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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA

DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: ASIGNATURA:

Ingeniería Eléctrica, Ingeniería en Control y Automatización. Electrónica II

SEMESTRE:

Quinto, Sexto.

OBJETIVO GENERAL: El alumno diseñará los convertidores de CA-CD (fuentes), CD-CD (choppers), CD-CA (inversores) y fuentes conmutadas para solucionar y dar propuestas a los sistemas de control y automatización, previo análisis y descripción de los dispositivos electrónicos de potencia. CONTENIDO SINTÉTICO: I. Dispositivos Electrónicos de Potencia. II. Convertidores CA – CD (fuentes). III. Convertidores CD – CD (choppers). IV. Convertidores CD – CA (inversores). V. Fuentes Conmutadas. VI. Control V/F constante y Control Vectorial de Motores de Inducción METODOLOGÍA: Investigación documental por parte de los alumnos en revistas técnicas de circulación internacional. Exposiciones e intervenciones orales por parte de los alumnos, bajo la coordinación y supervisión del profesor. Resolución de problemas por parte de los alumnos Integración de equipos de trabajo para la realización de prácticas de laboratorio. Utilización de instrumentos y técnicas de información y comunicación: computadora. Exposición por parte del profesor empleando: Prototipos, presentaciones en power point y acetatos. Visitas industriales. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: La calificación de la teoría será la suma promedio de los tres exámenes departamentales, con un valor del 40%. La participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clases tendrán un valor del 10% como parte integral de la calificación de teoría . La calificación de laboratorio será la suma promedio de todos los reportes técnicos de laboratorio con un valor del 50%. La calificación final será la suma obtenida de la teoría, laboratorio y participación en clase, tareas, trabajos y actividades extractases. La calificación final será acreditada siempre y cuando la calificación de teoría y laboratorio sean aprobatorias. BIBLIOGRAFÍA: S. B. Dewan, G. R. Slemon, A. Straughen, Power Semiconductor Drives, Edit. Jhon Wiley & Sons Inc, USA, 1984. N. Mohan, T. M. Undeland, W. P. Robbins, Power Electronics, Converters, Applications, and Design, Edit. Jhon Wiley & Sons Inc, USA, 1995. Ion Boldea, S. A. Nasar, Electric Drives, Edit. CRC Press, USA, 1999. Werner Leonhard, Control Electrical Drives, Edit Springer – Verlang, USA,1985. B. K. Bose, Modern Power Electronics, Evolution, Technology, and Applications, Edit. IEEE Press, USA, 2003. Eiichi Ohono, Introduction to Power Electronics, Edit. Oxford Science Publication, USA, 1985. R. K. Sugandhi, K. K. Sugandhi, Thyristors Theory and Applications, Edit. Wiley Eastern Limited, USA, 1984.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA

DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS

ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CARRERA: Ingeniería Eléctrica, Ingeniería en Control y Automatización. OPCIÓN: COORDINACIÓN: DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería en Control y Automatización

ASIGNATURA: Electrónica II SEMESTRE: Sexto, Quinto. CLAVE: CRÉDITOS: 9.0 VIGENTE: Agosto 2005 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Practica MODALIDAD: Escolarizada

TIEMPOS ASIGNADOS

HRS./SEMANA / TEORÍA: 3.0 HRS./SEMANA / PRÁCTICA: 3.0 HRS./TOTALES / SEMANA: 6.0

HRS./SEMESTRE / TEORÍA: 54 HRS./SEMESTRE / PRÁCTICA: 54

HRS./TOTALES: 108

PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO: POR: Academia de Control y Automatización REVISADO POR: Subdirección Académica. APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar de la ESIME Zacatenco M en C. Jesús Reyes García.

AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo del IPN

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DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA: Electrónica II

CLAVE:

HOJA:

2

DE 10

FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA La electrónica de potencia ha tenido una intensa evolución durante las últimas tres décadas y ha encontrado una amplia aplicación en desarrollos tecnológicos, industriales, comerciales, residenciales y aerospaciales. En la actualidad, la electrónica de potencia avanza en dos direcciones: electrónica de baja potencia y alta frecuencia, que esencialmente responde a las necesidades de las fuentes de alimentación conmutadas, y la electrónica de media y alta potencia, que abarca el control de motores, los sistemas de alimentación ininterrumpida, control de iluminación, etc. La miniaturización de circuitos parece ser el principal enfoque de la primera categoría mientras que la mejora en cuanto a costo, eficiencia, tamaño y robustez frente a anomalías son los principales criterios de la segunda. El dispositivo de potencia es el componente más importante dentro del control de sistemas de potencia electrónicos. En la formación del Ingeniero en Control y Automatización, la selección y uso práctico de los semiconductores de potencia, posicionan al ingeniero dentro del campo interdisciplinario de la industria como un ser necesario para operar, instalar y actualizar los equipos y sistemas de control que funcionan a través de la electrónica de potencia. Las asignaturas antecedentes son: Química Básica, Química Aplicada, Física Moderna, Electrónica I y Dispositivos de Control analógico. Las asignaturas posteriores son : Interfases y Microcontroladores, Control de Máquinas y Procesos Eléctricos, Comunicaciones Industriales. Las asignaturas colaterales son: Máquinas Eléctricas II, Teoría de Control II.

OBJETIVO DE LA ASIGNATURA

El alumno diseñará los convertidores de CA-CD (fuentes), CD-CD (choppers), CD-CA (inversores) y fuentes conmutadas para solucionar y dar propuestas a los sistemas de control y automatización, previo análisis y descripción de los dispositivos electrónicos de potencia.

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DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS

ASIGNATURA: No. UNIDAD:

HOJA: 3

CLAVE:

Electrónica II I NOMBRE:

DE 10

Dispositivos Electrónicos de Potencia

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno describirá los diversos dispositivos de electrónica de potencia en el área del control y la automatización, en base a las características y propiedades de los semiconductores.

No. TEMA

TEMAS

HORAS T

1.1

Introducción a la electrónica de potencia

1.0

1.2

Dispositivos semiconductores de potencia

0.5

1.3

Diodos de potencia

0.5

1.4

Tiristores de potencia

1.0

1.5

Transistores de potencia BJT

1.5

1.6

Mosfet de potencia

1.5

1.7

IGBT

1.5

1.8

Circuitos de control de los dispositivos semiconductores de 1.5 potencia

1.9

Descripción de los convertidores

P 3.0

EC

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

4.0

2B, 6C, 7C

6.0

6.0

1.5

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda de conceptos por parte del alumno. Consulta documentada de los diodos y transistores de potencia. Realización de prácticas en el laboratorio. Resolución de ejercicios de aplicación de los temas. Uso de programas de simulación por medio de computadoras. PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN Primer examen departamental que comprende las unidades I y II, con un valor del 40% de la calificación parcial Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clases, con un valor del 10% de la calificación parcial. Reporte de práctica de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.

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DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA: No. UNIDAD:

II

HOJA: 4

CLAVE:

Electrónica II NOMBRE:

DE

10

Convertidores de CA a CD (fuentes)

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno diseñará convertidores de CA a CD utilizando las ecuaciones generales que describen su comportamiento

No. TEMA

HORAS

TEMAS

T

2.1

Rectificadores monofásicos resistiva e inductiva

carga

1.5

2.2

Rectificadores controlados monofásicos y polifásicos, con carga resistiva e inductiva

1.5

2.3

Filtros en los convertidores de CA a CD

1.5

2.4

Regulación de la señal de salida en los convertidores no controlados

1.5

y

polifásicos,

con

P

EC

3.0

5.0

CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1B, 2B, 5C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda bibliográfica de nuevos conceptos. Integración de equipos de trabajo para discusión en clase de los nuevos conceptos. Resolución de problemas de aplicación de los temas. Realización de prácticas en el laboratorio. Visitas industriales. PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN Primer examen departamental que comprende las unidades I y II, con un valor del 40% de la calificación parcial. Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clases, con un valor del 10% de la calificación parcial. Reporte técnico de las prácticas de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.

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DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA: No. UNIDAD:

III

HOJA: 5

CLAVE:

Electrónica II

DE 10

Convertidores de CD a CD (choppers)

NOMBRE:

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará las ecuaciones generales que describen el comportamiento de los convertidores de CD a CD para su diseño y lo empleará en el control de motores. No. TEMA

TEMAS

HORAS T

P

EC

1.5

9.0

5.0

3.1

Clasificación de los choppers.

3.2

Principio de operación de los choppers como elevadores y 1.5 reductores con carga RL.

3.3

Choppers como reguladores en modo de conmutación.

1.5

3.4

Diseño de circuitos choppers.

3.0

CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1B, 4B, 5C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda de información documental por parte de los alumnos. Realización de tareas y trabajos extra-clases sobre los Choppers. Resolución de ejercicios de aplicación de los temas vistos en clase. Discusión en clase con ejemplos ilustrativos. Realización de prácticas en laboratorio. PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN Segundo examen departamental que comprende las unidades III y IV, con un valor del 40% de la calificación parcial. Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clases, con un valor del 10% de la calificación parcial. Reporte de práctica de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.

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DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA: No. UNIDAD:

IV

HOJA: 6

CLAVE:

Electrónica II

DE 10

Convertidores de CD-CA (inversores)

NOMBRE:

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno diseñará circuitos inversores empleando las ecuaciones generales que describen su comportamiento para su uso en el control de motores. No. TEMA

TEMAS

HORAS T

P

EC

6.0

4.1

Inversores monofásicos

1.5

6.0

4.2

Inversores trifásicos

3.0

9.0

4.3

Técnicas de modulación para los inversores

3.0

4.4

Diseño de circuitos inversores

3.0

CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1B, 4B, 5C, 6C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Consulta informativa en diversos medios: libros, revistas técnicas de publicación nacional e internacional, sobre los inversores. Resolución de ejercicios de aplicación. Empleo de material audiovisual y/o simuladores. Realización de prácticas en laboratorio. PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN Segundo examen departamental que comprende las unidades III y IV, con un valor del 40% de la calificación parcial. Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clases, con un valor del 10% de la calificación parcial. Reporte técnico de las prácticas de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.

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DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS

ASIGNATURA: No. UNIDAD:

HOJA: 7

CLAVE:

Electrónica II V NOMBRE:

DE

10

Fuentes Conmutadas.

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno determinará el funcionamiento de las fuentes conmutadas previo análisis de las configuraciones básicas de los reguladores de voltaje y corriente.

No. TEMA

TEMAS

HORAS T

P

EC

12.0

4.0

5.1

Introducción.

1.5

5.2

Tipos de fuentes conmutadas.

1.5

5.3

Control de modo corriente.

1.5

5.4

Fuentes resonantes.

1.5

5.5

Diseño de fuentes conmutadas.

3.0

CLAVE BIBLIOGRÁFICA 3B, 4B, 5C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Consulta de revistas especializadas en electrónica y temas afines. Participaciones y exposiciones en clase por el alumno con la colaboración del profesor. Realización de tareas y trabajos extra-clases sobre las fuentes conmutadas. Solución de problemas en clase. Realización de prácticas en las cuales comprobará la validez del conocimiento aprendido. PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN Tercer examen departamental que comprende las unidades V y VI, con un valor del 40% de la calificación parcial. Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clases, con un valor del 10% de la calificación parcial. Reporte de práctica de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.

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DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA: No. UNIDAD:

HOJA: 8

CLAVE:

Electrónica II VI NOMBRE:

DE

10

Control V/F constante y Control Vectorial de Motores de Inducción

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno integrará los conceptos básicos teórico-práctico del control vectorial del motor de inducción.

No. TEMA

TEMAS

HORAS T

P

EC

1.5

0.0

7.0

6.1

Introducción

6.2

Modelado del motor de inducción usando el espacio 3.0 vectorial

6.3

Control V/F constante de un motor de inducción trifásico

6.4

Control vectorial directo e indirecto de un motor de 3.0 inducción trifásico

CLAVE BIBLIOGRÁFICA 3B, 4B, 5C

3.0

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Consulta de diferentes revistas especializadas por los alumnos. Realización de tareas y trabajos extra clase sobre el control vectorial. Empleo de material audiovisual. Resolución de problemas de aplicación del control vectorial. Realizar prácticas en laboratorio. PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN Tercer examen departamental que comprende las unidades V y VI, con un valor del 40% de la calificación parcial. Participación en clase ,tareas, trabajos y actividades extra clases, con un valor del 10% de la calificación parcial. Reporte técnico de las prácticas de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.

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DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA:

Electrónica II

CLAVE:

HOJA:

9

DE

10

RELACIÓN DE PRÁCTICAS

UNIDAD

DURACIÓN [Horas]

LUGAR DE REALIZACIÓN

Configuración del Transistor de potencia

I

3.0

2

Control de conmutación por configuración de base del BJT

I

6.0

3

Disparo de compuerta de SCR

I

6.0

Todas las prácticas se realizarán en el laboratorio de electrónica II

4

Fuente de alimentación regulada de CD

II

3.0

5

Control de velocidad de un motor de CD empleando circuitos Chopper

III

9.0

6

Inversor monofásico para carga resistiva

IV

6.0

7

Inversor fuente de voltaje trifásico alimentando a un motor de inducción

IV

9.0

8

Diseño de fuentes conmutadas.

V

12.0

Práctica No. 1

NOMBRE DE LA PRÁCTICA

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DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA:

Electrónica II

PERIODO

UNIDAD

CLAVE:

DE 10

PROCEDIMIENTO DE VALUACIÓN Primer examen departamental.

Primero

Unidad I y II

Segundo

Unidad III y IV

Segundo examen departamental.

Unidad V y VI

Tercer examen departamental.

Tercero

HOJA: 10

La calificación de la teoría será la suma promedio de los tres exámenes departamentales, con un valor del 40%. La participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clases tendrán un valor del 10% como parte integral de la calificación de teoría . La calificación de laboratorio será la suma promedio de todos los reportes técnicos de laboratorio con un valor del 50%. La calificación final será la suma obtenida de la teoría, laboratorio y participación en clase, tareas, trabajos y actividades extractases. La calificación final será acreditada siempre y cuando la calificación de teoría y laboratorio sean aprobatorias.

CLAVE

B

C

BIBLIOGRAFÍA

1

X

S. B. Dewan, G. R. Slemon, A. Straughen, Power Semiconductor Drives, Edit. Jhon Wiley & Sons Inc, USA, 1984.

2

X

N. Mohan, T. M. Undeland, W. P. Robbins, Power Electronics, Converters, Applications, and Design, Edit. Jhon Wiley & Sons Inc, USA, 1995.

3

X

Ion Boldea, S. A. Nasar, Electric Drives, Edit. CRC Press, USA, 1999.

4

X

Werner Leonhard, Control Electrical Drives, Edit Springer – Verlang, USA, 1985

5

X

B. K. Bose, Modern Power Electronics, Evolution, Technology, and Applications, Edit. IEEE Press, USA, 2003.

6

X

Eiichi Ohono, Introduction to Power Electronics, Edit. Oxford Science Publication, USA, 1985

7

X

R. K. Sugandhi, K. K. Sugandhi, Thyristors Theory and Applications, Edit. Wiley Eastern Limited, USA, 1984

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA

DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA 1. DATOS GENERALES ESCUELA:

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

CARRERA:

Ingeniería en Control y Automatización, Ingeniería Eléctrica.

ÁREA:

BÁSICAS

SEMESTRE

Sexto, Quinto.

D. INGENIERÍA

C. SOC. y HUM.

C. INGENIERÍA ACADEMIA:

Ingeniería Electrónica, Electrónica (IE)

ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO:

ASIGNATURA:

Electrónica II

Ingeniero en Control, Ingeniero Electricista con amplia experiencia en la industria, desarrollo de ingeniería, ingeniería básica y/o mantenimiento.

2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno diseñará los convertidores de CA-CD (fuentes), CD-CD (choppers), CD-CA (inversores) y fuentes conmutadas para solucionar y dar propuestas a los sistemas de control y automatización, previo análisis y descripción de los dispositivos electrónicos de potencia. 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS • Dispositivos semiconductores de señal y potencia • Pruebas a dispositivos electrónicos • Manejo e interpretación de diagramas electrónicos. •

EXPERIENCIA PROFESIONAL • En la selección, aplicación, operación y diseño de sistemas de electrónica de potencia. • Puesta en marcha de controladores de velocidad de CD y CA.

HABILIDADES • Análisis y síntesis. • Para motivar al auto estudio, el razonamiento y la investigación. • Manejo de grupos. • Realizar analogías y comparaciones en forma simple.

ACTITUDES • • • •

Compromiso social Responsabilidad Colaboración Cooperativa

ELABORÓ

REVISÓ

AUTORIZÓ

Ing. Ivone Cecilia Torres Rodríguez.

Ing. Guillermo Santillán Guevara

M en C. Jesús Reyes García.

PRESIDENTES DE ACADEMIA

SUBDIRECTOR ACADÉMICO

DIRECTOR DEL PLANTEL FECHA:

Septiembre-2004