MICROCURRÍCULO

ELECTRONICA DE POTENCIA I FACULTAD DE INGENIERÍA ASIGNATURA

Electrónica de Potencia I

CÓDIGO

1090709

ÁREA

Profesional

UBICACIÓN

Semestre 7

NIVEL DE FORMACIÓN

PREGRADO Ingeniería Electromecánica

TRABAJO ACADÉMICO

No. HORAS

Presencial

5

Autónomo

10

SEMESTRAL

Presencial

80

(No. SEMANAS 16)

Autónomo

160

SEMANAL PERIODICIDAD E INTENSIDAD HORARIA

TOTAL HORAS No. CRÉDITOS ACADÉMICOS

4

MODALIDAD

PRESENCIAL OBLIGATORIA

CARÁCTER DE LA ASIGNATURA

240

x

ELECTIVA OPTATIVA TEÓRICA

TIPO ASIGNATURA

PRÁCTICA TEÓRICA PRÁCTICA

FECHA DE ACTUALIZACIÓN

ENERO DE 2012

x

JUSTIFICACIÓN La Electrónica de Potencia es un saber de la Ingeniería Eléctrica, cuyo propósito es la conversión y el control de la energía eléctrica. Este objetivo es indispensable para alcanzar la competencia más importante del perfil profesional del Ingeniero Electromecánico UFPS, como es el de “Analiza y diseña sistemas de conversión de energía electromecánicos”. El estudio de la Electrónica de Potencia requiere de conocimientos de otros saberes de la Ingeniería Eléctrica como los de : Mediciones Eléctricas, Circuitos Eléctricos, Máquinas Eléctricas y los de Ingeniería Electrónica como los de :Teoría de Semiconductores ,Electrónica analógica y digital y Teoría de Control. El estudio de la Electrónica de Potencia se realiza en el plan de Estudios de Ingeniería Electromecánica en los cursos de Electrónica de Potencia I(Convertidores CA/CD controlados y no controlados, convertidores CA/CA) en el semestre 7 y Electrónica de Potencia II(Convertidores CD/CD y convertidores CD/CA) en el semestre 8.

OBJETIVO GENERAL

Conversión y control de la energía eléctrica.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS Al finalizar el curso el estudiante debe ser capaz de: 1)Interpretar las características nominales eléctricas y térmicas de los tiristores y sus híbridos 2) Analizar y describir las 4 topologías básicas de los convertidores de la Electrónica de Potencia. 3)Analizar los circuitos de disparo de los tiristores 4)Simular y diseñar convertidores CA/CD controlados y no controlados, monofásicos y trifásicos

PLANIFICACIÓN METODOLÓGICA Seman a

Tema Clase magistral

Tema Taller

Tema Laboratorio

1

Introducción-1.1 a1.3

El Capacitor

Introducción

2

1.4.2 -1.4.3

Diseño del inductor

Práctica 1

3

1.5-1.7 y 1.8

Circuito R-L conmutado con excitación constante

Práctica 1

4

1.9-1.11-1.12-1.13

Factor de potencia y distorsión con cargas no líneales

Práctica 2

5

1.14.1 hasta 1.14.5

Convertidor CA/CD monofásico

Práctica 2

6

1.14.6- a-1.14.8 y 1.15

Solución de dudas Unidad 1

Práctica 2

7

Evaluación N° 1

8

2.1-2.2-2.3-2.4.1-2.4.2

Conexión serie de díodos

Práctica 3

9

2.4.3hasta 2.4.7.3

Circuito de disparo con T.P.

Práctica 3

10

2.4.8-2.4.9-2.5.1-2.5.2

Oscilador con U.J.T y P.U.T.

Práctica 4

11

3.0 -3.1-3.2-3.3-3.4

Rectificadores Onda completa

Práctica 5

12

Evaluación N° 2

Solución de dudas Unid. 2 y 3

13

3.5-3.8-3.9-3.10-3.11

Rectificador de 12 pulsos

Práctica 6

14

3.13.1 -3.13.2-3.13.3

Diseño de filtros del convertidor AC/DC

Proyecto(Práctica 7)

15

4.0-4.1-4.2-4.3-4.4

Rectificador Controlado semipuente

Entrega proyectos ((Estud.Repitentes).

16

4.5-4.6-4.7-4.8-4.9 y 4.10

Rectificador trifásico controlado

Entrega de proyecto (Estud.nuevos)

Nota:La numeración de la clase magistral corresponde a la desarrollada en el texto de la asignatura. elaborado en Power Point por el profesor. En las guías de laboratorio aparecen las 6 prácticas que se desarrollan y el proyecto que aparece como práctica 7

ESTRATEGIAS PEDAGÓGICAS Y MEDIOS EDUCATIVOS

Para las clases magistrales el estudiante debe leer previamente, el tema que corresponda a la semana en curso en el texto de la materia, desarrollado en Power Point, con la finalidad de transformar la clase en un diálogo y en minimizar el monologo del profesor. Una máxima del curso es que el profesor resuelve dudas de un problema, más no resuelve el problema, para obligar al estudiante a ejercitarse en la solución de problemas y minimizar en el estudiante el hábito de resolver ejercicios. Para la actividad del taller los estudiantes se agrupan en número de 3, para resolver bajo la supervisión del profesor, una situación problemática relacionada con el tema de la semana. Las guías del laboratorio se han desarrollado utilizando una metodología abierta, en la cual se definen los objetivos, y el estudiante debe alcanzarlos utilizando un procedimiento de resolución de problemas experimentales , sugerido en la guía. Se realizan 6 prácticas de laboratorio y un proyecto para los estudiantes que cursan por primera vez la asignatura. Los estudiantes repitentes que hayan aprobado el laboratorio, sustituyen las prácticas de laboratorio por un proyecto relacionado con uno de los temas del curso .Estos proyectos se cambian cada 2 semestres para minimizar la actividad de “copiar y pegar” La evaluación se hace siguiendo las normas de evaluación institucionales. La primera evaluación se realiza en la semana N°7 y tiene una ponderación de l 23.33% de la nota total. Igual ponderación tiene la evaluación N° 2, que se realiza e n la semana N°12. La evaluación N° 3 está conformada de la siguiente manera: 40% los informes de las 6 prácticas ,40% la defensa del proyecto y 20% el desempeño del estudiante en el taller. Para todas las evaluaciones, el estudiante debe revisar con el profesor el examen, para aprender de los errores. La evaluación debe ser una de las herramientas más importantes del aprendizaje

El examen final aporta el 30% de la nota total.

COMPETENCIAS PREVIAS AL CURSO 1- Lee de manera comprensiva ,reflexiva y crítica temas relacionados con la Electrónica de Potencia. 2-Demuestra facilidad y habilidad para el trabajo en equipo. 3- Identifica, y relaciona los diferentes elementos de una situación problemática, para resolverla utilizando, el método científico. 4- Analiza, plantea, modela y resuelve problemas de ingeniería , mediante el uso del método científico 5- Analiza e interpreta el comportamiento de los circuitos eléctricos excitados por fuentes alternas senoidales y continuas. 6-Analiza y modela el comportamiento de las máquinas eléctricas. 7- Analiza , interpreta y modela el comportamiento de sistemas y dispositivos electrónicos analógicos y digitales. 8-Lee y comprende un texto en idioma inglés, relacionado con la Ingeniería. 9-Aplica los principios de la ética en el comportamiento social. COMPETENCIAS BÁSICAS A DESARROLLAR O FORTALECER 1-Lee y comprende un texto en idioma inglés, relacionado con la Ingeniería. 2-Analiza y diseña convertidores de electrónica de potencia. 3-Aplica programas computacionales a la resolución de problemas eléctricos y electrónicos. 4-Posee autonomía de aprendizaje, para estar permanentemente actualizado con los avances en la Ingeniería Electromecánica.

UNIDADES TEMÁTICAS Unidad 1

Conceptos básicos de Electrónica de Potencia

1.1

Naturaleza y aplicaciones de la Electrónica de Potencia

1.2

Sistema de Electrónica de Potencia

1.2.1

Diagrama de bloques

1.2.2

Funciones y elementos de los bloques

1.3.

Fuentes de energía primarias

1.3.1

Red de suministro de voltaje alterno

1.3.2

Baterías

1.3.3

Generador eólico

1.3.4

Generador fotovoltaico

1.4 Modelamiento de componentes eléctricos y magnéticos

1.4.1 1.4.1.1

El capacitor Generalidades

1.4.1.2

Modelo circuital

1.4.1.3 Clases de capacitores 1.4.2 El transformador 1.4.2.1 Aspectos constructivos 1.4.2.2 El transformador ideal 1.4.2.3 Acoplamiento de impedancias 1.4.2.4 1.4.2.5

Material magnético real Modelo del transformador con material magnético real

1.4.3

El inductor

1.4.3.1 Aspectos constructivos y operacionales 1.4.3.2 1.4.3.3

Comportamiento del inductor Pérdidas de potencia en materiales magnéticos

1.4.3.4

Modelo circuital del inductor

1.4.3.5

Calculo de la inductancia de un núcleo sin entrehierro

1.5

Dispositivos semiconductores ideales

1.5.1

Díodos y tiristores

1.5.2

Transistores

1.5.3 1.6

Características de control de los semiconductores Circuitos excitados por fuentes continuas

1.6.1

Circuito R-C

1.6.2

Circuito R-L

1.6.3

Circuito L-C

1.6.4

Circuito L-C de funcionamiento libre

1.7

Modelamiento de los interruptores

1.7.1

Características de un interruptor ideal

1.7.2

Características de un interruptor real

1.7.3

Características de un interruptor en conmutación

1.8

Circuito conmutado con excitación constante

1.8.1

Circuito resistivo

1.8.2 Circuito capacitivo

1.8.3 1.8.4

Circuito inductivo Circuito R-L

1.8.5

Circuito R-C

1.9 Características de las señales 1.9.1 Señales periódicas bipolares 1.9.2 Señal periódica unipolar 1.9.3 Señal periódica PWM 1.10 Circuito con excitación senoidal y carga líneal 1.10.1 1.10.2

Circuito R-L Circuito R-L-C

1.11

Flujo de potencia en red no líneal y excitación no senoidal

1.12 Factor de potencia y distorsión en circuito con fuente senoidal y carga no lineal 1.13 1.13.1

Filtros de convertidores Filtro de entrada

1.13.2

Filtro de salida

1.14

Topologías de circuitos convertidores

1.14.1

Convertidor CA/CD no controlado de 4 interruptores

1.14.2

Convertidor CA/CD no controlado de 2 interruptores

1.14.3

Convertidor CA/CD controlado

1.14.4 1.14.5

Convertidor CD/CA conmutado a baja frecuencia Convertidor CD/CA con modulación de ancho de pulso

1.14.6

Convertidor CD/CA resonante

1.14.7

Convertidor CD/CD de alta frecuencia de conmutación

1.14.7.1

Convertidor CD/CD directo

1.14.7.2

Convertidor CD/CD indirecto

1.14.7.3 Convertidor CD/CD con encadenamiento CA 1.14.8 1.14.8.1

Convertidor CA/CA Controlador CA

1.14.8.2

Cicloconvertidor

1.14.8.3

Convertidor CA/CA con encadenamiento CD

1.15 Unidad 2

Implementación de un interruptor por un dispositivo semiconductor Dispositivos semiconductores

2.1

Clasificación

2.2

Díodo de potencia

2.2.1

Generalidades

2.2.2

Características nominales

2.2.3

Conexión serie de díodos

2.2.3.1

Cálculo del resistor

2.3

Díodos bidireccionales de disparo controlados por voltaje

2.4

Rectificador de silicio controlado

2.4.1

Características constructivas y operativas

2.4.2

Características nominales de los SCR

2.4.3

Modelamiento del SCR

2.4.4

Encendido del SCR

2.4.5

Apagado del SCR

2.4.6

Circuito de compuerta

2.4.7

Interfases de disparo

2.4.7.1 Introducción 2.4.7.2 2.4.7.3

Transformadores de pulso Optoacopladores

2.4.7.4

Diseño del circuito de disparo con transformadores de pulso

2.4.8 Circuitos snubber de voltaje y corriente de SCR 2.4.8.1 Circuito snubber de voltaje 2.4.8.2 Circuito snubber de corriente 2.4.9 Circuitos de disparo del SCR 2.4.9.1 Oscilador de relajación 2.4.9.2 2.4.9.2.1

Dispositivos de resistencia negativa Característica del UJT

2.4.9.2.2

Oscilador con UJT

2.4.9.3 El PUT 2.4.9.3.1 2.4.9.3.2

Oscilador con PUT Sincronización de la fuente del oscilador con la fuente alterna

2.4.9.3.3

Aplicaciones del oscilador con PUT

2.4.9.3.3.1

Controlador de media onda

2.4.9.3.3.2

Controlador de onda completa

2.5

Tiristor de apagado por compuerta

2.5.1

Características constructivas y operativas.

2.5.2 2.5.3

Modelamiento del GTO Encendido y apagado del GTO

2.5.4

Circuitos de protección en la conmutación

2.5.5

Circuito de disparo del GTO

2.6

Triac

2.6.1

Características constructivas y operativas

2.6.2 Circuito de disparo 2.7 2.7.1

Transistor bipolar de unión Características constructivas y operativas

2.7.2

Características de encendido

2.8

Transistor de efecto de campo

2.8.1 2.8.2

Características constructivas y operativas Modelamiento

2.8.3

Circuito de disparo

2.9

Transistor bipolar de compuerta aislada

2.9.1

Características constructivas y operativas

2.9.2

Modelamiento

2.9.3

Circuito de disparo

3

Convertidores CA/CD no controlados

3.0

Introducción

3.1

Rectificador de media onda y carga resistiva

3.2

Rectificador de media onda y carga resistiva-inductiva

3.3

Rectificador de media onda y carga resistiva-inductiva y díodo rueda libre

3.4.

Rectificador de media onda y carga resistiva-inductiva y díodo rueda libre e inductancia en la fuente

3.5

Rectificador de media onda y carga resistiva-capacitiva

3.6

Rectificador onda completa tipo semipuente y carga resistiva

3.7

Rectificador onda completa tipo puente y carga altamente inductiva

3.8

Rectificador onda completa tipo puente,inductancia en la fuente y carga altamente inductiva

3.9 Rectificador trifásico de tres pulsos 3.10 3.10.1

Rectificador trifásico de 6 pulsos Formas de onda de corriente en la fuente

3.11

Rectificador de 12 pulsos

3.12 Filtros AC y DC para rectificadores monofásicos con carga altamente inductiva 3.12.1 Filtro CD capacitivo 3.12.2 Filtro CD inductivo- capacitivo 3.12.3 Filtro CA 4 Convertidores CA/CD controlados 4.0 4.1

Introducción Rectificador controlado de media onda y carga resistiva

4.2

Rectificador controlado tipo semipuente y carga resistiva

4.3 Rectificador controlado tipo puente y carga altamente inductiva 4.4 4.5

Rectificador controlado tipo puente y carga con fuerza electromotriz Factor de potencia del rectificador controlado tipo puente y carga altamente inductiva

4.6

Rectificador controlado tipo puente con inductancia en la fuente

4.7

Rectificador controlado tipo semipuente con carga altamente inductiva

4.8

Factor de potencia del rectificador controlado tipo semipuente con carga altamente inductiva

4.9

Rectificador controlado tipo semipuente con carga altamente inductiva con inductancia en la fuente

4.10

Circuitos de control para rectificadores monofásicos

4.10.1 4.10.2

Introducción Control rampa

4.10.3

Control cosenoidal con offset

4.10.4

Control cosenoidal puro

4.10.5

Control de lazo cerrado para rectificador monofásico tipo puente

4.11

Rectificador trifásico controlado de 6 pulsos

4.11.1

Voltaje de salida

4.11.2

Corrientes de la fuente y factor de potencia

4.11.3

Control rampa para rectificador trifásico de 6 pulso

BIBLIOGRAFÍA BÁSICA (TEXTOS GUÍA) 1

Germán E Gallego R. ELECTRONICA DE POTENCIA I 2010

2

Kassakian Verghese . PRINCIPLES OF POWER ELECTRONICS 1995 Editorial Addison Wesley

3

P T. Krein. ELEMENTS OF POWER ELECTRONICS 1998 Editorial Oxford University Press

4

Mohan N;Undeland T.M.;Robbins W.P. POWER ELECTRONICS 2003 Editorial John Wiley & sons Inc

5

Rashid M. H. POWER ELECTRONICS:CIRCUITS,DEVICES,AND APPLICATIONS 1993.Editorial Prentice-Hall

6

5)Rashid M.H.(editor) POWER ELECTRONIC HANDBOOK 1993.www.rapidshare.com/filea/97921259.septiembre 24 2008

7

7)Erickson R.W. Maksimovic D. FUNDAMENTALS OF POWER ELECTRONICS.2003 Editorial Kluwer Academic Publishers

BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA 1

9)R.G. Hoft(editor) SCR APPLICATONS HANBOOK 1974. International Rectifie.r

2

7)S.B. Dewan;G.R. Slemon;A. Straughen.POWER SEMICONDUCTOR DRIVES.1984 Editorial John Wiley@sons .

4

8)JaiP. Agrawal POWER ELECTRONIC SYSTEMS Theory and design.2001 Editorial Prentice –Hall

5

Gualda J.A. y otros ELECTRONICA INDUSTRIAL. TECNICAS DE POTENCIA . Edición 1992. Editorial Alfa Omega

6

2)Segui S.,Gimeno F. J. y otros ELECTRONICA DE POTENCIA Fundamentos Básicos. 2004 . Editorial Alfa Omega PÁGINAS WEB Y AMBIENTES VIRTUALES

1

INDIAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY pdf.www.onlinefreebooks.net.Julio 13 2008

2

http://www.epeec.ethz.ch/

POWER

ELECRONIC

3 4

CRITERIOS DE EVALUACIÓN Los exámenes escritos evalúan 2 componentes:Una parte teórica en donde se hace énfasis en la interpretación ,análisis de los temas tratados y en ocasiones se solicitan propuestas alrededor de las preguntas. La parte de problemas,propone una situación en la cual el estudiante debe identificar y relacionar los elementos de la situación problemática propuesta para obtener la solución EVALUACIÓN EVALUACIÓN

TIPO

PORCENTAJE

SEMANA

23.33%(E)

7

1er. Previo

13 2do. Previo 23.33%(E)

3a. Nota

Desarrollo de 6 prácticas

9.2%

2-14

Defensa del proyecto

9.2%(X)

16

18.4% *(X)

15 *

Desempeño en el taller

4.6%(T)

Final

30%

Semana programada para el examen final

TIPOS: E: escrita; O: oral; X: exposición; T: trabajo, investigación o taller; Q: quiz; P: parcial; e I: integral *Estudiantes repitentes que hayan aprobado el laboratorio