Electrónica de Potencia I

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.
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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
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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.
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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%.
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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%.
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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%.
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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%.
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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%.
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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%.
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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.
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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.
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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