trifásico

1.1.- Estrella-triangulo

1.2.- Autotransformador

1.3.- Resistencias estatóricas

1.4.- Inversión de giro.

2.- Rotor de jaula de ardilla monofásico

2.1.- Arranque

2.2.- Inversión de giro

3.- Rotor bobinado

3.1.- Estrella-triangulo

3.2.- Autotransformador

3.3.- Resistencias rotóricas

 

Práctica nº 7: Control de velocidad en máquinas de inducción

 

1.- Control en lazo abierto con tensión fija

2.- Control de velocidad mediante variación tensión/frecuencia en lazo cerrado

3.- Transitorios de arranque y carga

4.- Efectos al variar los límites de deslizamiento

5.- Respuesta a cambios de velocidad de referencia

 

Práctica nº 8: Arrancador mediante inversor de seis pasos para un motor de inducción

 

1.- Formas de onda

2.- Transitorios de arranque y carga.

3.- Respuesta a cambios de velocidad de referencia

 

Práctica nº 9: Arranque e inversión de giro en máquinas DC

 

1.- Motor serie

2.- Motor derivación

3.- Motor compound

 

Práctica nº 10: Métodos de frenado en máquinas DC

 

1.- Valor de resistencia de frenado.

2.- Valor de resistencia de frenado dinámica.

3.- Conexión y frenado dinámico.

4.- Frenado regenerativo.

5.- Aplicación de la máquina funcionando como elevador