IMCT-2010-229 Electronica de Potencia Aplicada

1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura : Electrónica de Potencia Aplicada Carrera : Ingeniería Mecatrónica Clave de la asignatura : MTJ-1012 SATCA1 4-2-6 2.- PRESENTACIÓN Caracterización de la asignatura. Esta asignatura aporta al perfil del Ingeniero Mecatrónico la capacidad para conocer los dispositivos semiconductores de potencia y su aplicación en sistemas eléctricos industriales monofásicos, bifásicos y trifásicos para el control de motores de corriente continua y alterna. Así mismo, se analizan los diferentes convertidores de energía y los aislamientos y protecciones para los circuitos de corriente alterna industriales. Intención didáctica. El temario se organiza en cinco unidades, las cuales se pueden cubrir en dieciséis semanas de clase, con la realización de prácticas de laboratorio que permitan conocer los circuitos electrónicos de potencia y su aplicación. En la unidad uno, se estudian los dispositivos semiconductores de potencia, sus parámetros y características eléctricas para su aplicación en la rectificación de señales eléctricas y control de motores de corriente directa y alterna. En la unidad dos, se estudian y analizan los parámetros y características de los diferentes tiristores y su aplicación para el control de máquinas eléctricas. En la unidad tres, se estudian los variadores y arrancadores de potencia electromecánicos y de estado sólido, para regular el arranque y velocidad en las máquinas eléctricas. En la unidad cuatro, se hace un estudio de los diferentes convertidores de energía, la modelización por ancho de pulso y su aplicación en dispositivos mecatrónicos. Por último, en la unidad cinco, se estudia el diseño de circuitos de disparo basados en redes pasivas (resistivas y RC), circuitos de disparo basados en timers y micro 1 Sistema de Asignación y Transferencia de Créditos Académicos . así como el acoplamiento de circuitos de disparo a elementos de potencia óptica y magnéticamente.controladores. control y  Capacidad de organizar y planificar.COMPETENCIAS A DESARROLLAR Competencias específicas: Competencias genéricas:  Diseñar circuitos electrónicos de Competencias instrumentales potencia y convertidores de energía. Innovación. Alcanzar objetivos . Trabajo en equipo. así como software para el diseño y simulación de circuitos. Creatividad. protección de motores eléctricos de  Conocimientos básicos de la corriente alterna y directa de uso carrera. instrumentos de medición eléctricos.3.  Toma de decisiones. Ética profesional Competencias sistémicas       Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica. Capacidad de aprender. industrial con dispositivos  Comunicación oral y escrita. electromagnéticos y de estado  Habilidades básicas del manejo de sólido. para el arranque.  Capacidad de análisis y síntesis.. Competencias interpersonales    Capacidad crítica y autocrítica. Habilidad para trabajar en forma autónoma.  Solución de problemas.  Habilidad para buscar y analizar información proveniente de fuentes diversas. Celaya. 24 al 28 de agosto de Jocotitlán. Jilotepec.Toluca. San Luis Potosí. Ciudad Cuauhtémoc. Instituto Tecnológico de Guanajuato. Reynosa. Saltillo. San Luis Potosí. La Laguna. Institutos Tecnológicos Cuauhtemoc. Reynosa. Irapuato. Academias de Ingeniería Desarrollo de Programas Mecatrónica de los Institutos en Competencias Tecnológicos de: Profesionales por los Reynosa. Hermosillo. Pabellón de Evento Reunión Nacional de Diseño e Innovación Curricular para el Desarrollo y Formación de Competencias Profesionales de la Carrera de Ingeniería Mecatrónica. Toluca y Zacapoaxtla. Mexicali. San Luis Potosí. Pabellón de Arteaga. Saltillo. Hermosillo. La Laguna. Celaya. Parral. enero de 2010. Apan. Estado de Hidalgo. Superior de Irapuato del Huichapan. Arteaga Representantes de los Institutos Tecnológicos de: Apizaco. Pabellón de Arteaga. Jocotitlán. Tlalnepantla. Toluca y Zacapoaxtla.HISTORIA DEL PROGRAMA Lugar y fecha de Participantes elaboración o revisión Representantes de los Institutos Tecnológicos de: Apizaco. Durango. Hermosillo. Irapuato. Oriente del 2009. de diciembre de 2009. Irapuato.Cd.. Ciudad Cuauhtémoc. Durango. Oriente del Estado de Hidalgo. del 1 de septiembre al 15 Jilotepec. Jilotepec. . Cuautla. Mexicali del 25 al 29 de Huichapan. Elaboración del programa de estudio propuesto en la Reunión Nacional de Diseño Curricular de la Carrera de Ingeniería Mecatrónica.4. Instituto Tecnológico Guanajuato. Reunión Nacional de Consolidación de los Programas en Competencias Profesionales de la Carrera de Ingeniería Mecatrónica. Cuautla. tanto en corriente directa como en corriente alterna.2.1.2. 7. 2. simular y construir circuitos electrónicos con dispositivos semiconductores analógicos y su aplicación en sistemas mecatrónicos.3.2. 1.4 UJT.c. 1.1. 2. de 1.1. para el arranque.1. 1. Circuitos de control híbridos (Electrónicos-electromecánicos).2 Rectificadores monofásicos y polifásicos.1. 2. 1.1 Características y parámetros.2.3. 2.OBJETIVO GENERAL DEL CURSO Diseñar circuitos electrónicos de potencia y convertidores de energía. 1.1 Arranque y paro de un motor de c. Características y parámetros. Aplicaciones en máquinas eléctricas. . interpretándolas del manual del fabricante.1.con un IGBT. 1.2 Control de velocidad de motores de c. Transistores de potencia. 2.4. control y protección de motores eléctricos de corriente alterna y directa de uso industrial con dispositivos electromagnéticos y de estado sólido. con el apoyo de las herramientas matemáticas aplicables.COMPETENCIAS PREVIAS  Aplicar los diferentes métodos y técnicas del análisis de circuitos eléctricos. 1.  Conocer los dispositivos semiconductores de acuerdo a sus características eléctricas. Tiristores.1.3 DIAC.3 Aplicaciones industriales.  Diseñar. 1.1.2 TRIAC.4 Alimentación de motores de c. 1. Semiconductores potencia.1 Tipos de transistores Bipolar (BJT).2..c.2 Metal Oxido de Silicio (MOS).c. Diodos de potencia.3 Transistor bipolar de puerta aislada (IGBT). 6. Subtemas 1.5.3.1 Rectificador controlado de silicio (SCR). 1. 2. 1.TEMARIO Unidad Temas 1..1.1.4 Características y parámetros.. 1. 3.4 Etapa de control.7 Elevador (BOOST). 2.2 Variador bidireccional.2 De estado sólido. 2.4.6 Reductor (BUCK). 4.4 Funcionamiento a par variable. 4. Circuitos de descarga.2. 2.3. 4. 3. 4. 3. 3.4.4 Ciclo convertidores (CA-CA).5 Funcionamiento a potencia constante. 5. RC. 3. 4.2 Filtro. 2.5.1 Termomagnéticas.8 Reductor-Elevador (BUCK-BOOST). 3.3. 3. 3. 3.2 Circuitos de disparo con aislamiento. 3.2. 4.1 Etapa rectificadora. 3.2.2. 2. potencia.3 Inversor.1. SPWM. 3.1 Control de un motor de c.a.5. 5. energía eléctrica.3 Modulación PWM.5. Protecciones. Aplicaciones en sistema mecatrónicos. 3.3.10 Variador de frecuencia para motor asíncrono.3 Funcionamiento a par constante.3. Modos de funcionamiento electrónico y electromecánico.1 Acoplados ópticamente .1.2.3. 3.2 Módulos de potencia para control de motores. 5.2 Módulo de control. 4.1 Variador unidireccional. Variadores y 3. 5.4. Redes pasivas.2.1 Circuitos de disparo sin aislamiento: Circuitos de disparo.1. 4. Convertidores de 4. 3.1 Inversores(CD-CA). Control de fase.2.2.1 Técnicas de control de par y velocidad.4. Componentes.1.3 Módulo de potencia. 4. Relevadores de estado sólido.5 Choppers ( CD-CD)----troceadores.2.9 CUK. polifásicos. 3. 3. Arrancadores de potencia a tensión plena y reducida con dispositivos electromagnéticos y de estado sólido. 4. arrancadores de 3.1.2 Flyback. 2 Divisores de frecuencia y detectores de cruce por cero (comparadores) Microcontroladores.5. Circuitos de disparo con dispositivos digitales.3 optotiristores. 5.2.2 Acoplados magnéticamente.3.3. 5.3. 5.3 Modulador de Ancho de Pulso (PWM).1 Timer. . 5.  Planificar conferencias impartidas por los alumnos.  Realizar investigaciones complementarias a los temas. . resúmenes..8.  Realizar debates técnicos.SUGERENCIAS DIDÁCTICAS  Trabajar en equipo desarrollo de prácticas.  Redactar informes.  Realizar presentaciones orales.  Realizar simulaciones por computadora de los dispositivos y circuitos analizados.  Estudiar y utilizar transistores de potencia para el control de motores eléctricos.9. Actividades de Aprendizaje  Realizar consultas e investigaciones en las diferentes fuentes de información disponibles..  Investigar aplicaciones de los diferentes dispositivos tiristores vistos y su combinación con elementos .  Exponer temas en clase.  Estudiar los rectificadores de media onda y onda completa para sistemas eléctricos polifásicos utilizados para energizar motores eléctricos. Actividades de Aprendizaje  Realizar consultas e investigaciones en las diferentes fuentes de información disponibles.SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN  Conocimientos teóricos exposición en el aula). (exámenes escritos u orales. Unidad 2: Tiristores. cuestionarios.  Participar en plenarias grupales para retroalimentar y aclarar dudas.  Implementar los circuitos para verificar sus resultados. combinándolos con elementos electromagnéticos.UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1: Semiconductores de potencia Competencia específica a desarrollar Conocer. comprender los diferentes semiconductores de potencia para rectificar señales alternas y utilizarlas en forma rectificada en motores eléctricos de corriente directa y dispositivos de estado sólido. Competencia específica a desarrollar Analizar y comprender el funcionamiento de los tiristores para controlar la velocidad de motores eléctricos de corriente alterna en dispositivos mecatrónicos.. 10.  Trabajo de aplicación en sistemas mecatrónicos.  Reporte de prácticas.  Exponer temas en clase.  Resolver problemas circuitos en clase. de los  Investigar aplicaciones convertidores CD a CA. los variadores de velocidad y frecuencia para el control de velocidad de motores eléctricos en dispositivos mecatrónicos. Unidad 3: Variadores y arrancadores de potencia.  Construir circuitos convertidores de energía.  Implementar circuitos de arranque con elementos electromagnéticos y de estado sólido. Actividades de Aprendizaje  Realizar consultas e investigaciones en las diferentes fuentes de información disponibles.  Construir circuidos variadores de velocidad con elementos electromagnéticos y de estado sólido. Actividades de Aprendizaje  Realizar consultas e investigaciones en las diferentes fuentes de información disponibles. Unidad 4: Convertidores de energía eléctrica.  Participar en plenarias grupales para retroalimentar y aclarar dudas.  Participar en plenarias grupales para retroalimentar y aclarar dudas. Competencia específica a desarrollar Analizar y comprender el funcionamiento de los arrancadores electromagnéticos. comprender y aplicar circuitos convertidores de CD a CD. de estado sólido.  Investigar aplicaciones convertidores CD a CD.  Exponer temas en clase.  Implementar los circuitos para verificar sus resultados. Competencia específica a desarrollar Conocer.electromagnéticos. de los y analizar . de CD a CA y de CA a CA para el control de motores eléctricos en dispositivos mecatrónicos. . Investigar aplicaciones convertidores CA a CA. Haga clic aquí para escribir texto. Actividades de Aprendizaje  Realizar consultas e investigaciones en las diferentes fuentes de información disponibles. de los Unidad 5: Circuitos de disparo.  Participar en plenarias grupales para retroalimentar y aclarar dudas. Competencia específica a desarrollar Analizar y comprender el funcionamiento de los circuitos de disparo con elementos pasivos y de estado sólido.  Participar en plenarias grupales para retroalimentar y aclarar dudas.  Exponer temas en clase. para el funcionamiento de los tiristores de potencia usados en dispositivos mecatrónicos.  Construir circuitos de disparo con elementos pasivos y de estado sólido.  Exponer temas en clase. . Theodore. May/June 1995. B. 1995. Ed. topología y equipos. 1996. Wildi. Paraninfo. 1995. Rashid 2nd ed. M. Náutica. International Rectifier. 17.IEEE Trans. 1993. Peracaula Roura. 20. and design. . 16. Electrónica de potencia. 6.copyright 1996. Underland."Control Integrated Circuits". Electrónica de potencia. 1988. Martínez García. Harper Enriquez. circuitos. Control de Motores Eléctricos. Catt.. 2001. H. S. Evaluation of Modern Power Semiconductor Devices and Future Trends of Converters. Análisis de circuitos. 7.IR Application Note (AN-983A). applications. V. Electrical Machines. F. dispositivos y aplicaciones. Power electronics. Chokhawala. 15. vol. P. vol. no. Componentes y Circuitos. Prentince Hall. John Wiley & Sons. Convertidores Alterna-Continua con Tiristores. Limusa-Noriega Editores. Pearson Educación. Valkenburg Limusa. 5. 31. converters. McGraw Hill. 2. Mazda. 1996. W. pp. 603-611. Drives and Power Systems. F. Gate Drive considerations for IGBT Modules. March/April 1992. Gilberto. R. 19. Hart. 10. R. Mohan. Cyrill W. IEEE Trans. Lander. Paraninfo.1996. Prentince Hall. Daniel W.FUENTES DE INFORMACIÓN 1. Gilberto.Noriega Editores. Marcombo Boixareu Editores. pp. Pelly. 2. 403-413. Industry Applications. M. New York 1995. Joan. S. Electrónica de Potencia. Análisis de redes. B.28. 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Salvador 4. .PRÁCTICAS PROPUESTAS  Rectificación de media onda y onda completa con diodos de potencia. tipo tornillo y oblea.  Arranque de un motor de corriente electromagnéticos y de estado sólido.12.  Control de velocidad de un motor de corriente alterna utilizando un variador de frecuencia.  Diseño y construcción de circuitos de control de motores utilizando diodos controlados de silicio (SCR). para el control de motores eléctricos monofásicos y trifásicos. considerando los parámetros y características del fabricante. alterna utilizando dispositivos .  Diseño y construcción de un circuito de control de motores utilizando tríodo de corriente alterna (TRIAC).  Polarización de transistores de potencia con los parámetros y características del fabricante.  Control de velocidad de un motor de corriente directa utilizando un módulo variador electromagnético y de estado sólido.