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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL Facultad de Ingeniería en Electricidad y Computación
SYLLABUS DEL CURSO ElectrÓnica De Potencia 1
1. CÓDIGO Y NÚMERO DE CRÉDITOS
CÓDIGO: FIEC03129 •
Teóricos: 4
NÚMERO DE CRÉDITOS: 4 Prácticos: O
2. DESCRIPCIÓN DEL CURSO
El principal objetivo de este curso es el estudio de los sistemas de conversión de energía, lo cual incluye: semiconductores de potencia; rectificadores monofásicos y trifásicos conmutados por línea (convertidores AC/DC); controladores de voltaje alterno conmutados por línea (convertidores AC/AC); convertidores DC/DC; técnicas de Fourier; análisis de armónicos y figuras de mérito de los sistemas de conversión de energía; análisis y diseño de circuitos de disparo de convertidores DC/AC, AC/AC y técnicas de modulación de convertidores DC/DC; técnicas de control de torque y velocidad de motores DC mediante convertidores AC/DC; control de velocidad y arranque suave de motores de inducción con convertidores AC/AC; técnicas de diseño de fuentes conmutadas en alta frecuencia con convertidores DC/DC. Este curso enfatiza el uso de herramientas modernas para la programación, simulación, análisis y diseño asistidos por computador (MATLAB-Simulink, SimPowerSystem, PLECS y SPICE) en el control de los convertidores de potencia.
3. PRERREQUISITOS Y CORREQUISITOS.
PRERREQUISITOS (FIEC00133) MAQUINARIA ELÉCTRICA I (FIEC00075) ELECTRÓNICA I (ICM00158) ANÁLISIS NUMÉRICO (F) (FIEC03418) CONTROL AUTOMÁTICO
CORREQUISITOS
4. TEXTO GUIA Y OTRAS REFERENCIAS REQUERIDAS PARA EL DICTADO DEL CURSO
TEXTO GUÍA
1. Muhammad H. Rashid, "Electrónica de Potencia: Circuitos, Dispositivos y Aplicaciones," Tercera edición 2004, Pearson-Prentice Hall
REFERENCIAS
1. Daniel W. Hart, "Power Electronics," First Edition, McGraw-Hill Science/Engineering/Math 2. Mohan, Undelandand, Robbins, "Power Electronics: Converters, Applications and Design," Third Edition, Wiley 3. Alberto Larco "Material Guía de Electrónica de Potencia I," 2012, FIEC-ESPOL
5. RESULTADOS DE APRENDIZAJE DEL CURSO
Al finalizar el curso el estudiante será capaz de: 1. Comprender la operación y características de los convertidores AC/DC, AC/AC, DC/DC y realizar el análisis matemático de sus diferentes topologías utilizadas en aplicaciones industriales. 2. Comprender y analizar las técnicas de diseño de generación de pulsos de disparo empleados para las diversas topologías de convertidores de potencia: AC/DC, AC/AC; y las técnicas de modulación de convertidores DC/DC. 3. Utilizar herramientas modernas para la programación, simulación y análisis asistida por computador (MATLAB-Simulink, SimPowerSystem, PLECS y SPICE) de convertidores de potencia. 4. Realizar análisis de Fourier y cálculo de armónicos y figuras de mérito de convertidores AC/DC, AC/AC y DC/DC. 4. Comprender el papel que juega la Electrónica de Potencia en la eficiente utilización de la energía eléctrica y la importancia del desarrollo de nuevas tecnologías para convertidores de potencia utilizados en aplicaciones industriales, electrodomésticos, vehículos híbridos, sistemas de generación de energía renovable (eólica y solar) y aplicaciones de sistemas de potencia (transmisión y distribución).
6. PROGRAMA DEL CURSO
I. INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE CONVERSION DE ENERGIA. ( sesiones - 2 horas).
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o Campos de aplicación de la Electrónica de Potencia.
o Clasificación de los sistemas de conversión de energía en la Electrónica de Potencia.
o Diseño asistido por computador para el análisis de sistemas de conversión de energía.
o Ejemplos de la aplicación de la Electrónica de Potencia en los diversos sectores de la Industria Ecuatoriana.
o El futuro de la Electrónica de Potencia.
II. SEMICONDUCTORES DE POTENCIA. ( sesiones - 2 horas).
o Clasificación general de los semiconductores de potencia.
o Diodos de potencia.
o Tiristores de potencia: SCR, GTO, IGCT, SGCT, MCT, ETO.
o Transistores de potencia: BJT, MD, MOSFET, SIT, IGBT.
o Modelos y curvas características para los semiconductores de potencia utilizando MATLAB y SPICE.
o Circuitos de protección para dispositivos semiconductores de potencia y áreas de operación segura.
III. RECTIFICADORES MONOFASICOS DE MEDIA ONDA CONMUTADOS POR LINEA (CONVERTIDORES AC/DC). ( sesiones - 12 horas).
o Análisis de Fourier.
o Rectificadores monofásicos de media onda no controlados (un pulso): carga resistiva, resistiva-capacitiva, resistiva-inductiva, FEM, diodo de paso libre.
o Rectificadores monofásicos de media onda controlados (un pulso): carga resistiva, resistiva inductiva, FEM, diodo de paso libre, motor DC de excitación separada; circuitos de disparo con elementos discretos y circuitos integrados.
o Figuras de mérito de sistemas de rectificación.
o Simulación de circuitos de disparo utilizando MATLAB-Simulink, SimPowerSytem y SPICE.
IV. RECTIFICADORES MONOFASICOS DE ONDA COMPLETA CONMUTADOS POR LINEA (CONVERTIDORES AC/DC). ( sesiones - 10 horas).
o Topologías.
o Rectificadores monofásicos de onda completa controlados (dos pulsos): Tipos puente y con derivación central; modelo equivalente con carga R-L y FEM; operación con corriente discontinua, continua y limite; operación inversor, rectificador e intermedio; puente semi-controlado; monofásicos duales y operación en cuatro cuadrantes; Carga resistiva, con motor DC de excitación separada, resistiva con filtro C y LC.
o Efectos de la inductancia de la fuente en operación rectificadora.
o Análisis de Fourier y armónicos.
o Circuitos de disparo con elementos discretos y circuitos integrados.
o Control de torque y velocidad de motores DC de excitación separada: lazos de control de corriente y velocidad. Control de velocidad con tacómetro y métodos de compensación IxR.
o Simulación de circuitos de disparo con MATLAB-Simulink, SimPowerSytem y SPICE.
o Aplicaciones industriales.
V. RECTIFICADORES TRIFASICOS CONMUTADOS POR LINEA (CONVERTIDORES AC/DC) sesiones - 10 horas).
o Topologías.
o Rectificadores trifásicos de media onda (tres pulsos): no controlado con carga resistiva; controlado con resistiva, resistiva inductiva, FEM; voltajes promedio y RMS en la carga con corriente continua y discontinua; conexiones especiales de transformadores.
o Rectificadores trifásicos de onda completa tipo puente (seis pulsos): No controlado con carga resistiva; controlado con carga resistiva, resistiva inductiva, FEN, operación con corriente continua y discontinua, modo de operación inversor y rectificador; convertidores trifásicos duales y operación en cuatro cuadrantes, carga con motor DC de excitación separada.
o Análisis de Fourier y armónicos.
o Simulación de circuitos de disparo con MATLAB-Simulink, SimPowerSytem y SPICE.
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FORMACIÓN BÁSICA FORMACIÓN PROFESIONAL FORMACIÓN HUMANA
X
o Aplicaciones Industriales.
o Rectificadores trifásicos de 12 pulsos con conexión serie y paralelo.
o Transmisión de potencia eléctrica con enlaces HVDC.
o Rectificadores trifásicos de 18, 24 y 36 pulsos.
o Introducción a los rectificadores PWM como fuentes de voltaje y corriente.
VI. CONTROLADORES DE VOLTAJE ALTERNO CONMUTADOS POR LINEA (CONVERTIDORES AC/AC). ( sesiones - 10 horas).
o Controladores de voltaje alterno monofásicos: topologías; tipos de control; monofásicos bidireccionales con carga resistiva y resistiva-inductiva; con modulación de ancho de pulso (PWM).
o Controladores de voltaje alterno trifásicos: topologías; de onda completa conectados en estrella y delta; variación de velocidad y arrancadores suaves de motores de inducción; sistemas de transmisión AC flexibles.
o Análisis de Fourier y armónicos.
o Simulación de circuitos de disparo con MATLAB-Simulink, SimPowerSytem y SPICE.
o Aplicaciones industriales.
VII. REGULADORES CONMUTADOS EN ALTA FRECUENCIA (CONVERTIDORES DC-DC). sesiones - 10 horas).
o Topologías.
o Convertidor reductor (Buck).
o Convertidor elevador (Boost).
o Corrección del factor de potencia (PFC) para convertidores DC-DC.
o Simulación de circuitos de modulación con MATLAB-Simulink, SimPowerSytem, PLECS y SPICE.
o Aplicaciones industriales.
7. CARGA HORARIA: TEORÍA/PRÁCTICA
Dos sesiones de clases por semana de dos horas de duración por sesión (56 horas de duración totales por semestre)
8. CONTRIBUCIÓN DEL CURSO EN LA FORMACIÓN DEL ESTUDIANTE
Es una materia del eje de formación profesional en las mallas de las dos especializaciones de la carrera de Ingeniería en Electricidad: Potencia, y Electrónica y Automatización industrial. Contribuye en las ciencias de la ingeniería con el análisis, diseño y dimensionamiento de convertidores de potencia: AC/DC, AC/AC y DC/DC, para aplicaciones industriales, reforzado con el uso de herramientas modernas de simulación y diseño asistido por computador. Este curso integra los conocimientos adquiridos en los cursos previos de: Análisis Numérico, Maquinaria I, Electrónica I y Control Automático.
9. RELACIÓN DE LOS RESULTADOS DE APRENDIZAJE DEL CURSO CON LOS RESULTADOS DE APRENDIZAJE DE LA CARRERA
RESULTADOS DE CONTRIBUCI RESULTADOS El estudiante debe APRENDIZAJE DE LA
CARRERA ÓN (Alta,
Media, Baja) DE
APRENDIZAJE DEL CURSO
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a) Habilidad para aplicar conocimiento de matemáticas,
ciencia e ingeniería
Alta 1 Analizar y encontrar soluciones matemáticas para las variables eléctricas de los convertidores AC/DC, AC/AC y DC/DC y las
técnicas de Fourier para el análisis de armónicos y figuras
de mérito de los convertidores de potencia.
b) Habilidad para diseñar y conducir experimentos, así como para analizar e interpretar datos
Media 3 Diseñar, analizar e interpretar datos obtenidos a partir de las
simulaciones de las técnicas de generación de pulsos de disparo de las diferentes topologías de
sistemas de conversión de potencia AC/DC, AC/AC y señales de modulación de
convertidores DC/DC.
c) Habilidad para diseñar un sistema, componente o proceso
bajo restricciones realistas
Media 3 Tareas para simular y depurar aplicaciones con sistemas de
conversión de potencia AC/DC, AC/AC y DC/DC bajo restricciones realistas.
d) Habilidad para trabajar como un equipo multidisciplinario
Media 1,2,3 Tareas para el análisis de casos de estudio de soluciones de
Ingeniería con la participación de grupos de tres estudiantes.
e) Habilidad para identificar, formular y resolver problemas de
ingeniería
Media 1,2,3 Identificación y resolución de problemas de Ingeniería en
casos de estudio planteados en las tareas.
f) Comprensión de la Baja responsabilidad ética y
profesional
g) Habilidad para comunicarse Baja efectivamente
h) Una amplia educación Baja necesaria para entender el
impacto de las soluciones de ingeniería en un contexto social,
medioambiental, económico y global
i) Reconocimiento de la necesidad y una habilidad para
comprometerse con el aprendizaje a lo largo de la vida
Media 4 Tareas con tópicos de investigación actualizados en el
área de aplicación de convertidores de potencia AC/DC,
AC/AC y DC/DC en equipos modernos con tecnología de
punta.
j) Conocimiento de los temas Baja contemporáneos
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11. RESPONSABLE DE LA ELABORACIÓN DEL SYLLABUS Y FECHA DE ELABORACIÓN
12. VISADO
SECRETARIO ACADÉMICO DE LA UNIDAD ACADÉMICA
DIRECTOR DE LA SECRETARIA TÉCNICA ACADÉMICA
NOMBRE:
Sra.Leonor Caicedo G.
FIRMA:
echa de aprobación en nsejo Directivo:
2013-537 2013-.10-7
NOMBRE:
ng.Marcos Piendoza V.
FIRMA: ESCUELA SUPERIO
arcos Mendoza DIRECTOR DE LA SECRETARIA
TECN1CA_ACADÉMICA
Resoluc':
ORAL
ING. DAMIAN LARCO G.
20 FEB 2013
Elaborado por :
Fecha:
k) Habilidad para usar las técnicas, habilidades y
herramientas modernas para la práctica de la ingeniería
Alta 3 Uso de herramientas modernas de programación y simulación
asistida por computador: SPICE, MATLAB,Simulink- SimPowerSystem.
I) Capacidad de liderar, gestionar o emprender proyectos
Baja
10. EVALUACIÓN DEL CURSO
Actividades de Evaluación
Exámenes X
Lecciones X
Tareas X
Proyectos
Laboratorio/Experimental
Participación en Clase
Visitas en Clase X
Otras X
13. VIGENCIA DEL SYLLABUS
RESOLUCIÓN DEL CONSEJO POLITECNICO:
13-12-343
2013-12-12
FECHA:
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