Electrónica de Potencia Aplicada PDF

Preview

Summary

SECRETARÍA ACADÉMICADIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIASFÍSICO MATEMÁTICASPROGRAMA SINTÉTICOCARRERA: Ingeniería Mecánica.ASIGNATURA: Electrónica de Potencia Aplicada SEMESTRE: Quinto.OBJETIVO GENERAL:El alumno diseñará circuitos con semiconductores electrónicos para el contro...

Description

I N ST I T U T O P OLIT ÉCN ICO N A CION A L SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS

PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: Ingeniería Mecánica. ASIGNATURA: Electrónica de Potencia Aplicada

SEMESTRE:

Quinto.

OBJETIVO GENERAL: El alumno diseñará circuitos con semiconductores electrónicos para el control de mecanismos.

CONTENIDO SINTÉTICO: I II III IV V VI

Diodos Transistores y tiristores Sensores Actuadores de estado sólido para abrir y cerrar circuitos Optoelectrónica Circuitos electrónicos

METODOLOGÍA: Elaboración de tareas y trabajos de extra clase. Solución de problemas. Dinámicas grupales en clase. Realización de prácticas de laboratorio. Elaboración de un proyecto de aplicación.

EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Aplicación de tres exámenes parciales. Evaluación de tareas y trabajos. Participación activa en clase. Acreditación de laboratorio. Presentación de un proyecto de aplicación.

BIBLIOGRAFÍA: Malvino, Principios de Electrónica, Mc. Graw Hill, México, 1992, 976 p.p. Boylestad Robert/ Nashelsky Louis, Electrónica Teórica de los Circuitos, Prentice-Hall Hispanoamericana, S.A. México, 1997, 949 p.p. Maloney Timothy, Electrónica Industrial, Prentice-Hall, México, 1996, 845 p.p. Coughlin Robert F./ Driscoll Frederick F., Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales, PrenticeHall, México, 1998, 518 p.p.

I N ST I T U T O P OLIT ÉCN ICO N A CION A L SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS

ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CARRERA: Ingeniería Mecánica

OPCIÓN: COORDINACIÓN: Academias de Eléctrica – Electrónica

e Ingeniería Eléctrica

ASIGNATURA: Electrónica de Potencia Aplicada. SEMESTRE: Quinto CLAVE: CRÉDITOS: 9.0 VIGENTE: Agosto 2005 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-práctica

MODALIDAD: Escolarizada

DEPARTAMENTO:

TIEMPOS ASIGNADOS

HORAS/SEMANA/TEORÍA: HORAS /SEMANA/PRÁCTICA:

3 3

HORAS /SEMESTRE/TEORÍA: 54 HORAS /SEMESTRE/PRÁCTICA: 54

HORAS /TOTALES:

108

PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: Academias de Eléctrica-Electrónica e Ingeniería Eléctrica. REVISADO POR: Subdirecciones Académicas de ESIME Azcapotzalco y Culhuacan. APROBADO POR: Consejos Técnicos Consultivos Escolares de ESIME Azcapotzalco y Culhuacan. Ing. Jorge Gómez Villarreal y Ing. Ernesto Mercado Escutia

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

I N ST I T U T O P OLIT ÉCN ICO N A CION A L SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS

ASIGNATURA:

Electrónica de Potencia Aplicada

CLAVE

HOJA: 2 DE 10

FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA En la actualidad, el Ingeniero Mecánico se encuentra inmerso en la industria basada en la automatización, es por ello que requiere de mayores conocimientos de la electrónica. En la automatización de procesos, siempre es necesario controlar como operar en forma muy precisa el desempeño de los elementos de generación de movimiento, para ello, en esta asignatura se imparten los conocimientos necesarios para comprender la función que realizan estos controles por medio de elementos semiconductores discretos tales como: diodos, transistores, tiristores, etc. Por otro lado, es fundamental saber especificar las características del equipo utilizado en la automatización, en los circuitos de control, de baja y alta potencia que son empleados para el control de motores y servo mecanismos así como, conocer su operación bajo diferentes condiciones eléctricas. Está asignatura requiere de los conocimientos de electricidad y magnetismo, circuitos eléctricos y máquinas eléctricas; así mismo, junto con las anteriores apoya a la asignatura de electrónica digital aplicada, introducción a sistemas automáticos, instalaciones eléctricas, control y protección de motores eléctricos y automatización de procesos industriales.

OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno diseñará circuitos con semiconductores electrónicos para el control de mecanismos.

I N ST I T U T O P OLIT ÉCN ICO N A CION A L SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS

ASIGNATURA: Electrónica de Potencia Aplicada

CLAVE:

HOJA: 3 DE 10

No. UNIDAD: I

NOMBRE: Diodos

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno resolverá problemas que involucren las aplicaciones básicas del diodo.

No. TEMA

1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5 1.2.6 1.3 1.3.1 1.3.2 1.4 1.5

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

HORAS

TEMAS

Unión P N. El diodo ideal. Polarización y características. Polarización. Región Zener. Diodo de silicio y germanio. Modelo de diodo. Características. Corriente de desplazamiento y de difusión. Características de transición y difusión. Tiempo de recuperación en sentido inverso. Efectos de la temperatura Rectificación de media onda y onda completa Fuente de alimentación Regulación de voltaje Otros tipos de diodos Diodos industriales

Sub Total

T

P

EC

2.0

1.5

6.0

3.0

1.5

3.0

3

1.0 1.0

10.0

6.0

6.0

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda documental por parte de los alumnos de las características de los semiconductores. Integración de equipos de trabajo para la resolución de ejercicios. Simulación del comportamiento de los semiconductores utilizando software. Prácticas de laboratorio correspondientes. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El contenido de esta unidad y la II serán evaluadas en el primer examen parcial. Ejercicios realizados en clase y extra clase. Exposición de temas en forma grupal e individual. Realización de prácticas de laboratorio grupales.

1B 2B

I N ST I T U T O P OLIT ÉCN ICO N A CION A L SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS

ASIGNATURA: Electrónica de Potencia Aplicada No. UNIDAD: II

CLAVE:

HOJA: 4 DE 10

NOMBRE: Transistores y Tiristores OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD

El alumno describirá problemas.

No. TEMA

2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6 2.1.7 2.1.8 2.1.9 2.1.10 2.1.11 2.1.12 2.2 2.2.1 2.3 2.3.1 2.4 2.4.1 2.4.2

las características de transistores y tiristores, aplicándolas en la resolución de

HORAS

TEMAS

Transistor bipolar. Tipos de transistores bipolares. NPN PNP Configuraciones. Base común. Colector común. Emisor común. Diseño de circuitos conmutadores. Estado de corte. Estado de saturación. Operación con cargas. Resistiva Rectificador controlado de silicio (SCR). Características. DIAC. Características. Triac. Características. Arreglo RC para protección del TRIAC. Sub total

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

T

P

EC

6.0

12.0

8.0

2.0

6.0

2.0

3.0

2.0

3.0

12.0

24.0

1B 2B 3C

8.0

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda bibliográfica del funcionamiento de semiconductores de 3 y 4 capas semiconductoras. Dinámicas grupales para la participación activa de los alumnos en el diseño de circuitos a través de ejemplos y aplicaciones. Uso de software para la solución de aplicaciones de estos tipos de semiconductores. Prácticas de laboratorio correspondiente.

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El contenido de esta unidad y la I, serán evaluadas en el primer examen parcial. Ejercicios realizados en clase y extra clase. Exposición de temas en forma grupal o individual. Realización de prácticas de laboratorio grupales.

I N ST I T U T O P OLIT ÉCN ICO N A CION A L SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS

ASIGNATURA: Electrónica de Potencia Aplicada No. UNIDAD: III

CLAVE:

HOJA: 5 DE 10

NOMBRE: Sensores

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno empleará el sensor requerido, en función a los parámetros de los sistemas de automatización.

No. TEMA 3.1 3.1.1 3.1.2 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.4 3.5

TEMAS

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

HORAS

Transductores. Transductores de presión. Transductores de humedad. Detectores. Inducción. Características generales. Detectores capacitivos. Detectores inductivos. Criterios de selección. Según la distancia de detección. Según las condiciones del material. Según condiciones ambientales. Según frecuencia de detección. Precauciones de montaje. Normas de aplicación europea y americanas

T

P

EC

2.0

1.5

8.0

3.0

1.5

1B 2B 3C

3.0

1.0 1.0

Sub Total 10.0

3.0

8.0

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda información sobre tipos y características de los sensores. Dinámicas grupales para la participación activa de los alumnos en distinguir y seleccionar las aplicaciones de los sensores. Realización de ejercicios en clase y extra clase. Uso de software para la solución de aplicaciones de los sensores. Practicas de laboratorio correspondiente.

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El contenido de esta unidad y la IV serán evaluadas en el segundo examen parcial. Ejercicios realizados. Exposición de temas en forma grupal o individual. Realización de prácticas de laboratorio grupales.

I N ST I T U T O P OLIT ÉCN ICO N A CION A L SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS

ASIGNATURA: Electrónica de Potencia Aplicada No. UNIDAD: IV

CLAVE:

HOJA: 6 DE 10

NOMBRE: Actuadores de Estado Sólido Para Abrir y Cerrar

Circuitos.

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno empleará los actuadores bajo diversas condiciones eléctricas de operación.

No. TEMA

TEMAS

P

EC

1.0 1.0 1.0 7.0

3.0

7.0

Sub Total 10.0

6.0

Región de corte y saturación. Conmutación Aplicaciones Polarización y características. Diodo controlado de silicio, SCR Triac Diodo interruptor bilateral, DIB Interruptores de silicio unilaterales y bilaterales, SUS, SBS. 4.4.5 Interruptor controlado por compuerta, GTO 4.1 4.2 4.3 4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

HORAS

T

3.0

1B 2B 3C 4C

7.0

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda documental de las características y aplicaciones de los actuadores. Dinámicas grupales para la participación activa de los alumnos en demostrar el funcionamiento de los actuadores a través de ejemplos y aplicaciones. Se asignarán ejercicios para realizarse en clase y extra clase. Uso de software para la solución de aplicaciones de los actuadores. Practicas de laboratorio correspondiente.

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El contenido de esta unidad y la III serán evaluadas en el segundo examen parcial. Ejercicios realizados. Exposición de temas en forma grupal o individual. Realización de prácticas de laboratorio grupales.

I N ST I T U T O P OLIT ÉCN ICO N A CION A L SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS

ASIGNATURA: Electrónica de Potencia Aplicada No. UNIDAD V

CLAVE:

HOJA: 7 DE 10

NOMBRE: Optoelectrónica

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno resolverá problemas de semiconductores que involucren las aplicaciones del aspecto luminoso de la optoelectrónica.

No. TEMA 5.1 5.1.1 5.1.2 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4 5.2.5 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.4 5.5 5.6

TEMAS

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

HORAS

Absorción óptica de un semiconductor Emisión de luz. Foto celdas y foto resistencias. Emisores y detectores infrarrojos. LEDS Infrarrojos. Foto diodos. Foto transistores. Foto DIACS. Utilización de manuales. Opto aisladores y foto acopladores. Opto aislador con transistor de salida. Opto aislador con SCR de salida. Opto aislador con triac de salida. Interruptores ópticos Foto detectores y fibras óptica. Aplicaciones en circuitos de control y fuerza.

Sub Total

T

P

EC

1.0

1.5

6.0

1.5

1.5

1.5

1.5

0.5 0.5 1.0

1.5

6.0

6.0

1B 2B 3C 4C

6.0

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda de información sobre las características de los semiconductores aplicados a la optoelectrónica. Integración de equipos de trabajos para la realización un proyecto de aplicación. Uso de paquetes de cómputo para la solución de aplicaciones.

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Se realizará la evaluación continua de los alumnos, tomando en cuenta sus participaciones dentro del aula y el cumplimiento satisfactorio de los trabajos extra clase. Para calificar el tercer parcial será a través de un examen que abarque el contenido de ésta unidad y la VI, así como la propuesta y avances de su proyecto de aplicación y la realización de prácticas de laboratorio grupales.

I N ST I T U T O P OLIT ÉCN ICO N A CION A L SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS

ASIGNATURA: Electrónica de Potencia Aplicada No. UNIDAD: V I

CLAVE:

HOJA: 8 DE 10

NOMBRE: Circuitos Electrónicos

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno construirá un circuito electrónico de aplicación.

No. TEMA 6.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6

TEMAS

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

HORAS

Características y Diseño Aplicaciones Planteamiento Cálculo del diseño Manejo de Manuales técnicos Diagrama esquemático Diagrama físico Especificaciones Ejemplos de circuitos electrónicos

Sub total

T

P

EC

3.0

3.0

10.0

1.0 0.5 0.5 0.5 0.5

3.0

6.0

9.0

1B 2B 3C 4C

3.0

10.0

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda de catálogos y manuales especializados en circuitos electrónicos. Dinámicas grupales para la participación activa de los alumnos en generar ejemplos fundamentados con aplicaciones al proyecto. Uso de paquetes de cómputo para la solución de aplicaciones. Desarrollo y término del proyecto de aplicación y el reporte correspondiente.

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Se realizará la evaluación continua de los alumnos, tomando en cuenta sus participaciones dentro del aula y el cumplimiento satisfactorio de los trabajos de investigación extra clase. Para calificar el tercer parcial será a través de un examen que abarque el contenido de ésta unidad y la V. La entrega de su proyecto de aplicación en funcionamiento, el reporte escrito y la realización de prácticas de laboratorio grupales.

I N ST I T U T O P OLIT ÉCN ICO N A CION A L SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS

ASIGNATURA: Electrónica de Potencia Aplicada

CLAVE:

HOJA: 9 DE 10

RELACIÓN DE PRÁCTICAS NOMBRE DE LA PRÁCTICA PRACT. No. El diodo semi conductor y rectificación 1 de señales alternas.

UNIDAD

DURACIÓN

LUGAR DE REALIZACIÓN

I

6.0

Todas las Prácticas se realizarán en el Laboratorio de Ingeniería Eléctrica

2

El transistor en estado de corte y saturación.

II

6.0

3

Operación del transistor con carga.

II

6.0

4

Tiristores (scr y triac).

II

6.0

5

Operación de cargas con tiristores.

II

6.0

6

Transductores.

III

3.0

7

Actuadores.

IV

6.0

8

Optoelectronica.

V

6.0

9

Control de cargas inductivas (motores).

VI

9.0

I N ST I T U T O P OLIT ÉCN ICO N A CION A L SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS

ASIGNATURA: Electrónica de Potencia Aplicada PERÍODO 1

UNIDAD I, II

2

III, IV

Examen escrito 65% Evaluación continua 15% Prácticas 20%

3

V, VI

Se sugiere. Proyecto Examen escrito Prácticas

CLAVE:

HOJA: 10 DE 10

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Examen escrito 65% Evaluación continua 15% Prácticas 20%

50% 30% 20%

Nota: la calificación final corresponde al promedio de los tres periodos.

CLAVE 1

B X

2

X

C

BIBLIOGRAFÍA Malvino, Principios de Electrónica, Mc. Graw Hill, México, 1992, 976 p.p.

Boylestad Robert/ Nashelsky Louis, Electrónica Teórica de los Circuitos, Prentice-Hall Hispanoamericana, S.A. México, 1997, 949 p.p.

3

X

Maloney Timothy, Electrónica Industrial, Prentice-Hall, México, 1996, 845 p.p.

4

X

Coughlin Robert F./Driscoll Frederick F., Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales, Prentice – Hall. México, 1998, 518 p.p.

I N ST I T U T O P OLIT ÉCN ICO N A CION A L 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 Unidades Azcapotzalco y Culhuacan

CARRERA:

Ingeniería Mecánica

ÁREA:

SEMESTRE Quinto

BÁSICAS C. INGENIERÍA

ACADEMIA:

D. INGENIERÍA

C. SOC. y HUM.

Eléctrica – Electrónica e Ingeniería EléctricaASIGNATURA:

ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO:

Electrónica de Potencia Aplicada

Maestría o Licenciatura en Ingeniería Electrónica.

2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno diseñará circuitos con semiconductores electrónicos para el control de mecanismos. 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS

EXPERIENCIA HABILIDADES PROFESIONAL Semiconductores de baja y Trabajar ó haber trabajado Para transmitir los conocimientos. en la Industria. alta potencia.

ACTITUDES Positivas. De honestidad.

Sensores Actuadores de estado sólido

Proyecto de equipo electrónico.

De expresión oral y escrita.

De justicia y equidad.

Diseño de circuitos electrónicos.

Para el dibujo Electrónico.

De paciencia.

Reparación de equipo.

Para propiciar el interés de De apoyo al alumno. los alumnos De comprensión del Para mantener la atención entorno social propio, de la escu...