ocw-uma-0020 - Sistemas Electrónicos de Potencia

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La tarea de la Electrónica de Potencia consiste en convertir y controlar la energía de la forma suministrada por una fuente a la forma requerida por la carga. Habitualmente la fuente primera de energía es la corriente alterna (monofásica o trifásica a 50 ó 60 Hz) suministrada por la red de energía eléctrica.

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Ana Pozo Ruz

 

Departamento: Tecnología Electrónica. Universidad de Málaga.

Área de conocimiento: Tecnología Electrónica.


Nivel: Cuarto de Ingeniero Técnico Industrial, especialidad Electrónica Industrial.

Fecha de la última actualización: marzo de 2013.

 

Horas de clase de teoría: 40        Horas de clase de práctica:  20
Tiempo total previsto de aprendizaje: 120

Fecha de impartición: Primer Cuatrimestre de 2011

 

PRERREQUISITOS Y CONOCIMIENTOS PREVIOS RECOMENDADOS

Prerrequisitos

Se recomienda que el alumno haya cursado las materias básicas de Electrónica Analógica y Análisis de Circuitos. También es recomendable el conocimiento de Matemáticas básicas para la Ingeniería (como cálculo diferencial).

 

Relaciones con otras materias

  • Electrónica Analógica.

  • Análisis de Circuitos.

  • Energías Alternativas.

  • Control.

  • Simulación.

 

DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ASIGNATURA

La tarea de la Electrónica de Potencia consiste en convertir y controlar la energía de la forma suministrada por una fuente a la forma requerida por la carga. Habitualmente la fuente primera de energía es la corriente alterna (monofásica o trifásica a 50 ó 60 Hz) suministrada por la red de energía eléctrica. La siguiente figura muestra el diagrama de bloques de un sistema de Electrónica de Potencia:

Según la figura 1, los elementos que componen un circuito de Electrónica de Potencia son los siguientes:

Fig1

* Un circuito de potencia, compuesto por semiconductores de potencia. Este circuito de potencia suele emplear filtros a la entrada y a la salida para evitar daños en la carga e interferencias electromagnéticas con sistemas de comunicación.

* Un circuito de control, que procesa la información recibida del circuito de potencia y genera las señales de excitación que activan y desactivan los semiconductores del circuito de potencia. Si los semiconductores del circuito de potencia son no controlados (diodos) el circuito de control no existe.


El campo de actuación de la electrónica de potencia comprende tanto el diseño del aparato para la conversión de energía (circuito de potencia) como el de los dispositivos de medida y control (circuito de control). Así, en la Electrónica de Potencia se combinan las disciplinas de potencia, control y electrónica: potencia por el equipo empleado en la conversión de energía y por las cargas a las que puede alimentar, control por la necesidad del estudio de las características estáticas y dinámicas de los sistemas en lazo cerrado, y electrónica por los dispositivos semiconductores de los circuitos de potencia y control y por la circuitería empleada en el circuito de control.
En un circuito de electrónica de potencia, los elementos semiconductores deben soportar grandes tensiones y corrientes. En el proceso de conversión de energía es importante conseguir que la potencia perdida sea pequeña, y por tanto que la eficiencia energética sea alta, por dos motivos: el coste de la energía no aprovechada o energía perdida y la dificultad de eliminar el calor generado por la energía disipada (energía perdida). Otras consideraciones importantes son la reducción del tamaño, el peso y el coste.

Los objetivos anteriores no se pueden conseguir en la mayoría de los sistemas con circuitos lineales donde los semiconductores funcionan en su zona lineal (o región activa) y por ello la eficiencia energética es pequeña.

Con el objetivo de reducir el calor disipado en la conversión de potencia, los semiconductores que se emplean en los circuitos de Electrónica de Potencia funcionan como interruptores. Por eso, a los convertidores de Electrónica de Potencia se les llama convertidores conmutados o bien convertidores estáticos para hacer énfasis en el hecho de que carecen de partes móviles. La ausencia de partes móviles evita la necesidad de llevar a cabo un mantenimiento del circuito, así como la generación de ruidos, desgastes, etc.

En los últimos años, la Electrónica de Potencia ha experimentado un gran crecimiento debido a la confluencia de varios factores. El controlador de la figura 1 consiste en la actualidad en circuitos integrados analógicos y/o microcontroladores. Los revolucionarios avances de la microelectrónica han conducido al desarrollo de tales controladores. Además, el desarrollo de la industria de fabricación de semiconductores ha permitido aumentar de forma importante la capacidad de manejar grandes tensiones y corrientes, así como la velocidad de conmutación de los dispositivos semiconductores que forman parte del circuito de potencia de la figura 1.

De todo esto se deduce una importante peculiaridad de la Electrónica de Potencia y de la Electrónica en general: su constante dinamismo y evolución, que proporciona de forma continua nuevos avances, conocimientos y creaciones.

Se trata, por tanto, de una materia dotada de gran dinamismo y evolución, presente en múltiples aplicaciones no sólo en el ámbito industrial, sino también en el doméstico y con un marcado carácter interdisciplinar.

 

 

OBJETIVOS: CONOCIMIENTOS Y CAPACIDADES. COMPETENCIAS

 Competencias transversales/genéricas


   
-Conocimiento en materias básicas y tecnológicas, que les capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías, y les dote de versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones.
    -Capacidad de resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, razonamiento crítico y de comunicar y transmitir conocimientos, habilidades y destrezas en el campo de la Ingeniería Industrial.
    -Capacidad, conocimiento y comprensión para el manejo de especificaciones, reglamentos y normas de obligado cumplimiento.
    -Capacidad de analizar y valorar el impacto social y medioambiental de las soluciones técnicas.
    -Capacidad de trabajar en un entorno multilingüe y multidisciplinar, y de comunicar, tanto por escrito como de forma oral, conocimientos procedimientos, resultados e ideas relacionadas con la electrónica de potencia.

 

Competencias especificas

 
    -Conocimiento de los dispositivos semiconductores más empleados en electrónica de potencia y análisis de sus condiciones de funcionamiento.
    -Conocimiento aplicado de la electrónica de potencia.
    -Conocimiento de los numerosos campos de aplicación de la electrónica de potencia.
    -Capacidad para diseñar sistemas electrónicos de potencia
    -Capacidad para elaborar especificaciones y documentaciones de los sistemas electrónicos de potencia.
    -Capacidad y conocimiento para la implementación y puesta a punto de equipos y sistemas electrónicos de potencia, considerando tanto los aspectos técnicos como las normativas reguladoras correspondientes.
    -Entender e interpretar, correctamente, la documentación facilitada por los fabricantes de dispositivos y circuitos de electrónica de potencia.

Objetivos


   -
Conocer los semiconductores más empleados en Electrónica de Potencia.
    -Conocer, analizar y simular los convertidores conmutados de potencia ante diferentes estrategias de control y parámetros de carga.
    -Conocer las principales aplicaciones de la Electrónica de Potencia: energías renovables, vehículos eléctricos, transporte de energía eléctrica, aplicaciones domésticas, control de motores, etc.

METODOLOGÍA

La propuesta metodológica única incluirá:

  • Manual de usuario de la OCW de Electrónica de Potencia: Se ofrece un pequeño manual de usuario para que el alumno navegue de manera sencilla por el curso.

  • Plataforma interactiva de Electrónica de Potencia: Consiste en una plataforma, cuya principal autora y coordinadora es la docente de la asignatura, donde el alumno encuentra, de forma libre y gratuita, los apuntes, tutoriales, vídeos, etc. para el correcto funcionamiento de la asignatura.

  • Programa: Se ofrecerá el programa (esqueleto) de la asignatura dividida en los siguientes ítems:

    • Introducción a la Electrónica de Potencia.

    • Semiconductores de potencia.

    • Convertidores ac/cc: no controlados, controlados por fase y semicontrolados.

    • Convertidores cc/cc.

    • Convertidores cc/ac.

    • Convertidores ac/ac.

    • Principales aplicaciones de la Electrónica de Potencia.

  • Guía de aprendizaje: La guía de aprendizaje consistirá en una tabla donde, para ítem del programa, el alumno dispondrá de la siguiente información:

    • Tiempo previsto de aprendizaje (en horas).

    • Material de estudio.

    • Ejercicios.

    • Prácticas y/o simulaciones.

    • Vídeo tutoriales.

    • Links externos.

    • Exámenes de años anteriores

  • Material de estudio: Incluye material escrito (transparencias, documentación…), algunos descargables y otros disponibles en la plataforma de Electrónica de Potencia: www.potencia.uma.es necesario para el estudio de los conceptos principales de la asignatura.

  • Ejercicios: Se dispondrá de una amplia colección de problemas, divididos por bloques temáticos. Los problemas estarán ordenados de menor a mayor complejidad. Para cada asignatura de cada titulación, se indicará a los alumnos qué problemas se aconseja realizar dentro de la colección y cuáles se corresponde a un nivel superior a la de su materia.

  • Prácticas y/o simulaciones: Para la correcta compresión de cómo trabajan los convertidores conmutados de potencia, parte central y más importante de la materia, se requiere el uso de simuladores y, en las asignaturas de Laboratorio, de la implementación física de los mismos en el Laboratorio. Por ello, se incluye este epígrafe que constará de:

  • Simulaciones:

    • Vídeo tutorial del programa PSIM en su versión demo (descargable gratuitamente desde la página del fabricante). Con este vídeo tutorial, el alumno aprenderá cómo se realiza la simulación de los principales convertidores conmutados de potencia.

    • Cuestionarios sobre simulaciones: El alumno/a podrá realizar ejercicios de simulación y resolver problemas.

  • Laboratorio: Se ofrecerá un enlace a la Plataforma de Laboratorio de Electrónica de Potencia, donde el alumno/a encontrará la descripción de cada equipo, una explicación detallada de las prácticas a realizar, cómo se realiza el cableado de las mismas y, por último, una ficha a modo de formulario donde se incluyen los resultados obtenidos y que se envían on-line.

  • Vídeos tutoriales: Se han realizado un total de 32 vídeos en formato Flash donde se observa la animación, paso a paso, de los distintos convertidores conmutados de potencia trabajando ante diferentes condiciones. Estos vídeos tutoriales servirán a los alumnos de repaso de los conceptos aprendidos.

  • Links externos: Se aportará una relación comentada de varios links de interés de electrónica de potencia, desde páginas de fabricantes de semiconductores, a otros OCW de esta materia de otras Universidades españolas y extranjeras.

  • Exámenes de años anteriores: Los alumnos y alumnas siempre encuentran interesante conocer cómo han sido los exámenes en años anteriores. Por ello se ofrecen, para cada titulación, varios exámenes de años recientes al de la convocatoria actual.

 

MATERIAL DE CLASE

   -Documentación (disponible en www.potencia.uma.es). Se trata de apuntes realizados por la docente de la materia.
  -Transparencias de los temas más significativos.
  - Documentación complementaria.
  -Colecciones de problemas.
  - Prácticas de Laboratorio.
  - Simulaciones.
  - Vídeo-tutoriales.
  - Enlaces externos.
  - Exámenes.
  - Bibliografía.

 

CRITERIOS DE EVALUACIÓN Y DE CALIFICACIÓN. ACTIVIDADES DE EVALUACIÓN O TAREAS PRÁCTICAS

Examen final de la asignatura (70%).
Tareas a entregar (20%).
Laboratorio (10%).

 

Copyright 2009, Autores y colaboradores. Reconocer autoría/Citar obra. Ruz, A. P., Pozo, A. (2012, October 02). Sistemas Electrónicos de Potencia. Retrieved July 28, 2017, from OCW Universidad de Málaga Web site: http://ocw.uma.es/ingenierias/sistemas-electronicos-de-potencia. Esta obra se publica bajo una licencia Licencia Creative Commons Licencia Creative Commons
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