Download Diapositiva 1 - Universidad de Oviedo

Universidad de Oviedo
Primer Cuatrimestre
Optativa:
Sistemas Electrónicos de
Alimentación
5º Curso. Ingeniería de Telecomunicación
Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica, de
Computadores y de Sistemas
Profesor
Javier Sebastián Zúñiga
• Área de Tecnología Electrónica
Sistemas Electrónicos de Alimentación
Investigación
Datos de contacto
Tutorías
Sistemas de Alimentación
•
Convertidores CC/CC y CA/CC
•
Corrección del Factor de Potencia
•
Rectificación Síncrona
•
Modelado de Convertidores
Tlf: 985 18 20 85
E-mail: [email protected]
Edificio 3, primera planta, despacho 3.1.21
Página web: http://www.unioviedo.es/sebas/
Martes: 9h 15’-11h 15’
Miércoles: 12h 40’-13h 40’
Viernes: 10h 15’-13h 15’
Sistemas Electrónicos de Alimentación
Optativa. 1er Cuatrimestre
Sistemas Electrónicos de Alimentación
Sistemas Electrónicos de Alimentación
Curso: 5º
Titulación: Ingeniero de Telecomunicación
Créditos
Teoría: 3
Prácticas de Tablero: 1,5
Prácticas de Laboratorio: 1,5
Horas de Teoría: 30
Horas de PT: 15
Horas de PL: 15
Total: 6
Total: 60
Horario
Lunes:
16:00 - 17:00
Martes:
17:00 - 19:00
13 lunes x 1 = 13 horas
Curso 10/11
14 martes x 2 = 28 horas
Total
Prácticas
= 41 horas
7 prácticas x 2 horas = 14 horas
Exámenes
25 de enero. 8 h 30’.
Sistemas Electrónicos de Alimentación
27 de mayo. 11h 30’.
5 de julio. 18 h.
Funcionamiento de la asignatura
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)
Sistemas Electrónicos de Alimentación
Bibliografía
•
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.
Contenidos de la Asignatura
Sistemas Electrónicos de Alimentación
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
CONVERTIDOR
ELECTRÓNICO
CARGA
CC o CA
El curso se centrará en la
alimentación de cargas de
continua
FUENTE DE
ENERGÍA
Sistemas Electrónicos de Alimentación
CC o CA
CARGA
CONVERTIDOR
ELECTRÓNICO
CC o CA
• Componentes específicos
• Conversión CC/CC
• Conversión CA/CC
TEMARIO
Aplicaciones
Parte 1: Introducción
Parte 2: Dispositivos de Potencia
Parte 3: Convertidores
Parte 4: Aplicaciones y temas complementarios
Sistemas Electrónicos de Alimentación
TEMARIO
Parte 1
Lección 1: Introducción
Lección 2: Especificaciones de fuentes de alimentación
Parte 2
Lección 3:
Lección 4:
Lección 5:
Lección 6:
Parte 3
Lección 7: Convertidores CC/CC
Lección 8: Modelado dinámico de convertidores
Lección 9: Corrección del factor de potencia
Parte 4
Lección 10: Arquitecturas de sistemas de alimentación
Lección 11: Temas complementarios
Circuitos de mando
Diodos de potencia
El MOSFET de potencia
Componentes magnéticos
PRÁCTICAS DE LABORATORIO
Sistemas Electrónicos de Alimentación
7 Sesiones de prácticas de laboratorio
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.
Proyectos Fin de Carrera
Es posible realizar el Proyecto Fin de Carrera en temas de
Sistemas de Alimentación
Sistemas Electrónicos 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
- Ikerlan en Mondragón
Universidad de Oviedo
Lección 1
INTRODUCCIÓN
Sistemas Electrónicos de Alimentación
5º Curso. Ingeniería de Telecomunicación
Campos de la Electrónica
Electrónica Digital
Sistemas inteligentes
Control de procesos
Tratamiento de datos
Comunicaciones
Electrónica Analógica
Sistemas de baja frecuencia
Tratamiento de señales
Receptores
Electrónica de
Comunicaciones
Transmisores
Transceptores
Introducción
Sensores
Instrumentación Electrónica
Captación de datos
Tratamiento de las señales de los sensores
Optoelectrónica
Transmisión de datos
Captura de información
¿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
Introducción
• 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
¿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:
Introducción
• De tensión continua: circuitos electrónicos en general
• De tensión alterna: muchos motores (los más robustos) y cargas
que por facilidad se alimentan en alterna
FUENTE DE
ENERGÍA
CC o CA
CONVERTIDOR
CARGA
ELECTRÓNICO
CC o CA
Tipos de convertidores
En función de la fuente de energía y de la carga, tenemos 4 tipos de
convertidores:
Convertidores CA/CC
Rectificadores
Convertidores CC/CC
Convertidores CC/CC y troceadores
Convertidores CC/CA
Introducción
Convertidores CA/CA
Inversores (u onduladores)
Cicloconvertidores. Poco usados hoy
en día. Sustituidos por la conexión de
rectificador e inversor en cascada
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
Niveles 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
Introducción
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
Niveles de potencia
Los equipos electrónicos domésticos consumen potencias del orden de
50 - 300 W. Los más grandes pueden consumir hasta 6kW
Introducción
Según potencia del
amplificador: hasta 100-200W
TV plana 50”: 600 W
TV 25”: 60 W
Entre 1 y 6kW
Hasta 300 W
200 - 300W
Niveles 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
Introducción
• Cargadores de baterías
Convertidor para motores
“Routing Switch”
Alimentación
Telecom 50 kW
Niveles 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
Introducción
Tensión de alimentación: 3000 V, 600 Hz
500 kW – 2 MW
Algunos conceptos elementales
• Especificaciones
de la fuente de
energía
• El convertidor debe ser
lo más sencillo y pequeño
posible (tamaño, coste)
Introducción
Concepto de Rendimiento
Convertidor
Pout
Pin > Pout
Pérdidas
• Nivel de potencia
del sistema
• Para funcionar, el convertidor
gasta una cierta cantidad de
energía. Debe ser lo menor posible
P
η  out  100%
Pin
Pin
• Especificaciones
de la carga
• Por el hecho de disipar potencia,
los convertidores se van a calentar.
• Es necesario evacuar el calor
Investigación
• 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
Introducción
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
• Aalborg (Dinamarca)
• Delft (Holanda)
• ETH (Zurich)
• Politecnico de Torino
• Virginia Polytechnic
• U. de Wisconsin- Madison
• Caltech-California
• M.I.T
• Copec-Colorado
Investigación
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: Industry 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
Introducción
• 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)
Investigación
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 esponsoriza un congreso anual:
SAAEI – Seminario Anual de Automática, Electrónica Industrial e
Instrumentación
Introducción
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