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Academic Year/course: 2021/22

532 - Master's in Industrial Engineering

60819 - Power and Digital Electronics

Syllabus Information

Academic Year:

2021/22

Subject:

60819 - Power and Digital Electronics

Faculty / School:

110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura

Degree:

532 - Master's in Industrial Engineering

ECTS:

6.0

Year:

1 and 2

Semester:

First semester

Subject Type:

Optional

Module:

---

1. General information

1.1. Aims of the course

This subject offers an integrative vision, where digital electronics is used for the management of power electronic circuits for industrial applications. It starts with the basic applications and functions of each discipline, introduces digital design with microcontrollers and offers an overview of the most commonly used power electronic stages in industry.

1.2. Context and importance of this course in the degree

Nowadays, no industrial system or process is conceivable without the intervention of electronic systems for the sensing of variables, information processing and actuator management. This subject completes the basic overview of electronics obtained in the previous degree course, with an introduction to microcontrollers and the applications, functions and stages of power electronics. This will allow the student to tackle with guarantees the subsequent subject of Electronic Design and Advanced Control of the master's degree, as well as the related optional subjects.

1.3. Recommendations to take this course

This is a homogenisation subject so that all students taking the Master's Degree in Industrial Engineering have a similar knowledge of electronic systems and can take the compulsory and optional subjects related to this subject. The students who take this course have already completed a degree in which they have worked on the fundamentals of electronics, especially in its device and analogue aspects. We now focus on power electronic systems and the generation of their trigger signals by means of digital circuits.
It is advisable to follow the course in person, attending and actively participating in the classes with the teacher.

2. Learning goals

2.1. Competences

Upon successful completion of the course, the student will be more competent to...

Basic and general competences:

CG1 - Have adequate knowledge of the scientific and technological aspects of: mathematical, analytical and numerical methods in engineering, electrical engineering, energy engineering, chemical engineering, mechanical engineering, mechanics of continuous media, industrial electronics, automation, manufacturing, materials, quantitative management methods, industrial informatics, urban planning, infrastructures, etc.

Specific competences:

CE4. Applied knowledge of digital and power electronics.

2.2. Learning goals

In order to pass this subject, the student must demonstrate the following results...

Identify the applications and functions of digital and power electronics in engineering.

Analyses and designs electronic power stages in direct and alternating current.

Applies and designs digital electronic circuits for the control of electronic power stages.

Handles with ease the equipment and instruments of an electronics laboratory.

Knows how to use computer simulation tools applied to electronic circuits.

2.3. Importance of learning goals

Knowledge and understanding of digital analogue and power electronics is a prerequisite for the compulsory course Advanced Electronic Design and Control.

3. Assessment (1st and 2nd call)

3.1. Assessment tasks (description of tasks, marking system and assessment criteria)

The student must demonstrate that he/she has achieved the expected learning outcomes through the following assessment activities.

The course will be assessed by means of the following activities:

E1 Theoretical-practical written exam.

Composed of theoretical-practical questions and problems, it will be carried out in the official exams.
CT grade from 0 to 10 points, it will represent 75% of the student's grade in the course.

E2 Laboratory practicals

They will be evaluated by observation of the students' work in the laboratory and by analysis of the previous preparatory work.
Graded from 0 to 10 points, it will represent 25% of the student's overall grade.

E3 Laboratory exam

To be taken in the official exams by students who have obtained a grade of less than 4 points in the practical work during the course. The exam will consist of the implementation of circuits and systems similar to those developed during the course in the practical laboratory sessions. The design methodology, the operation of the circuit and the use of the instruments and software tools in the laboratory will be assessed.

Graded from 0 to 10 points, it will represent 25% of the student's overall grade.

The overall CL practical grade will be the maximum of the practical grade during the course and the laboratory exam grade. If the student has obtained a CL grade higher or equal to 4 points, the grade for the course will be (0.25xCL + 0.75xCT). Otherwise, the total grade for the course will be the minimum between 4 and the result of applying the above formula.

The subject is passed with a total grade higher or equal to 5 points out of 10.

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

The learning process that has been designed for this subject is based on the following:

The teaching process will be developed at two main levels: classes based on the problem-challenge method and laboratory, with increasing levels of student participation.

- In the class sessions, problem-challenge problems will be presented in which the student will have to develop a system that responds to the requirements of an application. The lecturer will act as a guide, providing, when necessary, the knowledge and methods that allow the problem to be solved.

- Laboratory practices will be carried out in small groups, where the student will assemble and check the operation of circuits.

4.2. Learning tasks

1. Master class (45 hours)

The problem-challenge method will be used. When faced with new content, the teacher will present the student with a problem or challenge that requires, for its complete solution, the new content to be dealt with. Through reflection and sharing sessions guided by the teacher, the student will arrive at the solution by clearly identifying the need for the use of the new content.
Through teacher-guided reflection and sharing sessions, the student will arrive at the solution by clearly identifying the need for the use of "something new" that will allow him/her to complete the solution. It is there that the teacher will show the new content in such a way that the learners will be able to quickly include it in the application. This is a case-based learning-teaching method with a top-down approach. Additionally some training problems will be done.

2. Laboratory practicals (15 hours)

They will consist of the implementation of digital and power circuits, where the design methodology, the operation of the circuit, the handling of the laboratory instruments (oscilloscope, signal generator, power supply) and the software tools (development environment with microcontroller and Spice simulator) will be assessed. The student will be provided with a script for each practical, which he/she will have to prepare before its development in the laboratory.
There will be 5 practical sessions of 3 hours each.

3. Independent work (90 hours)

3.1) Teaching assignments (25 hours).
This section includes the preparation of the preliminary work required for the preparation of the laboratory practicals.
3.2) Study (60 hours).
The continuous work of the student will be encouraged by means of the homogeneous distribution throughout the semester of the different learning activities.
Exercises and cases to be developed on their own will be proposed to the student periodically, some of which will be solved in the face-to-face classes.
The tutorials allow for direct attention to the student, identification of learning problems, guidance in the subject, attention to exercises and assignments?
3.3) Assessment tests (5 hours).
In addition to the grading function, the evaluation is also a learning tool with which the student
checks the degree of understanding and assimilation achieved.

4.3. Syllabus

General contents:

Fundamentals of microcontrollers.
Design of electronic systems with microcontrollers. Fundamentals of power electronics.
Converter stages: DC-DC, DC-AC, AC-AC and AC-DC. Power electronic technologies.

Laboratory:

Introduction to microcontroller design.
Motor speed variation by means of PWM with a microcontroller.
Simulation and assembly of DC-DC converters.
Simulation and demonstration of inverters.
Control of the luminous intensity of a lamp using a thyristor.

4.4. Course planning and calendar

Timetable of theoretical and practical sessions and presentation of assignments

Lectures, problem classes and practical sessions in the laboratory are given according to the timetable established by the Centre, which is published prior to the start date of the course. Exam dates for official exams are also set by the Centre.

The rest of the activities will be planned according to the number of students and will be announced sufficiently in advance.

The detailed calendar of the various activities to be carried out will be established once the University and the Centre have approved the academic calendar (which can be consulted on the centre's website).

As a guideline:

- Each week there are 3 hours of classroom lectures dedicated to theory and problem solving or case studies.

- There are 5 practical laboratory sessions of 3 hours.

Curso Académico: 2021/22

532 - Máster Universitario en Ingeniería Industrial

60819 - Electrónica digital y de potencia

Información del Plan Docente

Año académico:

2021/22

Asignatura:

60819 - Electrónica digital y de potencia

Centro académico:

110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura

Titulación:

532 - Máster Universitario en Ingeniería Industrial

Créditos:

6.0

Curso:

2 y 1

Periodo de impartición:

Primer semestre

Clase de asignatura:

Optativa

Materia:

---

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

La asignatura y sus resultados previstos responden a los siguientes planteamientos y objetivos:

En esta asignatura se ofrece una visión integradora, donde se utiliza la electrónica digital para el manejo de los circuitos electrónicos de potencia, para aplicaciones industriales. Para ello se parte de las aplicaciones y funciones básicas de cada disciplina, se introduce el diseño digital con microcontroladores y se ofrece una panorámica de las etapas electrónicas de potencia más utilizadas en la industria.

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

Actualmente no se concibe ningún sistema o proceso industrial sin la intervención de sistemas electrónicos para el sensado de variables, procesamiento de la información y manejo de actuadores. En esta asignatura se completa la panorámica básica de la electrónica obtenida en la formación previa de grado, con una introducción a los microcontroladores y las aplicaciones, funciones y etapas de la electrónica de potencia. Esto permitirá al estudiante abordar con garantías la asignatura posterior de Diseño electrónico y control avanzado del máster, así como las optativas relacionadas.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Esta es una asignatura de homogeneización para que todos los alumnos que cursan el Máster de Ingeniería Industrial tengan unos conocimientos similares de sistemas electrónicos y puedan cursar las obligatorias y optativas relacionadas con esta materia. Los alumnos que la cursen ya han terminado un Grado en el que han trabajado los fundamentos de la electrónica, especialmente en sus vertientes de dispositivos y analógica. Ahora nos centramos en los sistemas electrónicos de potencia y en la generación de sus señales de disparo mediante circuitos digitales.

Es aconsejable seguir la asignatura de forma presencial, asistiendo y participando activamente en las clases con el profesor.

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para...

Competencias básicas y generales:

CG1 - Tener conocimientos adecuados de los aspectos científicos y tecnológicos de: métodos matemáticos, analíticos y numéricos en la ingeniería, ingeniería eléctrica, ingeniería energética, ingeniería química, ingeniería mecánica, mecánica de medios continuos, electrónica industrial, automática, fabricación, materiales, métodos cuantitativos de gestión, informática industrial, urbanismo, infraestructuras, etc.

Competencias específicas:

CE4. Conocimiento aplicado de electrónica digital y de potencia

2.2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados...

Identifica las aplicaciones y funciones de la electrónica digital y de potencia en la Ingeniería.

Analiza y diseña etapas electrónicas de potencia en corriente continua y alterna.

Aplica y diseña circuitos electrónicos digitales para el control de etapas electrónicas de potencia.

Maneja con soltura los equipos e instrumentos propios de un laboratorio de electrónica.

Sabe utilizar herramientas de simulación por computador aplicadas a circuitos electrónicos.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

El conocimiento y comprensión de la electrónica en las vertientes de analógica digital y potencia es imprescindible para cursar la asignatura obligatoria Diseño electrónico y control avanzado.

3. Evaluación

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

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluacion

La asignatura se evaluará mediante las siguientes actividades:

E1 Examen escrito teórico-práctico

Compuesto por cuestiones teórico-prácticas y problemas, se realizará en las convocatorias oficiales.

Calificación CT de 0 a 10 puntos, supondrá el 75% de la calificación del estudiante en la asignatura.

E2 Prácticas de laboratorio

Se evaluarán mediante observación del trabajo de los estudiantes en el laboratorio y mediante análisis del trabajo preparatorio previo.

Calificación de 0 a 10 puntos, supondrá el 25% de la calificación global del estudiante.

E3 Examen de laboratorio

A realizar en las convocatorias oficiales por los estudiantes que hayan obtenido una calificación de prácticas durante el curso menor que 4 puntos. El examen consistirá en la implementación de circuitos y sistemas similares a los desarrollados durante el curso en las sesiones de prácticas de laboratorio. Se valorará la metodología de diseño, el funcionamiento del circuito y el manejo del instrumental y de las herramientas software del laboratorio.

Calificación de 0 a 10 puntos, supondrá el 25% de la calificación global del estudiante.

La calificación global de prácticas CL será la máxima de la calificación de prácticas durante el curso y la calificación del examen de laboratorio. Si el estudiante ha obtenido una calificación CL mayor o igual que 4 puntos, la calificación de la asignatura será (0.25xCL + 0.75xCT). En otro caso, la calificación total de la asignatura será la mínima entre 4 y el resultado de aplicar la fórmula anterior.

La asignatura se supera con una calificación total mayor o igual que 5 puntos sobre 10.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

El proceso de enseñanza se desarrollará en dos niveles principales: clases basadas en el método del problema-reto y laboratorio, con creciente nivel de participación del estudiante.

- En las sesiones de clase se expondrán problemas-reto en los que el estudiante deberá desarrollar un sistema que responda a los requerimientos de una aplicación. El profesor actuara como guía aportando, en el momento en el que sea necesario, los conocimientos y métodos que permiten solucionar el problema a tratar.

- Se desarrollarán prácticas de laboratorio en grupos reducidos, donde el estudiante montará y comprobará el funcionamiento de circuitos.

4.2. Actividades de aprendizaje

1. Clase magistral (45 horas)

Se utilizara el método del problema-reto. Ante un nuevo contenido el profesor planteará al alumno un problema o reto que requiera, para su solución completa, del nuevo contenido a tratar. Mediante unas sesiones de reflexión y puesta en común guiadas por el profesor el alumno llegará a las puertas de la solución identificando nítidamente la necesidad del empleo de "algo nuevo" que le permita completar la solución. Es allí donde el profesor mostrará el nuevo contenido de forma que los alumnos serán capaces de incluirlo rápidamente en la aplicación. Se trata de un método de aprendizaje-enseñanza basado en el caso y con enfoque top-down. Adicionalmente se realizarán algunos problemas de entrenamiento.

2. Prácticas de laboratorio (15 horas)

Consistirán en la implementación de circuitos digitales y de potencia, donde se valorará la metodología de diseño, el funcionamiento del circuito, el manejo del instrumental del laboratorio (osciloscopio, generador de señales, fuente de alimentación) y de las herramientas software (entorno de desarrollo con microcontrolador y simulador Spice). El estudiante dispondrá de un guión de cada práctica, que tendrá que preparar antes de su desarrollo en el laboratorio.

Se realizarán 5 prácticas en sesiones de 3 horas cada una.

3. Trabajo autónomo (90 horas)

3.1) Trabajos docentes (25 horas).

Se incluye en este apartado la elaboración del trabajo previo requerido en la preparación de las prácticas de laboratorio

3.2) Estudio (60 horas).

Se fomentará el trabajo continuo del estudiante mediante la distribución homogénea a lo largo del semestre de las diversas actividades de aprendizaje.

Periódicamente se propondrá al estudiante ejercicios y casos a desarrollar por su cuenta, algunos de los cuales se resolverán en las clases presenciales.

Las tutorías permiten una atención directa al estudiante, identificación de problemas de aprendizaje, orientación en la asignatura, atención a ejercicios y trabajos…

3.3) Pruebas de evaluación (5 horas).

Además de la función calificadora, la evaluación también es una herramienta de aprendizaje con la que el alumno comprueba el grado de comprensión y asimilación alcanzado.

4.3. Programa

Contenidos generales:

Fundamentos de microcontroladores.
Diseño de sistemas electrónicos con microcontrolador.
Fundamentos de electrónica de potencia.
Etapas convertidoras: CC-CC, CC-CA, CA-CA y CA-CC.
Tecnologías electrónicas de potencia.

Prácticas de laboratorio:

Introducción al diseño con microcontrolador.
Variación de velocidad de un motor mediante PWM con microcontrolador.
Simulación y montaje de convertidores CC-CC.
Simulación y demostración de inversores.
Control de intensidad luminosa de una lámpara mediante tiristor.

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

Calendario de sesiones teórico-prácticas y presentación de trabajos

Las clases magistrales y de problemas y las sesiones de prácticas en el laboratorio se imparten según horario establecido por el Centro, que es publicado con anterioridad a la fecha de comienzo del curso. Las fechas de exámenes de las convocatorias oficiales también son fijadas por el Centro.

El resto de actividades se planificará en función del número de alumnos y se dará a conocer con la suficiente antelación.

El calendario detallado de las diversas actividades a desarrollar se establecerá una vez que la Universidad y el Centro hayan aprobado el calendario académico (el cual podrá ser consultado en la web del centro).

A título orientativo:

- Cada semana hay 3 h de clases en aula dedicadas a teoría y resolución de problemas o casos prácticos.

- Se realizan 5 sesiones prácticas de laboratorio de 3 h.