En aquest curs sintrodueixen els components i les topologies més habituals emprades en els diferents tipus de convertidors commutats. En la primera part del curs es desenvolupen les tècniques danàlisi necessàries per tal de calcular els paràmetres rellevants del convertidor en règim estacionari (tensions, corrents, eficiència, etc.) i sobté un primer model equivalent del convertidor. Lestudi inclou els modes de conducció contínua i de conducció discontínua. També sestudien les topologies bàsiques dels convertidors DC-DC (reductor, elevador i reductor-elevador) i altres tipus de convertidors (SEPIC, Cuk).
A continuació sestudien els semiconductors emprats en els convertidors de potència (díode, MOSFET, IGBT) i la implementació dels convertidors amb aquests components. Els models desenvolupats anteriorment sevolucionen per tal dincloure les pèrdues deficiència derivades de les no idealitats dels components reals (pèrdues en conducció i de commutació).
Sinclou una breu introducció del transformador per a aplicacions de commutació i lestudi dalgunes de les topologies de convertidors aïllats.
En el curs sestudia també el control del convertidor en llaç tancat. En una primera fase sobté el model AC del convertidor y es deriven les funcions de transferència del convertidor y del controlador. Aquestes es fan servir per a analitzar el sistema en llaç tancat i per a dissenyar un controlador que compleixi els requeriments de disseny (regulació de línia i de càrrega, resposta transitòria, etc.).
Es dedica també un capítol sencer als convertidors AC-DC o rectificadors, amb èmfasi especial en els rectificadors de baix contingut harmònic.
La darrera part del curs està dedicada al tema dels motors elèctrics i els seus accionaments. Inclou una breu descripció dels tipus de motor més habituals, seguit duna anàlisi més detallada dels circuits daccionament per als diferents tipus de motors.
El simulador LTspice s'utilitza extensivament al llarg del curs per illustrar els conceptes introduïts en les seccions teòriques i per analitzar el comportament dels diferents circuits i dispositius.
El curs assumeix uns coneixements previs sobre components electrònics i dispositius semiconductors, anàlisi de circuits i fonaments de sistemes de control.
Components electrònics i dispositius semiconductors, electrònica bàsica, anàlisi de circuits i fonaments de sistemes de control.
Un cop superat satisfactòriament aquest curs, l'alumne haurà adquirit els coneixements i les habilitats necessàries per:
Entendre què és un convertidor en mode commutat, els seus principis de funcionament i les diferents topologies emprades per implementar-los.
Usar diferents tècniques d'anàlisi per tal dobtenir un model equivalent del circuit i resoldre els paràmetres rellevants del convertidor en estat estacionari.
Utilitzar transformadors per implementar convertidors DC-DC aïllats.
Implementar els interruptors del convertidor mitjançant semiconductors de potència.
Determinar els paràmetres crítics dels components passius i actius emprats en els convertidors i seleccionar els dispositius comercials que els compleixen.
Dissenyar convertidors DC-DC de complexitat baixa i mitja mitjançant controladors comercials.
Avaluar l'eficiència dels convertidors i identificar i analitzar les opcions per millorar-la.
Desenvolupar models tèrmics simples per als components del convertidor.
Desenvolupar un model AC del convertidor i utilitzar-lo per analitzar i dissenyar el controlador del convertidor.
Simular els convertidors en llaç obert i en llaç tancat mitjançant els seus models equivalents DC i AC.
Entendre els diferents tipus de motors elèctrics i els circuits que s'utilitzen per a accionar-los.
INTRODUCCIÓ A LELECTRÒNICA DE POTÈNCIA
1.1 Introducció
2. CONVERTIDORS DC-DC
2.1 Introducció
2.2 Tècniques danàlisi
2.3 Topologies bàsiques de convertidors DC-DC: buck, boost i buck-boost
2.4 Arrissada del corrent de linductor
2.5 Arrissada de la tensió de sortida
2.6 Eficiència
2.7 Model DC del convertidor
2.8 Altres topologies: Ćuk, SEPIC
2.9 Règim transitori
3. INTERRUPTORS ELECTRÒNICS
3.1 Implementació de linterruptor
3.2 Díode
3.3 MOSFET
3.4 Implementació del convertidor mitjançant semiconductors
3.5 Modes de conducció contínua i discontínua
3.6 Transistor bipolar
3.7 IGBT
3.8 Nous materials per a dispositius semiconductors
3.9 SOA
3.10 Efecte de linterruptor en leficiència
3.11 Anàlisi tèrmica
4. CONVERTIDORS DC-DC AÏLLATS
4.1 Introducció
4.2 Transformadors per a aplicacions en commutació
4.3 Convertidors aïllats asimètrics
4.4 Convertidors aïllats simètrics
5. CONTROL DEL CONVERTIDOR EN LLAÇ TANCAT
5.1 Control en llaç tancat
5.2 Models de valors mitjans i AC del convertidor
5.3 Funcions de transferència
5.4 Disseny del sistema
6. CONVERTIDORS AC-DC
6.1 Conceptes bàsics de rectificadors
6.2 Rectificadors no controlats
6.3 Rectificadors amb baix contingut harmònic
6.4 Rectificadors polifàsics
6.5 Tiristors i triacs
6.6 Rectificadors controlats
7. ACCIONAMENTS DE MOTORS
7.1 Introducció
7.2 Motors de corrent continu amb escombretes
7.3 Motors pas a pas
7.4 Motors de corrent contínua sense escombretes
7.5 Altres accionaments
Lassignatura simparteix mitjançant classes magistrals on es combinen lexposició dels continguts teòrics amb la demostració de conceptes mitjançant lús de programes de simulació i altres eines visuals (models, animacions, etc.).
La consolidació dels conceptes adquirits sassoleix mitjançant la realització dexercicis individuals que permeten desenvolupar i ampliar els conceptes teòrics i usar eines de simulació per a la seva aplicació i validació.
Una pràctica, en forma dun petit projecte que abasta totes las fases de disseny i que lalumne desenvolupa al llarg del curs, permet a lalumne aplicar i consolidar addicionalment els coneixements adquirits.
Tot el material docent (presentacions, models de simulació, etc.) es troba disponible a la plataforma Moodle.
Lavaluació de lassignatura es fa a partir de la informació obtinguda:
dels exercicis davaluació contínua,
de lexamen final i
de la part pràctica.
La nota dels exercicis davaluació contínua (NAC ) es calcula com la mitjana aritmètica de les notes individuals dels exercicis proposats.
En la convocatòria ordinària, la nota de teoria es calcula a partir de la nota dels exercicis davaluació contínua i de la nota de lexamen final dacord amb els factors de ponderació següents.
NT = 0,45 x NAC + 0,55 x NEF
La nota final de lassignatura es calcula a partir de la nota de teoria i la de pràctiques mitjançant la fórmula següent:
N = 0,8 x NT + 0,2 x NPR
Per tal daprovar lassignatura cal que:
La nota de lexamen final (NEF) sigui igual o superior a 4 i
La nota de teoria sigui igual o superior a 4 i
la nota de la part pràctica (NPR) sigui igual o superior a 5 i
la nota final de lassignatura, calculada a partir de la nota de teoria (80%) i de la nota de la pràctica (20%) sigui igual o superior a 5.
La no presentació de la part pràctica comporta una nota de lassignatura dNP.
En la convocatòria extraordinària, la nota de teoria és la de lexamen final de convocatòria extraordinària. La nota final de lassignatura es calcula a partir de la nota de teoria i la de pràctiques mitjançant la fórmula següent:
N = 0,8 x NT + 0,2 x NPR
La no presentació de la part pràctica comporta una nota de lassignatura dNP.
Els exercicis davaluació continua són de caràcter obligatori. Per cadascun dells sestableix una data de lliurament. Els problemes lliurats abans de la finalització del termini puntuen sobre 10. La nota dels problemes lliurats amb retard sobté multiplicant la nota pel coeficient corrector:
K = 1 (0,2 x d)
On d és el nombre de dies de retard en el lliurament del problema.
Així, la nota dun exercici lliurat amb dos dies de retard sobté multiplicant per 0,6 la nota resultat de la correcció daquest. Cada alumne disposa duna bossa de 6 dies que pot fer servir per a evitar les penalitzacions per lendarreriment del lliurament. El màxim nombre de dies que es pot fer servir per a un únic exercici és de 4 (encara que es disposi dun nombre més gran de dies a la bossa).
Robert W. Erickson, Dragan Maksimovic, Fundamentals of Power Electronics, 2nd ed., Kluwer Academic Publishers, New York, 2004.
N. Mohan, T. M. Undeland, and W. P. Robbins, Power Electronics: Converters, Applications and Design, 3rd ed.,Wiley, New York, 2003.
D. W. Hart, Power Electronics, McGraw-Hill, New York, 2011
M. H. Rashid, Electrónica de potencia Circuitos, dispositivos y aplicaciones, 3ª edición, Pearson-Prentice Hall, México, 2004
[1] PRESSMAN, ABRAHAM. Switching and linear power supply, power converter design . 1998
[2] KASSAKIAN, JOHN G. Principles of power electronics. 1991
[3] Maxon Motors. www.maxon.com
[4] Linear technology www.linear.com
[5] Texas Instruments www.ti.com
[6] Analog devices www.analog.com
[7] National Semiconductor www.national.com
[8] Maxim www.maxim-ic.com
[9] Intersil www.intersil.com