CURSO: ELECTRÓNICA DE POTENCIA TRADUCCIÓN: POWER ELECTRONICS SIGLA: IEE3243 CRÉDITOS: 10 MÓDULOS: 02 CARÁCTER:OPTATIVO TIPO: CÁTEDRA CALIFICACION: ESTÁNDAR PALABRAS CLAVE:ELECTRÓNICA DE POTENCIA, CONVESOR DE POTENCIA, INVERSOR, RECTIFICADORES, DC-DC, AC-AC, AC-DC. DC-AC, SEMICONDUCTORES, IGBT, MOSFET NIVEL FORMATIVO:CICLO 2, MAGISTER Y DOCTORADO I. DESCRIPCIÓN DEL CURSO Este curso trata sobre la Electrónica de Potencia, disciplina que trabaja sobre la conversión y control de energía eléctrica utilizando semiconductores de estado solido, integrando la electrónica con la electricidad y aplicando múltiples áreas de la ingeniería eléctrica cómo la electrónica, semiconductores de potencia, control automático, sistemas de potencia, máquinas eléctricas y sistemas embebidos. Esta disciplina es fundamental en diversas aplicaciones como control de máquinas eléctricas en la industria y minería, generación y transmisión de energía, energías renovables cómo la solar y eólica, vehículos eléctricos, transmisión de energía inalámbrica, energy harvesting y almacenamiento e integración de sistemas híbridos de energía. II. OBJETIVOS 1. Comprender los fundamentos, conceptos, características, aplicaciones, métodos de control y modulación de los principales semiconductores y conversores de potencia. 2. Poseer un conocimiento profundo y transversal de los distintos tipos de conversores de potencia básicos, de su clasificación y su aplicación, enfocándose principalmente en sistemas de mediana o alta potencia. 3. Diseñar, implementar y controlar diferentes tipos de conversores mediante simulación en aplicaciones prácticas. III. COMPETENCIAS 1. Comprender los conceptos y principios de la conversión de energía eléctrica mediante semiconductores de potencia. 2. Analizar el funcionamiento, características y aplicación de cada semiconductor y topología básica de conversión. 3. Identificar y clasificar los tipos de conversión de energía eléctrica presentes en la generación, transmisión, distribución, almacenamiento, industria, minería y transporte. 4. Analizar la modulación y control de cada conversor básico tomando en cuenta la calidad de las señales generadas, armónicos, voltaje de modo común y corrientes de fuga. 5. Evaluar el tipo de conversor, control y modulación adecuados para determinados requerimientos y aplicaciones. 6. Diseñar conversores de potencia, control y modulación (analizar y evaluar cada etapa del diseño y construcción, y elegir los semiconductores y componentes adecuados). 7. Modelar y simular los distintos tipos de conversores en software especializados. IV. CONTENIDOS 1. Introducción: Historia, aplicaciones y motivación. 2. Semiconductores: 2.1. Diodo de potencia, Tiristor, TRIAC, GTO, IGCT, BJT, MOSFET, IGBT, MOSFET SiC y GaN. Características comparativas (voltaje, corriente, potencia y frecuencia). 2.2. Pérdidas y circuito térmico. 2.3. Clasificación de conversores de potencia (rectificador, inversor, dc-dc y ac-ac). 3. Conversores ac-dc (rectificador): 3.1. Rectificadores con diodos (conmutados por la línea): media onda y onda completa, monofásicos y trifásicos, harmónicos generados en el lado ac y factor de potencia. 3.2. Rectificadores con tiristores (conmutados por la fase): Ángulo de encendido α, operación cómo rectificador e inversor, rectificadores trifásicos de media y onda completa, rectificadores hexafásicos y de doble puente estrella-triangulo. Forma de onda y corriente en el lado ac. Efecto de la inductancia del lado ac y definición de ángulo de recubrimiento o traslapo μ y ángulo de extinción g. 3.3. Inversor conmutado por la carga (LCI). 4. Conversores dc-dc: 4.1. Los cuatro conversores canónicos (Buck, Boost, Buck-boost y Cûk): modo continuo y discontinuo, rizado de corriente y voltaje. 4.2. Conversor Buck-Boost de dos y cuatro cuadrantes. 4.3. Conversores aislados: asimétricos (flyback y forward) y simétricos (push/pull, half y full bridge). 4.4. Control modo voltaje y modo corriente. 5. Conversor dc-ac (inversor y rectificador PWM): 5.1. Inversor monofásico y trifásico. 5.2. Introducción a modulación por ancho de pulso (PWM): Muestreo periódico, histéresis y portadora triangular. 5.3. Modulación onda cuadrada, six-step y SPWM (bipolar y unipolar). 5.4. Modulación SHE. 5.5. Modulación con inyección de secuencia cero: tercera harmónica y 60º PWM. 5.6. SVM (Modulación Vectorial Espacial). 5.7. Introducción al inversor fuente de corriente. 6. Conversores ac-ac: 6.1. Conversor matricial: ventajas y desventajas, interruptores bidireccionales, control y modulación, circuito de protección y filtros. 6.2. Cicloconversor: con y sin corrientes circulantes. 7. Implementación y Aplicaciones: Circuito driver y amortiguador (snubber), componentes pasivos (inductores, transformadores, capacitores y resistencias, filtros LC, LCL y amortiguados), conversores multinivel (NPC, FC, CHB, MMC), modulación multinivel y aplicaciones como HVDC, FACTS, filtros activos, energía eólica y solar, motor drives y vehículos eléctricos. V. METODOLOGÍA El curso se desarrolla en clases lectivas y se complementa con tareas e interrogaciones para que los alumnos resuelvan problemas y apliquen los conceptos aprendidos. Además, los alumnos realizan un proyecto final sobre un tema específico. VI. EVALUACIONES Las evaluaciones se basan en: - 3 Interrogaciones - 3 Tareas - 1 Proyecto VII. BIBLIOGRAFÍA Mínima Ned Mohan, “Power Electronics: converters, applications, and design.” Willey 2003. Muhammad Rashid, “Power Electronics Handbook.” Academic Press, 2011. Dokic, Branko; Blanusa, Branko, “Power Electronics: Converters and Regulators.” Springer 2015 (Online Biblioteca UC) Bin Wu, Mehdi Narimani, “High-Power Converters and AC Drives”. Willey 2017. PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILE ESCUELA DE INGENIERÍA / ACTUALIZADO ABRIL 2021