Universidad de Oviedo Primer Cuatrimestre Optativa Sistemas Electrnicos

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: sebas@uniovi. es Edificio 3, primera planta, despacho 3. 1. 21 Página web: http: //www. unioviedo. es/sebas/ Martes: 9 h 15’-11 h 15’ Miércoles: 12 h 40’-13 h 40’ Viernes: 10 h 15’-13 h 15’

Sistemas Electrónicos de Alimentación Optativa. 1 er Cuatrimestre 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: 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. 11 h 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 CONVERTIDOR ELECTRÓNICO CARGA 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 Digital Sistemas inteligentes Control de procesos Tratamiento de datos Comunicaciones Electrónica Analógica Electrónica de Comunicaciones Sistemas de baja frecuencia Tratamiento de señales Receptores 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 1 V y 100 V 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, 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 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 m. W hasta valores del orden de varios MW Introducción Un sensor o un implante electrónico en el cuerpo humano pueden necesitar potencias del orden de 10 m. W • 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 6 k. W Introducción Según potencia del amplificador: hasta 100 -200 W TV plana 50”: 600 W TV 25”: 60 W Entre 1 y 6 k. W Hasta 300 W 200 - 300 W

Niveles de potencia Los equipos industriales profesionales y los usados en muchas instalaciones pueden consumir potencias del orden de k. W • 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 k. W

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 k. W – 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 Pin Convertidor • Nivel de potencia del sistema • Para funcionar, el convertidor gasta una cierta cantidad de energía. Debe ser lo menor posible Pout Pin > Pout Pérdidas • 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