TITULACIÓN: (INGENIERIA TÉCNICA INDUSTRIAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL) CURSO ACADÉMICO: 2009-2010 GUÍA DOCENTE de (ELECTRÓNICA DE POTENCIA) EXPERIENCIA PILOTO DE IMPLANTACIÓN DEL SISTEMA DE CRÉDITOS EUROPEOS EN LA UNIVERSIDAD DE JAÉN.UNIVERSIDADES ANDALUZAS DATOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURA NOMBRE: Electrónica de Potencia CÓDIGO: 4700_5820 AÑO DE PLAN DE ESTUDIO: 1995 TIPO (troncal/obligatoria/optativa) : Troncal Créditos totales (LRU / Créditos LRU/ECTS Créditos LRU/ECTS ECTS): 6/4.8 teóricos: 4.5/3.6 prácticos: 1.5/1.2 CURSO:2 º CUATRIMESTRE: 2º CICLO:1 º DATOS BÁSICOS DE LOS PROFESORES NOMBRE: Juan Domingo Aguilar Peña ( teoría) CENTRO/DEPARTAMENTO: E.P.S. de Jaén/Ing. Electrónica y Automática ÁREA: Tecnología Electrónica Nº DESPACHO:A3-430 E-MAIL jaguilar@ujaen.es TF: 953212348 URL WEB: http:///www.ujaen.es (docencia virtual) http://voltio.ujaen.es/jaguilar NOMBRE: Jose María Hernandez de la Casa (prácticas) CENTRO/DEPARTAMENTO: E.P.S. de Jaén/Ing. Electrónica y Automática ÁREA: Tecnología Electrónica Nº DESPACHO:A3-425 E-MAIL jmhernandez@ujaen.es TF: 953212808 URL WEB: http:///www.ujaen.es (docencia virtual) DATOS ESPECÍFICOS DE LA ASIGNATURA 1. DESCRIPTOR (BOE 22/12/92 y 04/02/95) Dispositivos de Potencia. Configuraciones básicas. Aplicaciones. 2. SITUACIÓN El presente documento recoge información referente a la materia troncal Electrónica de Potencia correspondiente a la titulación de Ingeniero Técnico Industrial Especialidad Electrónica Industrial. 2.3. RECOMENDACIONES: Para cursar esta asignatura, se recomienda que el alumnado tenga asimilados conocimientos relacionados con materias donde se aborden los Fundamentos Matemáticos de la Ingeniería, Fundamentos Físicos de la Ingeniería, Teoría de Circuitos, Electrónica Analógica y Electrónica digital; contenidos que dada la ubicación de la asignatura en la titulación, los alumnos deben tener consolidados.
3. COMPETENCIAS Escuela Politécnica Superior de Jaén 3.1 GENÉRICAS O TRANSVERSALES - Capacidad de análisis, síntesis y resolución de problemas - Toma de decisionesy trabajo en equipo - Razonamiento crítico y Aprendizaje autónomo - Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica 3.2 ESPECÍFICAS: Cognitivas (Saber): Principio de funcionamiento de los dispositivos semiconductores de potencia Configuraciones típicas de los Convertidores Conmutados de Potencia Aplicaciones de la Electrónica de Potencia Procedimentales/Instrumentales (Saber hacer): - Planteamiento y resolución de problemas reales - Interpretación de documentación técnica - Empleo de técnicas de simulación electrónica - Realización de mediciones y cálculos relacionados con la Electrónica de Potencia Actitudinales (Ser): - Capacidad para la comunicación - Aprendizaje autónomo - Adoptar un planteamiento estructurado y ordenado para analizar y resolver problemas - Capacidad para la organización y planificación - Trabajo en equipo 4. OBJETIVOS Se trata de desarrollar loas contenidos generales marcados en las directrices generales propias marcadas en el BOE de 22/12/1992 y 04/02/1995, sobre la materia troncal Electrónica de Potencia en la titulación de Ingeniero Técnico Industrial, Especialidad Electrónica Industrial. La Electrónica de Potencia se define como la aplicación de la electrónica a la conversión de energía eléctrica, es decir, a la modificación de la forma en la que se presenta dicha energía eléctrica, utilizando para ello dispositivos electrónicos de potencia. Esto da origen a los objetivos básicos de esta asignatura: 1. El estudio de los dispositivos semiconductores más empleados en Electrónica de Potencia y el análisis de sus condiciones de funcionamiento. 2. Analizar los principales tipos de topologías de convertidores conmutados de potencia, sus topologías, principios de funcionamiento y campos de aplicación. Con todo ello, se aporta al alumnado los principios básicos necesarios para, analizar, diseñar, y aplicar los convertidores basados en semiconductores de potencia.
5. METODOLOGÍA NÚMERO DE HORAS DE TRABAJO DEL ALUMNO: Equivalencia crédito LRU/ECTS ( Real Decreto 1125/2003 BOE 18/09/2003) SEGUNDO SEMESTRE: Nº de Horas: 128 (26,7horas /crédito ECTS * 4,8) Clases Teóricas*: 31 (4,5LRU*10*70%) Clases Prácticas*: 12 (1,5LRU*10*70%) Total horas presenciales Teoría y Práctica 43 ( 6LRU*10*70%) Exposiciones y Seminarios*: 11 Tutorías Especializadas (presenciales o virtuales): A) Colectivas*: 5 B) Individuales: 1 Realización de Actividades Académicas Dirigidas: A) Con presencia del profesor*: B) Sin presencia del profesor: - Total horas presenciales otros trabajos 14 (6 LRU*10*30%) Otro Trabajo Personal Autónomo: A) Horas de estudio: 48 Teoría + 9 Práctica B) Preparación de Trabajo Personal:6 Realización de Exámenes: A) Examen escrito: 3 B) Examen escrito con PC control trabajo personal: 2 Total horas trabajo personal 68 (*) Sesiones en Aula / Laboratorio 6. TÉCNICAS DOCENTES Sesiones académicas teóricas x Exposición y debate: x Tutorías especializadas: x Sesiones académicas prácticas Visitas y excursiones: Controles de lecturas obligatorias: x Otros (especificar): Realización de cuestionarios y su posterior resolución y debate Entornos virtuales de aprendizaje (correo electrónico, página web, plataforma de teleformación web,...). Los alumnos podrían tener a su disposición una página web donde consultarían diverso material didáctico sobre la materia en cuestión. 7. BLOQUES TEMÁTICOS Bloque 1: Introducción a la Electrónica de Potencia y Repaso de conceptos fundamentales Bloque 2: Dispositivos semiconductores de potencia Bloque 3: Convertidores estáticos 8. BIBLIOGRAFÍA 8.1 GENERAL (APUNTES DE CLASE EN PLATAFORMA VIRTUAL ILIAS) 1. HART, D.M; Electrónica de Potencia. Prectice Hall. 2000. 2. RASHID, M. H., Electrónica de Potencia: Circuitos, dispositivos y aplicaciones, 3ª edición, Prentice-Hall Hispanoamericana, 2003. 3. LILEN,H. Tiristores y triac. Marcombo
4. Thyristor Devices Data. www.onsemi.com. 5. Aguilar,J.D;Domenech,A;Garrido,J; Simulación electrónica con Pspice. Ed: RAMA 1995 6. CALVO. EDICION Y SIMULACIÓN DE CIRCUITOS CON ORCAD. RAMA 7. A. Barrado. Problemas de electrónica de potencia. Prentice Hall 2008 13. 8.2 ESPECÍFICA MOHAN, N., UNDELAND, T. M. y ROBBINS, W. P., Power Electronics: Converters, Applications and Design, 3ª edición, John Wiley & Sons, 2003. RASHID, M. H; Spice for power electronics and electric power. Prentice Hall. FISHER, M.J. Power Electronics. 1991 PWS-KENT AGUILAR,J.D Y OTROS; Electrónica de Potencia: Convertidores AC/DC, DC/DC, DC/AC; Colección Apuntes de Universidad de Jaén. 1995. P EREZ, A.A; BRAVO. N; LLORENTE. A; La amenaza de los armónicos y sus soluciones. Paraninfo.2000. HERRANZ ACERO, G; Electrónica Industrial. Tomo I y II. Servicio Publicaciones E.T.S.I.Telecomunicación de Madrid. AGUILAR,J.D AT AL; Disipadores de calor para semiconductores de potencia. Cámara de Comercio e Industria de la provincia de Jaén.1994. Power Semiconductor Applications. Philips semiconductor. Tema 7: Thermal management. http://www.semiconductor.philips.com RECURSOS DIDACTICOS: www.powerdesigners.com www.pspice.com Interactive Power Electronics Seminar (ipes) http://www.ipes.ethz.ch.- Programa Simeep de simulación on-line convertidores para afianzar conceptos. http://www.iie.edu.uy Tutorial de electrónica de potencia de html Venkat Ramaswamy http://www.powerdesigner.com. www curso de electrónica de potencia ( Portugués) http://www.dee.feis.unesp.br/gradua/elepot/principal.html http://jas.eng.buffalo.edu FABRICANTES: International rectifier: (My Power home) http://www.irf.com ( diseño on-line) National semiconductor ( Webench. Simulación on-line) http://www.national.com www.onsemi.com www.teccor.com www.semikron.com 9. TÉCNICAS DE EVALUACIÓN Para aprobar la asignatura es necesario superar una parte teórica y otra práctica, la asistencia al laboratorio es obligatoria. En lo referente a la parte práctica, se pretende que el alumno pueda superarla sin tener que efectuar un examen. La asistencia a prácticas, la entrega de memorias y el aprovechamiento en el laboratorio, a juicio del profesor, serán los criterios utilizados para calificar esta parte. ( La nota obtenida en prácticas solo se guarda hasta la convocatoria de Septiembre) La parte teórica se compone de dos partes: 1ª parte consta de un examen en aula, realizado a mitad del cuatrimestre de la unidades didácticas 1 y 2, consistente en unas cuestiones verdadero y falso, unas cuestiones teóricas de corta duración y unos problemas. 2ª parte, examen al final del cuatrimestre en el laboratorio con PC, pudiendo utilizar el alumno los libros y material que estime oportuno sobre el trabajo laboratorio virtual de electrónica de potencia (simulación con Pspice), la nota será la suma de la corrección del guión reducido correspondiente y realización de dos problemas relacionados con el trabajo, calculando y
simulando dichos problemas. la nota deberá ser superior a 4 puntos en cada parte, pudiendo compensar una parte con otra Los alumnos que no superen la primera parte deberán presentarse a un examen final en día, fecha y hora, marcado por la dirección del centro. Las notas de las diferentes partes se guardan hasta la convocatoria de Febrero.( Si el alumno ha superado las dos partes teóricas, pero no la parte práctica, se guarda dicha nota para el curso siguiente, tratando de potenciar la asistencia a las practicas con un conocimiento previo) Criterios de evaluación y calificación (referidos a las competencias trabajadas durante el curso): La evaluación y calificación de las competencias trabajadas durante el curso se realizará a partir de las técnicas de evaluación según los siguientes coeficientes: Nota final = Nota 1P teoría * 0,3 +Nota 2P * 0,4 + Nota prácticas*0,2+ Participación y asistencia*0.1 (Siempre y cuando Nota parcial sea 4 ) Se valorará la participación activa de los alumnos en las actividades planteadas. Se podrá valorar la asistencia a las sesiones presenciales y participación en clase 11. TEMARIO DESARROLLADO (con indicación de las competencias que se van a trabajar en cada tema) TEORÍA UNIDAD Nº 1. INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA Y REPASO DE CONCEPTOS FUNDAMENTALES Lección 0.- INTRODUCCIÓN ELECTRÓNICA DE POTENCIA Introducción. Concepto de electrónica de potencia. Evolución tecnológica y dispositivos Convertidores. Ejemplos de aplicaciones Lección 1.- REPASO CONCEPTOS: POTENCIA ELÉCTRICA. ARMÓNICOS. Valor eficaz. Energía. Potencia media.. Potencia aparente. Factor de potencia. Cálculo de potencia en circuitos de alterna con señales sinusoidales. Cargas lineales y no lineales. Cálculo para formas de onda periódicas no sinusoidales. Fourier. Fuente no sinusoidal y carga lineal. Carga no lineal. Armónicos y análisis con Pspice. Efectos de los Armónicos: Amenazas, normativa, soluciones. UNIDAD Nº 2. DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA Lección 2.- ELEMENTOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA Diodo de Potencia (características estáticas y dinámicas): Conexión serie, conexión paralelo), tiempos de conmutación. Transistor bipolar (características. Tiempos de conmutación. Cálculo de la potencia disipada. Curva SOA y fenómenos de ruptura. Ataque y protecciones). Mosfet. IGBT. Otros elementos Lección 3.- TIRISTOR Introducción. Tiristor: Estructura y características, principios de funcionamiento. Nomenclatura. Características estáticas y dinámicas. Métodos de disparo: Disparo por puerta, otros métodos de disparo. Limitaciones de frecuencia. Limites de pendientes de tensión. Limitaciones térmicas. Extinción del SCR: Conmutación natural, conmutación forzada. Lección 4.- GOBIERNO DE TIRISTORES Y TRIAC Y EJEMPLOS DE APLICACIONES Introducción.- Disparo por cc. Disparo por ca. Disparo por impulsos o trenes de ondas. Circuitos de mando: Todo a nada, ángulo de conducción, TCA 785, disparo sincronizado. Disparo por diac. Disparo
por optoacopladores. Circuitos de disparo Lección 5.- DISIPACIÓN DE POTENCIA Disipación de potencia. Equivalente eléctrico. Parámetros fundamentales. Impedancia térmica. Cálculo de disipadores de calor. UNIDAD Nº 3. CONVERTIDORES Lección 6.- CONVERTIDORES AC/DC: RECTIFICACIÓN. Rectificación monofásica media onda: Carga resistiva, carga resistiva-inductiva, carga RL-generador, diodo de libre circulación. Rectificación de media onda controlado: Carga resistiva, carga RL, carga RLE. Efecto de la conmutación. Rectificador monofásico onda completa: En puente, toma media, carga R, carga R, RLE. Rectificador controlado monofásico de onda completa: Carga R,carga Rl, carga RLE.- Rectificación trifásica de media onda.- Rectificación polifásica de media onda.- Rectificación trifásica de onda completa. Rectificadores controlados: trifásico media onda, polifásico, onda completa. Conmutación de la inductancia del generador. Lección 7.- FILTRADO Y FUENTES DE ALIMENTACIÓN REGULADAS. Filtro por condensador. Filtro L. Filtro LC. Fuentes de alimentación reguladas: Configuración, circuitos integrados Lección 8.- CONVERTIDORES DC/DC. Introducción. Topologías convertidores dc-dc: clase A,B,C,D,E. Lección 9.- INTRODUCCIÓN FUENTES DE ALIMENTACIÓN CONMUTADAS. Introducción a las fuentes de alimentación conmutadas. Convertidor reductor. Convertidor elevador. Convertidor reductor-elevador Lección 10.- CONVERTIDORES DC/AC: INVERSORES. Introducción. Configuración del circuito de potencia: Transformador con toma media, batería de toma media. Puente monofásico. Análisis mediante series de Fourier. Puente trifásico.- Regulación de la tensión de salida: Modulación PWM.: Conmutación bipolar, conmutación unipolar. Aplicación control electrónico de motores AC. PRÁCTICAS DE LABORATORIO: 0.-Simulación electrónica con Pspice ( seminario 4h) 1- Disparo SCR (rectificador controlado media onda) (2h) 2.-.Oscilador de relajación con UJT y Disparo sincronizado con UJT. (2h) 3,. Regulador ac-ac: regulador luminoso ( triac-diac)(2h) 4(4.1-4.2).- Estudio convertidor dc-dc reductor (4 h) 5(5.1-5.2).- Estudio convertidor dc-ac, inversor (4h) 12. MECANISMOS DE CONTROL Y SEGUIMIENTO: Realización de un esquema temporal de la asignatura. Control del grado de cumplimiento de las actividades programadas. Toma de decisiones en función de los resultados obtenidos.
ANEJO I Clases Teóricas Clases Prácticas, incluyendo CRÉDITO ECTS COMPONENTE LRU (nº cred. LRUx10) 70% 30% prácticas de laboratorio Todas ellas en la proporción establecida en el Plan de Estudios Seminarios Exposiciones de trabajos por los estudiantes Tutorías colectivas Elaboración de trabajos prácticos con presencia del profesor Realización de cuestionarios RESTO (hasta completar el total de horas de trabajo del estudiante) Realización de Actividades Académicas Dirigidas sin presencia del profesor Otro Trabajo Personal Autónomo (entendido, en general, como horas de estudio, Trabajo Personal...) Tutorías individuales Realización de exámenes
10. ORGANIZACIÓN DOCENTE SEMANAL (Sólo hay que indicar el número de horas que a ese tipo de sesión va a dedicar el estudiante cada semana) SEMANA El número de columnas y actividades a realizar se puede modificar en función de la organización docente de la asignatura Nº de horas Nº de horas de Nº de horas Nº de horas Nº de horas de estudio y sesiones Teóricas Tutorías Ex. sesiones prácticas Seminarios trabajo individual especializadas (no presenciales) Segundo Cuatrimestre (curso 2009-2010) 1º.- 21-27 Febrero 1 Introducción asignatura Temas del temario a tratar 2º.- 28-6 Marzo 3 2 Lecc 0.Introd. Electrónica de potencia. Sem. Pspice 3º.- 7-13 Marzo 3 2 Lecc3y 4.- Tiristor. Gob. de tiristores. Sem. Pspice 4º.- 14-20 Marzo 2 1* lecc4.- Gobierno de tiristores. Lecc 2 Elementos semiconductores. Práctica 1 5º.- 21-27 Marzo 1 1 2 Lecc2 Elementos semiconductores Práctica 1+Recua. 6º.- 28-3 Abril 3 1 Lecc 5 Disipación de potencia Práctica 2 7º.- 4-10 Abril 1 2 Práctica2+Recuperacion 8º.- 11-17 Abrl 3 1 Lecc1 Repaso Conceptos. Fourier. Práctica 3 9º.- SEMANA SANTA 18-25 ABRIL 11º.- 25-1 Mayo 1 3 Examen Práctica 3y Práctica 4.1 12º.- 2-8 Mayo 2 1 1 1 Práctica 4.1 13º.- 9-15 Mayo 2 1 1 Lecc6 Rectificadores Práctica 4.2 14º.- 16-22 Mayo 2 1 1 Lecc 6 Rectificadores Práctica 4.2 Práctica 5.1 15º.- 23-29 Mayo 2 1 1 Leccion 7 Filtrado Práctica 5.1 16º.-30-5 Junio 2 1 1 Lecc 8 DCDC. Práctica 5.2 17º.- 6-12 Junio 2 1 1 Lec9 Fuentes conmutadas Práctica5.2 PERIODO DE EXÁMENES 2 TOTALES 27(31) 12(12) 9(11) 7+1(6) * Las sesiones prácticas se distribuyen en clases de dos horas alternadas semanalmente.