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1. DATOS DE LA ASIGNATURA

Nombre de la asignatura

Carrera

Clave de la asignatura

Horas teoría-horas práctica-créditos:

Electrónica de Potencia y Control de Motores

Ingeniería Electromecánica

ARE-1204

3-1-4

2.- PRESENTACIÓN

Caracterización de la asignatura. La materia de Electrónica de Potencia y Control de Motores está orientada al estudio de una rama de la ingeniería eléctrica que abarca a la electrónica, al control y a la potencia, así como a la aplicación de la misma para el control de motores. Esta rama de la ingeniería eléctrica utiliza dispositivos electrónicos semiconductores para controlar, por medio de sistemas convertidores, que cambian la presentación de la señal eléctrica, grandes bloques de potencia. Específicamente se pretende estudiar la aplicación de la electrónica de potencia para el control de motores. Esta asignatura aporta al perfil del ingeniero electromecánico la capacidad de comprender la operación de los circuitos electrónicos de potencia, la capacidad de modelar, analizar, diseñar, simular y construir circuitos electrónicos para el control de la velocidad y/o el par de motores eléctricos tanto de CD como de CA. Intención didáctica. El estudiante a través del conocimiento y comprensión de los conceptos más relevantes del contenido de las unidades del programa y sus temas desarrolla la competencia de analizar y diseñar circuitos electrónicos de potencia y su aplicación al control de motores eléctricos, complementando estas competencias con la realización de prácticas de laboratorio. Esto le permite adquirir los conocimientos para el diseño, análisis y aplicación de los distintos circuitos convertidores así como las habilidades en el manejo de equipo electrónico, software y manuales de fabricante. Desarrolla la habilidad para identificar y resolver problemas, hacer experimentos y reportes de resultados de forma oral y escrita y hacer presentaciones ante el grupo. Esta asignatura comprende 4 unidades cuyos contenidos fueron seleccionados para iniciar desde los principios básicos de operación, características, parámetros eléctricos y circuitos equivalentes de los dispositivos que forman la familia de los tiristores y la familia de los transistores de potencia hasta su aplicación en circuitos convertidores como rectificadores (no controlados y controlados), troceadores e inversores y la aplicación de los mismos para el control de velocidad de motores de motores eléctricos

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El contenido de la unidad I, le permite conocer la historia de la electrónica de potencia, los dispositivos usados por la misma, así como los circuitos convertidores formados por éstos. Así mismo, analizar y diseñar circuitos de disparo para controlar el encendido de los dispositivos utilizados por la electrónica de potencia. En la Unidad II, los temas a revisar le permiten conocer los elementos de un sistema de accionamiento, revisar las características mecánicas de las cargas a la que son sometidos los motores eléctricos y seleccionar los componentes (Motor, convertidor y controlador) a partir de las especificaciones dadas para un accionamiento dado. En la Unidad III, el estudiante conoce los sistemas empleados para el control de motores de CD, tanto para cuando la fuente sea de CA (Rectificadores controlados o convertidores de fase controlada) como cuando la fuente sea de CD (troceadores), así como los sistemas reguladores para los mismos. En la Unidad IV el estudiante conoce los sistemas para controlar la velocidad de motores de inducción, tanto aquellos que se basan en el control de fase como aquellos que se basan en el control de frecuencia.

3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR

Competencias específicas:

Analizar, simular, diseñar, construir y aplicar circuitos y sistemas electrónicos de potencia para la conversión de la energía eléctrica y el control de motores eléctricos.

Competencias genéricas: Competencias instrumentales

Procesar e interpretar información.

Capacidad de análisis y síntesis.

Representar e interpretar modelos en diferentes formas: textual, gráfica, matemática y de circuitos.

Pensamiento lógico, sistémico, heurístico, analítico, crítico, creativo y sintético.

Capacidad de organizar y planificar.

Propiciar el uso de nuevas tecnologías.

Capacidad de adaptación a nuevas situaciones.

Resolución de problemas.

Analizar la factibilidad de las soluciones.

Optimizar soluciones.

Toma de decisiones.

Establecer generalizaciones.

Argumentar con contundencia y precisión.

Inquietud por la calidad.

Administración de proyectos. Competencias interpersonales

Capacidad crítica y autocrítica.

Trabajo en equipo.

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Habilidades interpersonales.

Capacidad de trabajar en equipo interdisciplinario.

Capacidad de comunicarse con profesionales de otras áreas.

Compromiso ético. Competencias sistémicas

Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica.

Habilidades de investigación.

Capacidad de aprender.

Capacidad de adaptarse a nuevas situaciones.

Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad).

Liderazgo.

Habilidad para trabajar en forma autónoma.

Capacidad para diseñar y gestionar proyectos.

Iniciativa y espíritu emprendedor.

Preocupación por la calidad.

Búsqueda del logro.

4. HISTORIA DEL PROGRAMA

LUGAR Y FECHA DE ELABORACION O

REVISIÓN

PARTICIPANTES OBSERVACIONES (CAMBIOS Y

JUSTIFICACIONES)

Febrero de 2012 I. T. de Nuevo León

Academia de Electrónica y Electromecánica del I. T. N. L.

Elaboración del programa sintético Elaboración del programa por unidades de aprendizaje. Enumeración de competencias a desarrollar

5. OBJETIVO(S) GENERAL(ES) DEL CURSO Analizar, simular, diseñar, y aplicar dispositivos electrónicos para la construcción de circuitos convertidores para el control y conversión de la energía eléctrica. Describir, analizar y comparar los componentes de los sistemas de control para motores de corriente directa y para motores de inducción. Describir y analizar las aplicaciones industriales de los motores mencionados y elegir el sistema más adecuado en función de su aplicación.

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6.- COMPETENCIAS PREVIAS

Aplicar los conocimientos del Cálculo Diferencial é Integral para determinar los parámetros de los circuitos de electrónica de potencia.

Aplicar los conocimientos de las Ecuaciones Diferenciales, Transformada de Laplace y series de Fourier en el análisis y solución de circuitos electrónicos de Potencia.

Analizar y aplicar técnicas de solución de Circuitos Eléctricos.

Conocer la operación de circuitos electrónicos con diodos y transistores

Operación de equipo básico de medición.

Utilizar software de simulación.

Conocer la operación y los parámetros que determinan la velocidad de los motores de CD

Conocer la operación y los parámetros que determinan la velocidad de los motores de inducción de CA

7. TEMARIO

UNIDAD TEMAS SUBTEMAS

I INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA

1.1 Antecedentes Históricos y definiciones 1.2 Dispositivos usados por la electrónica de potencia 1.3 Convertidores y funciones de conversión 1.3.1 Rectificadores No Controlados y Controlados 1.3.2 Troceadores 1.3.3 Inversores 1.4 Circuitos de disparo

II SISTEMAS DE ACCIONAMIENTO PARA MOTORES ELÉCTRICOS

2.1 Elementos de un Sistema de Accionamiento 2.2 El Sistema Mecánico 2.3 Características Requeridas en un Accionamiento 2.4 Fuente de Potencia 2.5 Convertidores y Motores

III CONTROL DE MOTORES DE C-D

3.1 Control de Velocidad de Motores de Corriente Directa 3.2 Convertidores de Fase Controlada 3.3 Convertidores de C-D A C-D 3.4 Reguladores para Motores de Corriente Directa

IV CONTROL DE MOTORES DE INDUCCIÓN

4.1 Control de Velocidad de los Motores de Inducción por el Voltaje de Estator 4.2 Control De Velocidad de los Motores de Inducción por la Energía de Deslizamiento 4.3 Control de Velocidad de los Motores de Inducción a Frecuencia y Voltaje Variables 4.4 Control de Velocidad de los Motores de Inducción a Frecuencia y Corriente Variables

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8. SUGERENCIAS DIDACTICAS

Materia teórico práctica, se sugiere formar grupos de trabajo que investiguen sobre un tema relacionado con la materia y lo expongan a sus compañeros, además de la exposición del Maestro.

Propiciar actividades de búsqueda y selección de información en distintas fuentes.

Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de los contenidos de la asignatura.

Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración entre los estudiantes.

Propiciar, en el estudiante, el desarrollo de actividades intelectuales de inducción - deducción y análisis-síntesis, las cuales lo encaminan hacia la investigación, la aplicación de conocimientos y la solución de problemas.

Llevar a cabo actividades prácticas que promuevan el desarrollo de habilidades para la experimentación, tales como: observación, identificación manejo y control de variables y datos relevantes, planteamiento de hipótesis y de trabajo en equipo.

Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura.

Propiciar el uso adecuado de conceptos, y de terminología científico-tecnológica.

Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos de la asignatura entre distintas asignaturas, para su análisis y solución.

Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios para desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante.

Realizar actividades prácticas por el estudiante y en grupos de trabajo que permitan conocer e identificar las oportunidades de operación, instalación y mantenimiento de equipo electrónico de potencia en empresas y su aplicación al control de motores eléctricos.

Dirigir actividades relacionadas con la administración de proyectos.

9. SUGERENCIAS DE EVALUACION

Examen por unidad, parcial y global.

Evaluación práctica.

Tareas y/o trabajos.

Participación en clase.

Resultados de las prácticas realizadas y su reporte.

10. UNIDADES DE APRENDIZAJE NUMERO DE UNIDAD: I NOMBRE DE LA UNIDAD: INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA

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COMPETENCIA ESPECÍFICA A

DESARROLLAR

ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE BIBLIOGRAFIA

El estudiante comprenderá la evolución, la estructura interna y la terminología de los dispositivos usados en electrónica de potencia y diseñará circuitos de disparo para tales dispositivos.

1. Buscar y seleccionar información de los dispositivos utilizados en electrónica de potencia.

2. Elaborar un resumen de la información recabada.

3. Buscar y seleccionar información acerca de las características nominales de los dispositivos.

4. Explicar el funcionamiento y características de voltaje y corriente de los dispositivos de potencia.

5. Diseñar circuitos de disparo

1,2

NUMERO DE UNIDAD: II NOMBRE DE LA UNIDAD: SISTEMAS DE ACCIONAMIENTO PARA MOTORES ELÉCTRICOS

COMPETENCIA ESPECÍFICA A

DESARROLLAR

ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE BIBLIOGRAFIA

Describir y comparar las características de los accionamientos para motores eléctricos

1. Definir los elementos de un sistema de accionamiento de motores eléctricos.

2. Analizar las características del sistema

mecánico, de las fuentes de potencia, de los convertidores y de los motores.

2,3

NUMERO DE UNIDAD: III NOMBRE DE LA UNIDAD: C0NTROL DE MOTORES DE C-D.

COMPETENCIA ESPECÍFICA A

DESARROLLAR

ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE BIBLIOGRAFIA

Analizar las características de los sistemas de control para motores de C. D. para seleccionar

1. Describir la operación de los motores de C. D. y los medios usados para controlar su velocidad.

2. Analizar la operación de los

convertidores de fase controlada, así

3,4,5

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los componentes de los mismos.

como diseñar y seleccionar los componentes de los mismos y su aplicación al control de velocidad de motores de C. D.

3. Analizar la operación de los

convertidores de C. D. a C. D. y su aplicación al control de velocidad de motores de C. D.

4. Analizar la operación de los sistemas

reguladores de lazo cerrado para el control de los motores de C. D.

NUMERO DE UNIDAD: IV NOMBRE DE LA UNIDAD: C0NTROL DE MOTORES DE INDUCCIÓN

COMPETENCIA ESPECÍFICA A

DESARROLLAR

ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE BIBLIOGRAFIA

Analizar las características de los sistemas de control para motores de inducción para seleccionar los componentes de los mismos

1. Describir la operación de los motores de inducción y los medios usados para controlar su velocidad.

2. Analizar la operación de los controles de velocidad de los motores de inducción por medio del voltaje de estator, así como diseñar y seleccionar los componentes de los mismos.

3. Analizar la operación de los controles de velocidad de los motores de inducción por medio de la recuperación de la energía de deslizamiento, así como diseñar y seleccionar los componentes de los mismos.

4. Analizar la operación de los controles de velocidad de los motores de inducción por medio de la variación de la frecuencia y el voltaje de la fuente, así como diseñar y seleccionar los componentes de los mismos.

5. Analizar la operación de los controles de velocidad de los motores de inducción por medio de la variación de la frecuencia y la corriente de la fuente, así como diseñar y seleccionar los componentes de los mismos.

3,4,5

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11. FUENTES DE INFORMACIÓN

1. Power Electronics

Mohan. Edit. John Willey & Sons

2. Power Electronics

Muhammad Rashid. Edit. Prentice Hall.

3. Power Semiconductor Drives

S. B. Dewan, G. R: Slemon y A. Straughen Edit. J. Wiley & Sons

4. Control Electrónico de Motores de C. D:

R. Chaupraude Edit. G. Pili

5. Control Electrónico de Motores de C. A:

R. Chaupraude Edit. G. Gili.

6. Electronica de Potencia - Control de Motores con Tiristores.

R. Ramshaw Edit. Marcombo

7. Power Electronics

Czaki Edit. Elseviere’ Cambridge

8. Thyristor D.C. Drives

Paresh. Sen Edit. Krieger.

12. PRÁCTICAS

En este punto, se deberán elaborar las Guías de Prácticas con base en la metodología

oficial emitida por la Subdirección de Docencia (DGIT), para tal efecto. Se sugiere

considerar, el estudio e implementación de convertidores de potencia tales como

rectificadores controlados, troceadores e inversores; así como la aplicación de los mismos

para el control de la velocidad de motores de corriente directa y de inducción.