INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: ASIGNATURA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica Electrónica de Potencia II SEMESTRE: Noveno OBJETIVO GENERAL: El alumno diseñará y construirá diferentes circuitos convertidores modulados por ancho de pulso PWM, Inversores resonantes, fuentes conmutadas y cicloconvertidores para control de motores de C.A. y C.D. así como fuentes de poder No-Interrumpibles (UPS). CONTENIDO SINTÉTICO: I.- Introducción. II.- Inversores con Técnicas de Modulación por Ancho de Pulso PWM. III.- Inversores Resonantes. IV.- Fuentes Conmutadas y Protección. V.- Convertidores C.A.-C.A., control de Motores de C.A., C.D. y de Pasos. VI.- Fuentes de Poder No-Interrumpibles (UPS). METODOLOGÍA: Diseño, construcción y prueba de los diferentes convertidores de potencia eléctrica, interpretación de los resultados en el laboratorio para aplicaciones típicas. Consulta y recopilación de información en la bibliografía propuesta y a través de medios impresos, discos compactos ó Internet. Trabajo en equipos de dos participantes y en equipos más numerosos para la realización de proyectos y/o trabajos mediante simulación de circuitos con PC y comprobación experimental en el laboratorio. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Aplicación de tres exámenes ordinarios en el que se evaluarán los conceptos teóricos. Realización de prácticas de laboratorio y entrega de informes. Búsqueda de información, exposiciones, proyectos, participaciones y tareas en diferentes medios: biblioteca, Internet, manuales, discos compactos. Realización de un proyecto individual y un proyecto grupal con circuitos enfocados a la electrónica de potencia. Tareas y participaciones. BIBLIOGRAFÍA: 1. Bose, B. K., Modern Power Electronics, Technology and Applications, EUA, 1992. Páginas 125-186. 2. Dewan and A. Straughen, Power Semicondutor Circuits, Wiley, Canadá, 1975, 516 págs. 3. Hart, W. Daniel, Electrónica de Potencia, Prentice Hall, EUA, 2001. Páginas 235-273. 4. Rashid Mohammad, Electrónica de Potencia Circuitos, Dispositivos y Aplicaciones, Pearson/Prentice Hall, México, 2004, 878 págs. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidades Culhuacan y Zacatenco. CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica OPCIÓN: Opción Electrónica COORDINACIÓN: DEPARTAMENTO: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica ASIGNATURA: Electrónica de potencia II SEMESTRE: Noveno CLAVE: CLA 049 CRÉDITOS: 7.5 VIGENTE: 2006 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-práctica MODALIDAD: Escolarizada TIEMPOS ASIGNADOS HORAS/SEMANA/TEORÍA: 3.0 HORAS/SEMANA/PRÁCTICA: 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 M. en C. 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 ESTUDIOS SUPERIORES ASIGNATURA: Electrónica de Potencia II CLAVE: CLA 049 HOJA: 2 DE 10 FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA En la actualidad, la electrónica de potencia se aplica en el manejo, medición, protección, control y transformación de la energía eléctrica en el transporte, la Industria, el comercio, servicios técnicos y en el uso residencial. En este curso se contempla el diseño, análisis, construcción y prueba de convertidores básicos que pueden emplearse en todas las aplicaciones de los diferentes sectores de la sociedad antes citados, mediante la utilización de dispositivos electrónicos de estado sólido. El curso es fundamental en la formación de un Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica con la opción de Electrónica ya que los conocimientos adquiridos le permitirán contar con las herramientas mínimas necesarias para abordar y desarrollar temas avanzados de la ingeniería de Electrónica de Potencia. La asignatura de Electrónica de Potencia II, tiene como prerrequisito las siguientes asignaturas: Electrónica de Potencia I, Electrónica Digital, Electrónica Lineal, Dispositivos Electrónicos y Mediciones, dentro del plan de estudios de la carrera de Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica. OBJETIVO GENERAL: El alumno diseñará y construirá diferentes circuitos convertidores modulados por ancho de pulso PWM, Inversores resonantes, fuentes conmutadas y cicloconvertidores para control de motores de C.A. y C.D. así como fuentes de poder No-Interrumpibles (UPS). INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES ASIGNATURA: Electrónica de Potencia II No. UNIDAD: I CLAVE: CLA 049 HOJA: 3 DE 10 NOMBRE: Introducción OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará los conceptos sobre circuitos convertidores básicos de potencia eléctrica con dispositivos electrónicos del estado sólido para el control y la conversión de la energía eléctrica. No. TEMA HORAS TEMAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA T P EC 2.0 1.1 Convertidores de energía eléctrica: Convertidor C.A - C.D.. monofásico en ½ puente, puente completo, no controlado, semi controlado y controlado. inversores C.D.-A.C. Definición de un inversor Push Pull , convertidores C.A.-C.A., protección, dispositivos modernos. 1.5 1.2 Protección de redes con Snubbers RC, varistores y termistores como elementos de protección. 1.5 1.3 Fuentes conmutadas, ciclo convertidores y control de motores de C.D. y motores a pasos. 1.5 1.4 Diferentes fuentes de corriente directa tradicionales y fuentes alternas de energía, generador termo-eléctrico, efecto Peltier, celda solar fotovoltaica, generador magneto hidrodinámico, generador de C.D., y alternador. 1.5 2.0 6.0 4.0 1C, 2B, 4B Subtotal: ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda de información de cada tema del programa por diferentes medios (bibliográfica, Internet, revistas, aplicaciones), sesiones de preguntas y respuestas sobre las ventajas y desventajas de los convertidores vistos, su protección así como los criterios de uso de fuentes conmutadas y descripción de las diferentes fuentes alternas de energía. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El primer examen ordinario abarcará las unidades I y II con el 20%. Las prácticas de laboratorio de la unidad II con el 20%. Tareas y participación en clase con el 20%. Proyecto realizado de las unidades I y II con el 40%. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES ASIGNATURA: Electrónica de Potencia II No. UNIDAD: II CLAVE: CLA 049 HOJA: 4 DE 10 NOMBRE: Inversores con técnicas de Modulación por Ancho de Pulso PWM. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno diseñará inversores (convertidores D.C.-A.C.) con diferentes técnicas de modulación de ancho de pulso PWM considerando la medición de sus parámetros de rendimiento, así mismo describirá técnicas avanzadas de modulación. No. TEMA 2.1 2.2 2.3 2.3.1 2.4 2.5 2.6 HORAS TEMAS Convertidor C.D.-C.A. en configuración ½ puente con carga resistiva y con carga fuertemente inductiva y diodos de retroalimentación. Determinación de la componente fundamental y de sus armónicas secundarias Ecuaciones del convertidor C.D.-C.A. para carga mixta y determinación de sus parámetros de rendimiento, ejercicio numérico en clase Convertidor C.D.-C.A. en configuración puente completo con carga resistiva y con carga fuertemente inductiva y diodos de retroalimentación. Convertidores trifásicos, topología configuraciones delta y estrella. Técnicas de modulación por ancho de pulso PWM, de varios pulsos UPWM, senoidal SPWM, senoidal modificada MSPWM, índices de modulación, determinación de armónicos. Valores RMS, valores fundamentales RMS. Inductores y trasformadores con componentes magnéticas de alta frecuencia (uso de ferritas). Subtotal: T 3.0 P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1C, 2B, 3C, 4B 1.5 3.0 1.5 2.0 7.5 1.5 1.5 2.0 3.0 3.0 2.0 15.0 10.5 6.0 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 moduladores por ancho de pulso PWM usando transistores bipolares y transistores MOSFET de potencia como elementos de salida, informe y conclusiones por escrito. Discusión de los temas y comprobación de los circuitos en laboratorio. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El primer examen ordinario abarcará las unidades I y II con el 20%. Las prácticas de laboratorio de la unidad II con el 40%. Tareas y participación en clase con el 20%. Proyecto realizado en las unidades I y II con el 20%. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES ASIGNATURA: Electrónica de Potencia II CLAVE: CLA 049 HOJA: 5 DE 10 No. UNIDAD: III NOMBRE: Inversores Resonantes OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno diseñará inversores resonantes de diferentes tipos a una frecuencia específica de salida . No. TEMA HORAS TEMAS T 3.1 Introducción sobre los inversores resonantes, ventajas respecto a los PWMs, análisis de pérdidas de potencia en la conmutación, aplicaciones de potencia. 1.5 3.2 Topología básica de un inversor resonante, acoplamiento óptico y magnético de excitación en la etapa de potencia. 1.0 3.3 Parámetros de diseño del inversor resonante, condición de subamortiguamiento, tipos de inversores resonantes. 1.0 3.4 Ejercicio práctico en clase para diseñar la práctica de laboratorio. 0.5 3.5 Frecuencia de resonancia, frecuencia del circuito resonante y frecuencia de salida deseada de diseño del inversor resonante, tipos de inversores resonantes Subtotal: P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1C, 2B, 3C, 4B 1.5 2.0 1.0 3.0 2.0 5.0 4.5 4.0 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 inversores resonantes para una frecuencia específica con transistores bipolares y MOSFET de potencia, construcción de bobinas para las aplicaciones requeridas, informe y conclusiones por escrito. Discusión de los temas y comprobación de los circuitos en laboratorio. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El segundo examen ordinario abarcará las unidades III y IV con el 20%. Las prácticas de laboratorio de las unidades con el 40%. Tareas y participación en clase con el 20%. Proyecto realizado en las unidades con el 20%. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES ASIGNATURA: Electrónica de Potencia II CLAVE: CLA 049 HOJA: 6 DE 10 No. UNIDAD: IV NOMBRE: Fuentes Conmutadas y Protección. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno diseñará fuentes conmutadas empleando elementos discretos y circuitos integrados, aplicando el inductor con núcleo de ferrita, considerando los principios de operación de las fuentes continuas de C.D. fijas o variables. No. TEMA HORAS TEMAS T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1C, 2B, 3C, 4B 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 Principios básicos de operación de las fuentes conmutadas. Análisis, desarrollo y deducción de las ecuaciones de diseño de una fuente conmutada de subida Análisis, desarrollo y deducción de las ecuaciones de diseño de una fuente conmutada de bajada. Análisis, desarrollo y deducción de las ecuaciones de diseño de una fuente conmutada de inversión. Fuentes Conmutadas aisladas con alimentación a partir de la fuente de alimentación de corriente alterna Corrección del factor de potencia en fuentes conmutadas Análisis, desarrollo y deducción de las ecuaciones de diseño de una fuente variable Análisis, desarrollo y deducción de las ecuaciones de diseño de una fuente fija de voltaje. Subtotal: 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 2.0 1.5 2.0 3.0 4.0 1.5 1.5 2.0 2.0 13 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 fuentes conmutadas específica con transistores bipolares y MOSFET de potencia, cálculo y construcción de bobinas con núcleo de ferrita para las aplicaciones requeridas, informe y conclusiones por escrito. Discusión de los temas y comprobación de los circuitos en laboratorio. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El segundo examen ordinario abarcará las unidades III y IV con el 20%. Las prácticas de laboratorio de las unidades con el 40%. Tareas y participación en clase con el 20%. Proyecto realizado en las unidades con el 20%. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES ASIGNATURA: Electrónica de Potencia II No. UNIDAD: V CLAVE: CLA 049 HOJA: 7 DE 10 NOMBRE: Convertidores C.A.-C.A., control de motores de C.A., C.D. y de pasos. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno diseñará convertidores C.A.-C.A. (ciclo convertidor o convertidor de frecuencia) con aplicación al control de velocidad de motores de inducción de C.A., probará motores de C.D. y de pasos utilizando un convertidor de C.D.-C.D. con la técnica de pulsadores. No. TEMA HORAS TEMAS T 1.5 5.7 Principio básico de operación de los ciclo convertidores dentro de la familia de los convertidores C.A.-C.A. Topología de un ciclo convertidor con TRIACs. Topología básica con puentes de rectificadores controlados de silicio (SCRs). Ecuaciones básicas con diferentes ángulos de conducción. Aplicaciones típicas de los ciclo-convertidores y electrónica de comando para una excitación con optoacopladores-micocontrolador, optoacopladores –CPU y opto acopladores –PC. Principios de operación y ecuaciones de motores de C.D. Motores a pasos de dos, tres y n fases. 5.8 5.9 Freno regenerativo en motores de C.D. Sistemas de arranque (Ignitores). 1.5 0.5 P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1C, 2B, 3C, 4B 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 Subtotal 0.5 1.0 3.0 2.0 1.0 1.0 1.5 1.5 10.0 2.0 3.0 6.0 4.0 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, aplicación de microcontroladores y PCs optoacoplados a dispositivos de potencia para su aplicación en las prácticas, conclusiones por escrito. Discusión de los temas y comprobación de los circuitos en laboratorio. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El tercer examen ordinario abarcará las unidades V y VI con el 20%. Las prácticas de laboratorio de las unidades con el 40%. Tareas y participación en clase con el 20%. Proyecto realizado en las unidades con el 20%. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES ASIGNATURA: Electrónica de Potencia II CLAVE: CLA 049 HOJA: 8 DE 10 No. UNIDAD VI NOMBRE: Fuentes de Poder No-interrumpibles (UPS). OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno diseñará y operará fuentes no-interrumpibles, empleando diferentes tipos y topologías, alimentada por un acumulador automotriz. No. TEMA HORAS TEMAS T P EC 1.5 1.0 CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1C, 2B, 3C, 4B 6.1 Fuentes de poder no-interrumpibles conmutadas 2.0 6.2 Fuentes de poder no-interrumpibles resonantes 1.5 6.3 Fuentes de poder no-interrumpibles bidireccionales 1.5 1.5 3.0 5.0 3.0 4.0 Subtotal: 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 de diferentes configuraciones de UPS., aplicación de microcontroladores, dispositivos de potencia IGBT y HEXFET para su aplicación en las prácticas, conclusiones por escrito. Discusión de los temas y comprobación de los circuitos en laboratorio. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El tercer examen ordinario abarcará las unidades V y VI con el 20%. Las prácticas de laboratorio de las unidades con el 40%. Tareas y participación en clase con el 20%. Proyecto realizado en las unidades con el 20%. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES ASIGNATURA: Electrónica de Potencia II CLAVE: CLA 049 HOJA: 9 DE 10 RELACIÓN DE PRÁCTICAS PRACT. No. NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDAD DURA CIÓN 1 Diseño, construcción y prueba de un inversor operando con técnicas de modulación de anchos de pulso PWM, en configuración H I, II 7.5 2 Diseño, construcción y prueba de un inversor operando con técnicas de modulación de siete anchos de pulsos uniformes UPWM en configuración H I, II 3.0 3 Diseño, construcción y prueba de un inversor resonante serie controlado con dos dispositivos electrónicos SCR(s) III 4.5 4 Diseño, construcción y prueba de una fuente conmutada de subida, de bajada y de inversión. IV 3.0 5 Diseño, construcción y prueba de un ciclo convertidor de 10, 20 y 30 Hz de frecuencias de control, para alimentar a un motor de inducción de AC. V 6.0 6 Diseño, construcción y prueba de un control de velocidad de motor de DC con la técnica de pulsadores VI 3.0 Subtotal: 27 LUGAR DE REALIZACIÓN Todas las prácticas se realizarán en el Laboratorio. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES ASIGNATURA: Electrónica de Potencia II CLAVE: CLA 049 HOJA: 10 DE 10 PERÍODO UNIDAD 1 I, II 2 III y IV El contenido de estas unidades será evaluado en el segundo examen ordinario en la parte teórico con el 20%, las practicas de laboratorio con el 40% , las tareas y participación en clase con el 20% y un proyecto con el 20%. 3 V y VI El contenido de estas unidades será evaluado en el tercer examen ordinario en la parte teórico con el 20%, las practicas de laboratorio con el 40% , las tareas y participación en clase con el 20% y un proyecto con el 20%. CLAVE B 1 2 4 El contenido de estas unidades será evaluado en el primer examen ordinario en la parte teórico con el 20%, las practicas de laboratorio con el 40% , las tareas y participación en clase con el 20% y un proyecto con el 20%. C BIBLIOGRAFÍA X Bose, B. K., Modern Power Electronics, Technology and Applications, EUA, 1992. Páginas 125-186. Dewan and A. Straughen, Power Semicondutor Circuits, Wiley, Canadá, 1975, 516 págs. X 3 X X PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Hart, W. Daniel, Electrónica de Potencia, Prentice Hall, EUA, 2001. Páginas 235273. Rashid, Mohammad, Electrónica de Potencia Circuitos, Dispositivos y Aplicaciones, Pearson/Prentice Hall, México, 2004, 878 págs. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA 1. DATOS GENERALES ESCUELA: CARRERA: ÁREA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica SEMESTRE Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica BÁSICAS ACADEMIA: C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C.S.H. ASIGNATURA: Electrónica ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Noveno Electrónica de Potencia II Licenciatura en Ingeniería Eléctrica, en Electrónica, en Instrumentación, en Comunicaciones y Electrónica y ramas afines 2.- OBJETIVO GENERAL: El alumno diseñará y construirá diferentes circuitos convertidores modulados por ancho de pulso PWM, Inversores resonantes, fuentes conmutadas y cicloconvertidores para control de motores de C.A. y C.D. así como fuentes de poder No-Interrumpibles (UPS). 3.-PERFIL DOCENTE: EXPERIENCIA PROFESIONAL CONOCIMIENTOS Principios de operación, funcionamiento y aplicación de equipos electrónicos, como son: Multímetro digital Multímetro analógico Fuentes de alimentación Generadores de señales Osciloscopio de propósito general. En la docencia. ACTITUDES En el manejo de equipo de laboratorio. En la correcta En el uso y aplicación de equipos modernos interpretación y uso de los para laboratorios de manuales de operación del electrónica equipo. En la comunicación para En el manejo de transmitir ideas en forma dispositivos modernos. oral y escrita. Capacidad de Análisis y En el manejo de Síntesis. sistemas comerciales de Lograr motivar al alumno. potencia Manejo de materiales didácticos. ELABORÓ Ing. Juan M. Morelos Castro Ing. Miguel Arizmendi Herrera PRESIDENTES DE ACADEMIA HABILIDADES REVISÓ Ing. Rubén Juárez Barrientos Ing. Guillermo Santillán Guevara SUBDIRECTORES ACADÉMICOS 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 MC Jesús Reyes García DIRECTORES DE LOS PLANTELES FECHA: 12 de mayo del 2006