240IEE32 - Sistemas de Electrónica de Potencia

Transcripción

1 Unidad responsable: ETSEIB - Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Barcelona Unidad que imparte: EEL - Departamento de Ingeniería Electrónica Curso: Titulación: 2018 MÁSTER UNIVERSITARIO EN INGENIERÍA INDUSTRIAL (Plan 2014). (Unidad docente Optativa) Créditos ECTS: 4,5 Idiomas docencia: Catalán, Castellano, Inglés Profesorado Responsable: Bordonau Farrerons, Jose Competencias de la titulación a las cuales contribuye la asignatura Específicas: CEMEI07. Capacidad para diseñar sistemas electrónicos y de instrumentación industrial. CEEENE1. Aplicar conocimientos y criterios de valoración en el diseño y evaluación de soluciones tecnológicas para el aprovechamiento de recursos renovables de energía, tanto para sistemas aislados como conectados a red. Reconocer y valorar las aplicaciones tecnológicas más novedosas en el ámbito del aprovechamiento de los recursos renovables de energía. CEMEI16. Capacidad para la gestión de la Investigación, Desarrollo e Innovación tecnológica. CEEMAT1. Diseñar y desarrollar productos, procesos, sistemas y servicios, así como la optimización de otros ya desarrollados, atendiendo a la selección de materiales para aplicaciones específicas. CEEELECT2. Analizar, diagnosticar y mantener sistemas electrónicos y dirigir equipos de mantenimiento de sistemas electrónicos o de sistemas en los que los subsistemas electrónicos tengan un peso específico importante. Objetivos de aprendizaje de la asignatura 1. Diseño de convertidores electrónicos de potencia, orientándose a una carrera profesional de tipo tecnológico especializado, o bien combinada con una posterior responsabilidad en la gestión de producto (?product manager?), dirección técnica o dirección de innovación. 2. Analizar, diagnosticar, diseñar sistemas electrónicos de potencia y gestionar los problemas que se presentan en un laboratorio de I+D lo más cercano posible a la realidad. 3. Diseñar, desarrollar y utilizar convertidores electrónicos de potencia en aplicaciones industriales y de aprovechamiento de energía. Learning-by-doing en el trabajo realizado en las prácticas de laboratorio, que comprenden: - El estudiante asume el rol de ingeniero júnior en una empresa de diseño de convertidores electrónicos de potencia. Los estudiantes trabajan en grupos de 2. El profesor asume el rol de Director Técnico. - El profesor propone a los estudiantes el diseño, simulación, montaje y ensayo de un convertidor electrónico de potencia para una aplicación real, el convertidor que regula la alimentación del microprocesador a partir de la batería en un ordenador portátil. - El profesor propone un diseño con especificaciones iniciales muy cercanas a las que se dan en el departamento de I+D 1 / 7

2 de una empresa. Los estudiantes trabajan, orientados por el profesor, el desarrollo del convertidor. - El diseño se propone orientado a optimizar 3 retos: minimizar el coste, minimizar las pérdidas y minimizar el volumen/peso. - Los estudiantes presentan finalmente sus diseños y resultados, que se comparan. Horas totales de dedicación del estudiantado Dedicación total: 112h 30m Horas grupo grande: 27h 24.00% Horas grupo pequeño: 13h 30m 12.00% Horas actividades dirigidas: 0h 0.00% Horas aprendizaje autónomo: 72h 64.00% 2 / 7

3 Contenidos 3 / 7

4 Sistemas electrónicos de potencia Dedicación: 3h Grupo grande/teoría: 1h Grupo pequeño/laboratorio: 1h Actividades dirigidas: 1h 1. Introducción a la Electrónica de Potencia. a. Definición y diagrama de bloques de un sistema típico. b. Primera visión de las aplicaciones. c. Especificaciones generales. d. Metodología general de análisis. 2. Dispositivos electrónicos de potencia a. Diodos b. SCR, TRIAC, GTO c. BJT d. MOSFET e. IGBT f. Circuitos de mando (?drivers?) g. Circuitos de ayuda a la conmutación (?snubbers?) 3. Convertidores cc-cc a. Reductor b. Elevador c. Elevador-reductor y Cuk d. Topologías con aislamiento e. Aplicación a fuentes de alimentación f. Aplicación al seguimiento del punto de máxima potencia de un sistema solar fotovoltaico 4. Convertidores cc-ca a. Modulación rectangular, PWM b. Monofásico c. Trifásico d. Multinivel e. Aplicación al accionamiento de una máquina eléctrica f. Aplicación a la conexión a red de un sistema solar fotovoltaico 5. Convertidores ca-cc a. Conmutados por la línea: monofásico, trifásico b. Autoconmutados c. Aplicación: sistema de alimentación ininterrumpida 6. Convertidores ca-ca a. Concepto de interruptor electrónico de ca b. Cicloconvertidor c. Aplicación: regulación de potencia en electrodomésticos Objetivos específicos: 4 / 7

5 - Funcionamiento de un departamento de I+D y del rol de Ingeniero júnior. - Reto de diseño real, con especificaciones industriales. - Reto de hacer funcionar realmente el sistema electrónicos de potencia (?learning-by-doing?). - Tener una visión global de la aplicación de los convertidores electrónicos de potencia en la industria y en el aprovechamiento y gestión de la energía eléctrica. - Adquirir metodologías de análisis de convertidores electrónicos de potencia, tanto a nivel de bloques, como en su estructura interna. Conocimientos de simulación de convertidores electrónicos de potencia. -Conocimientos de modulación y control de los convertidores electrónicos de potencia. - Conocimientos de modelado de convertidores electrónicos de potencia, para aplicarlos en sistemas de control. - Adquirir metodologías de diseño de convertidores electrónicos de potencia. - Comprender la especificación industrial de convertidores electrónicos de potencia. - Capacitar para la definición de prestaciones de convertidores electrónicos de potencia, orientados a una aplicación. - Conocimientos de la tecnología asociada a cada uno de los componentes de un convertidor electrónico de potencia: - Dispositivos electrónicos y sus circuitos de mando ("drivers"). - Componentes reactivos. - Sistemas de disipación térmica. - Técnicas de prototipado. - Introducción al diseño industrial de convertidores electrónicos de potencia. - Modelización de los elementos parásitos en Electrónica de Potencia. - Circuitos de ayuda a la conmutación ("snubbers"). - Protecciones. 5 / 7

6 Planificación de actividades Clase magistral Dedicación: 1h 30m Grupo grande/teoría: 1h 30m 16 clases magistrales de los contenidos teóricos y de laboratorio. Problemas Dedicación: 1h 30m Grupo mediano/prácticas: 1h 30m 8 clases de problemas de aplicación. Material de soporte: Fuente própia, publicados en Atenea. Laboratorio Dedicación: 2h Grupo pequeño/laboratorio: 2h 6 sesiones de laboratorio con supervisión del profesor para realizar el diseño propuesto en la asignatura: sistema para convertir la tensión de bateria a la tensión de alimentación del microprocesador en un ordenador portátil, optimizando coste, rendimiento y tamaño. Material de soporte: Recursos propios en Atenea. Sistema de calificación Examen de la 1ª mitad del curso: 30 % (una parte de teoría, una de laboratorio y un problema). Examen de la 2ª mitad del curso: 30 % (una parte de teoría, una de laboratorio y un problema). Demostración e informe del trabajo de laboratori0: 40 % Reavaluación de la asignatura: Examen de toda la asignatura 60 % (una part de teoría, una de laboratorio y un problema). Convalidación de la parte de laboratorio, si es el caso: 40 %. En caso que no proceda convalidar, se realizará un ejercicio de laboratorio de 4 horas, incluyendo fases de diseño, montaje y demostración experimental, evaluado oralmente: 40 % Normas de realización de las actividades La prueba de teoría y laboratorio se realiza sin documentación, basada en preguntas cortas a desarrollar. El problema se realiza con documentación. La demostración del trabajo de laboratori se realiza mostrando el funcionamiento del circuito diseñado y montado. 6 / 7

7 Bibliografía Básica: Mohan, Ned; Undeland, Tore M; Robbins, William P. Power electronics : converters, applications, and design. 3rd ed. New York [etc.]: John Wiley & Sons, cop ISBN / 7