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DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA

ASIGNATURA: ELECTRÓNICA APLICADACÓDIGO: 304 100 615 0 CURSO ACADÉMICO: 2002-03

Fdo. Carlos Martínez-Peñalver Freire Fdo. Jorge Marcos Fdo. Andrés Nogueiras

PROGRAMA DE LA ASIGNATURA:

ELECTRÓNICA APLICADA

CENTRO: E. T. S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES

TITULACIÓN: INGENIERO INDUSTRIAL

ESPECIALIDAD: ELÉCTRICA (INTENSIFICACIÓN AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA)

CURSO: 6º

TIPO DE ASIGNATURA: OBLIGATORIA

CRÉDITOS: 18 CRÉDITOS (15 TEORÍA+ 3 LABORATORIO)

PROFESORADO:

TEORÍA

D. Carlos Martínez-Peñalver Freire (Profesor coordinador)Tutorías: X: 12-13; J: 11-13; V: 9-12

D. Jorge Marcos AcevedoTutorías: J: 11-14; V: 9-12

LABORATORIO

D. Andrés Augusto Nogueiras MeléndezTutorías: M: 9-13

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OBJETIVOS

Introducir al alumno en el estudio de los fundamentos de la electrónica de potencia y sus aplicacionesdentro del campo de la Electrónica Industrial.

PROGRAMA DE TEORIA

Carga docente teórica y práctica: 180H ( 95HT + 43HP + 30HL+12H)

I. INTRODUCCIÓN. (1HT) Tema 1.- Introducción a la Electrónica Industrial. (1HT)

Generalidades. Aplicaciones e historia de la Electrónica de potencia. Semiconductores de potenciay características de control. Clasificación y diseño de convertidores. Especializaciones de losingenieros en el campo de la Electrónica Industrial.

II. COMPONENTES ELECTRÓNICOS DE POTENCIA. (5HT+5HP)

Tema 2.- Tiristores. (2HT)Introducción. Características estáticas: bloqueo y conducción. Características dinámicas.Protecciones. Asociación de tiristores en serie y en paralelo: ecualizaciones estática y dinámica.Otros tiristores: SCR's rápidos, el TRIAC, el GTO y el MCT.

Tema 3.- Disparo de tiristores. (2HT)Introducción. Formas de disparo. Característica puerta-cátodo. Disparo por impulsos cortos ymantenido. Circuitos básicos de disparo. El transistor monounión (UJT). El transistor monouniónprogramable (PUT).

Tema 4.- Bloqueo de tiristores. (1HT+5HP)Introducción. Bloqueo estático y dinámico. Bloqueo natural y forzado. Bloqueo por fuente inversade tensión (FIT) y de corriente (FII).

III. RECTIFICACIÓN. (18HT+13HP)

Tema 5.- Rectificación polifásica. (3HT)Introducción. Esquemas generales. Valor medio de la tensión rectificada. Dimensionado de losdiodos: tensión inversa máxima y corrientes máxima y eficaz. Evaluación de las pérdidas:conmutación no instantánea. Rendimientos. Curva de carga de un rectificador.

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Tema 6.- Transformadores para equipos rectificadores. (2HT)Análisis de las corrientes en los devanados del transformador. Equilibrio de amperios-vuelta.Potencia suministrada y potencia aparente. Factores de potencia y de desplazamiento. Equiposrectificadores trifásicos de media y doble onda.

Tema 7.- Diseño de circuitos rectificadores. (1HT+2HP)Supuestos iniciales. Evaluación de las pérdidas. Elección de los diodos semiconductores. Cálculodel sistema de refrigeración. Criterios de elección del transformador. Protecciones.

Tema 8.- Asociación de equipos rectificadores. (1HT+1HP)Asociación de rectificadores en serie. Desfases horarios. Asociación de rectificadores en paralelo.Desfases horarios. Bobina mediatriz.

Tema 9.- Rectificación controlada. (3HT)Fundamentos de la rectificación controlada. Configuraciones. Tensión en vacío y en carga. Pérdidas.Variación de la tensión de salida. Conmutación no instantánea. Conmutación con diodo de librecirculación.

Tema 10.- Equipos rectificadores controlados. (4HT+4HP)Convertidores de media onda. Convertidores de doble onda semicontrolados y totalmentecontrolados. Influencia de la carga. Carga activa: motor de CC. Convertidores de cuadrantes.

Tema 11.- Interacciones entre la red de distribución y los equipos rectificadores. (1HT+2HP)Generalidades. Inyección de armónicos en la red. Distorsión. Filtros. Consumos de potencia activay reactiva. Efectos de la conmutación no instantánea.

Tema 12.- Cicloconvertidores. (1HT)Introducción. Cicloconvertidores monofásicos. Cicloconvertidores trifásicos. Conmutación natural.Conmutación forzada. Modos de operación. Reducción de armónicos.

Tema 13.- Simulación de circuitos de potencia. (2HT)Introducción. Simulador eléctrico. Simulación con PSPICE. Convergencia. Proceso de lasimulación. Análisis de librerías específicas de componentes de potencia.

Tema 14.- Simulación de circuitos rectificadores trifásicos. (4HP)Simulación, usando Pspice, de montajes de rectificadores trifásicos.

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IV. INTERRUPTORES Y REGULADORES DE AC. (4HT+1HP)

Tema 15.- Interruptores estáticos de AC. (1HT)Introducción. Interruptores monofásicos. Interruptores trifásicos. Interruptores de bloqueo forzado.Problemas en el disparo.

Tema 16.- Reguladores de corriente alterna. (3HT+1HP)Generalidades. Control integral. Control de fase. Reguladores monofásicos. Influencia del tipo decarga. Reguladores trifásicos semicontrolados y totalmente controlados.

V. INVERSORES. (10HT+10HP)

Tema 17.- Inversores estáticos: Introducción. (3HT)Introducción. Clasificación. Configuraciones del circuito de potencia. Inversores trifásicos.Funcionamiento como fuente de tensión y como fuente de corriente.

Tema 18.- Control de la tensión. (2HT+2HP)Generalidades. Control de la tensión de inversores monofásicos. Análisis de las formas de onda.Control de la tensión de inversores trifásicos.

Tema 19.- Modulación del ancho del pulso. (1HT+1HP)Generalidades. Modulación por técnicas analógicas. Modulación por técnicas digitales. Técnicasavanzadas. Reducción y eliminación de armónicos.

Tema 20.- Filtrado. (1HT+1HP)Introducción. Filtros resonantes. Otros filtros. Consumos de potencia activa y reactiva.Consideraciones para el diseño. Diseño básico de un filtro resonante.

Tema 21.- Inversores de conmutación forzada. (2HT+1HP)Introducción y clasificación. Inversores con conmutación auxiliar: circuito de McMurray. Inversorescon conmutación complementaria: circuito de McMurray-Bedford. Inversores CSI: inversor deHamudhanov-Ward.

Tema 22.- Inversores resonantes. (1HT+1HP)Generalidades. Inversor resonante serie. Inversor de Mapham: análisis y cálculo del circuito.Inversor resonante paralelo. Inversor resonante clase E.

Tema 23.- Simulación de circuitos inversores (4HP)Simulación, usando Pspice, de montajes inversores monofásicos y trifásicos.

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VI. INTERRUPTORES Y REGULADORES DE CC. (18HT+10HP)

Tema 24.- Interruptores estáticos de CC. (2HT)Generalidades. Utilización de transistores y tiristores. Interruptores con bloqueo forzado: análisisy dimensionado del circuito.

Tema 25.- Reguladores de corriente continua. (1HT)Introducción. Evolución histórica de los sistemas de alimentación. Clasificación. Problemática delfiltro. Elementos básicos de los reguladores no disipativos.

Tema 26.- Convertidores CC/CC con tiristores. (2HT+1HP)Convertidor con frecuencia variable: bloqueo por LC. Convertidor con tiempo de conducciónvariable: bloqueo por condensador en paralelo. Convertidores elevadores. Análisis y dimensionadode los circuitos.

Tema 27.- Convertidores CC/CC conmutados PWM con transistores I. (3HT+1HP)Topologías básicas con un único interruptor: convertidor reductor (buck), convertidor elevador(boost) y convertidor reductor-elevador (buck-boost). Análisis de los circuitos en modo deconducción continuo y discontinuo.

Tema 28.- Convertidores CC/CC conmutados PWM con transistores II. (1HT+1HP)Topologías complejas con un único interruptor: convertidor directo (forward) y convertidor deretroceso (flyback). Análisis de los circuitos en modo de conducción continuo y discontinuo.Características.

Tema 29.- Convertidores CC/CC conmutados PWM con transistores III. (1HT)Topologías con varios interruptores: convertidor a contrafase (push-pull), convertidor medio puente(half-bridge) y convertidor en puente completo (full-bridge).

Tema 30.- Diseño de los elementos reactivos en convertidores CC/CC. (1HT)Diseño del transformador de aislamiento y de la bobina del filtro de salida: introducción, elecciónde los núcleos, cálculo de la relación de transformación, diseño de los devanados y pérdidas en eltransformador y la bobina.

Tema 31.- Convertidores CC/CC conmutados resonantes.(3HT+1HP)Introducción y clasificación. Convertidor resonante derivado del amplificador de clase E.Convertidor resonante derivado de las estructuras clásicas de inversores resonantes. Convertidoresde interruptor resonante: conmutado a corriente cero (ZCS) y conmutado a tensión cero (ZVS).

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Tema 32.- Control de convertidores CC/CC.(4HT+2HP)Introducción. Diagramas de Bode. Criterios de estabilidad. Control en modo tensión: frecuenciaconstante y frecuencia variable. Control en modo corriente: corriente media y corriente ciclo a ciclo.Redes de realimentación en convertidores CC/CC: control en modo tensión y control en modocorriente.

Tema 33.- Simulación de convertidores continua-continua. (4HP)Simulación, usando Pspice, de un convertidor reductor PWM en modo de conducción continuo ydiscontinuo.

VII. PROTECCIONES. (4HT)

Tema 34.- Protecciones en sistemas electrónicos de potencia. (1HT)Generalidades. Análisis de las principales causas de destrucción de los semiconductores. Fiabilidad.Seguridad en las instalaciones industriales.

Tema 35.- Protecciones térmicas. (1HT)Generalidades. Evaluación de las pérdidas. Ley de Ohm térmica. Impedancia térmica transitoria.Curvas de calentamiento y enfriamiento para diferentes tipos de carga. Protección por limitación dela temperatura máxima en la unión. Cargas pulsantes. Refrigeración.

Tema 36.- Protección contra sobretensiones. (1HT)Causas de sobretensiones. Sobretensiones de tipo repetitivo. Sobretensiones de tipo aleatorio. Efectoy supresión de las sobretensiones. Circuitos supresores.

Tema 37.- Protección contra sobrecargas. (1HT)Introducción. Cortocircuitos. Cortocircuitos en equipos electrónicos. Métodos de protección.Métodos de coordinación fusible-semiconductor. Cálculo del parámetro I²t.

VIII. CIRCUITOS DE MANDO Y CONTROL. (4HT)

Tema 38.- Mando y medida. (2HT)Generalidades y clasificación. Características generales. Dispositivos de consigna. Dispositivos demedida. Información analógica y digital.

Tema 39.- Regulación y amplificación. (2HT)Generalidades. Tipos de reguladores. Principios generales de los sistemas de control en el dominiode la Electrónica Industrial. Control digital. Etapas amplificadoras. Acoplamientos.

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IX. INSTALACIONES: COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA. (5HT)

Tema 40.- Directiva, estándares y pruebas. (2HT)Introducción. Organismos de Reglamentación. Normas. Cumplimiento de la normativa.

Tema 41.- Acoplamiento de interferencias. (1HT)Fuente y receptor. Tipos y modos de acoplamiento. Emisiones y susceptibilidad. Armónicos en lared

Tema 42.- Minimización de interferencias. (2HT)Disposición esquemática y conexión a tierra. Cables y conectores. Filtrado. Blindaje. Diseño parael control de las emisiones de las fuentes de alimentación conmutadas.

X. INSTALACIONES: FIABILIDAD. (26HT+ 4HP)

Tema 43.- Consideraciones generales. (1HT).Introducción y Objetivos. Definición de Calidad y Fiabilidad. Metodología para determinar Calidady Fiabilidad.

Tema 44.- Cálculo y predicción de fiabilidad. (4HT).Parámetros típicos: Tasa de fallos, Tiempo medio entre fallos, Tiempo medio hasta el fallo.Predicción de Fiabilidad: Aplicación y cálculo. Fiabilidad de componentes electrónicos. Manualesde datos y software aplicable. Fiabilidad del software. Ejemplos de aplicación.

Tema 45.- Fiabilidad de sistemas electrónicos. (4HT).Concepto y tipos de sistemas en fiabilidad. Cálculo de la fiabilidad de sistemas. Redundancias:Tipos, cálculo y optimización. Reparto de la fiabilidad. Ejemplos de aplicación.

Tema 46.- Mantenibilidad y disponibilidad. (4HT).Facilidad de mantenimiento. Parámetros: Tiempo medio de reparación, tasa de reparación.Dimensionado de Stocks. Demostración de la Mantenibilidad. Métodos de prueba. Disponibilidady seguridad. Eficacia de sistemas. Ejemplos de aplicación.

Tema 47.- Ensayos de fiabilidad. (4HT+ 3HP).Consideraciones generales sobre la utilidad y tipos de ensayos. Técnicas de muestreo. Influencia delmedio ambiente en la Fiabilidad. Tipos y planes de ensayo. Ensayos acelerados. Métodos de control,organización y parámetros de aceptación-rechazo. Niveles de calidad (AQL,LPTD). Normasaplicables. Ejemplos de aplicación.

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Tema 48.- Herramientas de fiabilidad. (2HT).AMFEC. Árbol de fallos. Modelos de Markov.

Tema 49.- Análisis de fallos. (4HT+ 1HP).Análisis para la determinación de causas, modos y mecanismos de fallo. Fases necesarias.Simulación de fallos y software aplicable. Tipificación de fallos en componentes y ensambladoselectrónicos. Normas aplicables en ingeniería electrónica.

Tema 50.- Implantación de sistemas de calidad-fiabilidad. (3HT).Conceptos básicos y terminología. Definición de Sistema de calidad-fiabilidad. Etapas necesariaspara la implantación de sistemas de calidad-fiabilidad. Homologación y certificación. Auditorías delos sistemas de calidad-fiabilidad. Manual de calidad-fiabilidad. Normas ISO 9000: Datos históricosy equivalencias.

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PROGRAMA DE PRACTICAS DE LABORATORIO

Práctica nº 1.- Dispositivos. Tiristores: SCR.(3H)

Disparo del SCR. Sincronización. Bloqueo forzado por fuente inversa de tensión.

Bloqueo forzado por fuente inversa de corriente.

Práctica nº 2.- Dispositivos. Tiristores: TRIAC.(3H)

Control de potencia alterna. Circuito de control con DIAC.

Práctica nº 3.- Rectificación. Conversión trifásica de media onda(4H).

Circuito de mando y control. Curva de transferencia. Proceso de conmutación. Cargas

pasivas y activas.

Práctica nº 4.- Rectificación. Conversión trifásica de doble onda.(4H)

Circuito de mando y control. Montaje semicontrolado. Montaje totalmente controlado.

Práctica nº 5.- Inversión. Conversión monofásica a transistores.(4H)

Circuito de mando y control. Montajes con transformador y batería de toma media.

Montaje en puente. Carga inductiva.

Práctica nº 6.- Aplicaciones. Control de temperatura.(4H)

Estructura de potencia. Circuitos de control. Ajuste de los reguladores.

Práctica nº 7.- Aplicaciones. Control de velocidad de motores eléctricos.(4H)

Estructuras de potencia. Circuitos de control. Motores de corriente continua. Motores

de corriente alterna.

Práctica nº 8.- Fiabilidad.(4H)

Cálculo de fiabilidad de un circuito electrón ico: Se realizará el cálculo predictivo de los

parámetros de fiabilidad de un circuito electrónico, en base a la norma MIL-HDBK-

217F. Análisis de fallos y criticidad de circuitos electrón icos:Se realizará el análisis

modal de fallos y sus efectos críticos (AMFEC) de un sistema electrónico.

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BIBLIOGRAFIA

1. CONVERTIDORES ALTERNA-CONTINUA CON TIRISTO RES. J.Peracaula R oura.

Marcombo. 1990

2. ELECTRÓNICA DE POTENCIA: LOS CONVERTIDORES ESTÁTICOS DE ENERGÍA.

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Gili. 1987.

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CONVER SIÓN ALTER NA-CONTIN UA. Guy Seguier. Gustavo Gili. 1987.

4. ELECTRÓNICA INDUSTRIAL. ELECTRÓNICA DE POTE NCIA . Hansruedi Bühler.

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5. ELECTRÓNICA INDUSTRIAL. TÉCNICAS DE POTENCIA. J.A.Gualda, S.Martinez y

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6. LE TRANSISTOR DE PUISSANCE DANS SON ENVIRONNEMENT. Thomson-CSF

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8. POWER EL ECTRONICS. F.Csaki. Akademiai Kiado-Budapest. 1974.

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13. CONTRO L OF ELECTR ICAL DRIVES. Werner Leonhard. Springer-Verlag. 2001

14. POWER ELECT RONIC S. CIRCUITS, DEVICES AND APPLICATIONS. 2nd Edition.

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15. POWER ELECTRONICS: CONVERTERS, APPLICATIONS AND DESIGN. N. Mohan,

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17. PSPICE CIRCUIT AN ALYSIS. MicroSim Corporation. 1991.

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24 ANÁLISIS DE Á RBOLES DE FALLOS. U. Hauptmans. Ediciones Bellaterra, 1986.

25 INTRODUCTION TO PROBABILITY MODELS. Sheldon M. Ross. Academic Press, Inc.

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26 FIABILIDAD Y SE GURIDAD . A. Creus. Marcombo, 1992.

27 MANUA L DE CON TROL DE CALIDAD (2ª Edic ion). J.M . Juran, Fran k M. Gryna, R.S.

Bingham. Reverté, S.A., 1990

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MÉTODO DOCENTE

Para la docencia teórica se utilizarán los medios materiales existentes en las aulas para la proyección detransparencias y exposiciones. Para la docencia práctica se dispone de los laboratorios que el Departamentode Tecnología Electrónica dispone en las instalaciones de la E.T.S.Ing.Industriales.

EVALUACIONEXÁMENES:

Se realizará un primer examen parcial liberatorio el viernes día 7 de Febrero de 2003 a las 9.00 horas.Se realizará un segundo examen parcial/final, cuya fecha será fijada por la Jefatura de Estudios. En este

examen, los alumnos que no hubieran liberado el primer parcial se examinaran de toda la asignatura.En los exámenes, cuya puntuación se valorará entre 0 y 10 puntos, se podrá utilizar todo tipo de material

académico.La realización de todas las prácticas es un requisito imprescindible para aprobar la asignatura. A los

alumnos que hayan superado el programa de prácticas en cursos anteriores les serán convalidadas durante elpresente curso académico.

TRABAJOS:

Es obligatorio la realización de un anteproyecto individual, que se asignará en el mes de Febrero. Esteanteproyecto tendrá una carga de 1,2 créditos. Las fechas límite para su entrega son:

1º Convocatoria: 4ª semana de Junio de 2003.2º Convocatoria: 1ª semana de Septiembre de 2003.3º Convocatoria: 2ª semana de Diciembre de 2003.

PRERREQUISITOS Y CORREQUISITOS RECOMENDADOS

Prerrequisitos: Tener aprobada Electrónica I y Electrónica II y estar matriculado de las materiasElectrónica III, Regulación Automática III y Máquinas Eléctricas.

Correquisitos: Ninguno.

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