INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica ASIGNATURA: Electrónica de Potencia I SEMESTRE: Octavo OBJETIVO GENERAL: El alumno diseñará y construirá circuitos convertidores básicos de potencia para el control de la energía eléctrica y experimentará en aplicaciones de electrónica de potencia utilizando controladores lógicos programables PLCs. CONTENIDO SINTÉTICO: I. II. III. IV. V. VI. Introducción a la Electrónica de Potencia. Dispositivos Semiconductores de Potencia. Convertidores C.A. – C.D. Controladores de C.A. Convertidores C.D. – C.A. (Inversores). Controlador Lógico Programable PLC METODOLOGÍA: Conformación de equipos de trabajo. Exposiciones y participación experimental con los dispositivos de electrónica de potencia a través de aplicaciones típicas por parte de los alumnos. Búsqueda de información y consulta bibliográfica con ayuda de medios impresos, Internet y manuales de fabricantes de dispositivos, se complementan con tareas y el trabajo experimental en el laboratorio mediante la realización de prácticas, además de la simulación de circuitos en computadora utilizando los programas disponibles. Realización de un proyecto con aplicación de un PLC. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Aplicación de tres exámenes ordinarios en los que se evaluarán los conceptos teóricos. Realización de prácticas de laboratorio y entrega de informes. Realización de prototipos de circuitos enfocados a la electrónica de potencia. Exposiciones y participaciones en clase. Entrega de proyecto BIBLIOGRAFÍA: 1.-Batten, George L. Jr. Programmable Controllers Hardware, software & applications, McGraw Hill, EUA, 1994. Páginas 1-83. 2.-Bose, B.k., Modern Power Electronics, Evolution, Technology and Applications, IEEE press, EUA, 1992. Páginas 236-268. 3.-Dewan and A. Straughen, Power Semiconductor Circuits, Wiley, Canadá, 1975, 516 págs. 4.-Hart, Daniel W., Electrónica de Potencia, Prentice-Hall, EUA, 2001. Páginas 315-358. 5.-Rashid, Mohammad, Electrónica de Potencia, Pearson-Prentice-Hall, México, 1995, 878 págs. 6.-Webb, John W. And Ronald A. Reis, Programmable Logic Controllers, Prentice Hall, EUA. 1995, 360 págs. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidades Culhuacan y Zacatenco CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica OPCIÓN: Especialidad Electrónica COORDINACIÓN: DEPARTAMENTO: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica ASIGNATURA: Electrónica de Potencia I SEMESTRE: Octavo CLAVE: CLA 040 CRÉDITOS: 7.5 VIGENTE: Febrero 2007 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctica MODALIDAD: Escolarizada TIEMPOS ASIGNADOS HORAS/SEMANA/TEORÍA: HORAS/SEMANA/PRÁCTICA: 3.0 1.5 H0RAS/SEMESTRE/TEORÍA: 54 HORAS/SEMESTRE/PRÁCTICA: 27 HORAS/TOTALES: 81 PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: Academias de Electrónica de ICE-ESIME Culhuacan y Zacatenco. REVISADO POR: Subdirecciones Académicas de ESIME Culhuacan y Zacatenco. APROBADO POR: C.T.C.E. de ESIME Culhuacan y Zacatenco. Ing. Ernesto Mercado Escutia. M. en C. Jesús Reyes García AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo del IPN INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR ASIGNATURA: Electrónica de Potencia I CLAVE: CLA 040 HOJA: 2 DE10 FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA En la actualidad, la electrónica de potencia se utiliza en el manejo, control y transformación de la energía eléctrica, tanto en la industria, el transporte y uso residencial. Este curso contempla el análisis y diseño de convertidores básicos que pueden emplearse en todas las opciones que se imparten en la escuela. El curso es fundamental en la formación de un ingeniero en comunicaciones y electrónica, ya que los conocimientos que en él adquiera le permitirán contar con las herramientas mínimas necesarias para asimilar temas más avanzados este campo. La asignatura de Electrónica de Potencia I tiene como prerrequisito la de Electrónica Analógica y Electrónica Digital, y será antecedente de la asignatura de Electrónica de Potencia II. OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno diseñará y construirá circuitos convertidores básicos de potencia para el control de la energía eléctrica y experimentará en aplicaciones de electrónica de potencia utilizando controladores lógicos programables PLCs. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR ASIGNATURA: Electrónica de Potencia I No. UNIDAD: I CLAVE: CLA 040 HOJA: 3 DE10 NOMBRE: Introducción a la Electrónica de Potencia OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará los conceptos de la Electrónica de Potencia y circuitos utilizados más importantes. HORAS No. TEMAS TEMA 1.1 Definición de la electrónica de potencia 0.5 1.2 Aplicaciones de la electrónica de potencia 0.5 1.3 Sistemas y técnicas de control de potencia 0.5 1.4 Sistemas electrónicos de potencia 1.5 1.4.1 Topología de circuitos electrónicos de potencia T Subtotal P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 2C, 3B, 5B 2.0 3.0 2.0 ESTRATEGIA DIDÁCTICA Formación de equipos de trabajo, realización de búsqueda de información de cada tema del programa por diferentes medios (bibliográfica, Internet, revistas, aplicaciones), realización de mesas redondas con preguntas y respuestas, lluvia de ideas y conclusiones sobre la definición, aplicaciones y alcances de la Electrónica de Potencia. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El contenido de esta unidad junto con las unidades II y III serán evaluadas con: Primer examen ordinario, el 40%. Prácticas de Laboratorio de las unidades II y III, el 40%. Tareas y participación en clase de las unidades I, II y III, el 20%. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR ASIGNATURA: Electrónica de Potencia I No. UNIDAD: II CLAVE: CLA 040 HOJA: 4 DE10 NOMBRE: Dispositivos Semiconductores de Potencia. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno calculará circuitos de polarización para conmutación con dispositivos semiconductores de potencia mas usuales y explicará el funcionamiento de todos los dispositivos contenidos en esta unidad. HORAS No. TEMAS TEMA 2.1 Diodos de potencia 2.1.1 Diodos rectificadores y Schottky 0.5 1.0 2.2 2.2.1 2.2.2 Transistores de potencia Transistor de unión bipolar BJT. Transistor bipolar de compuerta aislada IGBT. 1.0 0.5 1.0 2.2.3 1.5 2.2.4 2.2.5 Transistor de efecto de campo de oxido metal semiconductor MOSFET. Dispositivos COOLMOS Transistor de inducción estática SIT 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6 2.3.7 2.3.8 2.3.8 Tiristores Rectificador controlado de silicio SCR. Triodo de corriente alterna TRIAC. SCR activado por luz LASCR. Tiristor de conducción inversa RCT. Tiristor apagado por compuerta GTO. Tiristor controlado por FET, FETCTH. Tiristor apagado por MOS, MTO. Tiristor controlado por MOS, MCT. Tiristor de inducción estática SITH. 0.5 1.0 1.0 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 T Subtotal: 0.5 12.0 P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 2C, 4C, 5B 3.0 2.0 3.0 2.0 ESTRATEGIA DIDÁCTICA Formación de equipos de trabajo realización de búsqueda de información de cada tema del programa por diferentes medios (bibliográfica, Internet, revistas, aplicaciones), cálculo y armado de circuitos con transistor bipolar de potencia, transistor MOSFET de potencia y transistor IGBT, realización de pruebas en el laboratorio sobre los circuitos, informe y conclusiones por escrito. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El contenido de esta unidad junto con las unidades I y III serán evaluadas con: Primer examen ordinario, el 40%. Prácticas de laboratorio de las unidades II y III, el 40%. Tareas y participación en clase de las unidades I, II y III, el 20%. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR ASIGNATURA: Electrónica de Potencia I No. UNIDAD: III CLAVE: CLA 040 HOJA: 5 DE10 NOMBRE: Convertidores C.A. - C.D. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno diseñará circuitos rectificadores monofásicos, polifásicos y trifásicos no controlados con carga R , RL y con diodo de corrida libre. No. TEMA HORAS TEMAS T P 3.1 Rectificador monofásico con carga no controlados con carga R y RL. 1.5 4.5 3.1.1 De media onda y onda completa. 1.5 1.5 3.2 Diodo de carrera libre. 0.5 3.3 Rectificador trifásico y polifásico con carga R. 1.0 3.3.1 Rectificadores controlados por SCR. 3.0 3.3.2 De media onda y onda completa 0.5 3.0 8.0 4.5 Subtotal CLAVE BIBLIOGRÁFICA EC 3C, 5B 2.0 2.0 ESTRATEGIA DIDÁCTICA Formación de equipos de trabajo realización de búsqueda de información de cada tema del programa por diferentes medios (bibliográfica, Internet, revistas, aplicaciones), cálculo y armado de circuitos convertidores utilizando diodos de potencia, SCRs y TRIACs, realización de pruebas en el laboratorio sobre los circuitos, informe y conclusiones por escrito. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El contenido de esta unidad junto con las unidades I y II serán evaluadas con: Primer examen ordinario, el 40%. Prácticas de laboratorio de las unidades II y III, el 40%. Tareas y participación en clase de las unidades I, II y III, el 20%. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR ASIGNATURA: Electrónica de Potencia I No. UNIDAD: IV CLAVE: CLA 040 HOJA: 6 DE10 NOMBRE: Controladores de C.A. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno diseñará circuitos controladores de C.A. por fase, por ráfagas y circuitos reguladores de C.A. No. TEMA 4.1 TEMAS HORAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA T P EC Controlador de C.A. por ángulo de fase 3.0 3.0 2 4.2 Controlador de C.A. on – off. 3.0 1.5 2 4.3 Regulador de C.A. 4.0 3.0 2 10.0 7.5 6 Subtotal 2C, 3B, 5B ESTRATEGIA DIDÁCTICA Formación de equipos de trabajo realización de búsqueda de información de cada tema del programa por diferentes medios (bibliográfica, Internet, revistas, aplicaciones), cálculo y armado de circuitos controladores utilizando TRIACS y pruebas en el laboratorio sobre los circuitos, informe y conclusiones por escrito. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El contenido de esta unidad junto con la unidad V serán evaluadas con: Segundo examen ordinario, el 40%. Prácticas de laboratorio de las unidades IV y V, el 40%. Tareas y participación en clase de las unidades IV y V, el 20%. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR ASIGNATURA: Electrónica de Potencia I No. UNIDAD: V CLAVE: CLA 040 HOJA: 7 DE10 NOMBRE: Convertidores de C.D. – C.A. (Inversores) OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno diseñará circuitos inversores y de alta velocidad de conmutación y de alta eficiencia, realizará las mediciones de sus parámetros. No. TEMAS TEMA 5.1 Inversores monofásicos. 5.1.1 Inversor con transformador de toma media (pushpull) con modulación de onda cuadrada. 5.1.2 Inversor conmutado en medio puente. 5.1.3 Inversor conmutado en puente completo (puente H) con modulación de onda cuadrada. Subtotal: HORAS T P 3.0 CLAVE BIBLIOGRÁFICA EC 2 3.0 3.0 2 3.0 3.0 2 9.0 6.0 6.0 2C, 3B, 5B ESTRATEGIA DIDÁCTICA Formación de equipos de trabajo realización de búsqueda de información de cada tema del programa por diferentes medios (bibliográfica, Internet, revistas, aplicaciones), cálculo y armado de circuitos inversores utilizando transistores bipolares de potencia y transistores MOSFET de potencia y pruebas en el laboratorio sobre los circuitos, informe y conclusiones por escrito. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El contenido de esta unidad junto con la unidad IV serán evaluadas con: Segundo examen ordinario, el 40%. Prácticas de laboratorio de las unidades IV y V, el 40%. Tareas y participación en clase de las unidades IV y V, el 20%. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR ASIGNATURA: Electrónica de Potencia I No. UNIDAD: VI CLAVE: CLA 040 HOJA: 8 DE10 NOMBRE: Controlador Lógico Programable PLC OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno programará el PLC y lo aplicará a un sistema de Electrónica de Potencia. No. TEMAS TEMA 6.1 Introducción a los PLCs. 0.5 6.2 Plataforma de trabajo con PLCs. 1.0 6.3 Consideraciones del hardware. 1.5 6.3.1 Diferentes sensores para entradas analógicas o digitales. Consideraciones de energía para el manejo de las Salidas. 1.0 6.4 6.4.1 6.4.2 Variables de programación Programación escalera Programación por bloques funcionales 1.0 1.0 1.0 6.5 Señales de comunicación 1.5 6.6 Protección 1.0 6.7 Integración de los PLCs en aplicaciones de electrónica de potencia. 1.5 3.0 12.0 6.0 6.3.2 HORAS T Subtotal: P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1C, 6B 1.5 1.0 1.5 ESTRATEGIA DIDÁCTICA Formación de equipos de trabajo realización de búsqueda de información de cada tema del programa por diferentes medios (bibliográfica, Internet, revistas, aplicaciones), selección y conexión de elementos externos según la programación realizada al PLC, para cumplir las prácticas y un proyecto, informe y conclusiones por escrito. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El contenido de esta unidad será evaluada: Tercer examen ordinario, el 40%. Prácticas de laboratorio y un proyecto, el 50%. Tareas y participación en clase, el 10%. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR ASIGNATURA: Electrónica de Potencia I CLAVE: CLA 040 HOJA: 9 DE10 RELACIÓN DE PRÁCTICAS PRACTICA No. NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDAD DURACIÓN 1 Conmutación de dispositivos de potencia. II 3.0 2 Rectificadores monofásicos no controlados con y sin diodo de corrida libre. III 1.5 3 Rectificadores controlados. III 3.0 4 Controlador de C.A. por ángulo de fase y por ráfagas. IV 4.5 5 Regulador de C.A. IV 3.0 6 Inversor monofásico con transformador de toma media (Push – Pull). V 3.0 7 Inversor monofásico de puente completo (puente H). V 3.0 8 Manejo del PLC. VI 3.0 9 Aplicación del PLC. VI 3.0 Subtotal: 27 LUGAR DE REALIZACIÓN Estas prácticas se realizarán en los laboratorios de la academia de electrónica. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR ASIGNATURA: Electrónica de Potencia I CLAVE: CLA 040 HOJA: 10 DE10 PERÍODO UNIDAD PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 1 I , II y III El contenido de estas unidades será evaluado en el primer examen ordinario en la parte teórica con el 40%, las prácticas realizadas en el laboratorio con el 40%, tareas y participaciones con el 20%. 2 IV y V El contenido de estas unidades será evaluado en el segundo examen ordinario en la parte teórica con el 40%, las prácticas realizadas en el laboratorio con el 40%, las exposiciones, tareas y participaciones en clase con el 20%. 3 VI El contenido de esta unidad será evaluado en el tercer examen ordinario en la parte teórica con el 40%, un proyecto y las prácticas realizadas en el laboratorio con el 50%, tareas y participaciones con el 10%. CLAVE B 1 X X 5 6 Bose, B.k., Modern Power Electronics, Evolution, Technology and Applications, IEEE press, EUA, 1992. Páginas 236-268. Dewan and A. Straughen, Power Semiconductor Circuits, Wiley, Canadá, 1975, 516 págs. X 4 BIBLIOGRAFÍA Batten, George L. Jr. Programmable Controllers Hardware, Software & Applications, McGraw Hill, EUA, 1994. Páginas 1-83. X 2 3 C X Hart, Daniel W., Electrónica de Potencia, Prentice-Hall, EUA, 2001. Páginas 315-358. Rashid, Mohammad, Electrónica de Potencia, Pearson-Prentice-Hall, México, 1995, 878 págs. X Webb, John W. And Ronald A. Reis, Programmable Logic Controllers, Prentice Hall, EUA. 1995, 360 págs. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA 1. DATOS GENERALES ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidades Culhuacan y Zacatenco CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica SEMESTRE: ÁREA: C.S.H. ACADEMIA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA ASIGNATURA: Electrónica Octavo Electrónica de Potencia I ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO Licenciatura en Ingeniería Eléctrica, o Electrónica, o Control y REQUERIDO: Automatización o en Comunicaciones y Electrónica o ramas afines 2.-OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno diseñará y construirá circuitos convertidores básicos de potencia para el control de la energía eléctrica y experimentará en aplicaciones de electrónica de potencia utilizando controladores lógicos programables PLCs. 3.-PERFIL DOCENTE: EXPERIENCIA PROFESIONAL CONOCIMIENTOS En el uso de componentes electrónicas de potencia (dispositivos) En el diseño de circuitos electrónicos de potencia. Dominio en el uso de equipo de laboratorio para la medición e interpretación de señales eléctricas en aplicaciones prácticas de circuitos electrónicos de potencia. En la docencia. En el uso y aplicación de equipos modernos para laboratorios de electrónica. En el diseño de circuitos electrónicos de potencia y en la aplicación de componentes electrónicas de potencia (dispositivos). ELABORÓ Ing. Juan M. Morelos Castro Ing. Miguel Arizmendi Herrera PRESIDENTES DE ACADEMIA HABILIDADES En el manejo de equipo de laboratorio. En la correcta interpretación y uso de los especificaciones que proporciona el fabricante sobre las componentes electrónicas de potencia. En la comunicación para transmitir ideas en forma oral y escrita. Capacidad de Análisis y Síntesis. Lograr motivar al alumno. Manejo de materiales didácticos. REVISÓ Ing. Rubén Juárez Barrientos Ing. Guillermo Santillán Guevara SUBDIRECTORES ACADÉMICOS ACTITUDES Tener vocación por la docencia. Honestidad. Ejercicio de la crítica fundamentada. Respeto (buena relación maestro-alumno). Tolerancia Ética. Responsabilidad científica. Espíritu de colaboración. Superación docente y profesional. Buena presencia. Compromiso social. AUTORIZÓ Ing. Ernesto Mercado Escutia M. en C. Jesús Reyes García DIRECTORES DE LOS PLANTELES FECHA: 12 de mayo del 2006