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Grado en Ingeniería en Tecnologías y Servicios de Telecomunicación

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Conversión de Energía Eléctrica

Código asignatura
GITELE01-3-004
Curso
Tercero
Temporalidad
Primer Semestre
Materia
Sistemas Electrónicos Analógicos
Carácter
Obligatoria
Créditos
6
Pertenece al itinerario Bilingüe
Actividades
  • Prácticas de Laboratorio (14 Horas)
  • Tutorías Grupales (2 Horas)
  • Prácticas de Aula/Semina (7 Horas)
  • Clases Expositivas (35 Horas)
Guía docente

Esta asignatura desarrolla parte de los contenidos de la materia “Sistemas electrónicos analógicos”, en concreto:

La red de distribución de energía eléctrica. Otras fuentes de energía eléctrica. Sistemas de almacenamiento de la energía eléctrica. Dispositivos electrónicos para convertidores electrónicos de potencia. Principios de la conversión alterna-continua. Fuentes de alimentación lineales. Principios de la conversión continua-continua conmutada. Principios de la conversión alterna-continua. Ejemplos de sistemas electrónicos de potencia para telecomunicaciones.

Se trata de una asignatura obligatoria que cursaran todos los alumnos del grado basada en sistemas electrónicos analógicos, al igual que otras que ya han cursado los alumnos de grado llegados a este punto. Para los alumnos que opten por la mención en Sistemas Electrónicos esta asignatura será el punto de partida para el estudio de los sistemas de potencia para la transformación de la energía eléctrica que les permitirá acceder a otras asignaturas en las que se estudien con una mayor profundidad y detalle. Para los alumnos que sigan otras menciones esta asignatura completa todos los contenidos en esta materia previstos en su plan de formación: fuentes primarias de generación de energía eléctrica, su distribución y los sistemas electrónicos de potencia básicos que permiten transformarla.

Los objetivos formativos concretos son:

  • Que el alumno conozca la principal fuente de generación energía eléctrica, así como su distribución y transporte. 
  • Que el alumno sepa identificar y sintetizar, cómo funcionan otras fuentes de energía alternativas (energía eólica, energía solar térmica, energía fotovoltaica, …)
  • Que el alumno conozca los principales sistemas de almacenamiento de la energía eléctrica.
  • Que el alumno sea capaz de analizar y sintetizar, cómo funcionan y cuáles son las características básicas de los principales dispositivos empleados en los sistemas electrónicos de potencia (diodo de potencia, MOSFET de potencia, IGBT de potencia, transformadores, bobinas y condensadores).
  • Que el alumno analice el funcionamiento básico de las principales topologías de conversión de energía que se utilizan en sistemas electrónicos de potencia (conversión alterna-continua, conversión continua-continua y conversión continua-alterna).
  • Que el alumno identifique las aplicaciones más comunes para telecomunicaciones de los diferentes convertidores de potencia, así como la problemática envuelta en estas aplicaciones.

En esta asignatura se aborda el análisis y diseño de circuitos electrónicos de potencia, así como conceptos relativos a la generación y distribución de energía eléctrica, por lo que se recomienda al alumno tener una sólida formación tanto en el análisis de circuitos electrónicos analógicos como en los distintos dispositivos electrónicos, contenidos que se desarrollan en las asignaturas de primer curso “Teoría de circuitos” y “Dispositivos electrónicos y fotónicos” y en la de segundo curso “Fundamentos de Electrónica Analógica”.

    

Dentro de las competencias recogidas en la memoria verifica de la titulación, en esta asignatura se desarrollarán las siguientes:

Competencias generales:

CG2. Conocimiento, comprensión y capacidad para aplicar la legislación necesaria durante el desarrollo de la profesión de Ingeniero Técnico de Telecomunicación y facilidad para el manejo de especificaciones, reglamentos y normas de obligado cumplimiento.

CG3. Conocimiento de materias básicas y tecnologías, que le capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y tecnologías, así como que le dote de una gran versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones.

CG4. Capacidad de resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, y de comunicar y transmitir conocimientos, habilidades y destrezas, comprendiendo la responsabilidad ética y profesional de la actividad del Ingeniero Técnico de Telecomunicación.

CG6. Facilidad para el manejo de especificaciones, reglamentos y normas de obligado cumplimiento.

CG7. Capacidad de analizar y valorar el impacto social y medioambiental de las soluciones técnicas.

Competencias específicas:

CR2 Capacidad de utilizar aplicaciones de comunicación e informáticas (ofimáticas, bases de datos, cálculo avanzado, gestión de proyectos, visualización, etc.) para apoyar el desarrollo y explotación de redes, servicios y aplicaciones de telecomunicación y electrónica.

CR11 Capacidad de utilizar distintas fuentes de energía y en especial la solar fotovoltaica y térmica, así como los fundamentos de la electrotecnia y de la electrónica de potencia.

CSE4 Capacidad para aplicar la electrónica como tecnología de soporte en otros campos y actividades, y no sólo enel ámbito de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones.

CSE5 Capacidad de diseñar circuitos de electrónica analógica y digital, de conversión analógico-digital y digital analógica de radiofrecuencia, de alimentación y conversión de energía eléctrica para aplicaciones de telecomunicación y computación.

Estas competencias se concretan en los siguientes resultados de aprendizaje:

RA-11.1: Comprender y evaluar el proceso de generación, transporte, distribución y almacenamiento de la energía eléctrica, con especial énfasis en los procesos de generación y almacenamiento para aplicaciones remotas (CR.11. CG.3, CG.7).

RA-11.2: Analizar y dimensionar los sistemas de protección de una instalación sencilla de baja tensión (CR.11, CG.2, CG.6, CG.7).

RA-11.3: Comprender las características propias que distinguen a los diodos y transistores MOSFET de potencia de los de señal y comprender el funcionamiento de otros dispositivos electrónicos usados exclusivamente en aplicaciones de potencia (IGBTs, SCRs, Triacs y GTOs) (CR.11, CSE.4, CSE.5, CG.3).

RA-11.4: Comprender el funcionamiento de los rectificadores monofásicos y trifásicos no controlados y calcular las tensiones y corrientes en sus componentes (CR.11, CSE.4, CSE.5, CG.3).

RA-11.5: Analizar, cuantificar y diseñar fuentes de alimentación lineales (CSE.4, CSE.5, CG.3, CG.4).

RA-11.6: Comprender el funcionamiento de los convertidores CC/CC básicos y de los convertidores. CC/CA monofásicos y calcular las tensiones y corrientes en sus componente (CR.11, CSE.4,
CSE.5, CG.3).

RA-11.7: Analizar el funcionamiento de sistemas electrónicos de potencia sencillos de especial interés en el mundo de las telecomunicaciones (CR.2, CR.11, CSE.4, CSE.5, CG.4, CG.7).

RA-11.8: Realizar la simulación de circuitos electrónicos de uso general con herramientas informáticas (CR.2, CSE.5, CG.4)

RA-11.15. Seleccionar los dispositivos semiconductores y los condensadores de potencia para una aplicación conocida (CSE.4, CSE.5, CG.3).  

RA-11.16. Calcular los componentes magnéticos de potencia (bobinas y transformadores) para una aplicación conocida (CSE.4, CSE.5, CG.3).

RA-11.17. Comprender el funcionamiento de los rectificadores monofásicos y trifásicos controlados y semicontrolados y calcular las tensiones y corrientes en sus componentes (CSE.4, CSE.5, CG.3).

Los contenidos de la asignatura se concretan en el siguiente temario:

Tema 1. La red de distribución de energía eléctrica

Estructura de los sistemas eléctricos. Generación de energía eléctrica. Instalaciones de transporte y distribución. Análisis de sistemas trifásicos.

Tema 2. Otras fuentes de energía eléctrica:

Conversión de energía eólica. Radiación solar. Concentradores solares. Energía solar térmica: Hornos y centrales t.

ermosolares. Células fotovoltaicas. Pilas de combustible.

Tema 3. Sistemas de almacenamiento de la energía eléctrica

Características, carga y mantenimiento de baterías. Otros sistemas de almacenamiento de energía eléctrica: volantes de inercia, bobinas superconductoras y ultracondensadores.

 Influencia de estos sistemas en el esquema de distribución eléctrica actual y en el medioambiente.

Tema 4. Principios de la conversión alterna-continua):

Rectificadores monofásicos sin controlar. Filtros para la eliminación de las componentes de alterna. Rectificadores polifásicos sin controlar.

Tema 5. Fuentes de alimentación lineales

Estructura básica. Estabilizadores de tensión no realimentados. Estabilizadores de tensión realimentados. Diseño de fuentes de alimentación lineales.

Tema 6. Principios de la conversión continua-continua conmutada: Moduladores de ancho de pulso:

Convertidores básicos sin aislamiento galvánico. Convertidores básicos con aislamiento galvánico. Convertidores con varios transistores.

Tema 7. Principios de la conversión continua-alterna):

Estructuras básicas de inversor monofásico. Modulaciones de ancho de pulso para inversores. Filtros para la eliminación de armónicos.

Tema 8. Dispositivos electrónicos para convertidores electrónicos de potencia:

El diodo de potencia. El transistor MOSFET de potencia. El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT). Elementos pasivos en convertidores electrónicos de potencia: transformadores, bobinas y condensadores. Influencia de estos elementos en el aprovechamiento energético y en el medioambiente. Circuitos de protección térmica.

Tema 9. Ejemplos de sistemas electrónicos de potencia para telecomunicaciones:

Introducción a los sistemas de alimentación ininterrumpida (UPSs o SAIs). Sistemas de alimentación en centrales telefónicas. Sistemas de alimentación para procesadores digitales. Papel que juegan estos sistemas en la sociedad conectada del futuro.

Las clases teóricas se imparten en aula combinando presentaciones PowerPoint con desarrollos en la pizarra. En estas clases se explicarán los contenidos teóricos de la asignatura combinándolos con su aplicación a la resolución de circuitos “tipo”. Del mismo modo, algunas de las clases tomarán el formato de seminario para relacionar estos contenidos técnicos con temas más transversales, como pueden ser el impacto en el medioambiente, aspectos económicos y de industralización, o relación con la sociedad conectada del futuro. En las prácticas de aula se resolverán problemas más complejos, intentando que el alumno adquiera una cierta destreza y autonomía en el análisis de circuitos electrónicos de potencia. Se manejarán características de dispositivos electrónicos de potencia.

El alumno tendrá a su disposición en el Campus Virtual material docente original y/o las presentaciones Power Point de las lecciones, así como una selección de problemas propuestos y/o resueltos de cada tema.

Respecto a las prácticas, éstas se realizarán en un laboratorio del edificio departamental. Serán prácticas de simulación con la herramienta software PSIM. Previamente a la asistencia al laboratorio, el alumno dispondrá de un guión de cada práctica con un trabajo previo, que deberá haber preparado. Para garantizar la adecuada preparación de cada práctica, el alumno deberá entregar el trabajo previo antes de acceder al laboratorio. Estos “previos” también estarán disponibles en el Campus Virtual. La calificación de estos ejercicios formará parte de la evaluación continua de la asignatura.

A continuación se detalla la planificación de las actividades de la asignatura por cada tema:

TRABAJO PRESENCIAL

TRABAJO NO

PRESENCIAL

Temas

Horas

totales

Clase

Expositiva

Prácticas de

aula /Talleres

Prácticas

de laboratorio

Tutorías

grupales

Sesiones d

e Evaluación

Total

Trabajo

grupo

Trabajo

autónomo

Total

Tema 1: La red de distribución de energía eléctrica

25

8

2

0

0

0

10

0

15

15

Tema 2: Otras fuentes de energía eléctrica

17

6

0

0

1

0

7

4

6

10

Tema 3: Sistemas de almacenamiento de la energía eléctrica

6

2

0

0

0

0

2

0

4

4

Tema 4. Principios de la conversión alterna-continua

16

3

1

4

0

0

8

0

10

10

Tema 5. Fuentes de alimentación lineales

11

1

1

2

0

0

4

0

6

6

Tema 6. Principios de la conversión continua-continua conmutada: Moduladores de ancho de pulso

32

6

1

4

0

0

11

0

21

21

Tema 7. Principios de la conversión continua-alterna

24

4

1

0

1

0

10

0

14

14

Tema 8: Dispositivos electrónicos para convertidores electrónicos de potencia

12

4

1

0

0

0

5

0

8

8

Tema 9. Ejemplos de sistemas electrónicos de potencia para telecomunicaciones

5

1

0

2

0

0

1

0

2

2

Total

148

35

7

14

2

0

58

4

86

90

Criterios generales de evaluación del aprendizaje de los estudiantes

- El conocimiento la principal fuente de generación energía eléctrica, así como su distribución y transporte.

- La identificación, sintetización y conocimiento de otras fuentes de energía alternativas (energía eólica, energía solar térmica, energía fotovoltaica, etc.)

- El conocimiento de las características de los componentes que forman parte de los circuitos usados en la conversión de energía eléctrica.

- La capacidad de análisis de circuitos electrónicos analógicos usados en la conversión de energía eléctrica.

- La destreza en el manejo del instrumental del laboratorio y en el software de simulación.

La evaluación de los conocimientos adquiridos por los estudiantes se realizará de acuerdo al siguiente procedimiento:

a) Convocatoria ordinaria:

Durante el curso se hará un seguimiento de actividades de prácticas y de teoría. Estas actividades se evaluarán:

a1) Control de prácticas de laboratorio (20% de la calificación final)

  • A lo largo del curso se realizarán tareas durante la primera parte de la práctica de laboratorio que serán evaluadas. A final de curso se obtendrá la nota media.
  • Se realizará el examen final práctico.
  • La nota final de prácticas se calculará a partir de los apartados anteriores según la fórmula: 50% ExamenPracticas + 50% MediaTrabajos.
  • Estas calificaciones se conservarán únicamente para las convocatorias del curso académico.

a2) Parte teórica (80% de la calificación final).

La asignatura estará dividida en 3 Bloques:

  • Bloque 1: Tema1; "La red de distribución de energía eléctrica".
  • Bloque 2: Tema2; "Otras fuentes de energía eléctrica".
  • Bloque 3: Temas 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9; “Sistemas de Almacenamiento” "Convertidores CA/CC”, “Fuentes Lineales”, “Convertidores CC/CC”, “Convertidores CC/CA”, “Dispositivos de Potencia” y “Aplicaciones"

Durante la convocatoria ordinaria, la parte teórica de la asignatura puede superarse de la siguiente forma:

  • Durante el curso académico se realizarán exámenes parciales al finalizar los bloques 1 y 2.
  • El último bloque, dada su extensión, se dividirá en dos partes (Parte 1: Temas 3, 4 y 5; Parte 2: Tema 6, 7, 8 y 9). Se realizará un examen parcial al finalizar la primera parte del bloque 3.
  • En la fecha de examen fijada para la convocatoria ordinaria, se evaluará la Parte 2 del bloque 3. Adicionalmente, en ese examen, el alumno tendrá la posibilidad de subir nota/aprobar/compensar la materia relativa a los exámenes parciales de los bloques 1, 2 y parte 1 del bloque 3 evaluados durante el curso. Se considerará cada ejercicio de forma independiente.
  • Si el alumno decide acudir al examen final de la convocatoria ordinaria en la materia relativa a los tres primeros exámenes parciales, habiéndose presentado a cualquier parcial durante el curso, la nota utilizada para la calificación final será la mayor. En el caso de las convocatorias extraordinarias, las nota utilizada para la calificación final será la obtenida en la convocatoria extraortdinaria correspondiente.
  • En todos los casos se deberá obtener un mínimo de 3 puntos (sobre un máximo de 10) en cada uno de los cuatro exámenes parciales para que sean convalidados, ya hayan sido realizados durante el curso académico o en el examen final de la convocatoria ordinaria.
  • En el caso de haber obtenido un mínimo de 3 puntos, en cada uno de los cuatro partes, la nota final de de la parte teórica se calculará mediante la siguiente fórmula:
    18% nota bloque 1 +12% nota bloque 2 + 20% parte 1 bloque 3 + 50% parte 2 bloque 3.
  • En el caso que no se alcance el mínimo en todos los exámenes parciales se suspenderá la asignatura. En este caso, si la nota obtenida, aplicando las anteriores ponderaciones, es mayor que 4, se calificará la asignatura con 4.
  • Únicamente se podrán conservar en otras convocatorias del mismo curso académico las notas de los bloques 1 y/o bloque 2 y/o bloque 3 (siendo la nota del bloque 3=28,5% parte 1 bloque 3 + 71,5% parte 2 bloque 3, siempre que se haya obtenido un mínimo de 3 puntos sobre un máximo de 10 en cada parte del bloque 3). Estas calificaciones no se conservarán en otras convocatorias de futuros cursos académicos.

b) Convocatorias extraordinarias:

Para superar la asignatura en las convocatorias extraordinarias, se considerará tanto la parte práctica como teórica de la asignatura de la siguiente forma:

b1) Parte práctica (20% de la calificación final)

  • Se considerará la calificación obtenida por el alumno en la parte práctica en la convocatoria ordinaria.

b2) Parte teórica (80% de la calificación final).

  • En examen de la convocatoria extraordinaria estará dividido en 3 bloques.
  • Se deberá obtener un mínimo de 3 puntos (sobre un máximo de 10) en cada uno de los bloques para que sean convalidados.
  • En el caso en el que se alcance la calificación mínima en cada uno de los bloques, la nota final se calculará: 18% nota bloque 1+12% nota bloque 2+70% nota bloque 3.
  • En el caso que no se alcance la calificación mínima en cualquiera de los bloques se suspenderá la asignatura. En este caso, si la nota obtenida, aplicando las anteriores ponderaciones, es mayor que 4, se calificará la asignatura con 4.
  • Únicamente se podrán conservar en otras convocatorias del mismo curso académico las notas de los bloques 1, bloque 2 y bloque 3. Estas calificaciones no se conservarán en otras convocatorias de futuros cursos académicos.

c) Evaluación diferenciada:

Para superar la asignatura los alumnos que solicitan evaluación diferenciada, se considerará tanto la parte práctica como teórica de la asignatura de la siguiente forma:

c1) Parte práctica (20% de la calificación final)

  • Se realizará un examen práctico

c2) Parte teórica  (80% de la calificación final).

  • El examen estará dividido en 3 bloques.
  • Se deberá obtener un mínimo de 3 puntos (sobre un máximo de 10) en cada uno de los bloques para que sean convalidados.
  • En el caso en el que se alcance la calificación mínima en cada uno de los bloques, la nota final se calculará: 18% nota bloque 1+12% nota bloque 2+70% nota bloque 3.
  • En el caso que no se alcance la calificación mínima en cualquiera de los bloques se suspenderá la asignatura. En este caso, si la nota obtenida, aplicando las anteriores ponderaciones, es mayor que 4, se calificará la asignatura con 4.

NOTA IMPORTANTE: No se habilitarán sesiones de prácticas al margen de las señaladas en el calendario.

[1].     J. A. Gualda S. Martínez y P. M. Martínez. “Electrónica Industrial: Técnicas de Potencia”. Editorial Marcombo.

[2].     N. Mohan, T. M. Undeland y W. P. Robbins. “Power Electronics: Converters, Applications and Design”. Ed. John Wiley and Sons.

[3].     M.H.Rashid. “Power Electronics, Circuits, Devices and Applications”. Ed. Prentice Hall.

[4].     R.W Erickson y D. Maksimovic. “Fundamentals of Power Electronics”. Kluwer Academic Publishers.

[5].     Andrés Barrado y Antonio Lázaro. “Problemas de Electrónica de Potencia”, Ed. Prentice Hall.

[6].     J. I. Prieto. “Disponibilidad de la energía solar térmica (Solar energy availability)” (ed. bilingüe), Textos universitarios EDIUNO, 2016.

[7].     Folch, J. R., Guasp, M. R., Porta, C. R. “Tecnología eléctrica”.  Ed. Síntesis 3ª edición, 2010.