Diseño de un laboratorio controlado de manera remota para la enseñanza de la electrónica de potencia

Con la constante evolución de las ciencias y las tecnologías, resulta imprescindible mantenernos al día. Para ello, es necesario comprender los avances y adquirir las habilidades y conocimientos necesarios que complementen nuestra formación, facilitando así el proceso de aprendizaje. Para lograr est...

Full description

Autores:
Beltran Rojas, Luis Carlos
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2023
Institución:
Universidad Tecnológica de Pereira
Repositorio:
Repositorio Institucional UTP
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.utp.edu.co:11059/14844
Acceso en línea:
https://hdl.handle.net/11059/14844
https://repositorio.utp.edu.co/home
Palabra clave:
620 - Ingeniería y operaciones afines::621 - Física aplicada
Electrónica de Potencia
Innovación en la Enseñanza
Laboratorios Remotos
Laboratorio remoto
Electrónica de potencia
Control
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openAccess
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Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
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description Con la constante evolución de las ciencias y las tecnologías, resulta imprescindible mantenernos al día. Para ello, es necesario comprender los avances y adquirir las habilidades y conocimientos necesarios que complementen nuestra formación, facilitando así el proceso de aprendizaje. Para lograr esto, los métodos de enseñanza deben evolucionar para alcanzar nuevos horizontes y proporcionar habilidades que complementen el conocimiento adquirido, lo que hace que el aprendizaje de nueva información sea menos complicado. Para esto, se han creado los laboratorios presenciales, de manera que los estudiantes adquieran no solo habilidades intelectuales, sino también prácticas. Sin embargo, con la creciente afluencia de estudiantes, los espacios de laboratorio se vuelven difíciles de usar, y su uso se limita a los horarios de clase y temas específicos. Además, la pandemia de COVID-19, que comenzó el 11 de marzo de 2020, mostró que algunas instituciones no estaban preparadas para la enseñanza a distancia, ya que sus prácticas de laboratorio en muchos casos se volvieron simulaciones por computadora. Esto mostró que algunos simuladores manejan solamente datos ideales y figuras poco precisas sobre los elementos reales, lo que da como resultado una experiencia poco realista y limitada. Con base en estas consideraciones, los laboratorios remotos se presentan como una opción viable. Al mostrar datos reales, permitir el control a distancia y poder obtener datos de ellos, los laboratorios remotos permiten al estudiante acceder a ellos las 24 horas del día, desde cualquier ubicación en la que se encuentre.
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_version_ 1814022020550098944
spelling Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 dehttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessCalvo Salcedo, Andrés FelipeBeltran Rojas, Luis Carlos2023-10-25T14:52:22Z2023-10-25T14:52:22Z2023https://hdl.handle.net/11059/14844Universidad Tecnológica de PereiraRepositorio Institucional Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/homeCon la constante evolución de las ciencias y las tecnologías, resulta imprescindible mantenernos al día. Para ello, es necesario comprender los avances y adquirir las habilidades y conocimientos necesarios que complementen nuestra formación, facilitando así el proceso de aprendizaje. Para lograr esto, los métodos de enseñanza deben evolucionar para alcanzar nuevos horizontes y proporcionar habilidades que complementen el conocimiento adquirido, lo que hace que el aprendizaje de nueva información sea menos complicado. Para esto, se han creado los laboratorios presenciales, de manera que los estudiantes adquieran no solo habilidades intelectuales, sino también prácticas. Sin embargo, con la creciente afluencia de estudiantes, los espacios de laboratorio se vuelven difíciles de usar, y su uso se limita a los horarios de clase y temas específicos. Además, la pandemia de COVID-19, que comenzó el 11 de marzo de 2020, mostró que algunas instituciones no estaban preparadas para la enseñanza a distancia, ya que sus prácticas de laboratorio en muchos casos se volvieron simulaciones por computadora. Esto mostró que algunos simuladores manejan solamente datos ideales y figuras poco precisas sobre los elementos reales, lo que da como resultado una experiencia poco realista y limitada. Con base en estas consideraciones, los laboratorios remotos se presentan como una opción viable. Al mostrar datos reales, permitir el control a distancia y poder obtener datos de ellos, los laboratorios remotos permiten al estudiante acceder a ellos las 24 horas del día, desde cualquier ubicación en la que se encuentre.With the constant evolution of science and technology, it is essential to stay up-to-date. To achieve this, one must comprehend advancements and acquire the necessary skills and knowledge to complement their education, thereby facilitating the learning process. Teaching methods must evolve to reach new horizons and provide skills that complement acquired knowledge, making it easier to learn new information. To address this, physical laboratories have been created, allowing students to acquire not only intellectual but also practical skills. However, with the increasing number of students, laboratory spaces become challenging to use, and their availability is limited to class schedules and specific topics. Additionally, the COVID-19 pandemic, which began on March 11, 2020, revealed that some institutions were unprepared for distance learning, as their laboratory practices often turned into computer simulations. This exposed the limitation of certain simulators, as they only handle ideal data and offer imprecise representations of real-world elements, resulting in an unrealistic and restricted experience. Considering these factors, remote laboratories emerge as a viable option. By displaying real data, enabling remote control, and providing data retrieval capabilities, remote labs allow students to access them 24/7 from any location.1. Contenido 2. INTRODUCCION......................................................................................................................... 11 2.1. Planteamiento del problema ............................................................................................ 11 2.2. Justificación....................................................................................................................... 12 2.3. Objetivos ........................................................................................................................... 14 2.3.1. Objetivo general ........................................................................................................ 14 2.3.2. Objetivos específicos ................................................................................................. 14 3. ESTADO DEL ARTE ..................................................................................................................... 15 4. MARCO TEORICO....................................................................................................................... 18 4.1. Laboratorio remoto........................................................................................................... 18 4.2. Electrónica de potencia..................................................................................................... 19 4.3. MicroPython...................................................................................................................... 19 4.4. Proteus.............................................................................................................................. 19 4.5. Microcontrolador.............................................................................................................. 19 4.6. Raspberry pi pico............................................................................................................... 19 4.7. Convertidor reductor ........................................................................................................ 20 4.8. Rectificador ....................................................................................................................... 21 4.9. Inversor ............................................................................................................................. 22 4.10. Fuente de poder............................................................................................................ 22 4.11. Optoacoplador .............................................................................................................. 23 4.12. Transistor....................................................................................................................... 23 4.13. Diodo ............................................................................................................................. 24 4.14. Relé................................................................................................................................ 25 4.15. Opamp........................................................................................................................... 25 4.16. XR2206 generador de señales....................................................................................... 26 4.17. La transmisión serial USB .............................................................................................. 27 4.18. Node-RED ...................................................................................................................... 27 4.19. Osciloscopio OWON SDS1102 ....................................................................................... 27 4.20. Escalamiento de una señal............................................................................................ 28 4.21. Diseño de circuitos de amplificador operacional.......................................................... 30 5. DISEÑO METODOLOGICO.......................................................................................................... 35 5.1. Etapa de Diseño................................................................................................................. 35 5.1.1. Diseño del módulo convertidor DC a DC................................................................... 35 5.1.2. Diseño del módulo rectificador AC a DC ................................................................... 38 5.1.3. Diseño del módulo inversor DC a AC......................................................................... 40 5.2. Etapa de Inicialización....................................................................................................... 45 5.2.1. Inicialización del convertidor reductor (Buck) .......................................................... 45 5.2.2. Inicialización del rectificador de puente completo................................................... 49 5.2.3. Inicialización del módulo inversor............................................................................. 52 5.3. Etapa De Adquisición De Datos y filtrado ......................................................................... 54 5.3.1. Acondicionamiento del convertidor reductor........................................................... 54 5.3.2. Acondicionamiento del rectificador.......................................................................... 57 5.3.3. Acondicionamiento del inversor............................................................................... 60 5.4. Etapa De Envió De Datos y Visualización .......................................................................... 64 6. Experimentos Y Resultados....................................................................................................... 68 6.1. Prueba de conectividad del circuito con Micro Python .................................................... 68 6.2. Pruebas de las respuestas de las cargas de cada modulo................................................. 70 6.2.1. Respuestas de la carga del módulo 1........................................................................ 70 6.2.2. Respuestas de la carga del módulo 2........................................................................ 77 6.2.3. Respuesta de la carga en el módulo 3....................................................................... 86 6.3. Prueba Node-Red con los módulos................................................................................... 87 7. Conclusiones Y Recomendaciones............................................................................................ 94 7.1. Conclusiones...................................................................................................................... 94 7.2. Trabajos Futuros y Recomendaciones .............................................................................. 94 8. Anexos....................................................................................................................................... 95 8.1. Guía original de los convertidores básicos de continua a continua.................................. 95 8.2. Guía original del rectificador controlado monofásicos..................................................... 95 8.3. Guía original de la práctica de generación P.W.M con A.O. ............................................. 95 8.4. Manual de usuario de la página del laboratorio remoto sobre la electrónica de potencia. 95 8.5. Practica 1 convertidor reductor........................................................................................ 95 8.6. Practica 2 rectificadores controlados monofásicos. ......................................................... 95 8.7. Practica 3 convertidor inversor......................................................................................... 95 9. Referencias Bibliográficas ......................................................................................................... 96PregradoIngeniero(a) Electricista100 Páginasapplication/pdfspaUniversidad Tecnológica de PereiraIngeniería EléctricaFacultad de IngenieríasPereira620 - Ingeniería y operaciones afines::621 - Física aplicadaElectrónica de PotenciaInnovación en la EnseñanzaLaboratorios RemotosLaboratorio remotoElectrónica de potenciaControlDiseño de un laboratorio controlado de manera remota para la enseñanza de la electrónica de potenciaTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis[1] r. zamora musa. "Vista de Laboratorios Remotos: Actualidad y Tendencias Futuras". 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La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 deopen.accesshttps://dspace7-utp.metabuscador.orgRepositorio de la Universidad Tecnológica de Pereirabdigital@metabiblioteca.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