INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y
CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
PROGRAMA SINTÉTICO
CARRERA:
ASIGNATURA:
Ingeniería Eléctrica, Ingeniería en Control y Automatización.
Electrónica II
SEMESTRE:
Quinto, Sexto.
OBJETIVO GENERAL:
El alumno diseñará los convertidores de CA-CD (fuentes), CD-CD (choppers), CD-CA (inversores) y
fuentes conmutadas para solucionar y dar propuestas a los sistemas de control y automatización,
previo análisis y descripción de los dispositivos electrónicos de potencia.
CONTENIDO SINTÉTICO:
I. Dispositivos Electrónicos de Potencia.
II. Convertidores CA – CD (fuentes).
III. Convertidores CD – CD (choppers).
IV. Convertidores CD – CA (inversores).
V. Fuentes Conmutadas.
VI. Control V/F constante y Control Vectorial de Motores de Inducción
METODOLOGÍA:
Investigación documental por parte de los alumnos en revistas técnicas de circulación internacional.
Exposiciones e intervenciones orales por parte de los alumnos, bajo la coordinación y supervisión del
profesor.
Resolución de problemas por parte de los alumnos
Integración de equipos de trabajo para la realización de prácticas de laboratorio.
Utilización de instrumentos y técnicas de información y comunicación: computadora.
Exposición por parte del profesor empleando: Prototipos, presentaciones en power point y acetatos.
Visitas industriales.
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:
La calificación de la teoría será la suma promedio de los tres exámenes departamentales, con un
valor del 40%. La participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clases tendrán un valor
del 10% como parte integral de la calificación de teoría . La calificación de laboratorio será la suma
promedio de todos los reportes técnicos de laboratorio con un valor del 50%. La calificación final
será la suma obtenida de la teoría, laboratorio y participación en clase, tareas, trabajos y actividades
extractases. La calificación final será acreditada siempre y cuando la calificación de teoría y
laboratorio sean aprobatorias.
BIBLIOGRAFÍA:
S. B. Dewan, G. R. Slemon, A. Straughen, Power Semiconductor Drives, Edit. Jhon Wiley & Sons Inc,
USA, 1984.
N. Mohan, T. M. Undeland, W. P. Robbins, Power Electronics, Converters, Applications, and Design,
Edit. Jhon Wiley & Sons Inc, USA, 1995.
Ion Boldea, S. A. Nasar, Electric Drives, Edit. CRC Press, USA, 1999.
Werner Leonhard, Control Electrical Drives, Edit Springer – Verlang, USA,1985.
B. K. Bose, Modern Power Electronics, Evolution, Technology, and Applications, Edit. IEEE Press,
USA, 2003.
Eiichi Ohono, Introduction to Power Electronics, Edit. Oxford Science Publication, USA, 1985.
R. K. Sugandhi, K. K. Sugandhi, Thyristors Theory and Applications, Edit. Wiley Eastern Limited,
USA, 1984.
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SECRETARÍA ACADÉMICA
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CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y
Eléctrica
CARRERA: Ingeniería Eléctrica, Ingeniería en
Control y Automatización.
OPCIÓN:
COORDINACIÓN:
DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería
en Control y Automatización
ASIGNATURA: Electrónica II
SEMESTRE: Sexto, Quinto.
CLAVE:
CRÉDITOS: 9.0
VIGENTE: Agosto 2005
TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Practica
MODALIDAD: Escolarizada
TIEMPOS ASIGNADOS
HRS./SEMANA / TEORÍA: 3.0
HRS./SEMANA / PRÁCTICA: 3.0
HRS./TOTALES / SEMANA: 6.0
HRS./SEMESTRE / TEORÍA: 54
HRS./SEMESTRE / PRÁCTICA: 54
HRS./TOTALES: 108
PROGRAMA
ELABORADO
O
ACTUALIZADO:
POR: Academia de Control y Automatización
REVISADO POR: Subdirección Académica.
APROBADO
POR:
Consejo
Técnico
Consultivo Escolar de la ESIME Zacatenco
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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CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Electrónica II
CLAVE:
HOJA:
2
DE 10
FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA
La electrónica de potencia ha tenido una intensa evolución durante las últimas tres décadas y ha
encontrado una amplia aplicación en desarrollos tecnológicos, industriales, comerciales, residenciales
y aerospaciales. En la actualidad, la electrónica de potencia avanza en dos direcciones: electrónica
de baja potencia y alta frecuencia, que esencialmente responde a las necesidades de las fuentes de
alimentación conmutadas, y la electrónica de media y alta potencia, que abarca el control de motores,
los sistemas de alimentación ininterrumpida, control de iluminación, etc. La miniaturización de
circuitos parece ser el principal enfoque de la primera categoría mientras que la mejora en cuanto a
costo, eficiencia, tamaño y robustez frente a anomalías son los principales criterios de la segunda. El
dispositivo de potencia es el componente más importante dentro del control de sistemas de potencia
electrónicos.
En la formación del Ingeniero en Control y Automatización, la selección y uso práctico de los
semiconductores de potencia, posicionan al ingeniero dentro del campo interdisciplinario de la
industria como un ser necesario para operar, instalar y actualizar los equipos y sistemas de control
que funcionan a través de la electrónica de potencia.
Las asignaturas antecedentes son: Química Básica, Química Aplicada, Física Moderna, Electrónica I
y Dispositivos de Control analógico.
Las asignaturas posteriores son : Interfases y Microcontroladores, Control de Máquinas y Procesos
Eléctricos, Comunicaciones Industriales.
Las asignaturas colaterales son: Máquinas Eléctricas II, Teoría de Control II.
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA
El alumno diseñará los convertidores de CA-CD (fuentes), CD-CD (choppers), CD-CA (inversores) y
fuentes conmutadas para solucionar y dar propuestas a los sistemas de control y automatización,
previo análisis y descripción de los dispositivos electrónicos de potencia.
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ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
HOJA: 3
CLAVE:
Electrónica II
I NOMBRE:
DE 10
Dispositivos Electrónicos de Potencia
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno describirá los diversos dispositivos de electrónica de potencia en el área del control y la
automatización, en base a las características y propiedades de los semiconductores.
No.
TEMA
TEMAS
HORAS
T
1.1
Introducción a la electrónica de potencia
1.0
1.2
Dispositivos semiconductores de potencia
0.5
1.3
Diodos de potencia
0.5
1.4
Tiristores de potencia
1.0
1.5
Transistores de potencia BJT
1.5
1.6
Mosfet de potencia
1.5
1.7
IGBT
1.5
1.8
Circuitos de control de los dispositivos semiconductores de 1.5
potencia
1.9
Descripción de los convertidores
P
3.0
EC
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
4.0
2B, 6C, 7C
6.0
6.0
1.5
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda de conceptos por parte del alumno.
Consulta documentada de los diodos y transistores de potencia.
Realización de prácticas en el laboratorio.
Resolución de ejercicios de aplicación de los temas.
Uso de programas de simulación por medio de computadoras.
PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN
Primer examen departamental que comprende las unidades I y II, con un valor del 40% de la calificación parcial
Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clases, con un valor del 10% de la calificación parcial.
Reporte de práctica de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.
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CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
II
HOJA: 4
CLAVE:
Electrónica II
NOMBRE:
DE
10
Convertidores de CA a CD (fuentes)
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno diseñará convertidores de CA a CD utilizando las ecuaciones generales que describen su
comportamiento
No.
TEMA
HORAS
TEMAS
T
2.1
Rectificadores monofásicos
resistiva e inductiva
carga
1.5
2.2
Rectificadores controlados monofásicos y polifásicos, con
carga resistiva e inductiva
1.5
2.3
Filtros en los convertidores de CA a CD
1.5
2.4
Regulación de la señal de salida en los convertidores no
controlados
1.5
y
polifásicos,
con
P
EC
3.0
5.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
1B, 2B, 5C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda bibliográfica de nuevos conceptos.
Integración de equipos de trabajo para discusión en clase de los nuevos conceptos.
Resolución de problemas de aplicación de los temas.
Realización de prácticas en el laboratorio.
Visitas industriales.
PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN
Primer examen departamental que comprende las unidades I y II, con un valor del 40% de la calificación parcial.
Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clases, con un valor del 10% de la calificación parcial.
Reporte técnico de las prácticas de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.
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ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
III
HOJA: 5
CLAVE:
Electrónica II
DE 10
Convertidores de CD a CD (choppers)
NOMBRE:
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno aplicará las ecuaciones generales que describen el comportamiento de los convertidores de CD a
CD para su diseño y lo empleará en el control de motores.
No.
TEMA
TEMAS
HORAS
T
P
EC
1.5
9.0
5.0
3.1
Clasificación de los choppers.
3.2
Principio de operación de los choppers como elevadores y 1.5
reductores con carga RL.
3.3
Choppers como reguladores en modo de conmutación.
1.5
3.4
Diseño de circuitos choppers.
3.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
1B, 4B, 5C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda de información documental por parte de los alumnos.
Realización de tareas y trabajos extra-clases sobre los Choppers.
Resolución de ejercicios de aplicación de los temas vistos en clase.
Discusión en clase con ejemplos ilustrativos.
Realización de prácticas en laboratorio.
PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN
Segundo examen departamental que comprende las unidades III y IV, con un valor del 40% de la calificación
parcial.
Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clases, con un valor del 10% de la calificación parcial.
Reporte de práctica de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.
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CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
IV
HOJA: 6
CLAVE:
Electrónica II
DE 10
Convertidores de CD-CA (inversores)
NOMBRE:
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno diseñará circuitos inversores empleando las ecuaciones generales que describen su
comportamiento para su uso en el control de motores.
No.
TEMA
TEMAS
HORAS
T
P
EC
6.0
4.1
Inversores monofásicos
1.5
6.0
4.2
Inversores trifásicos
3.0
9.0
4.3
Técnicas de modulación para los inversores
3.0
4.4
Diseño de circuitos inversores
3.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
1B, 4B, 5C, 6C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Consulta informativa en diversos medios: libros, revistas técnicas de publicación nacional e internacional, sobre
los inversores.
Resolución de ejercicios de aplicación.
Empleo de material audiovisual y/o simuladores.
Realización de prácticas en laboratorio.
PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN
Segundo examen departamental que comprende las unidades III y IV, con un valor del 40% de la calificación
parcial.
Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clases, con un valor del 10% de la calificación parcial.
Reporte técnico de las prácticas de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.
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CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
HOJA: 7
CLAVE:
Electrónica II
V NOMBRE:
DE
10
Fuentes Conmutadas.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno determinará el funcionamiento de las fuentes conmutadas previo análisis de las configuraciones
básicas de los reguladores de voltaje y corriente.
No.
TEMA
TEMAS
HORAS
T
P
EC
12.0
4.0
5.1
Introducción.
1.5
5.2
Tipos de fuentes conmutadas.
1.5
5.3
Control de modo corriente.
1.5
5.4
Fuentes resonantes.
1.5
5.5
Diseño de fuentes conmutadas.
3.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
3B, 4B, 5C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Consulta de revistas especializadas en electrónica y temas afines.
Participaciones y exposiciones en clase por el alumno con la colaboración del profesor.
Realización de tareas y trabajos extra-clases sobre las fuentes conmutadas.
Solución de problemas en clase.
Realización de prácticas en las cuales comprobará la validez del conocimiento aprendido.
PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN
Tercer examen departamental que comprende las unidades V y VI, con un valor del 40% de la calificación parcial.
Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clases, con un valor del 10% de la calificación parcial.
Reporte de práctica de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.
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ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
HOJA: 8
CLAVE:
Electrónica II
VI NOMBRE:
DE
10
Control V/F constante y Control Vectorial de Motores de
Inducción
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno integrará los conceptos básicos teórico-práctico del control vectorial del motor de inducción.
No.
TEMA
TEMAS
HORAS
T
P
EC
1.5
0.0
7.0
6.1
Introducción
6.2
Modelado del motor de inducción usando el espacio 3.0
vectorial
6.3
Control V/F constante de un motor de inducción trifásico
6.4
Control vectorial directo e indirecto de un motor de 3.0
inducción trifásico
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
3B, 4B, 5C
3.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Consulta de diferentes revistas especializadas por los alumnos.
Realización de tareas y trabajos extra clase sobre el control vectorial.
Empleo de material audiovisual.
Resolución de problemas de aplicación del control vectorial.
Realizar prácticas en laboratorio.
PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN
Tercer examen departamental que comprende las unidades V y VI, con un valor del 40% de la calificación parcial.
Participación en clase ,tareas, trabajos y actividades extra clases, con un valor del 10% de la calificación parcial.
Reporte técnico de las prácticas de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.
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ASIGNATURA:
Electrónica II
CLAVE:
HOJA:
9
DE
10
RELACIÓN DE PRÁCTICAS
UNIDAD
DURACIÓN
[Horas]
LUGAR DE
REALIZACIÓN
Configuración del Transistor de potencia
I
3.0
2
Control de conmutación por configuración
de base del BJT
I
6.0
3
Disparo de compuerta de SCR
I
6.0
Todas las
prácticas se
realizarán en el
laboratorio de
electrónica II
4
Fuente de alimentación regulada de CD
II
3.0
5
Control de velocidad de un motor de CD
empleando circuitos Chopper
III
9.0
6
Inversor monofásico para carga resistiva
IV
6.0
7
Inversor fuente de voltaje trifásico
alimentando a un motor de inducción
IV
9.0
8
Diseño de fuentes conmutadas.
V
12.0
Práctica
No.
1
NOMBRE DE LA PRÁCTICA
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ASIGNATURA:
Electrónica II
PERIODO
UNIDAD
CLAVE:
DE 10
PROCEDIMIENTO DE VALUACIÓN
Primer examen departamental.
Primero
Unidad I y II
Segundo
Unidad III y IV
Segundo examen departamental.
Unidad V y VI
Tercer examen departamental.
Tercero
HOJA: 10
La calificación de la teoría será la suma promedio de los tres exámenes
departamentales, con un valor del 40%. La participación en clase,
tareas, trabajos y actividades extra clases tendrán un valor del 10%
como parte integral de la calificación de teoría . La calificación de
laboratorio será la suma promedio de todos los reportes técnicos de
laboratorio con un valor del 50%. La calificación final será la suma
obtenida de la teoría, laboratorio y participación en clase, tareas,
trabajos y actividades extractases. La calificación final será acreditada
siempre y cuando la calificación de teoría y laboratorio sean
aprobatorias.
CLAVE
B
C
BIBLIOGRAFÍA
1
X
S. B. Dewan, G. R. Slemon, A. Straughen, Power Semiconductor
Drives, Edit. Jhon Wiley & Sons Inc, USA, 1984.
2
X
N. Mohan, T. M. Undeland, W. P. Robbins, Power Electronics,
Converters, Applications, and Design, Edit. Jhon Wiley & Sons Inc,
USA, 1995.
3
X
Ion Boldea, S. A. Nasar, Electric Drives, Edit. CRC Press, USA, 1999.
4
X
Werner Leonhard, Control Electrical Drives, Edit Springer – Verlang,
USA, 1985
5
X
B. K. Bose, Modern Power Electronics, Evolution, Technology, and
Applications, Edit. IEEE Press, USA, 2003.
6
X
Eiichi Ohono, Introduction to Power Electronics, Edit. Oxford Science
Publication, USA, 1985
7
X
R. K. Sugandhi, K. K. Sugandhi, Thyristors Theory and Applications,
Edit. Wiley Eastern Limited, USA, 1984
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PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA
1. DATOS GENERALES
ESCUELA:
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
CARRERA:
Ingeniería en Control y Automatización, Ingeniería
Eléctrica.
ÁREA:
BÁSICAS
SEMESTRE
Sexto, Quinto.
D. INGENIERÍA
C. SOC. y HUM.
C. INGENIERÍA
ACADEMIA:
Ingeniería Electrónica,
Electrónica (IE)
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO
REQUERIDO:
ASIGNATURA:
Electrónica II
Ingeniero en Control, Ingeniero Electricista con amplia
experiencia en la industria, desarrollo de ingeniería,
ingeniería básica y/o mantenimiento.
2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:
El alumno diseñará los convertidores de CA-CD (fuentes), CD-CD (choppers), CD-CA (inversores) y fuentes
conmutadas para solucionar y dar propuestas a los sistemas de control y automatización, previo análisis y
descripción de los dispositivos electrónicos de potencia.
3. PERFIL DOCENTE:
CONOCIMIENTOS
• Dispositivos
semiconductores de
señal y potencia
• Pruebas a
dispositivos
electrónicos
• Manejo e
interpretación de
diagramas
electrónicos.
•
EXPERIENCIA
PROFESIONAL
• En la selección,
aplicación, operación y
diseño de sistemas de
electrónica de potencia.
• Puesta en marcha de
controladores de
velocidad de CD y CA.
HABILIDADES
• Análisis y
síntesis.
• Para motivar al
auto estudio, el
razonamiento y
la investigación.
• Manejo de
grupos.
• Realizar
analogías y
comparaciones
en forma simple.
ACTITUDES
•
•
•
•
Compromiso social
Responsabilidad
Colaboración
Cooperativa
ELABORÓ
REVISÓ
AUTORIZÓ
Ing. Ivone Cecilia Torres
Rodríguez.
Ing. Guillermo Santillán Guevara
M en C. Jesús Reyes García.
PRESIDENTES DE ACADEMIA
SUBDIRECTOR ACADÉMICO
DIRECTOR DEL PLANTEL
FECHA:
Septiembre-2004