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Academic Year/course: 2019/20

424 - Bachelor's Degree in Mechatronic Engineering

28826 - Power Electronics


Syllabus Information

Academic Year:
2019/20
Subject:
28826 - Power Electronics
Faculty / School:
175 - Escuela Universitaria Politécnica de La Almunia
Degree:
424 - Bachelor's Degree in Mechatronic Engineering
ECTS:
6.0
Year:
3
Semester:
Second semester
Subject Type:
Compulsory
Module:
---

1. General information

1.1. Aims of the course

The general objective of the course is to provide the necessary knowledge to interpret and solve electronic power control circuits, especially in the areas of static switches, rectifiers, inverters, regulators and power inverters.

This requires the correct use of the most common computer applications, to obtain information on the power components and their applications, and also to correctly interpret the technical documentation of the components used; as well as computer applications for circuit simulation. The correct handling of the measuring and feeding devices commonly used in the electronics laboratory must also be achieved, as well as the proper interpretation of the measurements made.

The indicators that the objectives have been achieved will be: the ability to read plans of commercial electronic equipment and applications, and also the ability to make electronic schemes of the typical power output circuits and control elements, according to the appropriate regulations and symbols, and finally the realization of technical reports on the practical activities carried out.

1.2. Context and importance of this course in the degree

The subject of Power Electronics is part of the Degree in Mechatronic Engineering taught by EUPLA, within the Electricity and Electronics module. It is a subject of the third course located in the sixth semester and compulsory (OB), with a teaching load of 6 ECTS credits.

1.3. Recommendations to take this course

The development of the subject of Power Electronics requires putting into play knowledge and strategies, coming from subjects corresponding to the previous courses and semesters of the Mechatronic Engineering Degree, related to:

Mathematics, Physics, Chemistry, Technical Drawing, Computer Science, Electrical Engineering, Electronic Technology I and Electronic Technology II.

However, it is not a legal requirement to have passed them in order to join Power Electronics.

2. Learning goals

3. Assessment (1st and 2nd call)

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

This Power Electronics course is designed as a set of contents but distributed in four blocks. The first block brings together concepts the power components performance and their protection elements. The second and third blocks make up the core that the subject must provide to the student's training: Static switches, converters and regulators, rectifiers and power inverters. The final block deals with some of the major applications of Power Electronics, without meaning to cover all the fields of application of this discipline.

The first three blocks will be dealt with under three fundamental and complementary ways: the theoretical concepts of each didactic unit, the resolution of problems or questions and practices, supported in turn by another series of activities such as tutorials and seminars and will be tested individually, regardless of the blocks.

The fourth block will have a different treatment because the students will work in groups only previously assigned sections, they will be able to express their preferences but all the subjects will have to be assigned to some group. They will prepare presentation materials and defend their work with a public presentation, which will be valued by the rest of the students and the teacher.

The teacher/student interaction is carried out in this way, through the distribution of work and responsibilities between students and teachers. However, it must be taken into account that, to a certain extent, students can set the pace of learning according to their needs and availability, following the guidelines set by the teacher.

The organization of teaching involves the active participation of the student, and will be carried out following the following guidelines:

- Lectures: Theoretical activities imparted in a fundamentally expositive way by the teacher, in such a way as to expose the theoretical supports of the subject, highlighting the fundamental, structuring the concepts and relating them to each other.

- Practical lessons: The teacher solves problems or practical cases for illustrative purposes. This type of teaching complements the theory explained in the lectures with practical aspects.

- Seminars: The total group of lectures or practical lessons may or may not be divided into smaller groups, as appropriate. They will be used to analyze cases, solve problems, etc. Unlike what happens with the practical lessons, the teacher is not a protagonist, simply listening, counselling, clarifying, evaluating, assessing. It seeks to encourage student participation, as well as making the continuous assessment of students possible and to learn about the performance of learning.

- Lab Practice: The total group of lectures will be divided into several shifts, according to the number of students enrolled, but never with more than 20 students per shift, so that smaller groups can be formed. Students will do assemblies, measurements, simulations, etc., in the laboratories in the presence of the trainee teacher.

Practical activities are carried out in groups of two students (or at the most three students) per shift, although for the reports students of two or more shifts can be grouped. For each subject block, guidelines for practical tasks will be given (compulsory and optional); In addition, the reporting rules will be specified in a guidance document, which will be handed out at the beginning of the practical activities.

- Group tutorials: Programmed activities of learning follow-up in which the teacher meets with a group of students to guide their work of autonomous learning and supervision of works directed or requiring a high degree of advice by the teacher.

- Individual tutorials: These are the ones made through the individual attention of the teacher in the department. They aim to help solve the doubts that students come across, particularly those who for various reasons cannot attend group tutorials or need more personalized attention. These tutorials can be classroom or virtual.

4.2. Learning tasks

The course includes the following learning tasks:

Generic on-site activities:

● Lectures: The theoretical concepts of the subject will be explained and illustrative practical examples will be developed as a support for the theory when it is deemed necessary.

● Practical lessons: Problems and practical cases will be made as a complement to the theoretical concepts studied.

● Practical tasks: Students will be divided into several groups of no more than 20 students, being guided by the tutorial action of the teacher.

● Defence and presentation of topics: on the particular contents that are assigned to each group of students, corresponding to Block 4.

Generic off-site activities:

● Study and assimilation of the theory explained in the lectures.

● Understanding and assimilation of solved cases in practical lessons.

● Preparation of seminars, solving suggested problems, etc.

• Participation in Forums of the subject via Moodle, to provide links of information on the Internet.

● Preparation and development of scripts and corresponding reports.

● Preparation of written continuous assessment tests, and global assessment tests.

Autonomous tutored activities:

Although they will be done on-site, they have been taken into account separately because of their particular features, they will be focused mainly on seminars and tutorials under the supervision of the teacher.

Reinforcement activities: Off-site activities preferably, via the virtual portal of teaching (Moodle), will be designed to reinforce the basic contents of the subject. These activities can be personalized or not.

4.3. Syllabus

The theoretical contents are divided into four sections (numbers 1 to 4) preceded by a Section 0 of introduction to Maintenance. The choice of the content of the blocks has been made looking for the express clarification of the final objective, so that with the union of incidental knowledge, the student obtains a structured knowledge, easily assimilated for the Mechatronics Engineers.

Each of the blocks is composed of subjects, with a temporary assignment of one or two weeks of the course, these topics collect the contents necessary for the acquisition of predetermined learning outcomes.

Theoretical contents:

Section 0: INTRODUCTION

Section 1: POWER SEMICONDUCTORS

1-. Power Diodes and Transistors

• Types of power diodes. Reverse Recovery

• Power bipolar transistors. Safe Operating Area

• Power unipolar transistors. FET, MOS, IGBT

2-. Thyristor, TRIAC and other active components

• Thyristor (SCR). Building. Lock and Drive States

• Thyristor. Shooting and blocking times and forms

• TRIAC. Building. Driving and triggering modes

• Other components: Diac, GTO, SCS, ...

3-. Protection, Association and Refrigeration

• Protection against overvoltages and overcurrents

• Serial and parallel connections

• Thermal protection. Calculation of radiators

• Passive power components

Section 2: STATIC SWITCHES, CONVERTERS, REGULATORS

4-. A.C. and D.C. static switches.

• D.C. switches with thyristors and transistors

• A.C. switches with thyristors, TRIACs and transistors

• Single and three-phase A.C. switches

5-. Power Converters

• All-nothing controls. Synchronous control. Proportional variation

• Phase control. Shooting and driving angles. Electrical noise

• Open and closed chain control

6-. A.C. Regulators.

• With power dissipation, by Ferro-resonance and by slicing

• With Thyristors in the natural block. Integral and phase control

• With switching loads with TRIAC

7-. D.C. Regulators.

• Reducing regulators with thyristors

• Reducing regulators with transistors. Buck and Forward

• Lift controllers with transistors. Boost, Forward and Flyback

Section 3: RECTIFIERS, POWER INVERTERS, AND MOTOR CONTROL

8-. Uncontrolled and controlled rectifiers

• Half-wave three-phase Assemblies

• Full-wave with star secondary Assemblies

• Half-wave with polygon secondary Assemblies

9-. Topologies and Inverter and Converter circuits

• Configuration of the inverter power circuit

• Regulation of the output voltage in an inverter

• Four-quadrant converter.

• Cycle-converters

• Inverters with self-excited transistors

• Inverters with transistors and independent excitation

• Inverters with natural and forced blocking thyristors

10-. Speed drives for electric motors

• Static starters for AC motors

• Frequency inverters for A.C. asynchronous motors

• DC Motor Control. Brushless

Section 4: APPLICATIONS OF POWER ELECTRONICS

 11-. Temperature controls and heating

• Temperature control methods

• Power regulation in industrial ovens

• Resistance welding

• Ultrasound Welding

• Inductive heating

12-. Uninterrupted power supply systems (U.P.S.)

• A.C. and D.C. output Systems

• Line conditioners and active filters

• Storage and by-pass devices

• Battery chargers

13-. Control Systems in Alternative Energies

• Inverters for an autonomous photovoltaic power plant in A.C.

• Inverters for network injection photovoltaic power plant

• The photovoltaic solar power plant for power supply in D.C.

• Electronic controls in wind farms

14-. Other fields of application of Power Electronics

• Railway Electronic controls

• Automobile Electronic controls

• Electroplating and Electro-Filters Rectifiers

• Synchronous and timed lighting controls

• Dimmer and sensor lighting controls

Practical contents:

Each Section exposed in the previous section has associated practices in this regard, either through practical assumptions and/or physical or simulated assembly work leading to obtaining results and their analysis and interpretation. As the topics are developed, these Practices will be proposed, preferably in the classroom and also through the Moodle platform.

Practices to be developed in the Laboratory are given below. They will be carried out by the students in one-hour sessions, except in the final practice, in which the three hours corresponding to Section 4 are accumulated.

PRACTICE 1: ASSOCIATED WITH Section 1

Exercise 1: Power Diodes and Transistors

Power diode recovery time Analysis. Switching of resistive loads using transistors. Inductive load switching using transistors. Manufacturer and wave data Queries.

Exercise 2: Thyristor, TRIAC and others

Switching of resistive and inductive loads with thyristors. Switching of resistive and inductive loads with TRIAC (optocoupled control). Wave Analysis and Capture.

Exercise 3: Protection, Semiconductor Association, Refrigeration

Protective elements. Data manufacturer query. Radiator calculation and assembly of in power components.

PRACTICE 2: ASSOCIATED WITH Section 2

Exercise 1: Static switches

Connection of switches with thyristors and transistors in D.C. Switching on A.C. Single phase with thyristors and TRIAC. Three-phase A.C. Switching switches with thyristors and TRIAC. Multisim Simulation controls using Digilent Basys-2.

Exercise 2: Power shifters

Phase control connection with TRIAC and diac. Wave Analysis. Control connection per cycle packet. Synchronous control. Wave Analysis. Measurements with network quality analyzer.

Exercise 3: A.C. Regulators

Simulation of Ferro-resonant regulators. Regulation Simulation/assembly using transformer socket change. Manufacturer data Query.

Exercise 4: D.C. Regulators

Simulation of Buck and Forward reducers. Boost, Forward and Flyback elevator Simulation. PWM controller Assembly and analysis. Wave Capturing.

PRACTICE 3: ASSOCIATED WITH Section 3

Exercise 1: non-controlled Rectifiers

Half-wave three-phase rectifier assembly. Full-wave three-phase rectifier assembly. Wave capture and analysis.

Exercise 2: Controlled rectifiers

Total Control half-wave three-phase rectifier Assembly. Semi-controlled full-wave three-phase rectifier Assembly. Waves capture and analysis. Network quality analyzer measurements.

Exercise 3: Inverters and Power Converters

Simulation and Analysis of Output Topologies. Simulation and Analysis of Cycle-Converters.

Exercise 4: Variable speed drives in electric motors

DC motor control, independent excitation using rectifiers. Connection of the IR frequency variable drive. Waves Capture and analysis. Network quality analyzer measurements.

PRACTICE 4: ASSOCIATED WITH Section 4

Assembly, adjustment and documentation of one of the applications related to topics 10 to 12, depending on what is assigned for theoretical defence and the availability of suitable components.

4.4. Course planning and calendar

Temporary distribution of a teaching week:

The subject is defined in the Verification Report of the Degree with a low experimental grade so that the 10 hours a week are distributed as follows:

• Theory-practical classes: 3 hours a week (blocks 1, 2 and 3) / 5 hours per week (block 4).

• Practice tasks: 1 hour per week.

• Other activities: 6 hours per week (blocks 1, 2 and 3)  /    4 hours per week (block 4).

Test schedule:

For the assessment tests, described in the continuous assessment process, the following schedule is suggested:

• Week 3: Test 1 (Topics 1, 2 and 3).

• Week 7: Test 2 (Topics 4, 5, 6 and 7).

• Week 12: Test 3 (Topics 8, 9 and 10).

Speech-Presentation of Works:

The ones belonging to Block 4 (Digital devices of the high scale of integration), will be tested orally during the three final weeks of the course, depending on the number of students and the specific development of the preparatory tasks.

4.5. Bibliography and recommended resources

Resources:

Theory Notes, PWP presentations, typical problems and Web links, all related to the syllabus, will be provided through the Moodle page of the subject.

Electronic circuit simulation software (Multisim) and manuals for their use, will be installed in the computer room or Laboratory PCs. Download and installation in the personal computers of students will be allowed.

PCs, Multimeters, 2 and 4 channel Oscilloscopes, Network Quality Meters, Tachometers, Function Generators, Power Supplies, discrete and integrated electronic components, must be part of the Electronics Lab equipment.

The teacher wants to emphasize that the text: Electrónica de Potencia. Componentes, topologías y equipos, authors: MARTINEZ S., GUALDA J.A., included in the bibliography as a base text, is an essential resource to follow the subject in theory sessions.

http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=28826&year=2019


Curso Académico: 2019/20

424 - Graduado en Ingeniería Mecatrónica

28826 - Electrónica de potencia


Información del Plan Docente

Año académico:
2019/20
Asignatura:
28826 - Electrónica de potencia
Centro académico:
175 - Escuela Universitaria Politécnica de La Almunia
Titulación:
424 - Graduado en Ingeniería Mecatrónica
Créditos:
6.0
Curso:
3
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:
Obligatoria
Materia:
---

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

El objetivo general de la asignatura consiste, en aportar los conocimientos necesarios para interpretar y resolver circuitos electrónicos de control de potencia, especialmente en las áreas de interruptores estáticos, rectificadores, variadores, reguladores e inversores de potencia.

Para ello son necesarios el uso correcto de las aplicaciones informáticas más comunes, para obtener información de los componentes de potencia y sus aplicaciones, e igualmente interpretar correctamente la documentación técnica de los componentes utilizados; así como las aplicaciones informáticas para la simulación de circuitos. También debe conseguirse el manejo correcto de los aparatos de medida y alimentación de uso habitual en el laboratorio de electrónica, así como la adecuada interpretación de las mediciones efectuadas.

Los indicadores de que se han alcanzado los objetivos serán: la capacidad de interpretar planos de equipos y aplicaciones electrónicas comerciales y también la capacidad de realizar esquemas electrónicos de los circuitos típicos de salida de potencia y de los elementos de control, según la normativa y simbología apropiada, y finalmente la realización de informes técnicos sobre las actividades prácticas realizadas.

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

La asignatura de Electrónica de Potencia, forma parte del Grado en Ingeniería Mecatrónica que imparte la EUPLA, dentro del módulo de Electricidad y Electrónica. Se trata de una asignatura de tercer curso ubicada en el sexto semestre y de carácter obligatorio (OB), con una carga lectiva de 6 créditos ECTS.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

El desarrollo de la asignatura de Electrónica de Potencia, exige poner en juego conocimientos y estrategias, procedentes de asignaturas correspondientes a los cursos y semestres anteriores del Grado de Ingeniería Mecatrónica, relacionados con:

Matemáticas, Física, Química, Dibujo Técnico, Informática, Ingeniería Eléctrica, Tecnología Electrónica I y Tecnología Electrónica II.

No obstante, no es requisito legal haberlas superado para poder cursar Electrónica de Potencia.

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

  • El conocimiento de los fundamentos de la electrónica (EI05).
  • El conocimiento aplicado de electrónica de potencia (EE06) y la capacidad de diseñar sistemas electrónicos de potencia (EE07)
  • Los conocimientos de regulación automática y técnicas de control (EE13) y la capacidad de diseñar sistemas de control y automatización industrial (EE12)
  • (GI03): Conocimientos en materias básicas y tecnológicas que le capaciten para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías, y le doten de versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones.// (GI04): Capacidad para 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.//
  • (GC02):Interpretar datos experimentales, contrastarlos con los teóricos y extraer conclusiones.// (GC03): Capacidad para la abstracción y el razonamiento lógico.// (GC04): Capacidad para aprender de forma continuada,// (GC05): Capacidad para evaluar alternativas.// (GC06): Capacidad para adaptarse a la rápida evolución de las tecnologías.// (GC07): Capacidad para liderar un equipo así como ser un miembro activo del mismo.// (GC08):Capacidad para localizar información técnica, así como su comprensión y valoración.// (GC09):Actitud positiva frente a las innovaciones tecnológicas.// (GC10):Capacidad para redactar documentación técnica y para presentarla con ayuda de herramientas informáticas adecuadas.// (GC11):Capacidad para comunicar sus razonamientos y diseños de modo claro a públicos especializados y no especializados.// (GC14):Capacidad para comprender el funcionamiento y desarrollar el mantenimiento de equipos e instalaciones mecánicas, eléctricas y electrónicas.// (GC15):Capacidad para analizar y aplicar modelos simplificados a los equipos y aplicaciones tecnológicas que permitan hacer previsiones sobre su comportamiento.// (GC16):Capacidad para configurar, simular, construir y comprobar prototipos de sistemas electrónicos y mecánicos.// (GC17):Capacidad para la interpretación correcta de planos y documentación técnica.

2.2. Resultados de aprendizaje

Explicar el comportamiento de los dispositivos semiconductores de potencia ysus componentes de protección, aplicando los principios y leyes eléctricas fundamentales, utilizando vocabulario, símbolos y formas de expresión apropiadas.

Analizar y describir el funcionamiento de las topologías típicas, que se utilizan en el control electrónico de potencia eléctrica, justificando su funcionamiento mediante esquemas de bloques, gráficas de ondas de entrada-salida, ecuaciones y funciones de transferencia.

Seleccionar y utilizar correctamente los componentes de un circuito electrónico de potencia, tanto en aplicaciones de corriente continua como de corriente alterna y en estas las monofásicas y trifásicas, detallando su función en el bloque donde se utilizan.

Analizar e interpretar esquemas y planos de aplicaciones y equipos electrónicos de potencia, comprendiendo la función de un elemento o grupo funcional de elementos en el conjunto, en base a la normativa existente.

Seleccionar e interpretar información adecuada para plantear y valorar soluciones a necesidades y problemas técnicos comunes en el ámbito de la Electrónica de Potencia, con un nivel de precisión coherente con el de las diversas magnitudes que intervienen en ellos.

Elegir y utilizar adecuadamente los aparatos de medida típicos en el Laboratorio Electrónico, valorando su campo de aplicación y grado de precisión.

Saber utilizar la metodología general y las herramientas de software apropiadas para trabajar en las aplicaciones de Electrónica de Potencia.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

Esta asignatura se imparte en el módulo de Electricidad y Electrónica, se fundamenta en las denominadas Tecnología Electrónica I, centrada en la Electrónica Analógica, y Tecnología Electrónica II enfocada hacia la Electrónica Digital (impartidas sucesivamente en los dos semestres anteriores); con un buen nivel en esas bases, el alumno no debería tener dificultades para alcanzar buenos resultados en el aprendizaje de la Electrónica de Potencia.

Identificar los diferentes componentes semiconductores de potencia y las necesidades y criterios de su protección, son imprescindibles para el análisis de los circuitos de potencia y sus circuitos de aplicación, lo cual también se requiere la capacidad de interpretar documentación técnica: hojas de características de dispositivos electrónicos, manuales de aparatos, normativas, reglamentos, etc.

Analizar y resolver circuitos relacionados tanto con la parte de potencia, como con la parte de control, son elementos esenciales en los conocimientos de Regulación necesarios para cualquier desarrollo en el campo de la Mecatrónica, que han de ponerse de manifiesto al saber seleccionar los componentes, circuitos y tipologías más adecuados, para el diseño de circuitos de aplicación de Electrónica de Potencia.

Conocer el manejo de los principales aparatos de medidas eléctricas: voltímetro, amperímetro, óhmetro, vatímetro, osciloscopio, etc. utilizados en el laboratorio de electrónica, así como los analizadores de calidad de red y armónicos, medidores de magnitudes físicas de las máquinas controladas (velocidad, temperatura, etc.) y adquirir destreza en su uso sobre montajes prácticos, permitirá al alumno afianzar los conceptos impartidos en la asignatura.

3. Evaluación

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

La evaluación de la asignatura contempla el sistema de evaluación continua, como el más acorde para estar en consonancia con las directrices del EEES (acuerdos de Bolonia), en cuanto al grado de implicación y trabajo continuado del alumno a lo largo del curso.

El sistema de evaluación continua culminará, con la suma ponderada de la calificación obtenida en cada uno de los cuatro bloques, que forman la estructura de contenidos de la asignatura:

NOTA FINAL = Bloque 1 (15%) + Bloque 2 (30%) + Bloque 3 (35%) + Bloque 4 (20%)

La asignatura quedará superada cuando en esta evaluación ponderada, se obtenga una puntuación igual o superior a 5 puntos, teniendo en cuenta que la nota mínima de cada TEMA INDIVIDUAL DE LA ASIGNATURA será de 3 puntos en los bloques 1 a 4. Cuando no se alcance esos mínimos el valor aplicado será 0 puntos. Previamente a la primera convocatoria el profesor notificará a cada alumno/a si ha superado o no la asignatura en función del nivel demostrado en el sistema de evaluación continua.

En caso de no aprobar de este modo, el alumno dispondrá de dos convocatorias adicionales para hacerlo (prueba global de evaluación), por otro lado el alumno que haya superado la asignatura mediante esta dinámica, también podrá optar por la prueba global de evaluación, en primera convocatoria, para subir nota. Sólo se bajará de nota si el resultado de la prueba es inferior a 2 puntos. Será obligatoria la materia de los TEMAS que no han superado la puntuación mínima, y optativa la materia con puntuación superior (si esta es inferior a 5 puntos, bajo la responsabilidad del estudiante).

Tipo de pruebas, criterios de evaluación y niveles de exigencia

Para cada uno de los bloques de contenidos señalados (salvo indicación expresa), se controlaran los tipos de actividades que se describen a continuación, aplicando los criterios de valoración que se indican:

Ejercicios, cuestiones teóricas y trabajos propuestos: Se valorará su planteamiento y correcto desarrollo, la redacción y coherencia de lo tratado, así como la consecución de resultados y las conclusiones finales obtenidas. Se tendrá en cuenta la calificación de los ejercicios teóricos-prácticos propuestos.

Prácticas de laboratorio: En cada una de las prácticas se valorará la dinámica seguida para su correcta ejecución y funcionamiento, así como la problemática suscitada en su desarrollo. En la propuesta de Tareas para cada Bloque de prácticas (que se publicará en Moodle) se indican los aspectos de trabajo individual y en grupo que deben realizarse. La calificación de la memoria presentada, valorará si los datos exigidos son los correctos y se ha respondido correctamente a las cuestiones planteadas. La calificación final para cada Bloque será de 0 a 10.

Las prácticas suspendidas o no finalizadas serán evaluadas en un examen de laboratorio para el que se habilitarán las fechas adecuadas.

Prueba de evaluación escrita (para los Bloques 1 a 3): Consistirá en la resolución de un cuestionario tipo, con espacio reducido para las respuestas, donde el alumno/a pondrá de manifiesto, mediante dibujos, gráficos, textos, ecuaciones y/o cálculo, su dominio de los conceptos trabajados en cada bloque de materia. Las cuestiones harán referencia tanto a aspectos y elementos trabajados en las sesiones teóricas como en las prácticas. En su aplicación se tendrán en cuenta los siguientes aspectos:

— El número de estas cuestiones será variable (entre 4 y 8) por cada tema del bloque y una cuestión global (mapa conceptual del bloque).

— A criterio del profesor, se asignarán aleatoriamente a los alumnos las cuestiones a responder. Habitualmente en función de la ubicación del alumno en el aula donde se realice la prueba.

— El valor de cada cuestión se valorará con un máximo de tres puntos cada una (lo indicará el enunciado), hasta un total superior de 12 puntos por cada tema (el mínimo habitual es de 6 puntos).

— La nota final para cada tema se obtendrá con la suma de puntos totales.

— La nota del cuestionario se hará como media de la obtenida en los temas que abarque y se podrá aplicar un incremento (hasta 20%) función de la cuestión 00. La valoración de esta cuestión está condicionada por la participación activa en los Foros de Moodle (como lo indica el Cuestionario).

— La calificación obtenida en cada prueba supondrá entre el 50% y el 60% de la nota del bloque correspondiente.

Para compensar la nota de estas pruebas, en especial para los Bloques 1 y 2 y en función de las fechas disponibles, se podrán realizar pruebas adicionales específicas de carácter oral, centradas en la resolución correcta de los elementos del cuestionario. Para el Bloque 3 (salvo casos excepcionales), por su proximidad al final de curso, no se plantearán estos trabajos de compensación, pasando directamente a la prueba global de primera convocatoria.

Actividades individuales en Foros Moodle (para los Bloques 1 a 3): Se tendrá en cuenta la participación activa del alumno/a, respondiendo a las propuestas planteadas por el profesor en los foros correspondientes. Todas las aportaciones, contribuirán en la misma proporción a la nota de este tipo de actividad, siendo valorados, en función de la participación, entre 0 y 1 o entre 0 y 2 puntos.

Actividades de grupo en clase (para el Bloque 4): En este bloque la prueba de evaluación escrita (Cuestionario), se sustituye por la defensa y exposición pública, de la parte de materia que se haya asignado a cada grupo de alumnos. La valoración la harán los propios compañeros con un baremo de 0 a 10 puntos, entregando una ficha con las puntuaciones asignadas individualmente a cada miembro de cada grupo, al acabar la sesión de exposición. El profesor realizará una valoración individual propia, asignándose un peso relativo aproximado a ambas notas de 20% para la evaluación del alumnado y 80% para la del profesor. Además se valorará la memoria del trabajo expuesto y la actividad realizada por cada grupo de trabajo a lo largo del cuatrimestre.

La ponderación del proceso de calificación, de las diferentes actividades, en la que se ha estructurado el proceso de evaluación continua de la asignatura será la siguiente:

BLOQUES 1, 2 y 3:

  • Actividades en clase, ejercicios y trabajos propuestos, actividades Moodle: Máximo 20%.
  • Prácticas de laboratorio: 30%.
  • Pruebas de evaluación escritas: 50%-70%.

BLOQUE 4

  • Informe de progreso: 20%.
  • Memoria de actividad: 30%.
  • Defensa pública de actividad: 50%.
  • Evaluación mutua (obligatoria): caso de no estar presente en las defensas de los demás alumnos, se aplicará un factor de corrección de hasta un 50% de la nota obtenida en las actividades anteriores.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

La asignatura Electrónica de Potencia se concibe como un conjunto de contenidos, pero distribuidos en cuatro bloques. El primer bloque, reúne conceptos de funcionamiento de los componentes de potencia y sus elementos de protección. Los bloques segundo y tercero, forman el núcleo de la materia que la asignatura debe aportar a la formación del alumno/a: Interruptores estáticos, variadores y reguladores, rectificadores e inversores de potencia. El bloque final, recoge algunas de las aplicaciones fundamentales de la Electrónica de Potencia, sin pretender abarcar todos los campos de aplicación de esta disciplina.

Los tres primeros bloques se trabajarán bajo tres formas fundamentales y complementarias: los conceptos teóricos de cada unidad didáctica, la resolución de problemas o cuestiones y las prácticas de laboratorio, apoyadas a su vez por otra serie de actividades como tutorías y seminarios y se someterán a prueba de examen individual, independiente para cada uno de los bloques.

El cuarto bloque tendrá un tratamiento diferente, pues los alumnos/as trabajarán en grupo solo los apartados que previamente se les asignen, podrán manifestar sus preferencias pero todos los temas habrán de asignarse a algún grupo. Elaborarán materiales de presentación y defenderán su trabajo con una exposición pública, que será valorada en modo ponderado por el resto de alumnos y el profesor.

La interacción profesor/alumno, se materializa así, por medio de un reparto de trabajo y responsabilidades entre alumnado y profesorado. No obstante, se tendrá en cuenta que en cierta medida el alumnado podrá marcar el ritmo de aprendizaje en función de sus necesidades y disponibilidad, siguiendo las directrices marcadas por el profesor.

La organización de la docencia, implica la participación activa del alumno, y se realizará siguiendo las pautas siguientes:

Clases teóricas: Actividades teóricas impartidas de forma fundamentalmente expositiva por parte del profesor, de tal manera que se exponga los soportes teóricos de la asignatura, resaltando lo fundamental, estructurando los conceptos y relacionándolos entre sí.

Clases prácticas: El profesor resuelve problemas o casos prácticos con fines ilustrativos. Este tipo de docencia complementa la teoría expuesta en las clases magistrales con aspectos prácticos.

Seminarios: El grupo total de las clases teóricas o de las clases prácticas se puede o no dividir en grupos más reducidos, según convenga. Se emplearan para analizar casos, resolver supuestos, resolver problemas, etc. A diferencia de lo que sucede con las clases prácticas, el profesor no es protagonista, limitándose a escuchar, atender, orientar, aclarar, valorar, evaluar. Se busca fomentar la participación del alumno, así como tratar de facilitar la evaluación continua del alumnado y conocer el rendimiento del aprendizaje.

Prácticas de laboratorio: El grupo total de las clases magistrales se dividirá en varios turnos, según el número de alumnos/as matriculados, pero nunca con un número mayor de 20 alumnos por turno, de forma que se formen grupos más reducidos. Los alumnos realizarán montajes, mediciones, simulaciones, etc. en los laboratorios en presencia del profesor de prácticas.

Las prácticas se realizan en grupos de dos alumnos (o a lo sumo tres) por turno, aunque para los informes se puedan agrupar alumnos de dos o más turnos. Para cada bloque de materia, se entregarán enunciados orientativos de las tareas prácticas (obligatorias y optativas); además las normas de presentación de informes se concretarán en un documento orientativo, que se entregará al inicio de las actividades prácticas.

Tutorías grupales: Actividades programadas de seguimiento del aprendizaje en las que el profesor se reúne con un grupo de estudiantes para orientar sus labores de aprendizaje autónomo y de tutela de trabajos dirigidos o que requieren un grado de asesoramiento elevado por parte del profesor.

Tutorías individuales: Son las realizadas a través de la atención personalizada, de forma individual, del profesor en el departamento. Tienen como objetivo ayudar a resolver las dudas que encuentran los alumnos, especialmente de aquellos que por diversos motivos no pueden asistir a las tutorías grupales o necesitan una atención puntual más personalizada. Dichas tutorías podrán ser presenciales o virtuales.

4.2. Actividades de aprendizaje

Actividades genéricas presenciales:

Clases teóricas: Se explicarán los conceptos teóricos de la asignatura y se desarrollarán ejemplos prácticos ilustrativos como apoyo a la teoría cuando se crea necesario.

Clases prácticas: Se realizarán problemas y casos prácticos como complemento a los conceptos teóricos estudiados.

Prácticas: Los alumnos serán divididos en varios grupos de no más de 20 alumnos/as, estando orientados por la acción tutorial del profesor.

Defensa y exposición de temas: sobre los contenidos concretos que se asignen a cada grupo de alumnos, correspondientes al Bloque 4

Actividades genéricas no presenciales:

  • Estudio y asimilación de la teoría expuesta en las clases magistrales.
  • Comprensión y asimilación de casos resueltos en las clases prácticas.
  • Preparación de seminarios, resolver problemas propuestos, etc.
  • Participar en Foros/Moodle de la asignatura, para aportar enlaces de información.
  • Preparar y elaborar los guiones e informes correspondientes.
  • Preparar las pruebas de evaluación continua y la prueba global de evaluación.

Actividades autónomas tutorizadas:

Aunque tendrán carácter presencial, se han tenido en cuenta aparte por su idiosincrasia, estarán enfocadas principalmente a seminarios y tutorías bajo la supervisión del profesor.

Actividades de refuerzo: De marcado carácter no presencial, a través del portal virtual de enseñanza (Moodle) se dirigirán diversas actividades que refuercen los contenidos básicos de la asignatura. Estas actividades podrán ser personalizadas o no, controlándose su realización a través del mismo.

4.3. Programa

Los contenidos teóricos se articulan en base a cuatro bloques (números 1 a 4) precedidos de un bloque 0 de introducción a la Electrónica de Potencia. La elección del contenido de los bloques se ha realizado buscando la clarificación expresa del objetivo terminal, de modo que con la unión de conocimientos incidentes, el alumno/a obtenga un conocimiento estructurado, asimilable con facilidad para los Ingenieros/as de Mecatrónica.

Cada uno de los bloques, está formado por temas de asignación semanal, uno por cada una de las semanas del curso, dichos temas recogen los contenidos necesarios para la adquisición de los resultados de aprendizaje predeterminados.

Contenidos teóricos:

Bloque 0: INTRODUCCIÓN

Bloque 1: SEMICONDUCTORES DE POTENCIA

1.- Diodos y Transistores de Potencia

  • Tipos de diodos de potencia. Recuperación inversa.
  • Transistores bipolares de potencia. Área de operación segura.
  • Transistores unipolares de potencia. FET, MOS, IGBT.

2.- Tiristor, TRIAC y otros componentes activos

  • Tiristor (SCR). Construcción. Estados de bloqueo y conducción.
  • Tiristor. Formas y tiempos de disparo y bloqueo.
  • TRIAC. Construcción. Modos de conducción y de disparo.
  • Otros componentes: DIAC, GTO, SCS,...

3.- Protección, Asociación y Refrigeración

  • Protección contra sobretensiones y sobrecorrientes.
  • Conexiones serie y paralelo.
  • Protección térmica. Cálculo de radiadores.
  • Componentes pasivos de potencia.

Bloque 2: INTERRUPTORES ESTÁTICOS, VARIADORES, REGULADORES

4.- Interruptores estáticos de C.C. y C.A.

  • Interruptores de C.C. con tiristores y transistores.
  • Interruptores de C.A. con tiristores, TRIAC y transistores.
  • Interruptores de C.A. monofásicos y trifásicos.

5.-Variadores de potencia

  • Controles todo-nada. Mando síncrono. Variación proporcional.
  • Control de fase. Ángulos de disparo y conducción. Ruido eléctrico.
  • Control en cadena abierta y en cadena cerrada.

6.-Reguladores de C.A.

  • Por disipación de potencia, por ferro-resonancia y por troceo.
  • Por tiristores en bloqueo natural. Control integral y de fase.
  • Por cambio de tomas en carga mediante TRIAC.

7.- Reguladores de C.C.

  • Reguladores reductores con tiristores.
  • Reguladores reductores con transistores. Buck y Forward.
  • Reguladores elevadores con transistores. Boost, Forward y Flyback.

Bloque 3: RECTIFICADORES, INVERSORES DE POTENCIA, Y CONTROL DE MOTORES

8.-Rectificadores no controlados y controlados

  • Montajes trifásicos de media onda.
  • Montajes de onda completa con secundario en estrella.
  • Montajes de media onda con secundario en polígono.

9.- Topologías y circuitos de Inversores y Convertidores

  • Configuración del circuito de potencia de los inversores.
  • Regulación de la tensión de salida en un inversor.
  • Convertidor de cuatro cuadrantes.
  • Ciclo-convertidores.
  • Inversores con transistores auto-excitados.
  • Inversores con transistores y excitación independiente.
  • Inversores con tiristores de bloqueo natural y forzado.

10.- Variadores de velocidad de motores eléctricos

  • Arrancadores estáticos para motores de corriente alterna.
  • Variadores de frecuencia para motores C.A. asíncronos.
  • Control de motores de corriente continua. Bruhsless.

Bloque 4: APLICACIONES DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA

11.- Controles de temperatura y calentamientos

  • Métodos de regulación de temperatura.
  • Regulación de potencia en hornos industriales.
  • Soldadura por resistencia.
  • Soldadura por ultrasonidos.
  • Calentamientos inductivos.

12.- Sistemas de alimentación ininterrumpida (S.A.I.)

  • Sistemas con salida en C.C. y C.A.
  • Acondicionadores de línea y filtros activos
  • Dispositivos de almacenamiento y bypass
  • Cargadores de baterías

13.- Sistemas de control en Energías Alternativas

  • Inversores para central fotovoltaica autónoma en C.A.
  • Inversores para central fotovoltaica de inyección en red
  • Central solar fotovoltaica para alimentación en C.C.
  • Controles electrónicos en parques eólicos

14.- Otros campos de aplicación de la Electrónica de Potencia

  • Controles electrónicos en el ferrocarril
  • Controles electrónicos en el automóvil
  • Rectificadores para Galvanoplastia y para Electro-filtros
  • Controles de iluminación síncronos y temporizados
  • Controles de iluminación dimmer y con sensores

Contenidos prácticos:

Cada bloque expuesto en la sección anterior, lleva asociadas prácticas al respecto, ya sean mediante supuestos prácticos y/o trabajos de montaje físico o simulado conducentes a la obtención de resultados y a su análisis e interpretación. Conforme se desarrollen los temas se irán planteando dichas Prácticas, preferente en clase y además mediante la plataforma Moodle.

Se indican a continuación aquellas prácticas a desarrollar en el Laboratorio, que serán realizadas por los alumnos/as en sesiones de una hora aproximada de duración, excepto en la práctica final, en la cual se acumulan las tres horas correspondientes al bloque 4. La elaboración de todas estas actividades está sujeta a criterios de disponibilidad de fechas y/o material.

PRÁCTICA 1: ASOCIADA AL BLOQUE 1

Ejercicio 1: Diodos y transistores de potencia

Análisis de los tiempos de recuperación de diodos de potencia. Conmutación de cargas resistivas mediante transistores. Conmutación de cargar inductivas mediante transistores. Consulta de datos de fabricantes y ondas.

Ejercicio 2: Tiristor, TRIAC y otros

Conmutación de cargas resistivas e inductivas mediante tiristores. Conmutación de cargas resistivas e inductivas mediante TRIAC (control optoacoplado). Análisis y captura de ondas.

Ejercicio 3: Protección, asociación de semiconductores, Refrigeración

Elementos de protección. Consulta de datos de fabricantes. Cálculo y montaje de radiadores en componentes de potencia.

PRÁCTICA 2: ASOCIADA AL BLOQUE 2

Ejercicio 1: Interruptores estáticos

Conexión de interruptores con tiristores y transistores en C.C. Conexión de interruptores C.A. monofásicos con tiristores y TRIAC. Conexión de interruptores C.A. trifásicos con tiristores y TRIAC. Simulación en Multisim, controles mediante Digilent Basys- 2.

Ejercicio 2: Variadores de potencia

Conexión de control de fase con TRIAC y DIAC. Análisis de ondas. Conexión de control por paquete de ciclos. Mando síncrono. Análisis de ondas. Medidas con analizador de calidad de red.

Ejercicio 3: Reguladores de C.A.

Simulación de reguladores ferro-resonantes. Simulación/montaje de regulación por cambio de tomas en transformador. Consulta de datos de fabricantes.

Ejercicio 4: Reguladores de C.C.

Simulación de reductores Buck y Forward. Simulación de elevadores Boost, Forward y Flayback. Montaje y análisis de regulador PWM. Captura de ondas.

PRÁCTICA 3: ASOCIADA AL BLOQUE 3

Ejercicio 1: Rectificadores no controlados

Montaje de rectificador trifásico de media onda. Montaje de rectificador trifásico de onda completa. Captura y análisis de ondas.

Ejercicio 2: Rectificadores controlados

Montaje de rectificador trifásico de media, onda control total. Montaje de rectificador trifásico de onda completa, semi-controlado. Captura y análisis de ondas. Medidas con analizador de calidad de red.

Ejercicio 3: Inversores y convertidores de potencia

Simulación y análisis de topologías de salida. Simulación y análisis de ciclo-convertidores.

Ejercicio 4: Variadores de velocidad en motores eléctricos

Control de motor CC, excitación independiente mediante rectificadores. Conexión del variador de frecuencia IR. Captura y análisis de ondas. Medidas con analizador de calidad de red.

PRÁCTICA 4: ASOCIADA AL BLOQUE 4

Montaje, ajuste y documentación de una de las aplicaciones relacionadas con los temas 10 a 12, en función de lo asignado para la defensa teórica y de la disponibilidad de componentes adecuados.

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Distribución temporal de una semana lectiva:

La asignatura está definida en la Memoria de Verificación del Título de Grado con un grado experimental bajo, por lo que las 10 horas semanales se distribuyen del siguiente modo:

  • Clases teórico-prácticas: 3 horas semanales (bloques 1, 2 y 3) / 5 horas semanales (bloque 4).
  • Prácticas: 1 hora semanal.
  • Otras actividades: 6 horas semanales (bloques 1, 2 y 3) / 4 horas semanales (bloque 4).

Calendario de pruebas

Para las pruebas de evaluación, descritas en el proceso de evaluación continua, se propone el siguiente calendario:

  • Semana 3ª: Prueba 1 (Temas 1, 2 y 3)
  • Semana 7ª: Prueba 2 (Temas 4, 5, 6 y 7)
  • Semana 12ª: Prueba 3 (Temas 8, 9 y 10)

Exposición-Defensa de Trabajos

Los correspondientes al Bloque 4 (Aplicaciones de la Electrónica de Potencia), se examinarán en forma oral durante las semanas finales del curso, en horarios ajustados según el número de alumnos y el desarrollo específico de las tareas preparatorias.

Curso:Organización: Semestral (6º semestre) Créditos ECTS: 6 Carácter: Obligatorio

Los 6 créditos ECTS corresponden a 150 horas estudiante, que estarán repartidas del modo siguiente:

  • 48 horas de clase teórica: 60 % de exposición de conceptos y 40 % de resolución de problemas-tipo, a razón de 3 horas semanales salvo en las semanas con prueba de control que se reducirá una hora y en las semanas finales que se incrementan dos horas.
  • 15 horas de prácticas tuteladas de laboratorio: semanas 1ª a 15ª sesiones de 1 hora.
  • 15 horas de seminarios y tutorías grupales: para completar las actividades prácticas de cada bloque y en especial para la preparación del bloque 4 (ver cuadro calendario en actividades y recursos).
  • 66 horas de estudio personal: a razón de 5 horas en cada una de las semanas 1ª a 12ª, reduciéndose a 2 horas en las tres semanas finales, para elaborar trabajos, realizar ejercicios, estudiar teoría, etc... (en el cuadro posterior de calendario se establece la distribución recomendada).
  • 6 horas de pruebas de control (3 controles de 2 horas), que se realizarán en las semanas: 3ª, 7ª y 12ª.
  •  A este cómputo de 150 horas se añadirán 3 horas de prueba global de evaluación, en dos convocatorias.

En el proceso de evaluación continua, las pruebas de evaluación escritas (cuestionarios), estarán relacionadas con los temas siguientes:

Cuestionario 1: Temas 1, 2 y 3 (Bloque 1).

Cuestionario 2: Temas 4, 5, 6 y 7 (Bloque 2).

Cuestionario 3: Temas 8, 9, y 10. (Bloque 3).

Además en la tercera semana se asignará un trabajo práctico (Bloque 4), a desarrollar preferentemente en grupo, que deberá completarse antes de la semana doce, para en las últimas semanas del curso realizar una presentación / defensa pública al resto de alumnos.

4.5. Bibliografía y recursos recomendados

http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=28826&year=2019