Presentación de PowerPoint - CENIDET · Dispositivos Semiconductores de Potencia ... • Sistema de almacenamiento de energía (15kW-h). • Control del Sistema de almacenamiento

ACTIVIDADES DE I+D EN ELECTRÓNICA DE POTENCIA

APLICADA AL MANEJO DE ENERGÍAS RENOVABLES

http://www.cenidet.edu.mx/subaca/web-elec/

Departamento de Ingeniería Electrónica

http://facebook.com/cenidet.posgradoenelectronica https://www.facebook.com/electronicadepotenciacenidet

@DIECENIDET

1er. Taller de Electrónica de Potencia Aplicado al Manejo de Energías Renovables Junio 19 de 2015

DEPARTAMENTO DE

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

GRUPO DE ELECTRÓNICA

DE POTENCIA

CONTENIDO

• El TecNM y el CENIDET

• El posgrado en Ingeniería Electrónica

• Actividad relacionada con Energías Renovables

Cosecha de Energía Sistemas Fotovoltaicos Sistemas Eólicos Sistemas de Iluminación y Otras Aplicaciones


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DE POTENCIA

IT´s Descentralizados 125

IT´s Federales 108

CRODEs 4

CIIDET 1

CENIDET 1

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO


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DE POTENCIA

Reseña Histórica

El CENIDET se creó en enero de 1987, en el marco de una alianza estratégica con el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE), con el fin de ser un centro de excelencia del Sistema Nacional de Institutos Tecnológicos.

En mayo de 1987 inició cursos la primera generación del programa de Maestría en Ciencias en Ingeniería Electrónica. A inicios de 1988 arrancó la Maestría en Ciencias de la Computación, y al final del mismo, la Maestría en Ciencias en Ingeniería Mecánica. En 1995 inicia el Doctorado en Ciencias en Ingeniería Electrónica.

Maestría: 28 Años Doctorado: 20 Años


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DE POTENCIA

Nuestros egresados se incorporan en:

• Industrias de base tecnológica

• Instituciones de investigación o desarrollo tecnológico

• Escuelas para la formación de ingenieros

El CENIDET realiza: investigación aplicada, desarrollo tecnológico y formación de profesionales.

Graduados de Maestría: 309 (121*) Graduados de Doctorado: 36 (24*) * Graduados de Electrónica de Potencia


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CONTENIDO






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Maestría y Doctorado en Ciencias en Ingeniería Electrónica

• Control Automático

• Electrónica de Potencia


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Dr. Abraham Claudio INPG, Francia SEI, SNI (I)

Dr. Mario Ponce CENIDET, México

SEI, SNI (I)

Dr. Hugo Calleja CENIDET, México

SEI, SNI (II)

Dr. Jesús Mina DEPFI-UNAM, México

SEI

Dr. Carlos Aguilar CENIDET, México

SEI

Dr. Jesús Aguayo CENIDET, México

SEI, SNI (I)

Dr. Jaime Arau Universidad Politécnica de

Madrid, España SEI, SNI (I)

Dr. Victor Olivares CENIDET, México

SEI, SNI (I)

Dr. Marco Oliver Univ. of Sheffield, UK

SEI, SNI (I)

SNI: Sistema Nacional de Investigadores

SEI: Sistema Estatal de Investigadores - Morelos

Personal Académico del grupo de Electrónica de Potencia


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DE POTENCIA

BÁSICA No.1 Matemáticas Avanzadas

TESIS

BÁSICA No.2 Teoría de Sistemas

Lineales

BÁSICA No.3 Elementos

de Ingeniería Electrónica

BÁSICA No.4 Electrónica

Analógica Avanzada

Seminario de Investigación I

(Propuesta de Tesis)

Seminario de Investigación II (Seguimiento

de Tesis)

Seminario de Investigación III (Seguimiento

de tesis)

OPTATIVA No.1 Electrónica de

Potencia

1er semestre 2do semestre 3er semestre 4o semestre

TESIS OPTATIVA No.3

OPTATIVA No.4

OPTATIVA No.2 Dispositivos

Semiconductores de Potencia

Asignaturas optativas:

• Sistemas de alimentación conmutados

• Troceadores e inversión • Electrónica industrial avanzada • Diagnóstico de fallas • Fuentes de luz y sus sistemas

de alimentación • Control tolerante a fallas • Técnicas de control en

convertidores de potencia • Acondicionadores para fuentes

renovables de energía • Armónicos y factor de potencia

en sistemas conmutados • Confiabilidad de convertidores

de potencia

Retícula de la Maestría en Electrónica de Potencia (el doctorado es por investigación)


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REVISTAS: IEEE Transactions on Industrial Electronics IEEE Transactions on Power Electronics IEEE Transactions on Industry Applications Desalination and Water Treatment Control Engineering Practice Journal of Power Electronics Journal of Circuits, Systems and Computers Solid State Electronics International Journal Computer Standards & Interfaces Engineering Applications of Artificial Intelligence International Journal of Systems Science ISA Transactions Rev. Iberoam. de Automática e Informática Industrial Revista DYNA Revista Mexicana de Ingeniería Química Rev. Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia

CONGRESOS: IEEE Power Electronics Specialists Conference – PESC IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition IEEE Energy Conversion Conference and Exposition – ECCE IEEE Industrial Electronics Conference – IECON IEEE International Symposium on Industrial Electronics IEEE International Conference on Power Electronics – CIEP Congreso Anual de la AMCA

Publicaciones


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Convenios de Colaboración

INTEL Corporation - Guadalajara Instituto Politécnico Nacional Universidad de Siegen, Alemania Universidad de Oviedo, España Univ. Autónoma de San Luis Potosí Electromag S.A. de C.V. Instituto Tecnológico de Celaya Universidad Autónoma de Colima Instituto Tecnológico de Minatitlán IPICyT, San Luis Potosi Texas A&M University, USA Univ. Henri Poincaré, Francia Univ. Aut. de Quintana Roo ABB, Suiza Instituto Tecnológico de Hermosillo Instituto de Investigaciones Eléctricas Arts et Métiers, ParisTech, Francia Sistema de Transporte Coletivo del D.F.


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Sistemas de Alimentación Conmutados

Desarrollo de fuentes de alimentación para aplicaciones como: Cargadores de Baterías, Sistemas de Alimentación Ininterrumpible, Cosechadores de Energía, Alimentación de Motores, etc. Se busca mejorar la eficiencia, la densidad de potencia, la confiabilidad, el desempeño, etc.

Línea de Investigación:


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Fuentes No Convencionales de Energía

Desarrollo de sistemas electrónicos de potencia y control, asociados a sistemas de generación fotovoltaica, eoloeléctrica y celdas de combustible. Se busca diseñar convertidores con alta confiabilidad y baja reducción de armónicos; así como controles de MPPT, de potencia activa/reactiva, de sincronización/interconexión a red, etc.



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Sistemas de Iluminación Electrónica

Desarrollo de sistemas de alimentación (balastros electrónicos) para lamparas fluorescentes, de alta intensidad de descarga (HID) y de LEDs de potencia, con énfasis en la optimización de la eficiencia, la densidad de potencia y el costo.



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Diagnóstico de Fallas y Confiabilidad de SEPs

Se lleva a cabo estudios de confiabilidad y diseño de esquemas de detección, aislamiento y tolerancia a fallas en sistemas eléctricos de potencia. El objetivo de estos desarrollos es proveer SEPs con alta disponibilidad y seguridad.



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CONTENIDO






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COSECHA DE ENERGÍA

Contenido:

Áreas de Interés

Grupo de Trabajo


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Eficiencia

Anual Área

necesaria Consumo de agua

Costo

Disco Parabólico

25-30% 8-12

(m2/MWh/year) Nulo Bajo

Área de Interés: Concentrador Solar Parabólico/Motor Stirling

Alto Rendimiento Térmico Rendimiento Óptimo a

Bajas Velocidades Bajas Potencias

Reto: Mejorar la Eficiencia de los

Subsistemas Eléctricos/Electrónicos


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Generador Axial de Imanes Permanentes

Área de Interés: Concentrador Solar Parabólico/Motor Stirling

Operan a Baja Velocidad Poseen Alta Eficiencia Patente en trámite:

Generador Esférico, MX/a/2014/001583


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Convertidores Electrónicos de Alta Eficiencia

Área de Interés: Concentrador Solar Parabólico/Motor Stirling GENERATOR

GENERATOR

GENERATOR

L1

L2

L3

D1 D2 D3

S1 S2 S3

C R

L1

L2

L3

L1

L2

L3

S1 S3 S5

S2 S6 S2

D1 D3 D5

LB DB

SB

C R

C R

D4 D6 D2

GENERATOR

GENERATOR

GENERATOR

L1

L2

L3

D1 D2 D3

S1 S2 S3

C R

L1

L2

L3

L1

L2

L3

S1 S3 S5

S2 S6 S2

D1 D3 D5

LB DB

SB

C R

C R

D4 D6 D2

GENERATOR

GENERATOR

GENERATOR

L1

L2

L3

D1 D2 D3

S1 S2 S3

C R

L1

L2

L3

L1

L2

L3

S1 S3 S5

S2 S6 S2

D1 D3 D5

LB DB

SB

C R

C R

D4 D6 D2

Rectificador – Elevador PWM trifásico Rectificador – Elevador PWM Trifásico

Medio puente

Rectificador – Elevador Trifásico

con Interruptor Único


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DE POTENCIA

Área de Interés: Cosechador en Recintos con Flujo de Personas


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DE POTENCIA

Área de Interés: Recuperación de Energía/Volantes de Inercia

BATERIA

VOLANTEDE INERCIA

cd-ca-cd

ALMACENAMIENTO

G

Bus de CD

y catenaria

ca-cd

Generador

del Tren

• Perfiles de manejo obtenidos en el STC Cd. México. • Modelo del convoy. • Modelo eléctrico del sistema de alimentación. • Sistema de almacenamiento de energía (15kW-h). • Control del Sistema de almacenamiento de energía. • Dos temas de tesis: maestría y doctorado. • Proyecto Fomix-D.F.

Compensación del Bus de CD en el sistema de transporte colectivo del metro a partir de energía recuperada


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Área de Interés: Recuperación de Energía/Frenado Regenerativo

• Alta eficiencia de recarga de ultracapacitores • Bus de CD variable • Control indirecto de la potencia de ultracapacitores • Energía de ultracapacitores limitada (40W-h aprox.) • 6 temas de tesis dos de doctorado y 4 de maestría • Proyecto SENER-CONACYT


DEPARTAMENTO DE



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Área de Interés: Recuperación de Energía/Frenado Regenerativo


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DE POTENCIA

Área de Interés: Cosecha en Prueba de Velocidad de Autos

• Análisis energético del sistema de pruebas

• Dimensionamiento del cosechador de energía

• La energía cosechada es de 39,97kJ

(11.1kW-h)

• Proyecto empresa industria (FESE)

• Estudiantes de licenciatura

Rodillos

Nissan Convertidor

Electromecánico

Sistema de

Almacenado y

Conversión Carga

w, t


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DE POTENCIA

Facilidades: Recarga de batería para celulares /laptops Internet gratuito (MÉXICO CONECTADO) Iluminación con LEDs Ventilación

Posibles ubicaciones: En nodos MÉXICO CONECTADO Instalaciones del CENIDET

“Se buscan PATROCINADORES”

Your logo

HERE

Área de Interés: Cosechador Multi-puerto para Cargas Portátiles


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• Modelar el comportamiento de la energía electromagnética del medio ambiente y su posibilidad de recolección.

• Modelar el comportamiento de la energía térmica en el medio ambiente y derivada de actividades específicas.

• Analizar/diseñar etapas de recolección, procesamiento y almacenamiento.

• Construir prototipos para validar las propuestas realizadas.

Área de Interés: Fuentes Alternas de muy Baja Potencia

Auto-alimentación de varias aplicaciones a partir de energía potencial disponible en el ser humano o en su

entorno medioambiental


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DE POTENCIA

Investigadores:

Dr. Abraham Claudio Sánchez Dr. Jaime E. Arau Roffiel

Dr. Carlos Aguilar Castillo Dr. Víctor Hugo Olivares Peregrino

Dr. Mario Ponce Silva

Estudiantes de Doctorado:

Alejandro Tapia Hernández Jesús Elías Valdez Aldo Noé Higuera

Estudiantes de Maestría:

B. Alexei Nieto Arias Jorge E. Mastache Mastache Héctor Sánchez Madlonado

Alex I. Villarreal Castillo

Cosecha de Energía– Grupo de Trabajo:


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SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

Contenido:

Áreas de Interés

Grupo de Trabajo


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DE POTENCIA

Área de Interés: Seguimiento de Máxima Potencia en SFVs

Panel

FV

Controlador

MPPT

Convertidor

DC-DC

Convertidor

DC-AC

Sensado de

V y I

RED

* Perturbar y Observar * Conductancia Incremental * Voltaje Fraccional de Circuito Abierto * Corriente Fraccional de Corto Circuito * Capacitancia Parásita


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA


Sensado de

V y I

Sensado de

V y I

Emulador de SFV

Convertidor

Push-Pull

Controlador

MPPT en FPGA


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA


Perfil de energía de Emulador Fotovoltaico


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA

Área de Interés: SFV con Funciones de Filtro Activo

Circuito de Detección de

Corrientes Reactivas y Armónicas


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA

Área de Interés: SFV con Funciones de Filtro Activo


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA

Área de Interés: Comparación SFV Fijo vs SFV Móvil

Diseño de seguidor en SOLIDWORKS

Diseño de seguidor en ADAMS

Objetivo: Mejorar el MPPT

cubriendo una amplia trayectoria del sol con un

seguidor de bajo consumo de energía


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA


Análisis Dinámico en ADAMS


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA


Análisis Dinámico en ADAMS


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DE POTENCIA

Área de Interés. Optimización de Sistemas Fotovoltaicos

4%

67%

29% Generador FV

Inversor

Otros componentes

Distribución de Fallas en Componentes de un SFV

45%

15%

40%

Módulos FV

Inversor

Instalación y Balance del Sistema (BOS)

Costo de Instalación de un SFV

¡ Diseños Confiables son Útiles para un Rápido Retorno de

Inversión !

* El IFV se remplaza en promedio c/ 5 Años


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA

Área de Interés. Optimización de SFVs (Confiabilidad)

Confiabilidad. Grado de seguridad de que un dispositivo o sistema opere exitosamente en un ambiente específico durante un cierto período. Generalmente se mide por el MTBF.

En CENIDET, entre otros, se ha usado el estándar militar MIL-HDBK 217F para evaluar el MTBF de algunos SFV; de lo cual se dedujo que:

Los MOSFETs y Capacitores son los elementos con menor confiabilidad.

Algunos factores de ajuste son: la temperatura y el nivel de estrés/dimensionamiento de los dispositivos de conmutación.


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DE POTENCIA

Secuencia de condiciones de operación a las que se somete el sistema fotovoltaico.

Humedad Temperatura Irradiancia

¡ Impactan en la estimación de la confiabilidad !

Condiciones de Operación en Localidades de Prueba

Área de Interés. Optimización de SFVs (Perfil de Misión)


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DE POTENCIA

Variación Estacional de la Irradiancia por Latitud

Puerto Ángel

Mexicali



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DE POTENCIA

Fail

ure

Rate

(F

IT)

Tasa de Falla en Componentes Tasa de Falla por Fase del Día


Tasa de Falla en Localidades de Prueba


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA

Análisis en un Convertidor CD/CD para Aplicaciones Fotovoltaicas

Aislamiento

galvánico Red de conmutación

suave



DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA

Resultados del Análisis del Convertidor CD/CD



DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA

Área de Interés. Optimización de SFVs

Técnicas de Optimización Multi-objetivo

Multiplicadores de Lagrange Algoritmos Genéticos

Optimización de Enjambre de Partículas (PSO) Optimización DIRECT (DIviding RECTangle)

Factores a considerar en la Optimización

Manejo Térmico Volumen y Empaquetamiento Frecuencia de Conmutación

Masa y Peso Elementos Magnéticos

Confiabilidad Otros

0 20 40 60 80 100 1200

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1TOPTI MAL = 60ºC TOPTI MAL = 80ºC

Temperature (ºC)

TD

R (

pu

)

TMAX = 125ºC

T1 T2

0 20 40 60 80 100 1200

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1TOPTI MAL = 60ºC TOPTI MAL = 80ºC

Temperature (ºC)

TD

R (

pu

)

TMAX = 125ºC

T1 T2


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DE POTENCIA

Investigadores:

Dr. Jorge Hugo Calleja Gjumlich Dr. Marco Antonio Oliver Salazar


Humberto Raúl Jiménez Grajales Susana de León Aldaco

Alejandro Lizárraga Lizárraga


Daniel Pérez Uc Rita Ávila Medina

Ernesto Josué Neri Rodríguez Sandra Ortiz López

Sistemas Fotovoltaicos – Grupo de Trabajo:


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA

SISTEMAS EÓLICOS

Contenido:

Áreas de Interés

Grupo de Trabajo


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA

Área de Interés: Seguimiento del Punto de Máxima Potencia

Potencia con

MPPT

(Pt_opt)


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA


Paux

Pe_max = PL + Paux

Carga

Auxiliar

PL


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA


MRAS Observer


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA

Área de Interés: Sincronización – Interconexión a Red


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA



DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA


Modo 1. Interconexión Modo 2. Generación


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DE POTENCIA

* Elevación de corrientes de estator * Elevación de corrientes de rotor * Oscilaciones del bus de cd * Pulsaciones de torque

SAG

Área de Interés: Calidad de la Energía – SAGs


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA

Área de Interés: Calidad de la Energía – SAGs

SAG

Q * gsc V * dc


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA

Área de Interés: Calidad de la Energía – Armónicos

* Armónicos de corriente * Pulsaciones de torque


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA

Área de Interés: Calidad de la Energía – Armónicos

* Inyección de Armónicos


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA

Sistemas Eólicos: Prototipo de Pruebas

Emulador de Turbina Encoder

Convertidor B2B

Controlador DSP

Generador/DFIG

Interruptor Estático

Sensores de

Corriente

Sensores de

Corriente


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA

Área de Interés: Micro-redes

* Baja eficiencia (se pierde cerca de 10% solo en el transporte de energía

ALTA TENSIÓN De 69 – 400 kV

MEDIA TENSIÓN Mayor a 1 kV y

menor a 69 kV

BAJA TENSIÓN Menor a 1 kV

Área de oportunidad de los Sistemas de Generación Distribuida

/ Microrredes


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Área de Interés: Micro-redes

Micro-red en CA Micro-red en CD


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Área de Interés: Micro-redes – Administración de Energía

* Controlar fluctuaciones y otras perturbaciones eléctricas

* Sincronizar generadores (Modo Aislado)

* Administrar energía entre generadores, almacenadores, cargas y red


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Sistemas Eólicos y Micro-redes – Grupo de Trabajo:

Investigadores:

Dr. Jesús Darío Mina Antonio Dr. Jorge Hugo Calleja Gjumlich Dr. Jesús Aguayo Alquicira Estudiantes de Doctorado:

Gabriel Calderón Zavala Adolfo Rafael López Núñez Alejandro Carlos Pérez Flores


Miriam Carolina Calderón Sánchez Fabiola Cruz Gutiérrez Román Pérez Saldaña Néstor Rosendo Fuentes Oscar Hernández Martínez Erik A. López de León Residentes:

Francisco Juárez Carrera Leodán Robisel Martínez Flores Diana Rubí Flores Guevara Lidia Mercedes Chávez Ayala Samuel Giovanni Hernández Orbe


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DE POTENCIA

SISTEMAS DE ILUMINACIÓN Y OTRAS APLICACIONES

Contenido:

Áreas de Interés

Grupo de Trabajo


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Experiencia en el desarrollo de:

• Balastros electrónicos para lámparas fluorescentes (lineales, circulares y compactas); lámparas de HID y de inducción

• Drivers para LEDs de potencia

Área de Interés: Sistemas de Iluminación

Retos:

• Reducción de etapas de conversión • Operaciones a Altas Frecuencias • Eliminación de Capacitores Electrolíticos


DEPARTAMENTO DE



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Generador fotovoltaico

Puerto de entrada 2

Puerto de entrada 1

Red eléctrica de C.A.

Aislamiento galvánico

Puerto de salida común

Batería+ -

Driver

Driver

Driver

Arreglo de LEDs de

potencia rojo

Arreglo de LEDs de

potencia ámbar

Arreglo de LEDs de

potencia verde

Puente de diodos

Convertidor multipuerto Cuk-CukLuminarias de LEDs de potencia

Time

350ms 352ms 354ms 356ms 358ms 360ms 362ms 364ms 366ms

1 V(V1:+,V1:-) 2 -I(V1)

-200V

-100V

0V

100V

200V1

-400mA

-200mA

0A

200mA

400mA2

>>

Vin

Iin

Características: Factor de potencia:

0.996 Eficiencia:

85% (modo CD/CD)

+

-

Vca

Vcd

D1

D2

D3

D4

L1 C’1 C”1 Lo

L2C’1a

DoCoS1

S2

Vo

+

-

Área de Interés: Fuente Híbrida para Semaforización con LEDs


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Área de Interés: Generación de Ozono

Aplicaciones:

• Purificación de Agua • Esterilización de Equipo Médico

Principio de Operación:

• Flujo de oxígeno a través de una descarga de barrera dieléctrica


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA

Logros: Sistemas de Iluminación y Otras Aplicaciones

Patentes en Trámite:

• Dispositivo generador de ozono de placas paralelas, MX/a/2015/003680

Modelos de Utilidad en Trámite:

• Balastro electrónico para lámparas de descarga alimentadas con formas de onda de voltaje y corriente cuasi-cuadradas, MX/u/2014/000054

• Impulsor auto-oscilante para convertidores resonantes, MX/u/2015/000161

Colaboración con Empresas :

• ELECTROMAG, LUXTRONIC, Sistema de Transporte Colectivo Metro, DF


DEPARTAMENTO DE



DE POTENCIA

Iluminación y Otras Aplicaciones – Grupo de Trabajo:

Investigadores:

Dr. Jaime E. Arau Roffiel Dr. Mario Ponce Silva Dr. Carlos Aguilar Castillo


Juan Antonio Aquí Tapia Julio A. Cortés Rodríguez


Oscar Miguel Rodríguez Benitez Benito Rodríguez Nava


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DE POTENCIA

Documents

Presentación de PowerPoint - CENIDET · Dispositivos Semiconductores de Potencia ... • Sistema de almacenamiento de energía (15kW-h). • Control del Sistema de almacenamiento