PROYECTO DOCENTE ASIGNATURA: "Electrónica de Potencia I"

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1 PROYECTO DOCENTE ASIGNATURA: "Electrónica de Potencia I" Grupo: Grupo 3 de 5º (Intensif. Electrónica Industrial)(966933) Titulacion: INGENIERO INDUSTRIAL (Plan 98) Curso: DATOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURA/GRUPO Titulación: Año del plan de estudio: Centro: Asignatura: Código: Tipo: Curso: Período de impartición: Ciclo: Grupo: Créditos: Horas: Área: Departamento: INGENIERO INDUSTRIAL (Plan 98) 1998 E.T.S. de Ingeniería Electrónica de Potencia I Optativa Sin curso específico Primer Cuatrimestre 2º Grupo 3 de 5º (Intensif. Electrónica Industrial) (1) Tecnología Electrónica (Área principal) Ingeniería Electrónica (Departamento responsable) Dirección postal: Dirección electrónica: PROFESORADO 1 GARCIA FRANQUELO, LEOPOLDO (COORDINADOR/A) Curso académico: 2013/2014 Última modificación: de 8

2 OBJETIVOS Y COMPETENCIAS Objetivos docentes específicos Obtener los conocimientos básicos sobre dispositivos de electrónica de potencia, su caracterización, y funcionamiento dentro de un circuito de potencia. Así como aprender una metodología para determinar el comportamiento térmico de los dispositivos en un circuito de potencia. Competencias Competencias transversales/genéricas Capacidad de análisis y síntesis Capacidad de organizar y planificar Conocimientos generales básicos Solidez en los conocimientos básicos de la profesión Comunicación oral en la lengua nativa Comunicación escrita en la lengua nativa Conocimiento de una segunda lengua Habilidades elementales en informática Habilidades para recuperar y analizar información desde diferentes fuentes Resolución de problemas Toma de decisiones Capacidad de crítica y autocrítica Trabajo en equipo Habilidades en las relaciones interpersonales Habilidades para trabajar en grupo Habilidades para trabajar en un equipo interdisciplinario Habilidad para trabajar en un contexto internacional Habilidad para comunicar con expertos en otros campos Reconocimiento a la diversidad y la multiculturalidad Reconocimiento a la diversidad y la multiculturalidad Compromiso ético Capacidad para aplicar la teoría a la práctica Capacidad para un compromiso con la calidad ambiental Habilidades de investigación Capac Competencias específicas Cognitivas (saber): Tipos de dispositivos de potencia, circuitos básicos de disparo y protección de los mismos. Control térmico de los dispositivos. Procedimentales/Instrumentales (saber hacer): # Selección y dimensionado de los dispositivos adecuados para cada aplicación. # Metodología para el control térmico de los semiconductores de potencia. # Selección y diseño de componentes pasivos en los circuitos. # Uso de herramientas CAD orientados a la caracterización de semiconductores de potencia Actitudinales (ser): # Ser riguroso en la evaluación de los resultados # Ejercer la autocrítica y aprender de los errores # Ser organizados y metódico en la ejecución de los trabajos. Curso académico: 2013/2014 Última modificación: de 8

3 CONTENIDOS DE LA ASIGNATURA Relación sucinta de los contenidos (bloques temáticos en su caso) Bloques temáticos. Teóricos. 1. INTRODUCCIÓN AL MODELADO Y ANÁLISIS DE CIRCUITOS DE POTENCIA 2. DIODO DE POTENCIA. 3. TRANSISTOR BIPOLAR DE POTENCIA 4. TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO DE POTENCIA 5. EL TIRISTOR 6. TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) 7. TIRISTORES DE APAGADO POR PUERTA 8. LIMITACIONES DE CORRIENTE Y TENSION 9. CIRCUITOS DE DISPARO PARA INTERRUPTORES DE POTENCIA 10. CONTROL TÉRMICO DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA 11. COMPONENTES REACTIVOS. CONSIDERACIONES PRÁCTICAS Bloques temáticos Prácticos. P1. CARACTERIZACIÓN DE DIODOS DE POTENCIA P2. CARACTERÍSTICA ESTÁTICA Y DINÁMICA DEL TRANSISTOR MOS DE POTENCIA. P3. CONMUTACIÓN INDUCTIVA Y SNUBBER DE APAGADO P4. SIMULACIÓN DE DISPOSITIVOS DE POTENCIA Relación detallada y ordenación temporal de los contenidos 1. INTRODUCCIÓN AL MODELADO Y ANÁLISIS DECIRCUITOS DE POTENCIA 1.1 GENERALIDADES 1.2 REGLAS PARA EL ANÁLISIS DE CIRCUITOS DE POTENCIA 1.3 DESARROLLO EN SERIE. CÁLCULO DE ARMÓNICOS. POTENCIA 1.4 FORMULACIÓN SISTEMÁTICA UTILIZANDO VARIABLES DE ESTADO 2. DIODO DE POTENCIA. 2.1 INTRODUCCIÓN. 2.2 ESTRUCTURA BÁSICA. CARACTERÍSTICA ESTÁTICA. 2.3 POLARIZACIÓN INVERSA. 2.4 POLARIZACIÓN DIRECTA. 2.5 CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS. 2.6 PÉRDIDAS EN LOS DISPOSITIVOS. 2.7 DIODO SCHOTTKY DE POTENCIA. 3. TRANSISTOR BIPOLAR DE POTENCIA 3.1 INTRODUCCIÓN 3.2 ESTRUCTURA INTERNA DEL BJT DE POTENCIA Estructura y Modo de Funcionamiento Transistor Darlington 3.3 EL TRANSISTOR EN CONMUTACIÓN 3.4 CONSIDERACIONES TÉRMICAS 3.5 AVALANCHA SECUNDARIA 4. TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO DE POTENCIA 4.1 INTRODUCCIÓN 4.2 TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN 4.3 FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO DEPOTENCIA 4.4 DIODO EN ANTIPARALELO 4.5 CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS 4.6 CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS 4.7 CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS 4.8 COMPARACIÓN CON EL TRANSISTOR BIPOLAR 5. EL TIRISTOR 5.1 INTRODUCCIÓN 5.2 ESTRUCTURA BÁSICA. CARACTERÍSTICA ESTÁTICA 5.3 FÍSICA DE OPERACIÓN DEL DISPOSITIVO 5.4 BLOQUEO DEL SCR. 5.5 RELACIÓN DEL BLOQUEO DEL SCR CON SU CIRCUITO EXTERNO 5.6 CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS Encendido del SCR Bloqueo Dinámico del SCR 5.7 FORMAS DE PROVOCAR EL DISPARO DEL SCR 5.8 EL TRIAC 6. TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) 6.1 INTRODUCCIÓN 6.2 TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Y CURVA CARACTERÍSTICA I-V 6.3 FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR IGBT Estado de Bloqueo Estado de Conducción 6.4 EFECTO DE CEBADO DEL TIRISTOR PARÁSITO INTERNO DEL IGBT(LATCHUP) Efecto del Latchup Métodos para Evitar el Efecto del Latchup 6.5 CARACTERÍSTICAS DE CONMUTACIÓN Transitorio de Puesta en Conducción de un Transistor IGBT Curso académico: 2013/2014 Última modificación: de 8

4 6.5.2 Transitorio de Apagado de un Transistor IGBT 6.6 ÁREA DE OPERACIÓN SEGURA Área de Operación Segura Valores Límites del Transistor IGBT 7. TIRISTORES DE APAGADO POR PUERTA 7.1 INTRODUCCIÓN 7.2 ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO DEL GTO 7.3 ESPECIFICACIONES DE PUERTA EN EL GTO 7.4 CONMUTACIÓN DEL GTO Encendido del GTO Apagado del GTO 7.5 MÁXIMA CORRIENTE ANÓDICA CONTROLABLE POR CORRIENTE DEPUERTA 7.6 OTROS DISPOSITIVOS DE APAGADO DESDE LA PUERTA Tiristor Controlado por Puerta Integrada: IGCT Tiristor Controlado por Puerta MOS: MCT 7.7 COMPARACIÓN ENTRE LOS DISPOSITIVOS DE POTENCIA. 7.8 ULTIMAS TENDENCIAS EN LA FABRICACIÓN DE LOS DISPOSITIVOS DEPOTENCIA 8. LIMITACIONES DE CORRIENTE Y TENSION 8.1 INTRODUCCIÓN 8.2 ASOCIACIÓN DE DISPOSITIVOS Conexión en Serie Conexión en Paralelo 8.3 PROTECCIONES Protección contra Sobreintensidades Protección contra Sobretensiones Protección con Redes RC Protección con Semiconductores y Varistores de ÓxidoMetálico 9. CIRCUITOS DE DISPARO PARA INTERRUPTORES DEPOTENCIA 9.1 INTRODUCCIÓN 9.2 CIRCUITOS DE DISPARO DE CONEXIÓN EN PARALELO Circuitos de Control con Acoplamiento DC Salida Unipolar Salida Bipolar Circuitos de Control con Aislamiento Eléctrico Alimentación en los Circuitos de Disparo Alimentación con circuitos de Bombeo de Carga porcondensador Alimentación con circuitos Bootstrap Circuitos de Puerta para SCRs 9.3 CIRCUITOS DE DISPARO DE CONEXIÓN EN SERIE 9.4 PROTECCIONES DEL INTERRUPTOR DE POTENCIA INCORPORADAS ENEL CIRCUITO DE CONTROL Protección contra Sobrecorriente Protección contra Cortocircuitos en Montajes Tipo Puente Conmutación sin Snubbers 10. CONTROL TÉRMICO DE LOS SEMICONDUCTORESDE POTENCIA 10.1 INTRODUCCIÓN 10.2 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DEL CALOR Convección Radiación Conducción Modelo Térmico Estático Modelo Térmico Dinámico Cálculo de la Temperatura de la Unión en SituacionesTransitorias 10.3 DISIPADORES. ASPECTOS PRACTICOS Radiadores Convección Forzada Cálculo de la Resistencia Térmica Refrigeradores por líquidos 11. COMPONENTES REACTIVOS. CONSIDERACIONESPRÁCTICAS 11.1 INTRODUCCIÓN1 1.2 DISEÑO DE INDUCTORES Tipo de Núcleo Magnético Forma del Núcleo Magnético Carrete Cobre Entrehierro 11.3 DISEÑO DE TRANSFORMADORES Núcleo Magnético Cobre 11.4 SELECCIÓN DE CONDENSADORES Electrolíticos Plásticos y Cerámicos Bloque práctico. P1. Simulación de dispositivos de potencia P2. Caracterización de diodos de potencia P3. Característica estática y dinámica del transistor bipolar de potencia. P4. Característica estática y dinámica del transistor MOS de potencia. Curso académico: 2013/2014 Última modificación: de 8

5 P5. Conmutación inductiva y snubber de apagado ACTIVIDADES FORMATIVAS Relación de actividades formativas del cuatrimestre Clases teóricas Metodología de enseñanza-aprendizaje: Parte teórico-práctica en la que se estudiarán los dispositivos electrónicos de potencia, haciendo especial hincapié en sus principales limitaciones y en su posible campo de aplicación en los convertidores que serán estudiados en la asignatura Electrónica de Potencia II. Se introducirán las técnicas para resolver los circuitos de potencia, realizándose numerosos problemas y ejemplos para su clarificación. En total, se dedicarán un total de tres créditos con una duración de un cuatrimestre, es decir dos horas semanales durante un cuatrimestre. Competencias que desarrolla: Sesiones teóricas Exposición en pizarra sobre los contenidos teóricos fundamentales, ayudado con técnicas audiovisuales, como video proyectores programas multimedia y simulación. Prácticas de Laboratorio Metodología de enseñanza-aprendizaje: Prácticas de laboratorio. Se realizarán prácticas a lo largo del curso en el laboratorio. Los horarios de prácticas se fijarán de acuerdo con las disponibilidades de profesorado, alumnos y laboratorio. En total, se dedicarán un total de un crédito y medio, con una duración de un cuatrimestre. Se realizarán 4 prácticas de laboratorio de 3 horas de duración así como un proyecto empleando técnicas de simulación equivalente a 3,5 horas. Competencias que desarrolla: Sesiones prácticas: Realización por parte del alumno de los ejercicios propuestos en clase que ilustran y completan las explicaciones teóricas. Realización por parte del alumno de prácticas de laboratorio que comprueban mediante medidas experimentales las explicaciones teóricas. Resolución de Problemas en clase Metodología de enseñanza-aprendizaje: Resolución de problemas prácticos relacionados, haciendo especial hincapié en los aspectos prácticos que deben ser tenidos en cuenta en la selección de dispositivos de electrónica de potencia. Curso académico: 2013/2014 Última modificación: de 8

6 Exámenes Trabajo de investigación Metodología de enseñanza-aprendizaje: Trabajo teórico-práctico que tendrá como objeto el desarrollo de simulaciones para convertidores de electrónica de potencia. Competencias que desarrolla: Consiste en que el alumno aprenda las técnicas de simulación más comunes para el desarrollo de un determinado circuito de potencia, comparando su funcionamiento con el resultado teórico esperado. BIBLIOGRAFÍA Y OTROS RECURSOS DOCENTES Bibliografía general Power Electronics (Converters, Application & Design), 3rd Edition Autores: N. Mohan, T.M. Undeland and W.P. Edición: Robins 3rd Edition Editorial Wiley Publicación: 2003 ISBN: Bibliografía específica Problemas de electrónica de potencia Autores: Edición: 1ª Edición Publicación: Pearson Prentice Hall, 2007 ISBN: Andrés Barrado Bautista, Antonio Lázaro Blanco Otros recursos docentes Plataforma de Enseñanza Virtual de la Universidad de Sevilla. SISTEMAS Y CRITERIOS DE EVALUACIÓN Y CALIFICACIÓN Sistema de evaluación Exámenes de la asignatura Se realizará un examen parcial a lo largo del curso. El examen constará de un grupo depreguntas sobre los contenidos teóricos de la asignatura y una serie de problemas ocasos prácticos. El examen en su conjunto se valorará de cero (0) a diez (10) puntos. Prácticas de laboratorio. El alumno podrá realizar las prácticas de Laboratorio y el proyecto en los horarios que se fijen para ello. Posteriormente elaborará y presentará una memoria indicando el objeto de la práctica, la metodología empleada y los resultados obtenidos, así como las observaciones que considere de interés. Las memorias de las prácticas serán calificadas por el profesor de prácticas entre 0 y 10 puntos. Trabajos adicionales. El alumno es invitado a realizar trabajos voluntarios sobre temas de la asignatura bajo la supervisión de los profesores de ésta. Estos trabajos podrán aumentar en un máximo de 1 (un) punto la nota final del alumno, siempre que éste haya previamente aprobado la asignatura. En ningún caso estos trabajos adicionales pueden servir para aprobar a un alumno. Estos trabajos Curso académico: 2013/2014 Última modificación: de 8

7 serán especialmente tenidos en cuenta cuando un alumno opte auna Matrícula de Honor en la asignatura. CRITERIOS DE EVALUACIÓN Y CALIFICACIÓN: La nota de la asignatura se obtendrá incluyendo las notas de las prácticas de forma que éstas se correspondan con un 20% de la nota total, siendo el 80% restante la nota del examen. Las prácticas puntuarán sobre 1/5 de la nota total del alumno en la asignatura. Criterios de calificación Exámenes de la asignatura Se realizará un examen parcial a lo largo del curso. El examen constará de un grupo depreguntas sobre los contenidos teóricos de la asignatura y una serie de problemas ocasos prácticos. El examen en su conjunto se valorará de cero (0) a diez (10) puntos. Prácticas de laboratorio. El alumno podrá realizar las prácticas de Laboratorio y el proyecto en los horarios que se fijen para ello. Posteriormente elaborará y presentará una memoria indicando el objeto de la práctica, la metodología empleada y los resultados obtenidos, así como las observaciones que considere de interés. Las memorias de las prácticas serán calificadas por el profesor de prácticas entre 0 y 10 puntos. Trabajos adicionales. El alumno es invitado a realizar trabajos voluntarios sobre temas de la asignatura bajo la supervisión de los profesores de ésta. Estos trabajos podrán aumentar en un máximo de 1 (un) punto la nota final del alumno, siempre que éste haya previamente aprobado la asignatura. En ningún caso estos trabajos adicionales pueden servir para aprobar a un alumno. Estos trabajos serán especialmente tenidos en cuenta cuando un alumno opte auna Matrícula de Honor en la asignatura. CRITERIOS DE EVALUACIÓN Y CALIFICACIÓN: La nota de la asignatura se obtendrá incluyendo las notas de las prácticas de forma que éstas se correspondan con un 20% de la nota total, siendo el 80% restante la nota del examen. Las prácticas puntuarán sobre 1/5 de la nota total del alumno en la asignatura. CALENDARIO DE EXÁMENES CENTRO: E.T.S. de Ingeniería 1 ª Convocatoria Fecha: Aula: 24/1/2012 Hora: 0:0 Por definir CENTRO: E.T.S. de Ingeniería 2 ª Convocatoria Fecha: Aula: 8/9/2012 Hora: 0:0 Por definir CENTRO: E.T.S. de Ingeniería 3 ª Convocatoria Fecha: Aula: 28/11/201 Hora: 0:0 Por definir TRIBUNALES ESPECÍFICOS DE EVALUACIÓN Y APELACIÓN Presidente: Vocal: Secretario: Primer suplente: Segundo suplente: Tercer suplente: ANTONIO JESUS TORRALBA SILGADO FRANCISCO COLODRO RUIZ ANTONIO LUQUE ESTEPA BERNARDO PALOMO VAZQUEZ JOSE MANUEL QUERO REBOUL HIPOLITO GUZMAN MIRANDA Curso académico: 2013/2014 Última modificación: de 8

8 ANEXO 1: HORARIOS DEL GRUPO DEL PROYECTO DOCENTE Los horarios de las actividades no principales se facilitarán durante el curso. GRUPO: Grupo 3 de 5º (Intensif. Electrónica Industrial) (966933) Calendario del grupo CLASES DEL PROFESOR: GARCIA FRANQUELO, LEOPOLDO Lunes Fecha: Aula: Del 23/09/2013 al 17/01/2014 Hora: De 08:30 a 10:30 AULA 103 ENTREPLANTA PRIMERA Curso académico: 2013/2014 Última modificación: de 8