УТВЕРЖДАЮ Директор института ИНК ______(В.Н. Бориков

УТВЕРЖДАЮ
Директор института ИНК
___________(В.Н. Бориков)
«___»_____________2015 г.
БАЗАВАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Электропитание электронной медицинской аппаратуры
Направление (специальность) ООП
12.03.04. Биотехнические системы и технологии
Номер кластера (для унифицированных дисциплин)_________________
Профиль(и) подготовки (специализация, программа)
Биотехнические и медицинские аппараты и системы
Квалификация (степень) бакалавр
Базовый учебный план приема
2015 г.
Курс
3
семестр
6
Количество кредитов
3
Код дисциплины
ДИСЦ. В.М11
Виды учебной деятельности
Лекции, ч
Практические занятия, ч
Лабораторные занятия, ч
Аудиторные занятия, ч
Самостоятельная работа, ч
ИТОГО, ч
Временной ресурс по очной форме обучения
16
16
16
48
60
108
Вид промежуточной аттестации зачет
Обеспечивающее подразделение
кафедра промышленной и
медицинской электроники Института неразрушающего контроля
Заведующий кафедрой ПМЭ _____________
Ф.А. Губарев
Руководитель ООП
А.В. Фокин
Преподаватель
_______________
______________
Ю.В. Мутовин
2015 г.
(ФИО)
(ФИО)
(ФИО)
1. Цели освоения модуля (дисциплины)
Цели освоения дисциплины:
в области обучения – формирование специальных знаний, умений, навыков анализа,
расчета и проектирования, а также компетенций в сфере современных высокоэффективных
биотехнических систем и технологий;
в области воспитания – научить эффективно работать индивидуально и в команде,
проявлять умения и навыки, необходимые для профессионального, личностного развития;
в области развития – подготовка студентов к дальнейшему освоению новых
профессиональных знаний и умений, самообучению, непрерывному профессиональному
самосовершенствованию.
2. Место модуля (дисциплины) в структуре ООП
Дисциплина «Электропитание электронной медицинской аппаратуры» относится к
вариативной части профессионального цикла основной образовательной программы.
Модулю «Электропитание электронной медицинской аппаратуры» предшествует освоение
дисциплин (ПРЕРЕКВИЗИТЫ):
 Электротехника
 Электроника
 Теория электрических цепей.
Содержание разделов дисциплины «Электропитание электронной медицинской
аппаратуры» согласовано
с
содержанием
дисциплин, изучаемых
параллельно
(КОРЕКВИЗИТЫ):
 Цифровые устройства.
3. Результаты освоения дисциплины (модуля)
В соответствии с требованиями ООП освоение модуля «Электропитание электронной
медицинской аппаратуры» направлено на формирование у студентов следующих компетенций
(результатов обучения), в т.ч. в соответствии с ФГОС 3+:
Таблица 1
Составляющие результатов обучения, которые будут получены при изучении данной
дисциплины
Результаты
обучения
(компетенции
из ФГОС)
Составляющие результатов обучения
Код
Знания
Код
У3.2
Р3
(ОК-10, ПК-3,
ПК-4, ПК-6,
ПК-10, ПК-27);
З4.1
Р4
(ОК-10, ПК-3,
ПК-4, ПК-6,
ПК-10, ПК-27).
З4.2
методы
расчета
электрических
и
электронных цепей;
характеристики
и
параметры
полупроводниковых
приборов.
Умения
выполнять
проекты
технического
обеспечения
биотехнических
систем на базе
типовых средств;
Код
В3.2
В4.1
В4.2
Владение
опытом
применения
методов
оценки
надежности,
испытания
на
безопасность
обслуживания
медицинской
техники;
использования
принципов
построения
измерительных
приборов и систем с
микропроцессорным
управлением;
применения
методов и средств
разработки
оформления
технической
документации.
и
В результате освоения модуля «Электропитание электронной медицинской аппаратуры
студентом должны быть достигнуты следующие результаты:
Таблица 2
Планируемые результаты освоения дисциплины (модуля)
№ п/п
Результат
РД1
Выполнять расчет и проектирование базовых схем источников питания
электронной медицинской аппаратуры.
РД2
Обладать навыками практической работы с современной измерительной
аппаратурой.
РД3
Владеть правилами и методами монтажа, настройки и регулировки блоков
электропитания медицинской аппаратуры.
4. Структура и содержание дисциплины
Лекции
Введение
Назначение и классификация устройств преобразовательной техники.
Раздел 1.
Нормативные акты, регламентирующие электропитание медицинских учреждений в
Российской Федерации.
- общие требования организации электропитания в медицинских учреждениях согласно
ГОСТ Р 50571.28-2006;
- понятие IT-сети, способы ее построения, достоинства и недостатки;
Резервные первичные источники питания.
- Классификация источников питания. Определения выпрямителя, конвертора, инвертора и
преобразователя частоты;
- аккумуляторные батареи, их принцип действия и основные характеристики (номинальное
напряжение, внутреннее сопротивление, конечные напряжения заряда и разряда,
номинальная зарядная и разрядная емкость, отдаваемая электроэнергия при разряде и
получаемая при заряде, КПД);
- солнечные батареи, их принцип действия и основные характеристики (ВАХ, КПД);
- дизель-генераторные установки, их принцип действия, конструкция и основные
характеристики (выходная мощность, качество выходного напряжения, КПД).
Раздел 2.
Лекции
Выпрямители, сглаживающие фильтры.
Выпрямители:
- однофазные выпрямители (однотактный, двухтактный со средней точкой
трансформатора, двухтактный мостовой);
- трехфазные выпрямители (со средней точкой трансформатора, схема Ларионова);
- сравнительные характеристики выпрямителей (коэффициент сглаживания, потери,
обратное напряжение на диодах, максимальный и средний ток через диоды).
Сглаживающие фильтры:
- индуктивный фильтр, принцип действия и методика расчета;
- активно-емкостной фильтр, принцип действия, диаграммы работы и методика расчета
(режим отсечки тока);
- емкостной фильтр, принцип действия, диаграммы работы и методика расчета;
- индуктивно-емкостной фильтр, принцип действия, диаграммы работы и методика
расчета;
- резонансные фильтры, их принцип действия, достоинства и недостатки.
Лабораторной работы
1. Исследование однофазных однотактных выпрямителей с фильтром.
2. Исследование однофазных двухтактных выпрямителей с фильтром.
Раздел3.
Лекции
Преобразователи постоянного напряжения, инверторы.
Преобразователи постоянного напряжения:
- преобразователь постоянного напряжения понижающего типа (принцип действия,
диаграммы работы для режима непрерывного и прерывистого тока дросселя, методика
расчета, зависимость выходного напряжения от коэффициента заполнения импульсов);
- преобразователь постоянного напряжения повышающего типа (принцип действия,
диаграммы работы для режима непрерывного тока дросселя, методика расчета,
зависимость выходного напряжения от коэффициента заполнения импульсов);
- преобразователь постоянного напряжения инвертирующего типа (принцип действия,
диаграммы работы для режима непрерывного тока дросселя, методика расчета,
зависимость выходного напряжения от коэффициента заполнения импульсов);
- однотактный прямоходовой преобразователь с трансформатором (принцип действия,
диаграммы работы, способы размагничивания сердечника, методика расчета);
- однотактный обратноходовой преобразователь (принцип действия, диаграммы работы,
рекомендации по выбору материала сердечника);
- двухтактный преобразователь постоянного напряжения со средней точкой
трансформатора (принцип действия, диаграммы работы, методика расчета);
- двухтактный мостовой преобразователь постоянного напряжения (принцип действия,
диаграммы работы, методика расчета);
- двухтактный преобразователь постоянного напряжения с входным дросселем (принцип
действия, диаграммы работы, методика расчета).
Инверторы:
- инвертор напряжения со средней точкой трансформатора (принцип действия, диаграммы
работы, методика расчета);
- мостовой инвертор напряжения (принцип действия, диаграммы работы, методика
расчета);
- способы формирования выходного напряжения синусоидальной формы с помощью
активно-индуктивного фильтра (АИМ, ШИМ, ФИМ).
Практические занятия
Расчет высокочастотного трансформатора.
Расчет выпрямителей с фильтром.
Расчет преобразователей постоянного напряжения.
Расчет инверторов.
Лабораторной работы
1. Исследование понижающего преобразователя постоянного напряжения в режиме
непрерывного и прерывистого тока дросселя.
2. Исследование инвертора со средней точкой трансформатора.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов (СРС)
6.1 Виды и формы самостоятельной работы
Самостоятельная работа студентов включает текущую СРС и творческую проблемноориентированную самостоятельную работу (ТСР).
Текущая СРС направлена 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 домашних 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 лабораторных работ;
 подготовка к экзамену и зачету.
Творческая самостоятельная работа включает:
 анализ индивидуального домашнего задания;
 поиск, анализ и презентация информации;
 выполнение расчетно-графической работы;
 формулирование выводов о проделанной работе.
6.2. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине
Темы, выносимые на самостоятельное изучение:
– влияние индуктивности рассеяния на процессы в схемах однотактных прямо
ходовых преобразователей напряжения;
– влияние межвитковой емкости трансформатора на процессы в схемах
преобразователей постоянного напряжения с гальваническим разделением входа и
выхода;
– способы снижения коэффициента гармоник формирователей синусоидального
напряжения;
– системы управления преобразователями на базе ШИМ и ФИМ-контроллеров.
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 домашних заданий и отчетов по
выполненным лабораторным работам, подготовки ответов на контрольные вопросы к
лабораторным работам.
6.4. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
При выполнении самостоятельной работы рекомендуется использовать:
 использование рекомендуемой литературы из раздела 9 программы;
 материалы, размещенные на персональном сайте преподавателя.
7. Средства текущей и промежуточной оценки качества освоения дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины
контролирующих мероприятий:
производится
Контролирующие мероприятия
Выполнение и защита лабораторных работ
Выполнение контрольных работ
Зачет (семестр-6)
по
результатам
следующих
Результаты обучения
по дисциплине
РД2, РД3
РД1, РД2
РД1, РД2, РД3
Для оценки качества освоения дисциплины при проведении контролирующих
мероприятий предусмотрены следующие средства (фонд оценочных средств):
Примеры контрольных вопросов (первая контрольная).
Билет №
1. Какова классификация устройств преобразовательной техники и их назначение ?
2. Какова схема однополупериодного выпрямителя? (Принцип работы, недостатки данной
схемы по сравнению с другими схемами выпрямления, основные соотношения для этой схемы
при ее работе на активную нагрузку).
Билет №
1. Какие типы силовых тиристоров вы знаете, и каким образом осуществляется их включение
и выключение? (Привести графические условные обозначения этих приборов и показать
полярность внешних источников питания на электродах при включении и выключении).
2. Какие параметры характеризуют качество работы выпрямителя?
Билет №
1. Какие источники электрической энергии являются традиционными, а какие относят к
нетрадиционным? (Сделайте сравнительную оценку этих источников с точки зрения их
практического использования).
2. Как работает схема управляемого выпрямителя с выводом средней точки трансформатора?
(Привести схему и диаграммы, поясняющие ее работу, основные соотношения для этой схемы
при ее работе на активную нагрузку).
Билет №
1. Что понимается под химическими источниками тока? (Разновидности, отличительные
особенности).
2. Какова схема однофазного управляемого выпрямителя? (Принцип работы, диаграммы,
поясняющие ее работу, основные соотношения для этой схемы при ее работе на активную
нагрузку).
Примеры контрольных вопросов (вторая контрольная).
Билет №
1. Какие способы отпирания динисторов и тиристоров вы знаете? (Представьте варианты схем
и дайте пояснения).
2. Каков принцип работы импульсного регулятора с трансформаторным разделением?
(Привести схему прямо ходового преобразователя и диаграммы, поясняющие ее работу,
основные соотношения для этой схемы).
3. Что представляют собой силовые полевые транзисторы типа MOSFET? (ВАХ, основные
параметры, область безопасной работы, определение мощности потерь в статике и при
переключении прибора)
Билет №
1. Какие существуют способы выравнивания токов параллельно включенных ключевых
элементов? Какие ключевые приборы могут включаться параллельно без дополнительных
выравнивающих цепей?
2. Каков принцип работы импульсного регулятора с трансформаторным разделением?
(Привести схему обратноходового преобразователя и диаграммы, поясняющие ее работу,
основные соотношения для этой схемы).
3. Что представляют собой силовые транзисторы типа IGBT? (ВАХ, эквивалентная схема
транзистора, основные параметры, область безопасной работы, определение мощности потерь
в статике и при переключении прибора).
Примеры контрольных вопросов выносимых на зачет.
Томский
политехнический
университет
БИЛЕТ № _____
по дисциплине – Электропитание медицинской аппаратуры
институт неразрушающего контроля
курс – четвертый
1. Каково назначение и классификация устройств преобразовательной техники?
2. Какова схема однополупериодного выпрямителя? (Принцип работы, диаграммы,
поясняющие работу схемы при работе с емкостным фильтром, недостатки данной схемы по
сравнению с другими схемами выпрямления, основные соотношения выпрямителя при ее
работе на активную нагрузку).
3. Как работает ППН повышающего типа? (Привести схему и диаграммы, поясняющие работу
схемы в режиме непрерывных токов дросселя, дать основные соотношения для этой схемы).
4. В чем заключаются преимущества полевых транзисторов по сравнению с биполярными
транзисторами? (Дать пояснение физических причин обуславливающих эти преимущества).
5. Какие способы запирания одно операционных тиристоров в цепях постоянного тока вы
знаете? (Представьте варианты схем и дайте пояснения).
Максимальный бал за ответ на каждый из пяти вопросов – 8.
Составил
______________ Ю.В. Мутовин
Утверждаю:
Зав. кафедрой ______________ Г.С. Евтушенко
Томский
политехнический
университет
БИЛЕТ № _____
по дисциплине – Электропитание медицинской аппаратуры
институт неразрушающего контроля
курс – четвертый
1. Какие основные тенденции развития преобразовательной техники на современном этапе ее
развития?
2. Как работает схема однофазного ведомого инвертора с выводом средней точки
трансформатора? (Привести схему и диаграммы, поясняющие ее работу, основные
соотношения для этой схемы, регулировочная характеристика).
3. В чем заключаются преимущества и недостатки импульсных регуляторов постоянного
напряжения по сравнению с непрерывными регуляторами напряжения?
4. На какие классы разделяются преобразователи частоты и каков принцип их работы? Каковы
достоинства и недостатки преобразователей частоты разного класса?
5. Какие процессы протекают в MOSFET при его переключении? (Привести диаграммы
переключения транзистора и его эквивалентную схему с учетом паразитных параметров, дать
пояснения).
Максимальный бал за ответ на каждый из пяти вопросов – 6.
Составил
______________ Ю.В. Мутовин
Утверждаю:
Зав. кафедрой ______________ Г.С. Евтушенко
8. Рейтинг качества освоения дисциплины (модуля)
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 качества усвоения теоретического материала (ответы на
вопросы и др.) и результаты практической деятельности (решение задач, выполнение
заданий, решение проблем 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 (экзамен, зачет) производится в конце семестра
(оценивается в баллах (максимально 40 баллов), на экзамене (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
Основная литература:
1. Мелешин . В.И. Транзисторная преобразовательная техника. Москва: Техносфера, 2005.632 с.
2. Лабораторный практикум по энергетической электронике: учебное пособие / Е.Ю. Буркин –
Томск: Изд-во ТПУ, 2006 – 44с.
3. Забродин Ю. С. Промышленная электроника: учебник для вузов — 2-е изд., — Москва:
Альянс, 2014. — 496 с.: ил
Дополнительная литература:
1. Китаев В.Е., Бокуняев А.А., Колканов М.Ф. Расчет источников питания устройств связи. М.:
Радио и связь, 1993.
2. Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. – М.: Энергоатомиздат,
1986. – 376 с.: ил.
3. Чети П. Проектирование ключевых источников электропитания / Пер. с англ. – М.:
Энергоатомиздат, 1990. – 240 с.
4. Ромаш Э.М., Драбович Ю.И., Юрченко Н.Н., Шевченко П.Н. Высокочастотные
транзисторные преобразователи. – М.: Радио и связь, 1988. – 288 с.: ил.
Internet-ресурсы:
Используемое программное обеспечение:
не предусмотрено.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
№
п/п
Наименование (компьютерные классы, учебные
лаборатории, оборудование)
Корпус, ауд.,
количество
1
установок
Лаборатория преобразовательной техники
Корпус 16в, ауд. 241,
 Универсальный лабораторный стенд со встроенными 8 раб.мест
источниками питания и наборным полем – 8 шт.
 Комплект модулей с радиоэлектронными элементами –
8 шт.
 Осциллограф С-83 – 8 шт.
 Вольтметр В7-38 – 8 шт.
 Цифровой осциллограф GDS-71022 – 7 шт.
 Цифровой осциллограф GDS-2062 – 1 шт.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями
ФГОС по направлению 12.03.04 «Биотехнические системы и технологии» и профилю
подготовки «Биотехнические и медицинские аппараты и системы».
Программа одобрена на заседании
кафедры промышленной и медицинской электроники
Института неразрушающего контроля
(протокол № 12.15 от 19.06.15 г).
Автор:
Мутовин Ю.В. ____________
Рецензент
Фокин А.В. _____________