Модуляционные формирователи напряжения и тока

1
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 «Модуляционные формирователи напряжения и тока» относится
к вариативной части вариативного междисциплинарного профессионального модуля подготовки магистра.
Освоение данной дисциплины служит основой для последующего изучения
дисциплин: «Динамика управляемых устройств» и других.
Для успешного освоения дисциплины студенты должны владеть базовыми методами расчета электрических цепей постоянного и переменного тока в установившемся и переходном режимах, иметь базовые знания об основных компонентах
устройств силовой электроники, способах их управления и защиты. Знать принцип
действия базовых схем преобразовательных устройств.
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)
ПК-1,
ОПК-3,
ОК-7
Составляющие результатов обучения
Код
З.1.1
Знания
Код
У.1.1
основные
законы естественнонаучных
и
профессиональных
дисциплин в
области физических ос-
Умения
Код
определять, си- В.1.1
стематизировать
и получать необходимые данные
в сфере профессиональной деятельности с использованием современных
ин-
2
Владение
опытом
навыками работы в научном
коллективе
ПК-1,
ОПК-3,
ОК-7
З.2.1
ПК-1,
ОПК-3,
ОК-7
З.3.1
ПК-1,
ОПК-3,
ОК-7
З.4.1
нов
электронной
техники
и
схемотехники, электрофизических
технологий.
современное У.2.1
состояние,
теоретические и экспериментальные работы в профильной
области, явления и методы исследований.
У.3.1
основные
понятия
и
закономерности развития слаботочной
и
сильноточной
электронной
техники.
У.4.1
основные
этапы проведения аналитических
и экспериментальных
исследований в области профессиональной
деятельности.
формационных
средств и методов.
анализировать и В.2.1
обобщать научнотехническую информацию в профессиональной
деятельности,
выделять наиболее перспективные направления
исследований в
области физики
сильноточных
вакуумных и газовых разрядов,
физики плазмы,
пучковоплазменных технологий.
выбирать методы В.3.1
и средства решения сформулированных задач на
основе
анализа
научнотехнической информации
навыками самостоятельной
научноисследовательской деятельности, требующей
широкого образования в соответствующем
направлении.
проявлять
спо- В.4.1
собность к планированию
и
проведению исследований
в
профессиональной деятельности
с
применением
современных достижений науки и
техники.
методами физикоматематического
моделирования
процессов
и
объектов
по
направлению
профессиональной деятельности
3
опытом научноисследовательской и проектной деятельности в области
электронной
техники.
В результате освоения дисциплины «Модуляционные формирователи напряжения и
тока» студентом должны быть достигнуты следующие результаты:
Таблица 2
№ п/п
РД1
РД2
РД3
Результат
Применять знание основных схем силовой электроники.
Выполнять расчеты основных узлов преобразовательной техники.
Выполнять обработку и анализ данных, полученных при теоретических и
экспериментальных исследованиях.
4. Структура и содержание дисциплины
Раздел 1. Введение. Области применения, принципы и структурные схемы модуляционных формирователей тока. Обзор методов анализа и расчета модуляционных
схем. Корректоры коэффициента мощности.
Перечень лабораторных работ по разделу:
Исследование инвертора напряжения с многократной ШИМ.
Исследование однофазного и трехфазного выпрямителей с формированием входного тока.
Исследование однофазного корректора коэффициента мощности .
Раздел 2. Импульсные источники питания с ZVS и ZCS. Принципы построения, работы и расчета. Основные особенности и характеристики.
Перечень лабораторных работ по разделу:
Исследование преобразователя постоянного напряжения с ZVS .
Исследование квазирезонансного инвертора.
Раздел 3. Формирователи тока для заряда емкостных накопителей. Источники питания лазеров и импульсных нагрузок. Параллельная работа импульсных преобразователей электрической энергии.
Перечень лабораторных работ по разделу:
Исследование преобразователя постоянного напряжения с обратной связью по току
и напряжению.
Исследование резонансного инвертора напряжения.
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 проблемно-ориентированную 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;
4










опережающая самостоятельная работа;
изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку;
подготовка к лабораторным работам, к практическим занятиям;
подготовка к контрольным работам;
подготовка к защите индивидуальных домашних 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 домашних 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.
7. Средства текущей и промежуточной оценки
качества освоения дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины производится по результатам следующих
контролирующих мероприятий:
Контролирующие мероприятия
Выполнение и защита лабораторных работ
Выполнение и защита ИДЗ
Выполнение контрольных работ
Экзамен
Результаты обучения
по дисциплине
РД1, РД2, РД3
РД1, РД3
РД1, РД2, РД3
РД1, РД2, РД3
Для оценки качества освоения дисциплины при проведении контролирующих мероприятий предусмотрены следующие средства (фонд оценочных средств):
Примеры контрольных вопросов к лабораторным работам:
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Исследование понижающего преобразователя постоянного напряжения с обратной
связью по выходному напряжению
1.
Поясните методику получения малосигнальных моделей импульсных преобразователей напряжения и тока. При каких условиях эта модель неудовлетворительно отражает энергетические процессы преобразователей?
5
Какие существуют методы определения устойчивости системы для линейных
систем? Поясните на примере малосигнальной модели преобразователя понижающего типа их использование.
3. Получите модель понижающего преобразователя напряжения работающего в
режиме прерывистого тока дросселя. Сравните частотные характеристики для
режима непрерывного и прерывистого тока дросселя.
4. Поясните влияние активного сопротивления дросселя на энергетические процессы в схеме.
5. Поясните влияние активного последовательного сопротивления фильтрового
конденсатора на энергетические процессы в схеме. Какие типы конденсаторов
предпочтительно использовать в данном случае?
6. Методом усреднения покажите влияние времени переключения ключевого элемента на выражение для коэффициента передачи.
7. Расскажите об основных способах организации обратной связи. Запишите законы управления и нарисуйте структурную схему.
8. Приведите варианты схем понижающих преобразователей с гальванической
развязкой выходного напряжения. Поясните принцип их действия и получите
малосигнальные модели этих преобразователей.
9. Приведите вариант квазирезонансного преобразователя на основе схемы понижающего преобразователя постоянного напряжения. Поясните принцип его работы и приведите основные диаграммы и расчетные соотношения.
10. Поясните, какими способами в схемах ключевых преобразователей осуществляется защита ключевых элементов от перенапряжения и сквозного тока. Приведите схемы и диаграммы работы.
2.
Примеры тем индивидуальных заданий
1. Исследовать схему однофазного корректора коэффициента мощности (ККМ) без
гальванической развязки выходного напряжения в режиме критического тока реактора.
№ вар. Входное напр. В
Вых.напр. В
Мощность
Дополн.
нагр. кВт.
1.
0.2
220 В  10%, 50 Гц
380 В  1%
2.
3.
4.
220 В  10%, 50 Гц
220 В  10%, 50 Гц
220 В  10%, 50 Гц
127 В  10%, 400 Гц
400 В  1%
400 В  1%
380 В  1%
300 В  1%
0.5
380 В  10%, 50 Гц
380 В  10%, 50 Гц
220 В  10%, 50 Гц
127 В  10%, 400 Гц
600 В  1%
600 В  2%
500 В  3%
400 В  2%
5
1.5
4.5
5.
1
2. Исследовать схему трехфазного ККМ без гальванической развязки выходного
напряжения в режиме непрерывного тока реактора.
№ вар. Входное напр. В
Вых.напр. В
Мощность
Дополн.
нагр. кВт.
1.
2
380 В  10%, 50 Гц 550 В  1%
2.
3.
4.
5.
6
10
4.5
1
Примеры заданий для контрольных работ
Контрольная работа №1
Билет №1
1. Приведите базовые схемы однофазных выпрямителей с коррекцией коэффициента мощности и поясните их работу.
2. Выведите зависимость коэффициента передачи понижающего преобразователя постоянного напряжения с учетом потерь в дросселе и выходном конденсаторе методом усредненной модели.
Билет №2
1. Приведите базовые схемы многоуровневых инверторов напряжения и поясните их работу.
2. Поясните, что такое векторное управление на примере классического трехфазного инвертора.
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», утвержденным приказом ректора 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 (экзамен) производится в конце семестра (оценивается в баллах – максимально 40 баллов), на экзамене 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.
1.
2.
3.
1.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
9.1 Основная литература
Зиновьев, Г.С. Силовая электроника: учебное пособие для бакалавров/Г.С. Зиновьев; Новосибирский государственный технический университет (НГТУ). —
5-е изд., испр. и доп. — Москва: Юрайт, 2012. — 667 с.: ил.
Розанов, Ю.К. Силовая электроника: учебник для вузов / Ю. К. Розанов, М. В.
Рябчицкий, А. А. Кваснюк. — 2-е изд., стер. — Москва: Издательский дом
МЭИ, 2009. — 632 с.: ил.
Системы управления полупроводниковыми преобразователями / А. Г. Иванов,
Г. А. Белов, А. Г. Сергеев; Чувашский государственный университет (ЧГУ). —
Чебоксары: Изд-во ЧГУ, 2010. — 448 с.: ил.
9.2. Дополнительная литература
Однотактные преобразователи напряжения в устройствах электропитания РЭА /
А.Г. Поликарпов, Е.Ф. Сергиенко. — Москва: Радио и связь, 1989. — 160 с.: ил.
7
Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 376 с.: ил.
3. Севернс Р., Блум Г. Импульсные преобразователи постоянного напряжения для
систем вторичного электропитания: Пер. с англ. под ред. Л.Е. Смольникова. –
М.: Энергоатомиздат, 1988. – 294 с.: ил.
4. Белов Г.А. Высокочастотные тиристорно-транзисторные преобразователи постоянного напряжения / Г. А. Белов. — Москва: Энергоатомиздат, 1987. — 120
с.: ил.
4. Багинский Б.А. Бестрансформаторные преобразователи переменного напряжения в постоянное. – Томск: Изд-во Том.ун-та, 1990. – 224 с.
5. Ромаш Э.М., Драбович Ю.И., Юрченко Н.Н., Шевченко П.Н. Высокочастотные
транзисторные преобразователи. – М.: Радио и связь, 1988. – 288 с.: ил.
5. Полупроводниковые выпрямители / Е. И. Беркович, В. Н. Ковалев, Ф. И. Ковалев и др.; Под ред. Ф. И. Ковалева, Г. П. Мостковой. — 2-е изд., перераб.. —
Москва: Энергия, 1978. — 448 с.
6. Уильямс Б. Силовая электроника: приборы применение, управления. Справочное пособие: Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1993. – 240 с.: ил.
7. Бальян Р.Х., Сиверс М.А. Тиристорные генераторы и инверторы. – Л.: Энергоиздат. Ленингр. от-ние, 1982. – 223 с., ил.
8. Мелешин, В.И. Транзисторная преобразовательная техника. М.: Техносфера,
2005. - 632 с.: ил.
2.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Лекции читаются с использованием мультимедийного оборудования. Лабораторные работы выполняются в специализированной лаборатории кафедры промышленной и медицинской электроники ИНК – ауд. №241 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
Специализированный стенд
16в, 241, 8 шт.
Осциллограф GDS-71022
16в, 241, 8 шт.
Универсальный цифровой вольтметр В7-38
16в, 241, 8 шт.
Наборы соединительных проводников и модулей с
16в, 241, 160 шт.
расположенными на них электронными компонентами
Программа составлена на основе СУОС ТПУ в соответствии с требованиями
ФГОС по направлению подготовки 11.04.04 «Электроника и наноэлектроника» и
профилю «Электронные системы контроля, управления, диагностики в технике и
медицине».
1.
2.
3.
4.
Программа одобрена на заседании кафедры промышленной и медицинской
электроники
Института
неразрушающего
контроля
(протокол № 12.15 от « 19 » 06 2015 г.).
Автор
доцент кафедры ПМЭ ИНК Буркин Е.Ю.
Рецензент Кожемяк О.А.
8
9