Промышленная электроника

1. Цели освоения дисциплины

Целью учебной дисциплины является:

в области обучения – формирование специальных знаний, умений, навыков анализа, расчета и проектирования, а также компетенций в сфере современных высокоэффективных электронных систем;

в области воспитания – научить эффективно работать индивидуально и в команде, проявлять умения и навыки, необходимые для профессионального и личностного развития;

в области развития – подготовка студентов к дальнейшему освоению новых профессиональных знаний и умений, самообучению, непрерывному профессиональному самосовершенствованию.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина «Основы преобразовательной техники» относится к вариативной части междисциплинарного профессионального модуля.

Дисциплине «Основы преобразовательной техники» предшествует освоение дисциплин/модулей (ПРЕРЕКВИЗИТЫ):

«Математика»; «Физика»; «Электротехника 1.3».

Содержание разделов дисциплины «Основы преобразовательной техники» согласовано с содержанием дисциплин, изучаемых параллельно (КОРЕКВИЗИТЫ): нет.

Освоение данной дисциплины служит основой для последующего изучения дисциплин:«Преобразовательные устройства»,«Энергетическая электроника» и других.

Для успешного освоения дисциплины студенты должны владеть базовыми методами расчета электрических цепей постоянного и переменного тока в установившемся и переходном режимах, иметь представление об АЧХ, ФЧХ.

3. Результаты освоения дисциплины

В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины направлено на формирование у студентов следующих компетенций (результатов обучения), в т. ч. в соответствии с ФГОС:

Таблица 1

Составляющие результатов обучения, которые будут получены
при изучении данной дисциплины

Результаты обучения (компетенции из ФГОС)	Составляющие результатов обучения
Код	Знания	Код	Умения	Код	Владение опытом
ПК-1, ОПК-3, ОК-7	З.4.1 З.4.3	методы расчета электрических и электронных цепей; базовые элементы аналоговых и цифровых устройств.	У.4.1	Проводить анализ и расчет линейных цепей переменного тока, анализ и расчет электрических цепей с нелинейными элементами.	-	-
ПК-1, ОПК-3, ОК-7	-	-	-	-	В.3.1	Работы с современными аппаратными и программными средствами проектирования электронных систем.
ПК-1, ОПК-3, ОК-7	З.5.3	Теоретические основы электротехники, методы составления и исследования уравнений, описывающих электромагнитные процессы в электронных устройствах различного назначения.	-	-	-	-

В результате освоения дисциплины «Основы преобразовательной техники» студентом должны быть достигнуты следующие результаты:

Таблица 2

№ п/п	Результат
РД1	Применять знания основных характеристик, защитных цепей и цепей управления компонентов силовой электроники.
РД2	Выполнять расчеты отдельных узлов преобразовательной техники.
РД3	Выполнять обработку и анализ данных, полученных при теоретических и экспериментальных исследованиях.

4. Структура и содержание дисциплины

Виды учебной деятельности

Лекции:

Введение. История развития, области применения и пути совершенствования устройств энергетической электроники. Примеры структур систем электропитания различного назначения. Источники электрической энергии. Характеристики и принцип действия химических, солнечных, топливных, термоэлектрических, МГД, атомных и турбогенераторных источников электроэнергии. Промышленная сеть. Показатели качества источников и потребителей электроэнергии постоянного и переменного тока, особенности работы мощных преобразователей. Особенности источников электроэнергии ограниченной мощности. Основные виды преобразования электрической энергии с помощью вентилей. Типы преобразователей и их структура, идеализированные преобразователи однофазного и трехфазного тока, регулируемые преобразователи постоянного напряжения. Базовые схемы выпрямителей, преобразователей постоянного напряжения, инверторов. Основные характеристики реальных преобразователей. Назначение и режимы работы элементов силовой части преобразователей. Типы нагрузок преобразователей. Ключевые элементы преобразователей. Силовые диоды и тиристоры. Параметры, последовательное и параллельное соединение, защитные цепи, расчет потерь. Формирователи импульсов управления тиристорами. Запираемые тиристоры и симисторы. Основные параметры. ВАХ. Характеристики управления и защиты. Силовые MOSFET и IGBT транзисторы и транзисторные модули. Особенности работы высоковольтных транзисторов в режиме ключа. ОБР. Требования к сигналу управления. Методы снижения статических и динамических потерь. Формирователи импульсов управления мощными транзисторами.

Лабораторные работы:

1. Исследование характеристик силовых диодов.

2. Исследование динамических характеристик MOSFET транзисторов и защитных RC, RCD – цепей.

3. Исследование трансформаторных формирователей импульсов управления силовых транзисторных ключей.

4. Исследование коммутационного узла триодного тиристора.

Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов (СРС)
Виды и формы самостоятельной работы

Самостоятельная работа студентов включает текущую СРС и творческую проблемно-ориентированную самостоятельную работу (ТСР).

Текущая СРСнаправлена на углубление и закрепление знаний студента, развитие практических умений и включает:

работа с лекционным материалом, поиск и обзор литературы и электронных источников информации по индивидуально заданной проблеме дисциплины; выполнение заданий, домашних контрольных работ; опережающая самостоятельная работа; изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку; подготовка к лабораторным работам, к практическим занятиям; подготовка к контрольным работам; подготовка к защите индивидуальных заданий; подготовка к зачету.

Творческая самостоятельная работа включает:

анализ индивидуального домашнего задания; поиск, анализ и презентация информации; выполнение расчетно-графической работы; формулирование выводов о проделанной работе.

6.3. Контроль самостоятельной работы

       Оценка результатов самостоятельной работы организуется следующим образом:

самоконтроль; контроль со стороны преподавателя.

Контроль самостоятельной работы студентов осуществляется посредством презентации результатов выполнения домашних контрольных и опережающих заданий, получения допуска к выполнению лабораторных работ, защиты индивидуальных заданий и отчетов по выполненным лабораторным работам, подготовки ответов на контрольные вопросы к лабораторным работам. Наряду с контролем СРС со стороны преподавателя предполагается личный самоконтроль по выполнению СРС со стороны студентов.

Средства текущей и промежуточной оценки

качества освоения дисциплины

Оценка качества освоения дисциплины производится по результатам следующих контролирующих мероприятий:

Контролирующие мероприятия	Результаты обучения по дисциплине
Выполнение и защита лабораторных работ	РД1, РД2, РД3
Выполнение и защита ИДЗ	РД1, РД3
Выполнение контрольных работ	РД1, РД2, РД3
Зачет	РД1, РД2, РД3

Для оценки качества освоения дисциплины при проведении контролирующих мероприятий предусмотрены следующие средства (фонд оценочных средств):

Примеры контрольных вопросов к лабораторным работам:

Лаб. раб. №2

«Исследование трансформаторных формирователей импульсов управления транзисторов и тиристоров»

Чем обусловлен выброс напряжения на коллекторе транзистора? Чем ограничена длительность импульса в схемах рис.1,2,3? По диаграммам вычислите индуктивность намагничивания трансформатора. Поясните ход решения. Нарисовать схему замещения трансформатора и пояснить физический смысл всех ее компонент. Какие диаграммы изменятся в схеме рис.2 если трансформатор заменить двухобмоточным дросселем? В чем состоит физическое и конструктивное отличие между трансформатором и дросселем? Какие материалы и типы магнитопроводов используются для создания трансформаторов и дросселей? Расскажите как можно ограничить выброс коллекторного напряжения на транзисторе. Поясните методику расчета импульсного трансформатора. Нарисовать диаграмму входного тока реального трансформатора с переменным синусоидальным напряжением на первичной обмотке и последовательно соединенными диодом и активным сопротивлением на вторичной обмотке. Предложите три варианта схемы генератора А1. Поясните назначение VD1 и R1 в схеме рис.2. Приведите выражение для расчета величины R2 и параметры для выбора VD1. Поясните назначение диода VD1 в схеме рис.3. Поясните диаграмму тока транзистора в схеме рис.2. Поясните, каким образом осуществляется выбор транзистора. Приведите пример. Каким образом, и какие параметры трансформатора влияют на параметры выходного импульса?

Пример индивидуальногозадания

«Расчет преобразователя постоянного напряжения». Технические данные согласно номеру варианта. Необходимо рассчитать величину индуктивности дросселя, средние и действующие значения токов дросселя, ключа и диода, произвести конструктивный расчет дросселя, выбрать транзистор и диод, определить потери в дросселе, транзисторе и диоде, рассчитать коэффициент полезного действия. Также необходимо выбрать и рассчитать защитную цепь для транзистора и формирователь импульса управления. Предложить вариант схемы управления (без расчета) обеспечивающую стабилизацию выходного напряжения.

Примеры заданий для контрольных работ

Вариант №3

Расскажите о силовых диодах. Нарисовать сфазированную с входной сетью диаграмму тока дросселя, с произвольным углом включения тиристора. Считать напряжение на нагрузке постоянным.

Вариант №4

Расскажите о силовых тиристорах

Нарисовать сфазированную с входной сетью диаграмму тока дросселя. Считать напряжение на нагрузке постоянным.

8. Рейтинг качества освоения дисциплины

Оценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и промежуточной аттестации обучающихся осуществляется в соответствии с «Положением о проведении текущего оценивания и промежуточной аттестации в ТПУ» в действующей редакции.

В соответствии с «Календарным планом изучения дисциплины»:

текущая аттестация (оценка усвоения теоретического материала (ответы на вопросы и др.) и результаты практической деятельности (решение задач, выполнение заданий и др.) производится в течение семестра (оценивается в баллах – максимально 60 баллов), к моменту завершения семестра студент должен набрать не менее 33 баллов); промежуточная аттестация (зачет) производится в конце семестра (оценивается в баллах – максимально 40 баллов), на зачете студент должен набрать не менее 22 баллов).

Итоговый рейтинг по дисциплине определяется суммированием баллов, полученных в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.

9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

        9.1 Основная литература

Воронин, полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение / . — 2-е изд., перераб. и доп. — Москва: Додэка-XXI, 2005. — 381 с., ил. Зиновьев, электроника: учебное пособие для бакалавров/; Новосибирский государственный технический университет (НГТУ). — 5-е изд., испр. и доп. — Москва: Юрайт, 2012. — 667 с.: ил. Розанов, электроника: учебник для вузов / , , . — 2-е изд., стер. — Москва: Издательский дом МЭИ, 2009. — 632 с.: ил.

9.2. Дополнительная литература

, , и др. Диоды и тиристоры в преобразовательных установках. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 432 с.: ил. Основы преобразовательной техники: учебное пособие / ; Томский политехнический университет. — Томск: Изд-во ТПУ, 2005. — 88 с.: ил. Схемотехника устройств на мощных полевых транзисторах: Справочник/, , и др.: Под ред. . – М.: Радио и связь, 1994. – 280 с.: ил. Зи. С. Физика полупроводниковых приборов: Пер. с англ. М.: Мир, 1984. иловая электроника: приборы применение, управления. Справочное пособие: Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1993. – 240 с.: ил. Трансформаторы для радиоэлектроники. – М.: Советское радио, 1971. , и др. Расчет электромагнитных элементов источников вторичного электропитания, 1988 г. Энергетическая электроника: Справочное пособие: Пер. с нем./ Под ред. – М.: Энергоатомиздат, 1987 – 464 с.: ил. Схемотехника функциональных узлов источников вторичного электропитания: Справочник. – М.: Радио и связь, 1992. – 224 с.: ил. и др. Расчет источников электропитания устройств связи: Учеб. пособие для ВУЗов. /Под ред. . – М.: Радио и связь, 1993. – 232с.

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Лекции читаются с использованием мультимедийного оборудования. Лабораторные работы выполняются в специализированной лаборатории кафедры промышленной и медицинской электроники ИНК – ауд. № 000 корпуса 16В ТПУ общей площадью 25 кв. м. Помещение оборудовано 8-ю рабочими местами, в состав каждого из которых входит:

№ п/п	Наименование (компьютерные классы, учебные лаборатории, оборудование)	Корпус, ауд., количество установок
1.	Специализированный стенд	1
2.	Осциллограф GDS-71022	1
3.	Универсальный цифровой вольтметр В7-38	1
4.	Наборы соединительных проводников и модулей с расположенными на них электронными компонентами	1(на каждую работу)

Программа составлена на основе СУОС ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению подготовки 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника» и профилю «Промышленная электроника».

Программа одобрена на заседании кафедрыпромышленной и медицинской электроники Института неразрушающего контроля
(протокол № 12.15 от « 19 »  06  2015 г.).

Автор	доцент кафедры ПМЭ ИНК
Рецензент	ассист. каф. ПМЭ ИНК