Universidad Pública de Navarra - Nafarroako Univertsitate Publikoa

Módulo/Materia

Formación Común Industrial / Transformación de energía eléctrica

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Descripción/Contenidos

• Visión general de la electrónica de potencia.
• Conceptos básicos de la electrónica de potencia.
• Semiconductores de potencia.
• La conversión DC-DC.
• Inversores.
• Rectificadores.
• La conversión AC-AC.

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Competencias genéricas

CB1 - Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio.

 

CB2 - 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.

 

CB3 - 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.

 

CB4 - Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado.

 

CB5 - Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía.

 

CG1 - Capacidad para la redacción, firma y desarrollo de proyectos en el ámbito de la ingeniería industrial, en las tecnologías específicas Eléctrica y Electrónica Industrial, que tengan por objeto la construcción, reforma, reparación, conservación, demolición, fabricación, instalación, montaje o explotación de: estructuras, equipos mecánicos, instalaciones energéticas, instalaciones eléctricas y electrónicas, instalaciones y plantas industriales y procesos de fabricación y automatización.

 

CG3 - Conocimiento en materias básicas y tecnológicas, que les capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías, y les dote de versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones.

 

CG4: Capacidad de resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, razonamiento crítico y de comunicar y transmitir conocimientos, habilidades y destrezas en el campo de la Ingeniería Industrial en una o varias de las tres tecnologías específicas: Mecánica, Eléctrica y Electrónica Industrial.

 

CG8 -Capacidad para aplicar los principios y métodos de la calidad

 

CG10 -Capacidad de trabajar en un entorno multilingüe y multidisciplinar

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Competencias específicas

CE7 - Conocimiento aplicado de electrónica de potencia.

CEI4 - Conocimiento aplicado de la electrónica de potencia

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Resultados aprendizaje

R1. Entender el principio de funcionamiento de los convertidores estáticos.
R2. Conocer los diferentes elementos utilizados en los convertidores estáticos.
R3. Entender las principales características de los semiconductores de potencia.
R4. Conocer las reglas que rigen el comportamiento de los convertidores estáticos.
R5. Conocer el principio de funcionamiento de las principales topologías de conversión utilizadas actualmente.
R6. Entender las técnicas de control utilizadas en los convertidores estáticos.
R7. Conocer las principales aplicaciones industriales de los convertidores estáticos.

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Metodología

La asignatura Electrónica de Potencia Aplicada tiene carácter teórico-práctico, combinando clases magistrales, clases de problemas, actividades y trabajos en grupo, sesiones prácticas y aprendizaje autónomo por parte del estudiante.

 

Las clases magistrales consistirán en la explicación teórica de los aspectos fundamentales de cada tema, así como la resolución de dudas y cuestiones planteadas por los alumnos a partir de su aprendizaje autónomo de cada tema. Como parte de las actividades prácticas, individuales y/o grupales, se realizarán ejercicios prácticos y trabajos relacionados con los temas tratados.

 

Para comprender la asignatura y obtener un rendimiento adecuado de la misma, será necesario que el alumno lleve a cabo un trabajo continuado alrededor de las siguientes actividades:

- Asistir a clase regularmente.

- Realizar una lectura reflexiva y un estudio profundo del material que se aporte o indique en cada tema.

- Realizar los ejercicios y trabajos que se propongan a lo largo del curso.

- Participar activamente de cuantas discusiones surjan en clase.

- Consulta de dudas surgidas en el estudio de la materia en los horarios dispuestos por el profesor a tal efecto.

 

Como complemento docente se utilizará el Aulario Virtual, una herramienta que permite un mejor aprovechamiento de la asignatura. A través de él se indicará el calendario de las diferentes actividades de la asignatura, se podrá acceder al material docente y se utilizará para el envío de los trabajos solicitados en clase.

 

Metodología ¿ Actividad	Horas Presenciales	Horas no presenciales
A-1 Clases expositivas/participativas	45
A-2 Prácticas	15
A-3 Debates, puestas en común, tutoría grupos
A-4 Elaboración de trabajo		18
A-5 Lecturas de material		8
A-6 Estudio individual		54
A-7 Exámenes, pruebas de evaluación	5
A-8 Tutorías individuales		5
Total	65	85

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Idiomas

Castellano

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Evaluación

Resultados de aprendizaje	Actividad de evaluación	Peso (%)	Carácter recuperable	Nota mínima requerida
R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7	Examen: Preguntas de teoría y ejercicios. La nota mínima en el examen para hacer la media ponderada con las prácticas será de 5 sobre 10. En el caso de no llegar a esa calificación, se suspenderá la asignatura con la calificación obtenida en el examen.	75%	Si	Sí: 5 sobre 10
R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7	Prácticas: Participación y Guiones. Para aprobar la asignatura es imprescindible la asistencia y participación en las prácticas. En el caso de no asistir de forma injustificada a alguna de las prácticas, no se podrá realizar el examen y la calificación será "No Presentado".	25%	No	No

A lo largo de todo el curso se propondrá la realización de diversas actividades. Dichas actividades podrán ser la resolución de ejercicios, la discusión de ejemplos o la realización de trabajos en los que se apliquen los conocimientos teóricos de la materia. Se fomentará el debate y la participación de los alumnos será necesaria, tanto en las clases de carácter teórico como en las clases prácticas. En este sentido, se realizarán sesiones prácticas que incluirán la realización de ejercicios, preguntas de respuesta corta y trabajos por medio de los cuales se evaluarán los principales conceptos teóricos y prácticos de cada tema. La participación activa en los mismos valorará de forma positiva. 

Al finalizar el semestre se realizará un examen escrito en el que se evaluará el contenido global del curso. Para superar la asignatura será necesario obtener un mínimo de 5 sobre 10 en dicho examen y haber asistido y realizado todas las sesiones prácticas. Una vez cumplidos estos requisitos, la nota final se calculará a partir de la nota de las sesiones prácticas y del examen con unos pesos del 25 y 75%, respectivamente.

Para poder realizar el examen de recuperación será necesario haber asistido y realizado todas las sesiones prácticas. Para superar la asignatura en el examen de recuperación será necesario obtener un mínimo de 5 sobre 10 en el examen.

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Temario

La asignatura de Convertidores Electrónicos de Potencia se divide en seis temas, cuyos contenidos específicos se detallan a continuación:

Tema 1. Visión general de la electrónica de potencia.       

1.1 El sistema electrónico de potencia.

1.2 Clasificación de los convertidores según el tipo de conversión.

 

Tema 2. Conceptos básicos en electrónica de potencia.      

2.1 Series de Fourier.

2.2 Potencia activa, reactiva y factor de potencia en presencia de corrientes armónicas.

2.3 La célula elemental de conmutación.

2.4 Refrigeración de semiconductores de potencia.

 

Tema 3. Semiconductores de potencia.      

3.1 El diodo de potencia.

3.2 El transistor bipolar de potencia (BJT).

3.3 El TIRISTOR.

3.4 El GTO.

3.5 MOSFET de potencia.

3.6 El IGBT.

3.7 El IGCT.

 

Tema 4. La conversión DC-DC.     

4.1 Introducción.

4.3 Estructuras Elementales.

4.3.1 Convertidor reductor.

4.3.2 Convertidor elevador.

4.3.3 Convertidor elevador-reductor.

4.4 Reversibilidad en los convertidores DC/DC.

4.4.1 Reversibilidad  en corriente.

4.4.2 Reversibilidad en tensión y corriente.

4.5 Fuentes conmutadas con aislamiento galvánico.

4.6 Lazos de control utilizados en los convertidores DC/DC.

4.6.1 Lazo único de tensión.

4.6.2 Lazos de control de corriente y tensión en cascada.

4.8 Aplicaciones.

 

Tema 5. La conversión DC-AC. Inversores.         

5.1 Introducción.

5.2 Célula elemental de conmutación de un inversor.

5.3 Inversores monofásicos.

5.4 Inversores trifásicos.

5.5 Efecto del tiempo de blanqueo en los inversores.

5.6 Control del convertidor DC-AC.

5.7 Aplicaciones.

 

Tema 6. La conversión AC-DC.     

6.1. Introducción.

6.2. Rectificadores no controlados : Funcionamiento ideal.

6.2.1 Rectificador en puente monofásico.

6.2.2 Rectificador en puente trifásico.   

6.3 Rectificadores Controlados : funcionamiento ideal.

6.3.1 Rectificadores "todo tiristores".

6.3.2 Rectificadores mixtos.      

6.4 Problemas de los rectificadores reales.

6.5 Rectificadores reversibles en corriente.

6.6 Aplicaciones.

 

Tema 7. La conversión AC-AC.     

7.1. Introducción.

7.2. Variación del valor eficaz. Troceador de alterna.

7.3. Convertidores de frecuencia de conmutación natural.

7.4  Aplicaciones.

 

 

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Programa de prácticas experimentales

La formación teórica se complementará con sesiones prácticas en las que se trabajará, tanto a través de simulaciones como de montajes experimentales. A lo largo de estas sesiones se irá construyendo las diferentes partes de un convertidor DC-DC Fordward con lazos de control de tensión y corriente y aislamiento galvánico.

Prácticas de simulación (PSIM): DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN CONVERTIDOR REDUCTOR (BUCK) Y FORWARD

1. Lazo abierto.
2. Circuitos analógicos de sensado y acondicionado.
3. Lazo de control de corriente.

Prácticas de diseño y montaje: CONVERTIDOR DC/DC FORWARD REGULADO EN CORRIENTE Y EN TENSIÓN
corriente y tensión.

1. Introducción teórica
2. Controlador Integrado UC2844
3. Dimensionado de los elementos pasivos: transformador y filtro de salida
4. Montaje del convertidor: Funcionamiento en vacío y carga.
5. Lazos de control y corriente

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Bibliografía

Acceda a la bibliografía que el profesorado de la asignatura ha solicitado a la Biblioteca.

Acceda a la bibliografía que su profesor ha solicitado a la Biblioteca.

 

Bibliografía básica:

• L. Marroyo "Apuntes sobre Electrónica de Potencia"; UPNA.
• E. Ballester, R. Piqué; "Electrónica de Potencia: Principios fundamentales y estructuras básicas"; Ed. Marcombo, 2011; ISBN 978-84-267-1669-9
• N. Mohan, T. M. Undeland and W. P. Robbins, "Electrónica de Potencia: Convertidores, Aplicaciones y Diseño", Ed. McGraw-Hill, 2009, ISBN 9789701072486.

Bibliografía avanzada:

• B. K. Bose, "Power Electronics And Motor Drives: Advances And Trends", 2006, Academic Press, ISBN 10: 0120884054
• G. J. Wakileh, "Power Systems Harmonics. Fundamentals, Analysis and Filter Design", Ed. Springer-Verlag, Berlin, Germany, 2001, ISBN 3-540-42238-2.
• Guy Seguier, "Les convertisseurs de l'électronique de puissance", Volúmenes 1, 2, 3 y 4. Lavoisier TEC¬DOC, 1992, ISBN: 2-85206-841-9
• Rashid, Muhammad H, "Electrónica de potencia: circuitos, dispositivos y aplicaciones"; Prentice Hall Hispanoamericana, 2004.

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Lugar de impartición

Aulario y laboratorios del departamento de ingeniería eléctrica.

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