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Electrónica de Potencia

Electrónica de potencia es un área de ingeniería electrónica que estudia la transformación de energía en sus estados AC y DC usando dispositivos electrónicos semiconductores. En este curso se dan las bases para el diseño de circuitos convertidores de energía en las cuatros formas de transformación y se estudian los componentes electrónicos semiconductores para el acople y el control de las señales de potencia con señales pequeñas.

Información general

  • Código: 300IGE020
  • Componente Curricular: Núcleo de Formación Fundamental
  • Área de formación: Ciencias Básicas de Ingeniería
  • Núcleo Temático: Electrónica
  • Créditos y horas de contacto: 2 créditos, 48 horas en el semestre (3 horas por semana, 2 clases por semana y 1 hora de laboratorio semanal). Horas de trabajo independiente: 80 horas.
  • Prerrequisitos: Electrónica Analógica, 300IGE019
  • Profesor: Carlos Alberto Lozano Espinosa

Competencias

Durante el curso el estudiante desarrollará su capacidad para:

  • Actualizarse en el conocimiento de técnicas de transformación de energía y herramientas de simulación.

Habilidades

Al final del curso el estudiante habrá desarrollado las siguientes habilidades:

  • Interpretar comportamientos de sistemas (A4- Technical Knowledge)
  • Predecir comportamientos (A8- Technical Knowledge)
  • Implementar circuitos (B5- Experimental abilities)
  • Leer documentos académicos (B7- Experimental abilities)
  • Leer manuales (B8- Experimental abilities)
  • Medir (B10- Experimental abilities)
  • Realizar prototipos (B11- Experimental abilities)
  • Usar herramientas de análisis, diseño y simulación (B12- Experimental abilities)
  • Considerar restricciones técnicas (C3- Engineering design)
  • Elaborar informes técnicos (C5- Engineering design)
  • Formular criterios técnicos de selección (C7- Engineering design)
  • Considerar restricciones técnicas (F2- Ethical responsability)
  • Implementar circuitos (K1- Use of modern engineering tools)
  • Interpretar simbología (K3- Use of modern engineering tools)
  • Leer manuales (K4- Use of modern engineering tools)
  • Manejar instrumentos electrónicos de medición (K5 Use of modern engineering tools)
  • Realizar prototipos (K6- Use of modern engineering tools).
  • Usar herramientas de análisis, diseño y simulación (K7- Use of modern engineering tools).

Actitudes

Al final del curso en el estudiante se habrán suscitado las siguientes actitudes:

  • Atención
  • Rigor
  • Hábito de estudio
  • Crítica ante la información

Contenido

Al final del curso en el estudiante podrá dar cuenta de los siguientes contenidos:

Introducción

  • Motivación
  • Aplicaciones de Electrónica de Potencia

Dispositivos semiconductores

  • Diodos
  • Transistores bipolares
  • Transistores Mosfet
  • Tiristores
  • Dispositivos de acople opto aisladores, transformadores, semiconductores

Rectificadores: Conversión AC a DC

  • Conceptos de rectificación
  • Rectificadores monofásicos controlados y no controlados de media onda y onda completa, con carga resistiva y con carga inductiva y sin y con diodo de libre circulación
  • Rectificadores trifásicos de media onda y onda completa, controlados y no controlados, con carga resistiva y carga inductiva

Conversión DC a DC

  • Convertidor reductor en modos continuo y discontinuo
  • Convertidor elevador en modos continuo y discontinuo
  • Convertidor reductor- elevador en modos continuo y discontinuo
  • Convertidor Sepic
  • Convertidor Cuk

Ciclo convertidores: Conversión AC a AC

  • Modificación de amplitud
  • Modificación de frecuencia

Inversores: Conversión DC a AC

  • De medio puente y puente completo
  • Análisis espectral
  • Filtros
  • Modulación escalar
  • Técnicas de modulación

Objetivos Instruccionales

  1. Estudiar los circuitos rectificadores
    1. Interpretar comportamientos de sistemas de rectificación
    2. Predecir comportamientos de sistemas de rectificación
    3. Implementar circuitos con rectificadores
    4. Medir señales de salida de circuitos rectificadores
    5. Realizar prototipos con rectificadores
    6. Usar herramientas de análisis, diseño y simulación para ver el comportamiento de circuitos de rectificación
    7. Considerar restricciones técnicas en dispositivos usados en circuitos de rectificación
    8. Implementar circuitos de rectificación
    9. Interpretar simbología para el análisis de circuitos rectificadores
    10. Manejar instrumentos electrónicos de medición para ver las señales de salida de circuitos rectificadores
    11. Realizar prototipos de rectificadores
  2. Estudiar los circuitos circuitos convertidores DC a DC
    1. Interpretar comportamientos de circuitos convertidores DC a DC
    2. Predecir comportamientos de sistemas de conversión DC a DC
    3. Implementar circuitos convertidores DC a DC
    4. Medir señales de salida de convertidores DC a DC
    5. Realizar prototipos con circuitos convertidores DC a DC
    6. Usar herramientas de análisis, diseño y simulación para ver el comportamiento de circuitos convertidores DC a DC
    7. Considerar restricciones técnicas en dispositivos usados en circuitos convertidores DC a DC
    8. Implementar circuitos convertidores DC a DC
    9. Interpretar simbología para el análisis de circuitos convertidores DC a DC
    10. Manejar instrumentos electrónicos de medición para ver las señales de salida de circuitos convertidores DC a DC
    11. Realizar prototipos de circuitos convertidores DC a DC
  3. Conocer el funcionamiento de los circuitos convertidores AC a AC o cicloconvertidores
    1. Interpretar comportamientos de circuitos convertidores AC a AC
    2. Predecir comportamientos de circuitos convertidores AC a AC
    3. Implementar circuitos con circuitos convertidores AC a AC
    4. Medir señales de salida de circuitos convertidores AC a AC
    5. Realizar prototipos con circuitos convertidores AC a AC
    6. Usar herramientas de análisis, diseño y simulación para ver el comportamiento de circuitos convertidores AC a AC
    7. Considerar restricciones técnicas en dispositivos usados en circuitos convertidores AC a AC
    8. Implementar circuitos convertidores AC a AC
    9. Interpretar simbología para el análisis de circuitos convertidores AC a AC
    10. Manejar instrumentos electrónicos de medición para ver las señales de salida de circuitos convertidores AC a AC
    11. Realizar prototipos de circuitos convertidores AC a AC
  4. Estudiar y conocer el comportamiento de los circuitos convertidores DC a AC
    1. Interpretar comportamientos de circuitos convertidores DC a AC o inversores
    2. Predecir comportamientos de circuitos convertidores DC a AC o inversores
    3. Implementar circuitos convertidores DC a AC o inversores
    4. Medir señales de salida de circuitos convertidores DC a AC o inversores
    5. Realizar prototipos con circuitos convertidores DC a AC o inversores
    6. Usar herramientas de análisis, diseño y simulación para ver el comportamiento de circuitos convertidores DC a AC o inversores
    7. Considerar restricciones técnicas en dispositivos usados en circuitos convertidores DC a AC o inversores
    8. Implementar circuitos convertidores DC a AC o inversores
    9. Interpretar simbología para el análisis de circuitos convertidores DC a AC o inversores
    10. Manejar instrumentos electrónicos de medición para ver las señales de salida de circuitos convertidores DC a AC o inversores
    11. Realizar prototipos de circuitos convertidores DC a AC o inversores
  5. Ejercitar con circuitos de conversión AC a DC o rectificadores y cicloconvertidores
    1. Interpretar comportamientos de sistemas de conversión AC a DC o rectificadores y cicloconvertidores
    2. Predecir comportamientos de circuitos de conversión AC a DC o rectificadores y cicloconvertidores
    3. Leer documentos académicos acerca de circuitos de conversión AC a DC o rectificadores y cicloconvertidores
    4. Usar herramientas de análisis, diseño y simulación para circuitos de conversión AC a DC o rectificadores y cicloconvertidores
    5. Considerar restricciones técnicas en dispositivos para usar en circuitos de conversión AC a DC o rectificadores y cicloconvertidores
    6. Considerar restricciones técnicas de dispositivos de conmutación para circuitos de conversión AC a DC o rectificadores y cicloconvertidores
    7. Interpretar simbología en el análisis de circuitos de conversión AC a DC o rectificadores y cicloconvertidores
    8. Usar herramientas de análisis, diseño y simulación para circuitos de conversión AC a DC o rectificadores y cicloconvertidores
  6. Ejercitar con circuitos de conversión DC a DC en sus diferentes versiones
    1. Interpretar comportamientos de sistemas de conversión DC a DC
    2. Predecir comportamientos de circuitos de conversión DC a DC
    3. Leer documentos académicos acerca de circuitos de conversión DC a DC
    4. Usar herramientas de análisis, diseño y simulación para circuitos de conversión DC a DC
    5. Considerar restricciones técnicas en dispositivos para usar en circuitos de conversión DC a DC
    6. Considerar restricciones técnicas de dispositivos de conmutación para circuitos de conversión DC a DC
    7. Interpretar simbología en el análisis de circuitos de conversión DC a DC
    8. Usar herramientas de análisis, diseño y simulación para circuitos de conversión DC a DC
  7. Ejercitar con circuitos de conversión DC a AC o inversores
    1. Interpretar comportamientos de circuitos de conversión DC a AC o inversores
    2. Predecir comportamientos de circuitos de conversión DC a AC o inversores
    3. Leer documentos académicos acerca de circuitos de conversión DC a AC o inversores
    4. Usar herramientas de análisis, diseño y simulación para circuitos de conversión DC a AC o inversores
    5. Considerar restricciones técnicas en dispositivos para usar en circuitos de conversión DC a AC o inversores
    6. Considerar restricciones técnicas de dispositivos de conmutación para circuitos de conversión DC a AC o inversores
    7. Interpretar simbología en el análisis de circuitos de conversión DC a AC o inversores
    8. Usar herramientas de análisis, diseño y simulación para circuitos de conversión DC a AC o inversores
  8. Estudiar los comportamientos de los circuitos convertidores de potencia mediante laboratorios y mini proyectos
    1. Interpretar comportamientos de sistemas de conversión de energía
    2. Predecir comportamientos de circuitos de conversión de energía
    3. Implementar circuitos de conversión de energía
    4. Leer manuales acerca de dispositivos que se usen en circuitos de conversión de energía
    5. Medir señales de salida en circuitos de conversión de energía
    6. Realizar prototipos de circuitos de conversión de energía
    7. Usar herramientas de análisis, diseño y simulación para el análisis de circuitos de conversión de energía
    8. Considerar restricciones técnicas en circuitos de conversión de energía
    9. Elaborar informes técnicos acerca de prácticas con circuitos de conversión de energía
    10. Formular criterios técnicos de selección en dispositivos de conmutación de circuitos de conversión de energía
    11. Considerar restricciones técnicas en la selección de dispositivos de circuitos de conversión de energía
    12. Implementar circuitos de circuitos de conversión de energía
    13. Leer manuales acerca de dispositivos de conmutación de potencia de circuitos de conversión de energía
    14. Usar herramientas de análisis, diseño y simulación para verificar el comportamiento de circuitos de conversión de energía

Actividades curriculares

Clases magistrales sobre rectificación

Desarrollar las habilidades de interpretar comportamiento de sistemas, predecir comportamientos, implementar circuitos, medir, realizar prototipos, usar herramientas de análisis, diseño y simulación, considerar restricciones técnicas, interpretar simbología, manejar instrumentos electrónicos de medición y realizar prototipos, suscitando el hábito de estudio, la atención, el rigor y la crítica ante la información, a través del estudio de los circuitos rectificadores en sus diferentes combinaciones, mediante clases magistrales.

Indicadores de desempeño: A4, A8, B5, B10, B11, B12, C3, K1, K3, K5, K6

Tiempo:

Horas con acompañamiento:		8
Horas sin acompañamiento:		8
Ubicación en el semestre:		Semanas 1 a 5

Clases magistrales sobre convertidores DC a DC

Desarrollar las habilidades de interpretar comportamiento de sistemas, predecir comportamientos, implementar circuitos, medir, realizar prototipos, usar herramientas de análisis, diseño y simulación, considerar restricciones técnicas, interpretar simbología, manejar instrumentos electrónicos de medición y realizar prototipos, suscitando el hábito de estudio, la atención, el rigor y la crítica ante la información, a través del estudio de los circuitos convertidores DC a DC en sus diferentes combinaciones, mediante clases magistrales.

Indicadores de desempeño: A4, A8, B5, B10, B11, B12, C3, K1, K3, K5, K6

Tiempo:

Horas con acompañamiento:		8
Horas sin acompañamiento:		8
Ubicación en el semestre:		Semanas 6 a 10

Clases magistrales sobre cicloconvertidores

Desarrollar las habilidades de interpretar comportamiento de sistemas, predecir comportamientos, implementar circuitos, medir, realizar prototipos, usar herramientas de análisis, diseño y simulación, considerar restricciones técnicas, interpretar simbología, manejar instrumentos electrónicos de medición y realizar prototipos, suscitando el hábito de estudio, la atención, el rigor y la crítica ante la información, a través del estudio de los circuitos convertidores AC a AC o cicloconvertidores, mediante clases magistrales.

Indicadores de desempeño: A4, A8, B5, B10, B11, B12, C3, K1, K3, K5, K6

Tiempo:

Horas con acompañamiento:		6
Horas sin acompañamiento:		6
Ubicación en el semestre:		Semanas 11 a 12

Clases magistrales sobre inversores

Desarrollar las habilidades de interpretar comportamiento de sistemas, predecir comportamientos, implementar circuitos, medir, realizar prototipos, usar herramientas de análisis, diseño y simulación, considerar restricciones técnicas, interpretar simbología, manejar instrumentos electrónicos de medición y realizar prototipos, suscitando el hábito de estudio, la atención, el rigor y la crítica ante la información, a través del estudio de los circuitos convertidores DC a AC o inversores escalares, mediante clases magistrales.

Indicadores de desempeño: A4, A8, B5, B10, B11, B12, C3, F2, K1, K3, K5, K6

Tiempo:

Horas con acompañamiento:		8
Horas sin acompañamiento:		8
Ubicación en el semestre:		Semanas 13 a 16

Taller de rectificación y cicloconversión

Desarrollar las habilidades de interpretar comportamientos de sistemas, predecir comportamientos, leer documentos académicos, usar herramientas de análisis, considerar restricciones técnicas, interpretar simbología y usar herramientas de análisis, diseño y simulación, suscitando el hábito de estudio, la atención, el rigor y la crítica ante la información, a través del estudio de sistemas de rectificación de potencia y cicloconvertidores, mediante talleres y quices.

Indicadores de desempeño: A4, A8, B7, B12, C3, F2, K3, K7

Tiempo:

Horas con acompañamiento:		2
Horas sin acompañamiento:		2
Ubicación en el semestre:		Semanas 1 a 5 y 11 y 12

Taller de convertidores DC a DC

Desarrollar las habilidades de interpretar comportamientos de sistemas, predecir comportamientos, leer documentos académicos, usar herramientas de análisis, considerar restricciones técnicas, interpretar simbología y usar herramientas de análisis, diseño y simulación, suscitando el hábito de estudio, la atención, el rigor y la crítica ante la información, a través del estudio de sistemas de conversión DC a DC de potencia, mediante talleres y quices.

Indicadores de desempeño: A4, A8, B7, B12, C3, F2, K3, K7

Tiempo:

Horas con acompañamiento:		2
Horas sin acompañamiento:		2
Ubicación en el semestre:		Semanas 6 a 10

Taller de inversores

Desarrollar las habilidades de interpretar comportamientos de sistemas, predecir comportamientos, leer documentos académicos, usar herramientas de análisis, considerar restricciones técnicas, interpretar simbología y usar herramientas de análisis, diseño y simulación, suscitando el hábito de estudio, la atención, el rigor y la crítica ante la información, a través del estudio de sistemas de sistemas convertidores DC a AC o inversores de potencia, mediante talleres y quices.

Indicadores de desempeño: A4, A8, B7, B12, C3, F2, K3, K7

Tiempo:

Horas con acompañamiento:		2
Horas sin acompañamiento:		2
Ubicación en el semestre:		Semanas 13 a 16

Proyecto de Curso

Desarrollar las habilidades de interpretar comportamientos de sistemas, predecir comportamientos, implementar circuitos, leer manuales, medir, realizar prototipos, usar herramientas de análisis, diseño y simulación, considerar restricciones técnicas, elaborar informas técnicos y formular criterios técnicos de selección, suscitando la atención, el rigor, el habito de estudio y la crítica ante la información, a través del diseño y la implementación de circuitos para una aplicación con el fin de ejercitar las técnicas de conversión de potencia.

Indicadores de desempeño: A4, A8, B5, B8, B10, B11, B12, C3, C5, C7, F2, K1, K4, K7

Tiempo:

Horas con acompañamiento:		3
Horas sin acompañamiento:		21
Ubicación en el semestre:		Semanas 2 a 16

Evaluación

Actividad curricular Evaluación Porcentajes
1 Primer examen parcial 20%
1, 2 Segundo examen parcial 20%
1, 2, 3, 4 Examen final 20%
8 Laboratorios 20%
5, 6, 7 Quices 20%

Integración curricular

Resultados de programa (ABET)

  • La habilidad para aplicar conocimiento de matemáticas, ciencias e ingeniería.
  • La habilidad para diseñar y conducir experimentos así como para analizar e interpretar datos.
  • La habilidad para diseñar un sistema, componente o proceso para satisfacer necesidades deseadas dentro de restricciones realistas.
  • El entendimiento de la responsabilidad profesional y ética.
  • La habilidad para usar las técnicas, destrezas y herramientas modernas de ingeniería necesarias para la práctica de la ingeniería.

Relevancia del curso con los resultados de programa

Resultados del programa
A B C D E F G H I J K
Relevancia 3 1 2 1 2
Resultados de programa Indicadores de desempeño Actividades curriculares Contenido
Habilidad para aplicar conocimiento científico y de ingeniería A4, A8 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 Todos
Habilidad experimental y análisis de información B5, B7, B8, B10, B11, B12 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 Todos
La habilidad para diseñar un sistemas, componente o proceso para satisfacer necesidades deseadas dentro de restricciones realistas C3, C5, C7 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 Todos
El entendimiento de la responsabilidad profesional y ética F2 4, 5, 6, 7, 8 Todos
Habilidad para usar herramientas modernas de ingeniería K1, K3, K4, K5, K6, K7 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 Todos

Recomendaciones del Director del Programa

Reglas del curso

Calificación: Ver Evaluación del curso

Uso de material en exámenes: En los exámenes no está permitido el uso de notas de clase, bibliografía, calculadoras, computadores personales ni teléfonos celulares.

Asistencia: Obligatoria.

Matriculación (últimos tres años)

Recursos

Salones de clase con las ayudas audiovisuales necesarias, Laboratorios con dotación tecnológica completa.

Bibliografía

  1. Power Electronics: Converters, Applications, and Design by Ned Mohan, Tore M. Undeland and William P. Robbins
  2. Power Electronics: Circuits, Devices and Applications by M. H. Rashid

Instalaciones

  • Salón de clase con computador y proyector
  • Sala de simulación de Ingeniería Electrónica para los laboratorios y prácticas guiadas
 
materias/electronica_de_potencia.1375974581.txt.gz · Última modificación: 2013/08/08 10:09 por alexvalencia
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