CICLO 2015-B

ELECTRONICA DE POTENCIA II

Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA

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nProfesor Ing. Russell Córdova Ruiz

Área de Tecnología Electrónica

Tlf: 985 18 20 85E-mail: sebas@uniovi.esEdificio 3, primera planta, despacho 3.1.21Página web: http://www.uniovi.es/ate/sebas/

Datos de contacto

InvestigaciónSistemas de Alimentación

• Convertidores CC/CC y CA/CC

• Corrección del Factor de Potencia

• Rectificación Síncrona

• Modelado de Convertidores

TutoríasMartes: 9h 15’-11h 15’

Miércoles: 12h 40’-13h 40’

Viernes: 9h 15’-12h 15’

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Sistemas Electrónicos de Alimentación

Curso: 5º Titulación: Ingeniero de Telecomunicación

Créditos

Teoría: 3Prácticas de Tablero: 1,5Prácticas de Laboratorio: 1,5

Total: 6

Horas de Teoría: 30Horas de PT: 15Horas de PL: 15

Total: 60

Sistemas Electrónicos de Alimentación

Optativa. 1er Cuatrimestre

HorarioLunes: 16:00 - 18:00

Martes: 17:00 - 18:00

15 lunes x 2 = 30 horas

15 martes x 1 = 15 horas

Total = 45 horas

Curso 07/08

Prácticas 7 prácticas x 2 horas = 14 horas

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Funcionamiento de la asignatura

Exámenes

Febrero: 1 de febrero. 9 horas.

Junio: 27 de junio. 16 horas.

Septiembre: 7 de julio. 9 horas.

Examen de los contenidos teóricos (3 puntos)

Construcción de forma tutelada un convertidor CC/CC (4 puntos)

Realización de un trabajo de fin de curso (3 puntos)

• J. A. Gualda S. Martínez y P. M. Martínez. “Electrónica Industrial: Técnicas de Potencia”. Editorial Marcombo.

• N. Mohan, T. M. Undeland y W. P. Robbins. “Power Electronics: Converters, Applications and Design”. Ed. John Wiley and Sons

• M.H.Rashid. “Power Electronics, Circuits, Devices and Applications”. Ed. Prentice Hall.

• R.W Erickson y D. Maksimovic. “Fundamentals of Power Electronics”. Kluwer Academic Publishers.

• D.W Hart. “Electrónica de Potencia”. Prentice Hall.

• J. G. Kassakian, M. F. Schlecht y G. C. Verghese, “Principles of Power Electronics”. Addison-Wesley, 1992.

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nBibliografía

Contenidos de la Asignatura

Estudiar los circuitos que sirven para transformar la energía obtenida de una fuente primaria y adecuarla convenientemente para poder alimentar a otro equipo cualquiera

FUENTE DE ENERGÍA

CC o CA

CARGA

CC o CA

CONVERTIDOR ELECTRÓNICO

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El curso se centrará en la alimentación de cargas de continua

FUENTE DE ENERGÍA

CC o CA

CONVERTIDOR ELECTRÓNICO

CARGA

CC o CA

• Conversión CC/CC

• Conversión CA/CCAplicaciones

• Componentes específicos

TEMARIO

Parte 1: IntroducciónParte 2: Dispositivos de PotenciaParte 3: ConvertidoresParte 4: Aplicaciones y temas complementarios

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Lección 1: IntroducciónLección 2: Especificaciones de fuentes de alimentación

Lección 3: Circuitos de mandoLección 4: Diodos de potenciaLección 5: El MOSFET de potenciaLección 6: Componentes magnéticos

Lección 7: Convertidores CC/CCLección 8: Modelado dinámico de convertidoresLección 9: Corrección del factor de potencia

Lección 10: Arquitecturas de sistemas de alimentaciónLección 11: Temas complementarios

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Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

TEMARIO

PRÁCTICAS DE LABORATORIO

7 Sesiones de prácticas de laboratorio

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n Objetivo: Construcción real de un

convertidor CC/CC elevador (Boost) de 12 V

a 19 V, para alimentar un ordenador portátil

desde la batería de un coche.

• Familiarización con el laboratorio, su instrumentación y la soldadura en placa de circuito impreso.

• Montaje provisional del circuito de mando en bucle abierto.

• Cálculo y construcción del componente magnético.

• Montaje de la etapa de potencia y pruebas en bucle abierto.

• Verificación de la función de transferencia del control en bucle abierto.

• Cálculo y montaje del regulador y pruebas en lazo cerrado.

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nProyectos Fin de Carrera

Es posible realizar el Proyecto Fin de Carrera en temas de Sistemas de Alimentación

• Corrección del Factor de Potencia

• Rectificación Síncrona

• Paneles Solares

• Generación Eólica

• Sistemas de Alimentación Ininterrumpida

• Convertidores CC/CC y CA/CC

Características Generales de los Proyectos

• Realización física de prototipos

• Especificaciones similares a las de equipos reales

• Trabajo en el Laboratorio de Convertidores

• Duración en torno a los 6 / 7 meses de trabajo (jornada completa)

• Posibilidad de realizar parte del Proyecto Fin de Carrera en la Agencia Espacial Europea (ESA) en Noordwijk, Holanda.

Lección 1

INTRODUCCIÓN

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nCampos de la Electrónica

Electrónica Digital

Sistemas inteligentes

Control de procesos

Tratamiento de datos

Comunicaciones

Electrónica Analógica Sistemas de baja frecuencia

Tratamiento de señales

Instrumentación Electrónica

Sensores

Captación de datos

Tratamiento de las señales de los sensores

OptoelectrónicaTransmisión de datos

Captura de información

Electrónica de Comunicaciones

Receptores

Transmisores

Transceptores

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n¿Cómo se alimentan todos esos circuitos?

• TODOS los circuitos electrónicos requieren una tensión de alimentación específica

• En general, los circuitos se alimentan con una tensión continua

• En función de la aplicación, la tensión de alimentación necesaria puede variar entre 1V y 100V

La energía que demandan los circuitos se puede obtener de diversas fuentes:

• La red eléctrica

• Una batería

• Un panel solar

• Un generador eólico

• Un generador eléctrico (p.ej. movido con gasolina)

En general, la energía que se obtiene de la fuente no puede ser usada directamente por el equipo que se quiere alimentar

Es necesario transformar la energía eléctrica

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n¿Cómo se transforma la energía eléctrica?

Utilizando circuitos específicos cuya misión es precisamente tomar la energía de la fuente y transformarla de forma adecuada para que pueda ser usada por la carga. A este tipo de circuitos se les llama CONVERTIDORES

Las fuentes de energía se pueden dividir en dos categorías:

• Tensión alterna: red eléctrica, aerogeneradores, generadores, etc.

• Tensión continua: baterías, paneles solares, pilas de combustible, etc.

Las cargas también se pueden dividir en dos categorías:

• De tensión continua: circuitos electrónicos en general

• De tensión alterna: muchos motores (los más robustos) y cargas que por facilidad se alimentan en alterna

CARGA

CC o CA

FUENTE DE ENERGÍA

CC o CA

CONVERTIDOR

ELECTRÓNICO

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nTipos de convertidores

En función de la fuente de energía y de la carga, tenemos 4 tipos de convertidores:

Rectificadores

Convertidores CC/CC y troceadores

Inversores (u onduladores)

Cicloconvertidores. Poco usados hoy en día. Sustituidos por la conexión de rectificador e inversor en cascada

Convertidores CA/CC

Convertidores CC/CC

Convertidores CC/CA

Convertidores CA/CA

La parte de la Electrónica que estudia este tipo de circuitos se llama:

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

En este curso nos centraremos en las FUENTES DE ALIMENTACIÓN, que son una parte importante de la electrónica de potencia

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nNiveles de potencia

Según el tipo de aplicación, la potencia que debe manejar un convertidor puede variar entre valores del orden de unos pocos

mW hasta valores del orden de varios MW

Un sensor o un implante electrónico en el cuerpo humano pueden necesitar potencias del orden de 10mW

• Los niveles de corriente son muy bajos

• Deben funcionar a tensiones bajas

• No se pueden calentar

• Deben ser de tamaño muy pequeño

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nNiveles de potencia

Los equipos electrónicos domésticos consumen potencias del orden de 50 - 300 W. Los más grandes pueden consumir hasta 6kW

Según potencia del amplificador: hasta 100-200W TV 25”: 60 W

TV plana 50”: 600 W

Hasta 300 W

Entre 1 y 6kW 200 - 300W

“Routing Switch”

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nNiveles de potencia

Los equipos industriales profesionales y los usados en muchas instalaciones pueden consumir potencias del orden de kW

• Accionadores para motores de tamaño pequeño y mediano

• Taladros industriales

• Centralitas telefónicas

• Otras partes de sistemas de telecomunicaciones

• Cargadores de baterías

Alimentación Telecom 50 kWConvertidor para motores

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nNiveles de potencia

En las aplicaciones de Tracción y Generación, las potencias pueden llegar a alcanzar potencias del orden de varios MW

Potencia: 1 MW

Tensión de alimentación: 1500 V, 600 Hz

Potencia: 2,4 MW

Tensión de alimentación: 3000 V, 600 Hz

500 kW – 2 MW

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nAlgunos conceptos elementales

• Especificaciones de la carga

• Nivel de potencia del sistema

• Especificaciones de la fuente de energía • El convertidor debe ser

lo más sencillo y pequeño posible (tamaño, coste)

• Para funcionar, el convertidor gasta una cierta cantidad de energía. Debe ser lo menor posible

• Por el hecho de disipar potencia, los convertidores se van a calentar.

• Es necesario evacuar el calor

Concepto de Rendimiento

ConvertidorPin Pout

Pérdidas

Pin > Pout

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nInvestigación

• La Electrónica de Potencia es una rama fundamental de la Electrónica

• Hoy en día es prioritario tener sistemas de potencia fiables, con buenas prestaciones y a un coste razonable. La investigación en este campo es realmente activa a nivel mundial

• En España es uno de los campos principales de investigación y, probablemente, uno de los más activo dentro de las especialidades electrónicas

España está entre los 5 primeros países del mundo en lo que se refiere a producción científica en este campo

Ejemplos de universidades muy activas en Electrónica de Potencia :

• U. Politécnica de Madrid• U. de Oviedo• U. Carlos III de Madrid• U. de Valencia• U. Politécnica de Cataluña• U. de Cantabria• U. de Zaragoza• U. Rovira y Virgili• U. de Sevilla

• Virginia Polytechnic• U. de Wisconsin- Madison• Caltech-California• M.I.T• Copec-Colorado

• Aalborg (Dinamarca)• Delft (Holanda)• ETH (Zurich)• Politecnico de Torino

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nInvestigación

IEEE: Institute of Electrical and Electronic Engineers

• Es la mayor organización no gubernamental del mundo

• Es una especie de colegio de ingenieros eléctricos mundial

Se organiza en sociedades temáticas. Ejemplos:• PELS: Power Electronics Society• IAS: Industrial Applications Society• IES: Industrial Electronics Society• APS: Antennas and Propagation Society• COMMS: Communications Society

Publica las revistas técnicas más prestigiosas en todo el campo eléctrico: IEEE Transactions

• IEEE Transactions on Power Electronics

• IEEE Transactions on Industry Applications

• IEEE Transactions on Industrial Electronics

También organiza congresos de gran prestigio anualmente

IEEE APEC: Applied Power Electronics Conference

IEEE PESC: Power Electronics Specialists Conference (ahora IEEE ECCE)

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nInvestigación

www.ieee.org

www.ieee-pels-spanish-chapter.org

• Web del capítulo español de la sociedad de electrónica de potencia

• Tiene gran cantidad de información: tesis doctorales, seminarios, exámenes de distintas universidades

En España un congreso anual:

SAAEI – Seminario Anual de Automática, Electrónica Industrial e Instrumentación

Es el congreso de Electrónica de Potencia por excelencia en España

En cuanto a revistas, únicamente Mundo Electrónico (Boixareu Editores) publica contenidos de esta temática ocasionalmente