PROGRAMA DE LA ASIGNATURA "Electrónica de Potencia" Grado en Ingeniería de Tecnologías Industriales Departamento de Ingeniería Electrónica E.T.S. de Ingeniería DATOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURA Titulación: Año del plan de estudio: Centro: Asignatura: Código: Tipo: Curso: Período de impartición: Grado en Ingeniería de Tecnologías Industriales 2010 E.T.S. de Ingeniería Electrónica de Potencia 2030046 Optativa 3º Cuatrimestral Ciclo: Área: Tecnología Electrónica (Área responsable) Horas : 112.5 Créditos totales : Departamento: Dirección física: Dirección electrónica: 4.5 Ingeniería Electrónica (Departamento responsable) ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA, CAMINO DESCUBRIMIENTOS, S/N.- ISLA CARTUJA http://www.dinel.us.es OBJETIVOS Y COMPETENCIAS Objetivos docentes específicos 1. Descriptores Dispositivos y componentes de la electrónica de potencia; convertidores: topologías, circuitos y técnicas de control; aplicaciones. 2. Situación 2.1. Conocimientos y destrezas previos Conocimientos básicos de análisis de circuitos eléctricos en la asignatura "Teoría de Circuitos" de segundo curso. Conocimiento de los dispositivos electrónicos y circuitos electrónicos (analógicos y digitales) de la asignatura "Electrónica General" de segundo curso. 2.2. Contexto dentro de la titulación Curso de entrada en vigor: 2014/2015 1 de 6
Esta asignatura parte de los conocimientos previos en dispositivos y teoría de circuitos a nivel de componentes para que el alumno pueda realizar el análisis y la síntesis de circuitos electrónicos de potencia. Competencias: Competencias transversales/genéricas Capacidad de análisis y síntesis (Se entrena de forma intensa) Capacidad de organizar y planificar (Se entrena débilmente) Conocimientos generales básicos (Se entrena de forma intensa) Solidez en los conocimientos básicos de la profesión (Se entrena de forma moderada) Comunicación oral en la lengua nativa (Se entrena de forma moderada) Comunicación escrita en la lengua nativa (Se entrena de forma moderada) Conocimiento de una segunda lengua (Se entrena de forma moderada) Habilidades elementales en informática (Se entrena de forma moderada) Habilidades para recuperar y analizar información desde diferentes fuentes (Se entrena débilmente) Resolución de problemas (Se entrena de forma intensa) Toma de decisiones (Se entrena de forma intensa) Capacidad de crítica y autocrítica (Se entrena de forma intensa) Trabajo en equipo (Se entrena de forma intensa) Habilidades en las relaciones interpersonales (Se entrena de forma intensa) Habilidades para trabajar en grupo (Se entrena de forma intensa) Habilidades para trabajar en un equipo interdisciplinario (Se entrena débilmente) Habilidad para comunicar con expertos en otros campos (Se entrena de forma moderada) Habilidad para trabajar en un contexto internacional (Se entrena débilmente) Reconocimiento a la diversidad y la multiculturalidad (Se entrena débilmente) Compromiso ético (Se entrena de forma moderada) Capacidad para aplicar la teoría a la práctica (Se entrena de forma intensa) Capacidad para un compromiso con la calidad ambiental (Se entrena de forma moderada) Habilidades de investigación (Se entrena de forma moderada) Capacidad de aprender (Se entrena de forma intensa) Capacidad de adaptación a nuevas situaciones (Se entrena de forma intensa) Capacidad de generar nuevas ideas (Se entrena de forma intensa) Liderazgo (Se entrena de forma intensa) Comprensión de culturas y costumbres de otros países (Se entrena débilmente) Habilidad para trabajar de forma autónoma (Se entrena de forma intensa) Competencias específicas Cognitivas(saber): Fundamentos de electrónica de potencia. (4) Circuitos de electrónica de potencia básicos. (4) Implementación electrónica de los circuitos de potencia. (3) Herramientas de simulación de convertidores de potencia. (3) Procedimentales/Instrumentales(saber hacer): Diseño de circuitos electrónicos de potencia. (4) Diseño de sistemas electrónicos de potencia funcionales. (3) Diseño de circuitos electrónicos de potencia con herramientas de simulación. (3) Actitudinales (ser): Capaz de diseñar un sistema electrónico de potencia, asumiendo los retos de funcionalidad y rendimiento en un tiempo razonable. (4) Nota: grado de entrenamiento de cada una: 0, no se entrena; 1, se entrena débilmente; 2, se entrena de forma moderada; 3, se entrena de forma intensa; 4, entrenamiento definitivo de la competencia (no se volverá a entrenar después). CONTENIDOS DE LA ASIGNATURA TEMA 1. INTRODUCCIÓN AL MODELADO Y ANÁLISIS DE CIRCUITOS DE POTENCIA 1.1. ELECTRONICA DE POTENCIA. GENERALIDADES 1.2. REGLAS PARA EL ANÁLISIS DE CIRCUITOS DE POTENCIA 1.3. DESARROLLO EN SERIE DE FOURIER 1.3.1. Cálculo de Armónicos 1.3.2. Potencia 1.3.3. Cálculo de valores eficaces TEMA 2. DISPOSITIVOS DE POTENCIA (I) 2.1. DIODO DE POTENCIA Curso de entrada en vigor: 2014/2015 2 de 6
2.1.1. Constitución y Funcionamiento 2.1.2. Características de Catalogo 2.1.3. Diodo Schottky de Potencia 2.2. TRANSISTOR BIPOLAR DE POTENCIA 2.3. TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO DE POTENCIA 2.3.1. Tecnologías de Fabricación 2.3.2. Funcionamiento del Transistor MOSFET de Potencia 2.3.2.1. Diodo en Antiparalelo 2.3.2.2. Características Estáticas, Dinámicas y Térmicas 2.3.2.3. Área de Operación Segura 2.4. TIRISTOR 2.4.1. Constitución y Funcionamiento del SCR 2.4.1.1. Polarización Inversa 2.4.1.2. Polarización Directa 2.4.1.3. Mecanismo de Cebado 2.4.1.4. Mecanismo de Bloqueo 2.4.2. Relación del Bloqueo del SCR con el circuito externo 2.4.3. Características Dinámicas 2.4.4. Formas de Provocar el Disparo del SCR 2.5. TRIAC TEMA 3. DISPOSITIVOS DE POTENCIA (II) 3.1. TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) 3.1.1. Constitución y Funcionamiento 3.1.1.1. Estado de Bloqueo 3.1.1.2. Estado de Conducción 3.1.2. Efecto del Cebado del Tiristor Parásito Interno (Latch-up) 3.1.3. Características de Conmutación 3.1.4. Área de Operación Segura 3.1.5. Características y Valores Límite del IGBT 3.2. TIRISTOR DE APAGADO POR PUERTA (GTO) 3.2.1. Constitución y Funcionamiento. 3.2.2. Especificaciones de Puerta en El GTO 3.2.3. Conmutación del GTO 3.2.4. Máxima Corriente Anódica Controlable por Corriente de Puerta 3.3. TIRISTOR CONTROLADO POR PUERTA INTEGRADA (IGCT) 3.4. COMPARACIÓN ENTRE LOS DISPOSITIVOS DE POTENCIA 3.5. TENDENCIAS EN LA FABRICACIÓN DE LOS DISPOSITIVOS DE POTENCIA TEMA 4. ASPECTOS PRACTICOS EN EL USO DE DISPOSITIVOS DE POTENCIA 4.1. PROTECCIONES 4.1.1. Protección contra Sobreintensidades 4.1.2. Protección contra Sobretensiones 4.2. ASOCIACIÓN DE DISPOSITIVOS 4.2.1. Conexión en Serie 4.2.2. Conexión en Paralelo 4.3. CIRCUITOS DE DISPARO PARA INTERRUPTORES DE POTENCIA 4.3.1. Circuitos de Control con Acoplamiento DC 4.3.2. Circuitos de Control con Aislamiento Eléctrico 4.3.3. Alimentación en los Circuitos de Disparo 4.3.4. Protecciones del Interruptor de Potencia Incorporadas en el Circuito de Disparo 4.3.4.1. Protección contra Sobrecorriente 4.3.4.2. Protección contra Cortocircuitos en Montajes Tipo Puente 4.3.4.3. Conmutación sin Snubbers 4.4. CONTROL TÉRMICO DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA 4.4.1. Mecanismos de Transferencia del Calor 4.4.1.1. Convección 4.4.1.2. Radiación 4.4.1.3. Conducción 4.4.2. Disipadores. Aspectos Prácticos 4.4.2.1. Radiadores 4.4.2.1.1. Convección Forzada 4.4.2.1.2. Cálculo de la Resistencia Térmica 4.4.2.2. Refrigeradores por líquidos TEMA 5. CONVERTIDORES AC/DC. RECTIFICADORES NO CONTROLADOS 5.1. INTRODUCCIÓN 5.2. RECTIFICADOR MONOFÁSICO Curso de entrada en vigor: 2014/2015 3 de 6
5.2.1. Rectificador Media Onda 5.2.2. Puente Completo 5.2.2.1. Conmutación Instantánea 5.2.2.2. Conmutación no Instantánea 5.2.2.3. Carga Tipo Tensión Constante 5.2.3. Conexión en Redes Trifásicas. Corrientes por el Neutro 5.3. RECTIFICADORES TRIFÁSICOS Y POLIFÁSICOS 5.3.1. Montajes Simples 5.3.2. Conexión Serie 5.3.2.1. Conexión en Fase 5.3.2.2. Conexión en Oposición de Fases 5.3.3. Conexión Puente Completo 5.3.4. Conexión Paralelo 5.3.5. Tensiones y Corrientes Rectificadas TEMA 6. CONVERTIDORES AC/DC. RECTIFICADORES CONTROLADOS 6.1. INTRODUCCIÓN 6.2. RECTIFICADOR MONOFÁSICO 6.2.1. Rectificador de Media Onda 6.2.1.1. Estudio para diferentes tipos de cargas 6.2.1.2. Diodo de Libre Circulación 6.2.2. Rectificador Puente Monofásico 6.2.2.1. Conmutación Ideal 6.2.2.2. Valor Medio de la Tensión Rectificada 6.2.2.3. Efecto de sobre la Componente Fundamental de Is 6.2.2.4. Conmutación no Instantánea 6.2.3. Sincronización del Circuito de Disparo 6.3. RECTIFICADORES POLIFÁSICOS SIMPLES 6.3.1. Valor Medio de la Tensión Rectificada 6.3.2. Funcionamiento como Rectificador y como Ondulador 6.3.3. Influencia de la Naturaleza de la Carga 6.3.4. Conmutación no Instantánea 6.4. RECTIFICADOR PUENTE POLIFÁSICO 6.4.1. Valor Medio de la Tensión Rectificada 6.4.2. Conmutación no Instantánea 6.5. RECTIFICADORES SEMICONTROLADOS 6.5.1. Puente Monofásico 6.5.2. Puente Polifásico TEMA 7. CONVERTIDORES DC/DC I 7.1. INTRODUCCIÓN 7.2. CONTROL DE LOS CONVERTIDORES CC-CC 7.3. CONVERTIDOR REDUCTOR 7.3.1. Modo de Conducción Continua 7.3.2. Modo de Conducción Discontinua 7.3.3. Rizado de la tensión de salida 7.3.4. Pérdidas en el Condensador 7.4. CONVERTIDOR ELEVADOR 7.4.1. Modo de Conducción Continua 7.4.2. Modo de Conducción Discontinua 7.4.3. Rizado de la tensión de salida 7.4.4. Efecto de componentes no ideales 7.5. CONVERTIDOR REDUCTOR-ELEVADOR 7.5.1. Modo de Conducción Continua 7.5.2. Modo de Conducción Discontinua 7.5.3. Rizado de la tensión de salida 7.5.4. Efecto de componentes no ideales 7.6. CONVERTIDOR DE CÚK TEMA 8. CONVERTIDORES DC/DC II 8.1. INTRODUCCIÓN 8.2. CONVERTIDOR PUENTE 8.2.1. Estrategias de Control 8.2.1.1. Control Bipolar 8.2.1.2. Control Unipolar 8.3. CONVERTIDORES CON AISLAMIENTO GALVÁNICO 8.3.1. Convertidor Flyback 8.3.2. Convertidor Forward Curso de entrada en vigor: 2014/2015 4 de 6
8.3.3. Convertidor Puente 8.4. CIRCUITOS DE CONTROL DE CONVERTIDORES TEMA 9. CONVERTIDORES DC/AC 9.1. INTRODUCCIÓN 9.1.1. Armónicos 9.1.2. Conexión de un Convertidor CC/AC 9.1.3. Clasificación 9.2. INVERSOR MEDIO PUENTE. RAMA ELEMENTAL 9.3. INVERSOR MONOFÁSICO EN PUENTE COMPLETO 9.4. INVERSOR TRIFÁSICO 9.4.1. Tensión en el Neutro 9.4.2. Armónicos 9.4.3. Espacio de Estados 9.5. OTROS INVERSORES TEMA 10. CONVERTIDORES DC/CA CON SALIDA SINUSOIDAL 10.1. INTRODUCCIÓN 10.2. ESTUDIO DE UNA RAMA DE UN PUENTE INVERSOR 10.2.1. Modulación Senoidal PWM 10.2.1.1. Armónicos 10.2.2. Sobremodulación 10.2.2.1. Armónicos 10.2.3. Generación de Señales PWM con Microprocesadores 10.3. INVERSOR MEDIO PUENTE 10.4. INVERSOR PUENTE COMPLETO 10.4.1. Modulación Bipolar 10.4.2. Modulación Unipolar 10.4.3. Comparación entre Modulación Bipolar y Unipolar 10.4.4. Efecto de Tiempos Muertos 10.5. PUENTE TRIFÁSICO 10.5.1. Generación de Señales PWM Trifásicas 10.5.2. Modulación "Space Vector" 10.5.3. PWM Modificado 10.5.3.1. Extensión del Indice de Modulación 10.5.3.2. Cancelación de Armónicos 10.5.4. Control de Corriente Relación de Prácticas Práctica 1: Caracterización de dispositivos de potencia. BJT y MOS. (JMJ) Práctica 2: Caracterización de dispositivos de potencia. IGBT. (SVP) Práctica 3: Conmutación inductiva y snubber de apagado.(jmj) Práctica 4: Regulación de potencia por control de fase con SCR. (SVP) Práctica 5: Rectificador semicontrolado. (SVP) Práctica 6: Convertidores DC/DC reductor y elevador. (JLG) Práctica 7: Convertidor DC/AC en puente completo. (SVP) PROGRAMACION: Todos los temas son Impartidos en una semana por el prof. Leopoldo García Franquelo TEMA 1. INTRODUCCIÓN AL MODELADO Y ANÁLISIS DE CIRCUITOS DE POTENCIA TEMA 2. DISPOSITIVOS DE POTENCIA (I) TEMA 3. DISPOSITIVOS DE POTENCIA (II) TEMA 4. ASPECTOS PRACTICOS EN EL USO DE DISPOSITIVOS DE POTENCIA TEMA 5. CONVERTIDORES AC/DC. RECTIFICADORES NO CONTROLADOS TEMA 6. CONVERTIDORES AC/DC. RECTIFICADORES CONTROLADOS TEMA 7. CONVERTIDORES DC/DC I TEMA 8. CONVERTIDORES DC/DC II TEMA 9. CONVERTIDORES DC/AC TEMA 10. CONVERTIDORES DC/CA CON SALIDA SINUSOIDAL Sesiones de Problemas (3 Semanas) EXAMEN (1 Semana) ACTIVIDADES FORMATIVAS Curso de entrada en vigor: 2014/2015 5 de 6
Relación de actividades formativas del cuatrimestre Prácticas de Laboratorio Horas presenciales: Horas no presenciales: 15.0 27.5 Metodología de enseñanza-aprendizaje: Sesiones académicas prácticas: los alumnos desarrollan una serie de prácticas experimentales, resolución de problemas y de simulación de circuitos de potencia en el laboratorio basándose en conocimientos teóricos previos y en información adicional entregada previa a la práctica. Competencias que desarrolla: Aprendizaje de herramientas de simulación y de manejo experimental de convertidores de potencia. Conocimiento de la resolución de problemas. Clases teóricas Horas presenciales: Horas no presenciales: 28.0 40.0 Metodología de enseñanza-aprendizaje: Sesiones académicas teóricas: El profesor transmite los conocimientos básicos de la asignatura Exposición y debate: Los alumnos sugieren soluciones a problemas y son debatidos en clase Competencias que desarrolla: Conocimientos de Dispositivos y componentes de la electrónica de potencia. Conocimientos de las diferentes topologías de convertidores de potencia. Aplicación de la electrónica de potencia para la conversión de energía. Exámenes Horas presenciales: Horas no presenciales: 2.0 0.0 SISTEMAS Y CRITERIOS DE EVALUACIÓN Y CALIFICACIÓN Examen teórico y resolución de problemas Se evaluan los conocimientos adquiridos mediante la resolución de cuestiones teóricas y problemas. Seguimiento de prácticas de laboratorio Se evalúan los conocimiento adquiridos durante la realización de las prácticas de laboratorio Curso de entrada en vigor: 2014/2015 6 de 6