CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica
ASIGNATURA: Electrónica de Potencia II SEMESTRE: Noveno
OBJETIVO GENERAL:
El alumno diseñará y construirá diferentes circuitos convertidores modulados por ancho de pulso PWM, Inversores resonantes, fuentes conmutadas y cicloconvertidores para control de motores de C.A. y C.D. así como fuentes de poder No-Interrumpibles (UPS).
CONTENIDO SINTÉTICO:
I.- Introducción.
II.- Inversores con Técnicas de Modulación por Ancho de Pulso PWM. III.- Inversores Resonantes.
IV.- Fuentes Conmutadas y Protección.
V.- Convertidores C.A.-C.A., control de Motores de C.A., C.D. y de Pasos. VI.- Fuentes de Poder No-Interrumpibles (UPS).
METODOLOGÍA:
Diseño, construcción y prueba de los diferentes convertidores de potencia eléctrica, interpretación de los resultados en el laboratorio para aplicaciones típicas.
Consulta y recopilación de información en la bibliografía propuesta y a través de medios impresos, discos compactos ó Internet.
Trabajo en equipos de dos participantes y en equipos más numerosos para la realización de proyectos y/o trabajos mediante simulación de circuitos con PC y comprobación experimental en el laboratorio.
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:
Aplicación de tres exámenes ordinarios en el que se evaluarán los conceptos teóricos. Realización de prácticas de laboratorio y entrega de informes.
Búsqueda de información, exposiciones, proyectos, participaciones y tareas en diferentes medios: biblioteca, Internet, manuales, discos compactos.
Realización de un proyecto individual y un proyecto grupal con circuitos enfocados a la electrónica de potencia. Tareas y participaciones.
BIBLIOGRAFÍA
:
1. Bose, B. K., Modern Power Electronics, Technology and Applications, EUA, 1992. Páginas 125-186. 2. Dewan and A. Straughen, Power Semicondutor Circuits, Wiley, Canadá, 1975, 516 págs.
3. Hart, W. Daniel, Electrónica de Potencia, Prentice Hall, EUA, 2001. Páginas 235-273.
4. Rashid Mohammad, Electrónica de Potencia Circuitos, Dispositivos y Aplicaciones, Pearson/Prentice Hall, México, 2004, 878 págs.
Zacatenco.
CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica
OPCIÓN: Opción Electrónica
COORDINACIÓN: DEPARTAMENTO: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica SEMESTRE: Noveno CLAVE: CLA 049 CRÉDITOS: 7.5 VIGENTE: 2006
TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-práctica
MODALIDAD: Escolarizada
TIEMPOS ASIGNADOS
HORAS/SEMANA/TEORÍA: 3.0 HORAS/SEMANA/PRÁCTICA: 1.5 H0RAS/SEMESTRE/TEORÍA: 54 HORAS/SEMESTRE/PRÁCTICA: 27 HORAS/TOTALES: 81PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR:
Academias de Electrónica de ICE-ESIME Culhuacan y Zacatenco
REVISADO POR: Subdirecciones Académicas de ESIME Culhuacan y Zacatenco
APROBADO POR: C.T.C.E. de ESIME Culhuacan y Zacatenco
M. en C. Ernesto Mercado Escutia
M. en C. Jesús Reyes García.
AUTORIZADO POR:
Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo del IPN
FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA
En la actualidad, la electrónica de potencia se aplica en el manejo, medición, protección, control y
transformación de la energía eléctrica en el transporte, la Industria, el comercio, servicios técnicos y en el uso residencial.
En este curso se contempla el diseño, análisis, construcción y prueba de convertidores básicos que pueden emplearse en todas las aplicaciones de los diferentes sectores de la sociedad antes citados, mediante la utilización de dispositivos electrónicos de estado sólido.
El curso es fundamental en la formación de un Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica con la opción de Electrónica ya que los conocimientos adquiridos le permitirán contar con las herramientas mínimas necesarias para abordar y desarrollar temas avanzados de la ingeniería de Electrónica de Potencia.
La asignatura de Electrónica de Potencia II, tiene como prerrequisito las siguientes asignaturas: Electrónica de Potencia I, Electrónica Digital, Electrónica Lineal, Dispositivos Electrónicos y Mediciones, dentro del plan de estudios de la carrera de Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica.
OBJETIVO GENERAL:
El alumno diseñará y construirá diferentes circuitos convertidores modulados por ancho de pulso PWM, Inversores resonantes, fuentes conmutadas y cicloconvertidores para control de motores de C.A. y C.D. así como fuentes de poder No-Interrumpibles (UPS).
No. UNIDAD: I NOMBRE: Introducción
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno explicará los conceptos sobre circuitos convertidores básicos de potencia eléctrica con dispositivos electrónicos del estado sólido para el control y la conversión de la energía eléctrica.
HORAS No. TEMA T E M A S
T P EC
CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1.1 1.2 1.3 1.4Convertidores de energía eléctrica:
Convertidor C.A - C.D.. monofásico en ½ puente, puente completo, no controlado, semi controlado y controlado.
inversores C.D.-A.C.
Definición de un inversor Push Pull ,
convertidores C.A.-C.A., protección, dispositivos modernos.
Protección de redes con Snubbers RC, varistores y termistores como elementos de protección. Fuentes conmutadas, ciclo convertidores y control de motores de C.D. y motores a pasos.
Diferentes fuentes de corriente directa tradicionales y fuentes alternas de energía, generador termo-eléctrico, efecto Peltier, celda solar fotovoltaica, generador magneto
hidrodinámico, generador de C.D., y alternador. Subtotal: 1.5 1.5 1.5 1.5 6.0 2.0 2.0 4.0 1C, 2B, 4B ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda de información de cada tema del programa por diferentes medios (bibliográfica, Internet, revistas, aplicaciones), sesiones de preguntas y respuestas sobre las ventajas y desventajas de los convertidores vistos, su protección así como los criterios de uso de fuentes conmutadas y descripción de las diferentes fuentes alternas de energía.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El primer examen ordinario abarcará las unidades I y II con el 20%. Las prácticas de laboratorio de la unidad II con el 20%.
Tareas y participación en clase con el 20%.
No. UNIDAD: II NOMBRE: Inversores con técnicas de Modulación por Ancho de Pulso PWM.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno diseñará inversores (convertidores D.C.-A.C.) con diferentes técnicas de modulación de ancho de pulso PWM considerando la medición de sus parámetros de rendimiento, así mismo describirá técnicas avanzadas de modulación.
HORAS No.
TEMA T E M A S T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA
2.1 2.2 2.3 2.3.1 2.4 2.5 2.6
Convertidor C.D.-C.A. en configuración ½ puente con carga resistiva y con carga fuertemente inductiva y diodos de retroalimentación.
Determinación de la componente fundamental y de sus armónicas secundarias
Ecuaciones del convertidor C.D.-C.A. para carga mixta y determinación de sus parámetros de rendimiento, ejercicio numérico en clase Convertidor C.D.-C.A. en configuración puente completo con carga resistiva y con carga fuertemente inductiva y diodos de retroalimentación.
Convertidores trifásicos, topología configuraciones delta y estrella.
Técnicas de modulación por ancho de pulso PWM, de varios pulsos UPWM, senoidal SPWM, senoidal modificada MSPWM, índices de
modulación, determinación de armónicos. Valores RMS, valores fundamentales RMS. Inductores y trasformadores con componentes magnéticas de alta frecuencia (uso de ferritas).
Subtotal: 3.0 1.5 3.0 1.5 1.5 1.5 3.0 15.0 7.5 3.0 10.5 2.0 2.0 2.0 6.0 1C, 2B, 3C, 4B ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Formación de equipos de trabajo realización de búsqueda de información de cada tema del programa por diferentes medios (bibliográfica, Internet, revistas, aplicaciones), cálculo y armado de circuitos moduladores por ancho de pulso PWM usando transistores bipolares y transistores MOSFET de potencia como elementos de salida, informe y conclusiones por escrito.
Discusión de los temas y comprobación de los circuitos en laboratorio.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El primer examen ordinario abarcará las unidades I y II con el 20%. Las prácticas de laboratorio de la unidad II con el 40%.
Tareas y participación en clase con el 20%.
No. UNIDAD: III NOMBRE: Inversores Resonantes
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno diseñará inversores resonantes de diferentes tipos a una frecuencia específica de salida .
HORAS No.
TEMA T E M A S
T P EC
CLAVE BIBLIOGRÁFICA3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
Introducción sobre los inversores resonantes, ventajas respecto a los PWMs, análisis de pérdidas de potencia en la conmutación, aplicaciones de potencia.
Topología básica de un inversor resonante, acoplamiento óptico y magnético de excitación en la etapa de potencia.
Parámetros de diseño del inversor resonante, condición de subamortiguamiento, tipos de inversores resonantes.
Ejercicio práctico en clase para diseñar la práctica de laboratorio.
Frecuencia de resonancia, frecuencia del circuito resonante y frecuencia de salida deseada de diseño del inversor resonante, tipos de inversores resonantes Subtotal: 1.5 1.0 1.0 0.5 1.0 5.0 1.5 3.0 4.5 2.0 2.0 4.0 1C, 2B, 3C, 4B ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Formación de equipos de trabajo realización de búsqueda de información de cada tema del programa por diferentes medios (bibliográfica, Internet, revistas, aplicaciones), cálculo y armado de circuitos inversores resonantes para una frecuencia específica con transistores bipolares y MOSFET de potencia, construcción de bobinas para las aplicaciones requeridas, informe y conclusiones por escrito.
Discusión de los temas y comprobación de los circuitos en laboratorio.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El segundo examen ordinario abarcará las unidades III y IV con el 20%. Las prácticas de laboratorio de las unidades con el 40%.
Tareas y participación en clase con el 20%. Proyecto realizado en las unidades con el 20%.
No. UNIDAD: IV NOMBRE: Fuentes Conmutadas y Protección.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno diseñará fuentes conmutadas empleando elementos discretos y circuitos integrados, aplicando el inductor con núcleo de ferrita, considerando los principios de operación de las fuentes continuas de C.D. fijas o variables.
HORAS No.
TEMA T E M A S
T P EC
CLAVE BIBLIOGRÁFICA4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8
Principios básicos de operación de las fuentes conmutadas.
Análisis, desarrollo y deducción de las ecuaciones de diseño de una fuente conmutada de subida
Análisis, desarrollo y deducción de las ecuaciones de diseño de una fuente conmutada de bajada.
Análisis, desarrollo y deducción de las ecuaciones de diseño de una fuente conmutada de inversión.
Fuentes Conmutadas aisladas con alimentación a partir de la fuente de alimentación de corriente alterna
Corrección del factor de potencia en fuentes conmutadas
Análisis, desarrollo y deducción de las ecuaciones de diseño de una fuente variable Análisis, desarrollo y deducción de las ecuaciones de diseño de una fuente fija de voltaje. Subtotal: 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 2.0 2.0 13 1.5 1.5 3.0 2.0 2.0 4.0 1C, 2B, 3C, 4B ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Formación de equipos de trabajo realización de búsqueda de información de cada tema del programa por diferentes medios (bibliográfica, Internet, revistas, aplicaciones), cálculo y armado de fuentes conmutadas específica con transistores bipolares y MOSFET de potencia, cálculo y construcción de bobinas con núcleo de ferrita para las aplicaciones requeridas, informe y conclusiones por escrito.
Discusión de los temas y comprobación de los circuitos en laboratorio.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El segundo examen ordinario abarcará las unidades III y IV con el 20%. Las prácticas de laboratorio de las unidades con el 40%.
Tareas y participación en clase con el 20%. Proyecto realizado en las unidades con el 20%.
No. UNIDAD: V NOMBRE: Convertidores C.A.-C.A., control de motores de C.A., C.D. y de pasos.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno diseñará convertidores C.A.-C.A. (ciclo convertidor o convertidor de frecuencia) con aplicación al control de velocidad de motores de inducción de C.A., probará motores de C.D. y de pasos utilizando un convertidor de C.D.-C.D. con la técnica de pulsadores.
HORAS No.
TEMA T E M A S
T P EC
CLAVE BIBLIOGRÁFICA5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9
Principio básico de operación de los ciclo convertidores dentro de la familia de los convertidores C.A.-C.A.
Topología de un ciclo convertidor con TRIACs. Topología básica con puentes de rectificadores controlados de silicio (SCRs).
Ecuaciones básicas con diferentes ángulos de conducción.
Aplicaciones típicas de los ciclo-convertidores y electrónica de comando para una excitación con optoacopladores-micocontrolador,
optoacopladores –CPU y opto acopladores –PC. Principios de operación y ecuaciones de motores de C.D.
Motores a pasos de dos, tres y n fases. Freno regenerativo en motores de C.D. Sistemas de arranque (Ignitores).
Subtotal 1.5 0.5 1.0 1.0 1.0 1.5 1.5 1.5 0.5 10.0 3.0 3.0 6.0 2.0 2.0 4.0 1C, 2B, 3C, 4B ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Formación de equipos de trabajo realización de búsqueda de información de cada tema del programa por diferentes medios (bibliográfica, Internet, revistas, aplicaciones), cálculo y armado de circuitos convertidores, aplicación de microcontroladores y PCs optoacoplados a dispositivos de potencia para su aplicación en las prácticas, conclusiones por escrito.
Discusión de los temas y comprobación de los circuitos en laboratorio.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El tercer examen ordinario abarcará las unidades V y VI con el 20%. Las prácticas de laboratorio de las unidades con el 40%.
Tareas y participación en clase con el 20%. Proyecto realizado en las unidades con el 20%.
No. UNIDAD VI NOMBRE: Fuentes de Poder No-interrumpibles (UPS).
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno diseñará y operará fuentes no-interrumpibles, empleando diferentes tipos y topologías, alimentada por un acumulador automotriz.
HORAS No.
TEMA T E M A S
T P EC
CLAVE BIBLIOGRÁFICA6.1 6.2 6.3
Fuentes de poder no-interrumpibles conmutadas Fuentes de poder no-interrumpibles resonantes Fuentes de poder no-interrumpibles
bidireccionales Subtotal: 2.0 1.5 1.5 5.0 1.5 1.5 3.0 1.0 3.0 4.0 1C, 2B, 3C, 4B ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Formación de equipos de trabajo realización de búsqueda de información de cada tema del programa por diferentes medios (bibliográfica, Internet, revistas, aplicaciones), cálculo y armado de circuitos de diferentes configuraciones de UPS., aplicación de microcontroladores, dispositivos de potencia IGBT y HEXFET para su aplicación en las prácticas, conclusiones por escrito.
Discusión de los temas y comprobación de los circuitos en laboratorio.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El tercer examen ordinario abarcará las unidades V y VI con el 20%. Las prácticas de laboratorio de las unidades con el 40%.
Tareas y participación en clase con el 20%. Proyecto realizado en las unidades con el 20%.
RELACIÓN DE PRÁCTICAS
PRACT. No. NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDAD DURA
CIÓN LUGAR DE REALIZACIÓN 1 2 3 4 5 6
Diseño, construcción y prueba de un inversor operando con técnicas de modulación de anchos de pulso PWM, en configuración H
Diseño, construcción y prueba de un inversor operando con técnicas de modulación de siete anchos de pulsos uniformes UPWM en configuración H
Diseño, construcción y prueba de un inversor resonante serie controlado con dos dispositivos electrónicos SCR(s)
Diseño, construcción y prueba de una fuente conmutada de subida, de bajada y de inversión. Diseño, construcción y prueba de un ciclo convertidor de 10, 20 y 30 Hz de frecuencias de control, para alimentar a un motor de inducción de AC.
Diseño, construcción y prueba de un control de velocidad de motor de DC con la técnica de pulsadores Subtotal: I, II I, II III IV V VI 7.5 3.0 4.5 3.0 6.0 3.0 27
Todas las prácticas se realizarán en el Laboratorio.
PERÍODO UNIDAD PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 1 2 3 I, II III y IV V y VI
El contenido de estas unidades será evaluado en el primer examen ordinario en la parte teórico con el 20%, las practicas de laboratorio con el 40% , las tareas y participación en clase con el 20% y un proyecto con el 20%.
El contenido de estas unidades será evaluado en el segundo examen ordinario en la parte teórico con el 20%, las practicas de laboratorio con el 40% , las tareas y participación en clase con el 20% y un proyecto con el 20%.
El contenido de estas unidades será evaluado en el tercer examen ordinario en la parte teórico con el 20%, las practicas de laboratorio con el 40% , las tareas y participación en clase con el 20% y un proyecto con el 20%.
CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA 1 2 3 4 X X X X
Bose, B. K., Modern Power Electronics, Technology and Applications, EUA, 1992. Páginas 125-186.
Dewan and A. Straughen, Power Semicondutor Circuits, Wiley, Canadá, 1975, 516 págs.
Hart, W. Daniel, Electrónica de Potencia, Prentice Hall, EUA, 2001. Páginas 235-273.
Rashid, Mohammad, Electrónica de Potencia Circuitos, Dispositivos y Aplicaciones, Pearson/Prentice Hall, México, 2004, 878 págs.
1. DATOS GENERALES
ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica SEMESTRE Noveno
ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C.S.H.
ACADEMIA: Electrónica ASIGNATURA: Electrónica de Potencia II
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO:
Licenciatura en Ingeniería Eléctrica, en Electrónica, en Instrumentación, en Comunicaciones y Electrónica y ramas afines
2.- OBJETIVO GENERAL:
El alumno diseñará y construirá diferentes circuitos convertidores modulados por ancho de pulso PWM, Inversores resonantes, fuentes conmutadas y cicloconvertidores para control de motores de C.A. y C.D. así como fuentes de poder No-Interrumpibles (UPS).
3.-PERFIL DOCENTE:
CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA
PROFESIONAL HABILIDADES ACTITUDES
Principios de operación, funcionamiento y aplicación de equipos electrónicos, como son: Multímetro digital Multímetro analógico Fuentes de alimentación Generadores de señales Osciloscopio de propósito general. En la docencia. En el uso y aplicación de equipos modernos para laboratorios de electrónica En el manejo de dispositivos modernos. En el manejo de sistemas comerciales de potencia En el manejo de equipo de laboratorio. En la correcta
interpretación y uso de los manuales de operación del equipo.
En la comunicación para transmitir ideas en forma oral y escrita.
Capacidad de Análisis y Síntesis.
Lograr motivar al alumno. Manejo de materiales didácticos.
Tener vocación por la docencia.
Honestidad.
Ejercicio de la crítica fundamentada.
Respeto (buena relación maestro-alumno). Tolerancia Ética. Responsabilidad científica. Espíritu de colaboración. Superación docente y profesional. Buena presencia. Compromiso social.
ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ
Ing. Juan M. Morelos Castro Ing. Rubén Juárez Barrientos Ing. Ernesto Mercado Escutia Ing. Miguel Arizmendi Herrera Ing. Guillermo Santillán Guevara MC Jesús Reyes García
