Промышленная электроника

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕЧАТИ

имени Ивана Федорова»

УТВЕРЖДАЮ

« 23 » июня 2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

По дисциплине	ДН(М).В2.2 Промышленная электроника
По направлению	220200.62 – Автоматизация и управление
Факультет	Информационных технологий и медиасистем
Кафедра	Автоматизации полиграфического производства

Форма обучения	Курс	Семестр	Трудоемкость дисциплины в часах	Форма итогового контроля
Всего часов	Аудиторных часов	Лекции	Семинарские (практические) занятия	Лабораторные занятия	Курсовая работа	Курсовой проект	Самостоятельная работа
Очная	3	7	140	72	36	36				68	Зачет
Очно-заочная
Заочная

Москва – 2011 г.

Составитель:	, канд. техн. наук, доцент
Рецензент:

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «Автоматизация полиграфического производства» 16.06.11 , протокол № 10 .

Зав. кафедрой

Одобрена Советом факультета информационных технологий и медиасистем 21.06.11 , протокол № 12 .

Председатель

1. Цели и задачи дисциплины, требования к знаниям и умениям

1.1. Цель и задачи изучения дисциплины.

Цель изучения дисциплины «Промышленная электроника» - обеспечить формирование общепрофессиональных знаний и умений, дать теоретические представления и знания в области промышленной электроники и ее отдельных компонент: энергетических и ин­формационных преобразователей, научить будущих специалистов пра­вильно их выбирать в соответствии с требованиями, предъявляемыми к устройствам автоматизации и системе управления, грамотно эксплуатировать и формулировать техни­ческие задания на разработку электронных ус­тройств, как элементов систем автоматического управления главного и вспомогательного электроприводов полиграфического оборудования.

Промышленная электроника – это микропроцессорные системы сбора и обработки информации, компьютерные комплексы, осуществляющие управление сложными технологическими процессами и производством, и силовая электроника, обеспечивающая работу энергетических систем и производственных механизмов большой мощности.

Частные цели дисциплина «Промышленная электроника» ориентирована на получение практических навыков, таких как умения экспериментально определять параметры и характеристики электронных устройств автоматизированных по­лиграфических комплексов; умения выполнить расчетный анализ электронных устройств при их эксплуатации; умения включения электронных устройств автоматики, управления ими, контроля за их эффек­тивной работой.

Основной задачей изучения дисциплины является овладение:

·  физическими основами преобразования энергии, принципами и способами построения преобразователей электрического напряжения и тока, современными методами их анализа и оптимизации, современными методами и проблемами моделирования преобразователей с целью изучения установившихся и переходных процессов, а также статической и динамической устойчивости;

·  методами диагностики мощных преобразовательных установок, оптимальным регулированием преобразователей в электротехнических установках и в установках электропривода;

·  современными силовыми полупроводниковыми приборами, математическими и физическими методами анализа переходных процессов в них;

·  математическими проблемами синтеза цифровых автоматов с использованием микропроцессорных устройств с целью применения в системах управления преобразовательными установками.

1.2. Требования к знаниям и умениям.

В результате изучения дисциплины студент должен

знать:

·  принципиальные  основы работы современных полупроводниковых электронных приборов; 

·  устройство и принцип работы электронных устройств, используемых   для генерации гармонических и негармонических колебаний;  для усиления постоянного тока и переменных электрических  сигналов; 

·  принцип работы устройств,  используемых в вычислительной технике,  электронных устройств  систем  автоматического управления и регулирования;

·  современные тенденции развития электроэнергетики и промышленной электроники;

·  условно -  графическое  обозначение электронных приборов, их рабочие характеристики и разбираться  в электронных схемах  изучаемых устройств.

владеть:

специальной терминологией в области электроники; принципами и методами расчета электронных устройств; основными программными системами моделирования, анализа и расчета электронных устройств.

уметь:

·  экспериментально определять параметры и характеристики электронных устройств автоматизированных по­лиграфических комплексов;

·  выполнять расчетный анализ электронных устройств при их эксплуатации;

·  включать, отключать и управлять электронными устройствами автоматики, контролировать их эффек­тивную работу.

1.3. Перечень дисциплин с указанием разделов (тем), усвоение которых студентами необходимо для изучения данной дисциплины.

Организация электронного и электротехнического сопровождения полиграфического оборудования основывается на знаниях:

q  теоретических основ электротехники, электроники и электромеханики,

q  высшей математики (дифференциальное и интегральное исчисления, дифференциальные уравнения, аналитическая геометрия и линейная алгебра, ряды, функция комплексного переменного);

o  физики (электростатика, постоянный и переменный токи, магнитное поле, движение заряженных частиц в электромагнитных полях, электромагнитная индукция, магнитные свойства вещества, уравнение Максвелла, проводимость полупроводников);

q  технологии производства печатных средств информации и производственных процессов,

q  профильных информационных и программных средств.

2. Содержание дисциплины

2.1. Наименование тем, их содержание, объем в часах.

№п/п	Наименование тем, разделов	Общая трудоемкость (часов)
Аудиторные занятия (всего часов)	Лекции	Практические занятия (семинары)	Лабораторные занятия
1	Введение. Тема 1. Содержание дисциплины «Промышленная электроника». Структура, состав промышленных электронных устройств	2	2	-
2	Тема 2. Электронные системы.	10	2	8
3	Тема 3. Индикаторные приборы.	12	4	8
4	Тема 4. Усилители аналоговых сигналов. Усилители мощности.	12	4	8
5	Тема 5. Импульсная и цифровая техника	6	6	-
6	Тема 6. Выпрямители однофазного и трехфазного тока.	10	4	6
7	Тема 7. Ведомые сетью преобразователи средней и большой мощности.	10	4	6
8	Тема 8. Импульсные преобразователи постоянного напряжения.	4	4	-
9	Тема 9. Автономные инверторы.	4	4	-
10	Тема 10. Заключение.	2	2	-
	Итого по дисциплине	72	36	36

2.2.Содержание разделов дисциплины

Введение. Тема 1. Содержание дисциплины «Промышленная электроника». Структура, состав промышленных электронных устройств

Промышленная электроника как область электроники. Специфичность задач промышленной электроники. Краткая историческая справка. Стандартная терминология, основные понятия и определения. Место дисциплины среди других изучаемых дисциплин, ее значения для специалиста по автоматическим системам и управлению. Общая методология дисциплины и особенности ее изучения. Взаимосвязь с другими учебными дисциплинами. Тенденции совершенствование электронных устройств при автоматизации полиграфического оборудования, усложнение выполняемых им функций.

Тема 2. Электронные системы.

Понятие системы. Классификация систем. Описание и основные характеристики систем (операторный метод, блочное описание систем, точность, чувствительность, разрешающая способность, динамические характеристики систем). Компоненты систем (датчики, усилители, преобразователи сигналов, генераторы, импульсные и цифровые устройства, устройства индикации).

Полупроводниковые приборы. Базовые цифровые и аналоговые ИМС. Понятие о электропроводности полупроводников. Полупроводниковые диоды, униполярные и биполярные транзисторы, тиристоры. Интегральные аналоговые и цифровые микросхемы.

Тема 3. Индикаторные приборы.

Полупроводниковые фотоэлектрические приборы. Оптоэлектронные приборы. Полупроводниковые и жидкокристаллические индикаторы. Система обозначения полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Тема 4.. Усилители аналоговых сигналов. Усилители мощности.

Транзисторные усилители (каскад с общим эмиттером и общим коллектором, дифференциальный каскад, усилительные каскады на ПТ, каскады усиления мощности (тепловой режим), усилители с емкостной связью. Операционный усилитель (ОУ) и схемы на его основе (инвертирующий, неинвертирующий и дифференциальный усилители, интегратор, дифференциатор, логарифмирующий усилитель). Способы уменьшения влияния неидеальностей реальных ОУ. Частотные свойства ОУ, самовозбуждение схем на основе ОУ, понятие частотной коррекции. Активные фильтры на основе ОУ (виды фильтров, понятие аппроксимирующего полинома, реализация фильтров высокого порядка, основные схемы). Генераторы синусоидальных колебаний. Ключевой режим работы транзистора, нелинейный режим работы ОУ, компараторы. Генераторы импульсов на транзисторах и операционном усилителе. Генераторы линейно изменяющихся напряжений. Усилительные каскады на биполярных транзисторах. Усилительные каскады на полевых транзисторах. Каскады усиления мощности. Усилители постоянного тока.

Тема 5 Импульсная и цифровая техника.

Основные логические операции и их реализация. Алгебра логики. Понятие и основные виды комбинационных устройств: дешифраторы, шифраторы, мультиплексоры, демультиплексоры, преобразователи кодов, сумматоры. Синтез комбинационных схем с помощью карт Карно. Понятие последовательностных цифровых устройств. Триггерные устройства: RS, D, T, JK - триггеры). Счетчики - двоичные, двоично-десятичные, реверсивные, универсальные. Регистры - параллельные, последовательные, универсальные.. Программируемые логические матрицы, программируемые логические интегральные схемы, микропроцессоры и микроконтроллеры. Дискретизация и квантование сигналов. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи.

Ключевые режимы работы транзисторов. Импульсный режим работы операционных усилителей. Триггер Шмидта. Мульти – и – одновибраторы. Электронные генераторы. Логические элементы и схемы на их основе. Микропроцессоры.

. Тема 6.. Выпрямители однофазного и трехфазного тока.

Общие сведения. Схемы однофазных выпрямителей. Схемы трехфазных выпрямителей. Внешние характеристики выпрямителей. Параметрические и компенсационные стабилизаторы напряжения.

Тема 7. Ведомы сетью преобразователи средней и большой мощности.

Управляемые выпрямители однофазного тока. Коммутация тока. Внешние характеристики. Мостовой управляемый выпрямитель трехфазного тока. Высшие гармоники. Вопросы электромагнитной совместимости. Коэффициент мощности и кпд выпрямителей. Инверторы. ведомые сетью. Тиристорные преобразователи для электропривода постоянного тока. Преобразователи частоты.

Тема 8. Импульсные преобразователи постоянного напряжения.

Принципы построения импульсных преобразователей постоянного напряжения. Узлы принудительной коммутации тиристоров. Основные схемы импульсных преобразователей постоянного напряжения. Двухтактные и реверсивные импульсные преобразователи постоянного напряжения. Микропроцессорные схемы управления электроприводом.

Тема 9. Автономные инверторы.

Классификация. Способы формирования и регулирования выходного напряжения однофазного и трехфазного инверторов. Учет коммутационных процессов. Инверторы тока. . Применение в главном и вспомогательном приводах полиграфического оборудования.

Тема 10. Заключение.

Программные средства для моделирования электронных устройств: EWB, MatLab и др. Перспективы и основные направления развития промышленной электроники.

2.3. Практические занятия, их наименование и объем в часах

Занятие 1. «Исследование характеристик полупроводниковых диодов и биполярного транзистора» (4 час).

Занятие 2. Анализ результатов работы (4 час).

Занятие 3. «Исследование операционных усилителей» (4 час).

Занятие 4. Анализ результатов работы (4 час). Выдача заданий на РГР.

Занятие 5. “ Управляемые выпрямители”( 4 час).

Занятие 6. Анализ результатов работы (4 час).

Занятие 7. «Исследование инвертора» (4 час).

Занятие 8. Анализ результатов работы (4 час).

Занятие 9. Зачетное занятие. (4 час).

2.4. Лабораторные занятия, их наименование и объем в часах

Не предусматриваются.

2.5. Курсовой проект (работа), его характеристика

Не предусматривается.

2.6. Организация самостоятельной работы

	Наименование тем, разделов	Виды и формы самостоятельной работы * (распределение по часов по формам обучения)
Подготовка к практическому (семинару, лаб. работе)	Подготовка рефератов (докладов, сообщений и информационных материалов т. п.)	Выполнение домашних контрольных и иных заданий)	Подготовка к промежуточной аттестационной работе (в т. ч. коллоквиум, тестированием и пр.)	Подготовка к зачету (экзамену)
очная	Очно-заочная	заочная	очная	Очно-заочная	заочная	очная	Очно-заочная	заочная	очная	Очно-заочная	заочная	очная	Очно-заочная	заочная
1	Введение. Тема 1. . Содержание дисциплины «Промышленная электроника». Структура, состав промышленных электронных устройств	1						2			1			2
2	Тема 2. Электронные системы.	1						2			1			2
3	Тема 3. Индикаторные приборы.	1						2			1			2
4	Тема 4.. Усилители аналоговых сигналов. Усилители мощности.	1						2			1			2
5	Тема 5 Импульсная и цифровая техника	1						2			1			2
6	Тема 6.. Выпрямители однофазного и трехфазного тока.	1						2			1			4
7	Тема 7. Ведомые сетью преобразователи средней и большой мощности.	1						2			1			4
8	Тема 8. Импульсные преобразователи постоянного напряжения.	1						2			1			4
9	Тема 9. Автономные инверторы.	1						2			1			4
10	Тема 10 Заключение.	1						2			1			2

* могут быть предложены иные формы СРС

3. Учебно-методические материалы по дисциплине

3.1. Основная и дополнительная литература

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.  , Волосатова моделирование электротехнических и электронных устройств полиграфического оборудования. М. МГУП, 2011, с.180.

2.  Артыков полиграфических машин. Лабораторные работы. М., МГУП, 2007, с.103.

3.  Артыков полиграфических машин. Учебник для вузов-М.: Мир книги, 2005,-399 с.

Дополнительная литература

4.  Общая электротехника и электроника. Методическое руководство по проведению исследований в системе схемотехнического моделирования Electronics WORKBENCH/ М. МГУП., 2002, 68 с.

5.  Герман-Галкин моделирование полупроводниковых систем в MatLab 6.0, Санкт-Петербург, КОРОНА, 2001, 320с.

6.  Промышленная электроника: Учебник для ВУЗов. , Чаплыгин 1988.

Программное обеспечение

3.2. Перечень наглядных и других пособий, методических указаний по проведению конкретных видов учебных занятий, а также методических материалов к используемым в учебном процессе техническим средствам.

Для обучения выполнения расчётов и контроля используется инструментальный пакет анализа и синтеза электрических и электронных цепей Microcap (версии 3,5), Electronics Workbench.

Для выполнения расчётов используются математические пакеты MATCHAD (версии 3, 5, 7), MATLAB.

Для оперативного тестирования знаний студентов разработаны и реализованы на ПЭВМ специально адаптированные к содержанию дисциплины тестовые программы.