Universidad de Jaén

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Guía docente 2018-19 - 13112008 - Electrónica de potencia

TITULACIÓN: Grado en Ingeniería electrónica industrial (13112008)
CENTRO: ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR (JAÉN)

TITULACIÓN: Doble Grado en Ingeniería mecánica e Ingeniería electrónica industrial (13912011)
CENTRO: ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR (JAÉN)

TITULACIÓN: Doble Grado en Ingeniería eléctrica e Ingeniería electrónica industrial (13712012)
CENTRO: ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR (JAÉN)

CURSO ACADÉMICO: 2018-19
GUÍA DOCENTE
1. DATOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURA
NOMBRE: Electrónica de potencia
CÓDIGO: 13112008 (*) CURSO ACADÉMICO: 2018-19
TIPO: Obligatoria
Créditos ECTS: 6.0 CURSO: 3 CUATRIMESTRE: SC
WEB: https://dv.ujaen.es/goto_docencia_crs_386130.html
 
2. DATOS BÁSICOS DEL PROFESORADO
NOMBRE: AGUILAR PEÑA, JUAN DOMINGO
IMPARTE: Teoría - Prácticas [Profesor responsable]
DEPARTAMENTO: U133 - ING. ELECTRÓNICA Y AUTOMATICA
ÁREA: 785 - TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
N. DESPACHO: 90 - A3-430 E-MAIL: jaguilar@ujaen.es TLF: 953212348
TUTORÍAS: https://uvirtual.ujaen.es/pub/es/informacionacademica/tutorias/p/610
URL WEB: http://blogs.ujaen.es/jaguilar/
 
3. PRERREQUISITOS, CONTEXTO Y RECOMENDACIONES
PRERREQUISITOS:
-
CONTEXTO DENTRO DE LA TITULACIÓN:

Por sus contenidos, de acuerdo con los descriptores de la memoria de título, la asignatura guarda una estrecha relación con la titulación. Se trata de la única asignatura, dentro de la troncalidad y obligatoriedad, en la que se estudian conceptos relativos a Electrónica de Potencia; ésto es de gran importancia para el futuro Ingeniero en Electrónica Industrial, tanto para su formación, como para su posterior ejercicio de la profesión. En esta asignatura se forma al alumno en conceptos fundamentales de su formación técnica, para el desarrollo de cualquier actividad industrial.

Esta asignatura se encuadra en la materia "Electrónica" y se imparte en el segundo semestre  de tercer curso; es muy aconsejable haber cursado previamente las asignaturas del primer semestre de esta misma materia "Electrónica Analógica" y "Electrónica Digital".

La Electrónica de Potencia se define como la aplicación de la electrónica a la conversión de energía eléctrica, es decir, a la modificación de la forma en la que se presenta dicha energía eléctrica, utilizando para ello dispositivos electrónicos de potencia. Ésto da origen a los objetivos básicos de esta asignatura:

  1. El estudio de los dispositivos semiconductores más empleados en Electrónica de Potencia y el análisis de sus condiciones de funcionamiento.
  2. Analizar los principales tipos de topologías de convertidores conmutados de potencia, principios de funcionamiento y campos de aplicación.

 Con todo ello, se aporta al alumnado los principios  básicos necesarios para, analizar,  diseñar,  y aplicar los convertidores basados en semiconductores de potencia.

RECOMENDACIONES Y ADAPTACIONES CURRICULARES:

Para cursar esta asignatura, se recomienda que el alumnado tenga asimilados conocimientos relacionados con materias donde se aborden los Fundamentos Matemáticos de la Ingeniería, Fundamentos Físicos de la Ingeniería eléctrica (Fisica II), Teoría de Circuitos (Electrotécnia), Electrónica Analógica y Electrónica digital; contenidos que dada la ubicación de la asignatura en el grado, los alumnos deben tener consolidados.

El alumnado que presente necesidades específicas de apoyo educativo, lo ha de notificar personalmente al Servicio de Atención y Ayudas al Estudiante para proceder a realizar, en su caso, la adaptación curricular correspondiente.
4. COMPETENCIAS Y RESULTADOS DE APRENDIZAJE
código Denominación de la competencia
CB2R Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio
CB3R Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética.
CB4R Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado.
CB5R Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía.
CEX4 Conocimiento aplicado de electrónica de potencia. Capacidad para diseñar sistemas electrónicos de potencia.
CEX5 Conocimiento aplicado de instrumentación electrónica.
CT2 Capacidad para la gestión de la información, manejo y aplicación de las especificaciones técnica y la legislación necesaria para la práctica de la ingeniería.
Resultados de aprendizaje
Resultado 38 Conocer la utilización y limitaciones de los dispositivos electrónicos de potencia
Resultado 39 Conocer el funcionamiento de los convertidores electrónicos de energía en sus diferentes configuraciones ( Rectificadores( AC/DC), convertidores conmutados continua/continua(DC/DC), Inversores (DC/AC))
Resultado 40 Saber analizar circuitos rectificadores no controlados y controlados, monofásicos y trifásicos
Resultado 41 Saber analizar circuitos convertidores conmutados básicos
Resultado 42 Saber técnicas de control de convertidores CC/CC y CC/CA
Resultado 43 Conocer los principios básicos de la modulación PWM y su aplicación a los inversores
Resultado 44 Poder definir los conceptos básicos y calcular el factor de potencia y la distorsión armónica en convertidores de potencia.
Resultado 45 Conocer y utilizar la herramienta de análisis y simulación de circuitos de potencia
5. CONTENIDOS

Introducción a la Electrónica de Potencia y Repaso de conceptos fundamentales, potencia y armónicos. Dispositivos semiconductores de potencia (diodo, transistor, scr). Convertidores estáticos (Rectificadores no controlados, rectificadores controlados, convertidores dc/dc , configuraciones básicas de potencia. Inversores.)

 

Unidad 1: Introducción a la Electrónica de Potencia y Repaso de conceptos fundamentales
Lección 1.- Introducción Electrónica de Potencia
Lección 2.- Repaso conceptos: potencia Eléctrica y armónicos. 

Unidad 2: Dispositivos semiconductores de potencia 
Lección 3.- Elementos semiconductores de potencia: Diodo y transistor
Lección 4.- Tiristor
Lección 5.- Disipación de potencia

Unidad 3: Convertidores estáticos
Lección 6.- Convertidores DC/DC: Troceadores
Lección 7.- Convertidores DC/AC: Inversores
Lección 8.- Convertidores AC/DC: Rectificadores
Lección 9.- Filtrado

 

6. METODOLOGÍA Y ACTIVIDADES
ACTIVIDADES HORAS PRESEN­CIALES HORAS TRABAJO AUTÓ­NOMO TOTAL HORAS CRÉDITOS ECTS COMPETENCIAS (códigos)
A1 - Clases expositivas en gran grupo
  • M1 - Clases magistrales
  • M2 - Exposición de teoría y ejemplos generales
  • M5 - Otros
30.0 45.0 75.0 3.0
  • CB2R
  • CB3R
  • CB4R
  • CB5R
  • CEX4
  • CEX5
  • CT2
A2R - Clases en pequeño grupo
  • M10R - Aulas de informática
  • M11R - Resolución de ejercicios
  • M13R - Otros
  • M6R - Actividades practicas
  • M7R - Seminarios
  • M9R - Laboratorios
25.0 37.5 62.5 2.5
  • CEX4
  • CEX5
  • CT2
A3 - Tutorías colectivas/individuales
  • M14 - Supervisión de trabajos dirigidos
  • M15 - Seminarios
  • M17 - Aclaración de dudas
  • M18 - Comentarios de trabajos individuales
5.0 7.5 12.5 0.5
  • CEX4
TOTALES: 60.0 90.0 150.0 6.0  
 
INFORMACIÓN DETALLADA:

A1 - Clases expositivas en gran grupo

Unidad 1: Introducción a la Electrónica de Potencia y Repaso de conceptos fundamentales (4horas) 
(Resultados Aprendizaje 44) 

Lección 1.- Introducción Electrónica de Potencia: 
Introducción. Concepto de electrónica de potencia. Evolución tecnológica y dispositivos Convertidores.Ejemplos de aplicaciones (2horas) 
Lección 2.- Repaso conceptos. Potencia eléctrica y armónicos:
Valor eficaz. Energía. Bobinas y condensadores. Potencia media. Potencia aparente. Factor de potencia. Cálculo de potencia en circuitos de alterna con señales sinusoidales. Cargas lineales y no lineales. Cálculo para formas de onda periódicas no sinusoidales. Fourier. Fuente no sinusoidal y carga lineal. Fuente
sinusoidal y carga no lineal. Armónicos y análisis con Pspice. Efectos de los Armónicos (2horas)  

Unidad 2: Dispositivos semiconductores de potencia(12horas) 
(Resultados Aprendizaje 38)  

Lección 3.- Elementos semiconductores de potencia. Diodo y transistor:
Diodo de Potencia (características estáticas y dinámicas). Transistor bipolar (características. Tiempos de conmutación. Cálculo de la potencia disipada. Curva SOA y fenómenos de ruptura. Ataque y protecciones). Mosfet. IGBT. Otros elementos  (4horas) 

Lección 4.- Tiristor:
Introducción. Tiristor, estructura y características, principios de funcionamiento, nomenclatura, características estáticas y dinámicas. Métodos de disparo,  disparo por puerta, otros métodos de disparo. Limitaciones de frecuencia. Limites de pendientes de tensión. Limitaciones térmicas. Extinción del SCR: Conmutación natural y conmutación forzada. Disparo del SCR. Circuitos de mando, disparo sincronizado. Circuitos de disparo. Convertidores AC/AC (reguladores de alterna)  (4horas)

Lección 5.- Disipación de potencia
Disipación de potencia. Equivalente eléctrico. Parámetros fundamentales. Impedancia térmica. Cálculo de disipadores de calor. (4horas)


Unidad 3: Convertidores estáticos(12horas) 
(Resultados Aprendizaje 39) 

Lección 6.- Convertidores DC/DC: Troceadores (Resultados Aprendizaje 41)
Introducción. Topologías convertidores DC-DC: clase A,B,C,D,E. Introducción a las fuentes de alimentación conmutadas. Convertidor reductor. Otras configuraciones  (4horas) 

Lección 7.- Convertidores DC/AC: Inversores (Resultados Aprendizaje 42,43)
Introducción. Configuración del circuito de potencia: Transformador con toma media, batería de toma media. Puente monofásico. Análisis mediante series de Fourier. Puente trifásico. Regulación de la tensión de salida: Modulación PW. Conmutación bipolar. Conmutación unipolar. (4horas)

Lección 8.- Convertidores AC/DC: Rectificadores (Resultados Aprendizaje 40)
Rectificación monofásica media onda. Rectificación de media onda controlado. Efecto de la conmutación.Rectificador monofásico onda completa. Rectificador controlado monofásico de onda completa. Rectificación trifásica de media onda. Rectificación polifásica de media onda. Rectificación trifásica de onda completa. Rectificadores controlados: trifásico media onda, polifásico, onda completa. Efecto de la conmutación. (2horas)

Lección 9.- Filtrado
Filtro por condensador. Filtro L. Filtro LC. (2horas)

A1 - Clases pequeño grupo(24 horas)

Las clases prácticas de laboratorio, se realizarán en bloques de dos horas para un aprovechamiento adecuado del tiempo empleado, en grupos de dos alumnos. Las clases prácticas de simulación y problemas se realizaran en el aula de informática.

 PRÁCTICAS DE LABORATORIO (12horas):

1.-Transistor en conmutación (4h)
2.- Disparo SCR. Rectificadores (2h)
3.- PWM con el CI 555 (2h)
4.- Convertidor DC-DC reductor(2 h)
5.- Convertidor DC-AC, inversor(2h)


PRÁCTICAS ÁULA INFORMÁTICA (12horas)
(Resultados Aprendizaje 45)

1.1.- Diodo y transistor (2h)
1.2.- Armónicos (2h)
2.- SCR (2h)
3.- DC-DC (2h)
4.- DC-AC (2h)
5.- Rectificadores(2h)

SEMINARIO TUTORÍA COLECTIVA
1.- Introducción Pspice (2h)
2.- Descripción Trabajo coplaborativo ( 2h)

Durante el cautrimestre el alumno elaborará un entorno personal de aprendizaje (PLE) basado en diferentes herramientas TIC, profundizando en el concepto de "Curación de Contenidos" en relación con los contenidos tratados en la asignatura y comprenderá el concepto y las importancia de las redes personales de aprendizaje. Se realizará en grupos de 4 alumnos potenciando el trabajpo colaborativo entre ellos. (Esta actividad contará como puntuación del apartado de evaluación de participación y asistencia)

7. SISTEMA DE EVALUACIÓN
 
ASPECTO CRITERIOS INSTRUMENTO PESO
Asistencia y/o participación en actividades presenciales y/o virtuales -Participación activa en clase y en laboratorios. -Participación en tutorías grupales e individuales. Observación y notas del profesor 10.0%
Conceptos teóricos de la materia - Dominio de los conocimientos teóricos y operativos de la materia Examen sobre aspectos teóricos y prácticos incluyendo la resolución de problemas. 50.0%
Realización de trabajos, casos o ejercicios -Diseño y desarrollo práctico/simulación de circuitos electrónicos de potencia. - Entrega de documentación. - En cada trabajo se analizará: Estructura, Calidad, Originalidad y Ortografía. -Realización de prácticas periódicas. -Evaluación de la documentación elaborada 40.0%
El sistema de calificación se regirá por lo establecido en el RD 1125/2003 de 5 de septiembre por el que se establece el sistema europeo de créditos y el sistema de calificaciones en la titulaciones universitarias de carácter oficial
INFORMACIÓN DETALLADA:

Para aprobar la asignatura es necesario superar una parte teórica (en la que evaluaran las competencias CEX4,CT2) y otra práctica, la asistencia al laboratorio es obligatoria (evaluación de competencias CEX5,CT2).

En el desarrollo de la asignatura se potenciarán la adquisición decompetencias CB2R,CB3R,CB4R,CB5R.

Parte práctica: se pretende que el alumno pueda superarla sin tener que efectuar un examen, la asistencia  a prácticas con evaluación continua, la entrega de memorias, el aprovechamiento en el laboratorio y áula de informática a juicio del profesor, serán los criterios utilizados para calificar esta parte (la nota obtenida en prácticas solo se guarda hasta la convocatoria extraordinaria de Julio)

Parte teórica se compone de dos partes, a realizar en la convocatoria y fecha establecida por la universidad
con una duración aproximada de cuatro horas:

  • La parte primera consta de un examen en aula, consistente en unas cuestiones tipo verdadero o falso, o similar, unas cuestiones teóricas de corta duración y unos problemas conceptuales cortos.
  • La parte segunda, examen que se realizará con PC ( portátil), unas preguntas test y conceptuales cortas( sin material ni libros) y dos ejercicios con su simulación correspondiente(pudiendo utilizar el alumno para la parte de problemas y simulación los libros y material que estimen oportuno).

Se evaluarán directamente en los examenes los resultados de aprendizaje relacionados con esta materia R38 a
R45)
La nota deberá ser superior a 4 como media de los dos parciales, pudiendo compensar una parte con otra. Las notas de las diferentes partes se guardan hasta la segunda convocatoria del curso académico.

(Si el alumno ha superado las dos partes teóricas, pero no la parte práctica, se guarda dicha nota para el curso siguiente, tratando de potenciar la asistencia a las practicas con un conocimiento previo)

La calificación final se realizará según los siguientes coeficientes:
Nota final = Nota 1P teoría * 0,25 +Nota 2P * 0,25 + Nota prácticas laboratorio*0,2 +Nota prácticas Aula
Informática*0,15 +Participación, asistencia y trabajo colaborativo*0.15

 

8. DOCUMENTACIÓN / BIBLIOGRAFÍA
ESPECÍFICA O BÁSICA:
  • Electrónica de potencia. Edición: -. Autor: Hart, Daniel W.. Editorial: Madrid: Prentice Hall, 2005  (C. Biblioteca)
  • Convertidores conmutados de potencia : test de autoevaluación. Edición: -. Autor: Pozo Ruz, Ana. Editorial: Barcelona: Marcombo, 2012  (C. Biblioteca)
  • Electrónica de potencia. Edición: 4ª ed. Autor: Rashid, Muhammad H.. Editorial: México, D.F. : Pearson Educación, 2015  (C. Biblioteca)
GENERAL Y COMPLEMENTARIA:
  • Diseño electrónico con OrCAD. Edición: -. Autor: Ramos Peinado, Germán. Editorial: Valencia : Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia, 2011  (C. Biblioteca)
  • Edición y simulación de circuitos con OrCAD. Edición: -. Autor: Calvo Rolle, José Luis. Editorial: Paracuellos del Jarama (Madrid): Ra-Ma, imp. 2003  (C. Biblioteca)
  • Simulación electrónica con PSPICE. Edición: -. Autor: Aguilar Peña, Juan D.. Editorial: Madrid: Ra-ma, D.L. 1995  (C. Biblioteca)
  • SPICE for power electronics and electric power. Edición: 3rd ed. Autor: Rashid, Muhammad H.. Editorial: Boca Raton : CRC Press, 2012  (C. Biblioteca)
  • Power electronics. Edición: -. Autor: Fisher, Marvin J.. Editorial: Boston: PWS-KENT, cop. 1991  (C. Biblioteca)
  • Aplication manual power semiconductor. Edición: 2. Autor: Semikron. Editorial: Semikron.
    • Observaciones: https://www.semikron.com/dl/service-support/downloads/download/semikron-application-manual-power-semiconductors-english-en-2015.pdf
     (C. Biblioteca)
  • Thyristor Theory and Design Considerations Handbook.pdf - Onsemi. Edición: -. Autor: On Semiconductor.
    • Observaciones: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/2587503/mod_resource/content/2/Onsemi_Thyristor_Theory_and_Design_Considerations_Handbook_HBD855-D.pdf
     (C. Biblioteca)
9. CRONOGRAMA (segundo cuatrimestre)
Semana A1 - Clases expositivas en gran grupo A2R - Clases en pequeño grupo A3 - Tutorías colectivas/individuales Trabajo autónomo Observaciones
Nº 1
28 ene - 3 feb 2019
2.00.02.0 0.0 Lección 1.-Presentación. Introducción Electrónica de Potencia A1.-PSPICE
Nº 2
4 - 10 feb 2019
2.00.02.0 4.0 Lección 3.- Elementos semiconductores I AI2.- TRABAJO
Nº 3
11 - 17 feb 2019
2.02.00.0 6.0 Lección 3.- Elementos semiconductores II AI1.1.- Diodo, transitor
Nº 4
18 - 24 feb 2019
2.02.00.0 6.0 Lección 4.- Tiristor I LB1.- TransistorI
Nº 5
25 feb - 3 mar 2019
2.00.00.0 6.0 Lección 4.- Tiristor II
Nº 6
4 - 10 mar 2019
2.02.00.0 8.0 Lección 5.- Disipación de potencia LB1.- TransistorII
Nº 7
11 - 17 mar 2019
2.02.00.0 8.0 Lección 2.- Repaso conceptos de potencia y armónicos. AI2.- SCR
Nº 8
18 - 24 mar 2019
0.02.02.0 8.0 EXAMEN LAB2.-SCR
Nº 9
25 - 31 mar 2019
2.02.00.0 8.0 lección 6.- DC/DC II AI1.2.- Armónicos
Nº 10
1 - 7 abr 2019
2.02.00.0 6.0 lección 6.- DC/DC II LAB3.- PWM 555
Nº 11
8 - 14 abr 2019
2.02.00.0 6.0 AJUSTE AI3.- DCDC
Período no docente: 15 - 21 abr 2019
Nº 12
22 - 28 abr 2019
2.02.00.0 6.0 Lección 7.- DC/AC I LAB3.- DCDC
Nº 13
29 abr - 5 may 2019
2.02.00.0 6.0 Lección 7.- DC/AC II AI4.- DC-AC
Nº 14
6 - 12 may 2019
2.02.00.0 6.0 Lección 8.- Rectificadores I LAB5.- DC-AC
Nº 15
13 - 17 may 2019
2.02.00.0 6.0 Lección 9.- Filtrado AI5.- AC-DC
Total Horas 28.0 24.0 6.0 90.0