Doble Titulación en Ingeniería de Sistemas Audiovisuales e Ingeniería Multimedia

Doble Grado en Ingeniería de Sistemas Audiovisuales e Ingeniería Multimedia

La Salle Campus Barcelona te ofrece 5 dobles titulaciones en el ámbito de las Ingenierías TIC. Con los dobles grados podrás finalizar los estudios universitarios en 5 años académicos con dos titulaciones oficiales de grado

Electrónica de potencia

Descripción
En este curso se introducen los componentes y las topologías más habituales utilizadas en los diferentes tipos de convertidores conmutados. En la primera parte del curso se desarrollan las técnicas de análisis necesarias para calcular los parámetros relevantes del convertidor en régimen estacionario (tensiones, corrientes, eficiencia, etc.) y se obtiene un primer modelo equivalente del convertidor. El estudio incluye los modos de conducción continua y de conducción discontinua. También se estudian las topologías básicas de los convertidores DC-DC (reductor, elevador y reductor-elevador) y otros tipos de convertidores (SEPIC, Cuk). A continuación se estudian los semiconductores empleados en los convertidores de potencia (diodo, MOSFET, IGBT) y la implementación de los convertidores con estos componentes. Los modelos desarrollados anteriormente se refinan para incluir las pérdidas de eficiencia derivadas de las no idealidades de los componentes reales (pérdidas en conducción y de conmutación). Se incluye una breve introducción del transformador para aplicaciones de conmutación y el estudio de algunas de las topologías de convertidores aislados. En el curso se estudia también el control del convertidor en lazo cerrado. En una primera fase se obtiene el modelo AC del convertidor y se derivan las funciones de transferencia del convertidor y del controlador. Estas se utilizan para analizar el sistema en lazo cerrado y para diseñar un controlador que cumpla los requerimientos de diseño (regulación de línea y de carga, respuesta transitoria, etc.). Se dedica también un capítulo entero a los convertidores AC-DC o rectificadores, con énfasis especial en los rectificadores de bajo contenido armónico. La última parte del curso está dedicada al tema de los motores y sus accionamientos. Incluye una breve descripción de los tipos de motor más habitual seguido de un análisis más detallado de los accionamientos de motor empleados. El simulador LTspice se utiliza extensivamente a lo largo del curso para ilustrar los conceptos introducidos en las secciones teóricas y para analizar el comportamiento de los diferentes circuitos y dispositivos. El curso asume unos conocimientos previos sobre componentes electrónicos y dispositivos semiconductores, análisis de circuitos y fundamentos de sistemas de control.
Tipo asignatura
Optativa
Semestre
Primero
Créditos
4.00

Profesores Titulares

Conocimientos previos

Componentes electrónicos y dispositivos semiconductores, electrónica básica, análisis de circuitos y fundamentos de sistemas de control.

Objetivos

Una vez superado satisfactoriamente este curso, el alumno habrá adquirido los conocimientos y las habilidades necesarias para:
• Entender qué es un convertidor en modo conmutado, sus principios de funcionamiento y las diferentes topologías empleadas para implementarlos.
• Usar diferentes técnicas de análisis para obtener un modelo equivalente del circuito y resolver los parámetros relevantes del convertidor en estado estacionario.
• Utilizar transformadores para implementar convertidores DC-DC aislados.
• Implementar los interruptores del convertidor mediante semiconductores de potencia.
• Determinar los parámetros críticos de los componentes pasivos y activos empleados en los convertidores y seleccionar los dispositivos comerciales que los cumplen.
• Diseñar convertidores DC-DC de complejidad baja y media mediante controladores comerciales.
• Evaluar la eficiencia de los convertidores e identificar y analizar las opciones para mejorarla.
• Desarrollar modelos térmicos simples para los componentes del convertidor.
• Desarrollar un modelo AC del convertidor y utilizarlo para analizar y diseñar el controlador del convertidor.
• Simular los convertidores en lazo abierto y en lazo cerrado mediante sus modelos equivalentes DC y AC.
• Entender los diferentes tipos de motores eléctricos y los circuitos que se utilizan para accionarlos.

Contenidos

1. INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
1.1 Ámbito de estudio y aplicaciones
1.2 Convertidor: modelo y clasificación
1.3 Eficiencia
1.4 Sistemas conmutados
1.5 Simulación

2. CONVERTIDORES DC-DC
2.1 Introducción y objetivos
2.2 Teniques de análisis
2.3 Balance de voltios-segundo y de carga
2.4 Topologías básicas de convertidores DC-DC: buck, boost y buck-boost
2.5 Rizado de la tensión de salida
2.6 Eficiencia
2.7 Modelo DC del convertidor
2.8 Otras topologías: Ćuk, SEPIC
2.9 Modos de conducción continua y discontinua
2.10 Régimen transitorio

3. INTERRUPTORES ELECTRÓNICOS
3.1 Implementación del interruptor
3.2 Diodo
3.3 MOSFET
3.4 Transistor bipolar
3.5 IGBT
3.6 SOA
3.7 Efecto del interruptor en la eficiencia

4. CONVERTIDORES DC-DC AISLADOS
4.1 Introducción
4.2 Transformadores para aplicaciones en conmutación
4.3 Convertidores aislados asimétricos
4.4 Convertidores aislados simétricos

5. MODELO AC Y DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL
5.1 Modelo AC del convertidor
5.2 Control en lazo cerrado
5.3 Diseño del controlador
6. CONVERTIDORES AC-DC
6.1 Conceptos básicos de rectificadores
6.2 Rectificadores no controlados
6.3 Rectificadores de bajo contenido armónico
6.4 Rectificadores polifásicos
6.5 Tiristores y triacs
6.6 Rectificadores controlados

7. ACCIONAMIENTOS DE MOTORES
7.1 Introducción
7.2 Motores de corriente continua con escobillas
7.3 Motores paso a paso
7.4 Motores de corriente continua sin escobillas
7.5 Motores de corriente alterna

Metodología

La asignatura se imparte mediante clases magistrales donde se combinan la exposición de los contenidos teóricos con la demostración de conceptos mediante el uso de programas de simulación y otras herramientas visuales (modelos, animaciones, etc.).

La consolidación de los conceptos adquiridos se consigue mediante la realización de ejercicios individuales que permiten desarrollar y ampliar los conceptos teóricos y usar herramientas de simulación para su aplicación y validación.

Una práctica, en forma de un pequeño proyecto que abarca todas las fases de diseño y que el alumno desarrolla a lo largo del curso, permite a éste aplicar y consolidar adicionalmente los conocimientos adquiridos.

Todo el material docente (presentaciones, modelos de simulación, etc.) se encuentra disponible en la plataforma Moodle.

Evaluación

La evaluación de la asignatura se realiza a partir de la información obtenida:
• de los ejercicios de evaluación continua,
• del examen final y
• de la parte práctica.

La nota de la parte teórica se calcula a partir de la nota de los ejercicios de evaluación continua (50%) y de la nota del examen final (50%).

Para aprobar la asignatura es necesario que:
• La nota de la parte teórica sea igual o superior a 4 y
• la nota de la parte práctica sea igual o superior a 5 y
• la nota final de la asignatura, calculada a partir de la nota de teoría (80%) y de la nota de la práctica (20%) sea superior a 5.

La no presentación de la parte práctica conlleva una nota de la asignatura de NP.

Criterios evaluación
Bibliografía básica

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

Material complementario

[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
[10] Revistes de divulgació: Elektor, Revista Española de Electrónica