МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования КГЭУ «КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» УТВЕРЖДАЮ Проректор по УР __________В.А. Дыганов «___» _________ 20___ г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ Б3.Б.8 Силовая электроника (указывается индекс и наименование дисциплины согласно учебному плану в соответствии с ФГОС ВПО) Направление подготовки 140400 Электроэнергетика и электротехника (указывается код и наименование) Профиль подготовки Электрические и электронные аппараты; Электромеханика; Электропривод и автоматика; Электрический транспорт; Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений бакалавр Квалификация (степень) выпускника Форма обучения очная (очная, очно-заочная, заочная) г. Казань 20141 1. Цели и задачи освоения дисциплины Целью освоения дисциплины «Силовая электроника» состоит в получении студентами знаний в области построения, анализа и расчета устройств силовой электроники. Основными задачами изучения дисциплины являются: дать студентам знания в области теории, принципов действия, технических характеристик преобразователей; познакомить с принципиальными схемами выпрямителей, зависимых и автономных инверторов, регуляторов переменного и постоянного напряжений; рассмотреть основные характеристики базовых схем; научить анализу схем вентильных преобразователей. 2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО Дисциплина «Силовая электроника» относится к базовой части профессионального цикла Б.8 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю «Электрические и электронные аппараты»; «Электромеханика»; «Электропривод и автоматика»; «Электрический транспорт»; «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений». Дисциплина «Силовая электроника» базируется на дисциплинах «Физика», «Математика», «Теоретические основы электротехники». Обучающиеся должны приобрести понимание принципов работы основных типов силовых управляемых преобразователей, их характеристик и особенностей, а также принципов расчёта параметров элементов этих преобразователей. Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при изучении дисциплины «Электрические машины». 3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины В результате изучения дисциплины «Силовая электроника» формируются следующие компетенции или их составляющие: способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1); способностью в условиях развития науки и изменяющейся социальной практики к переоценке накопленного опыта, анализу своих возможностей, готовностью приобретать новые знания, использовать различные средства и технологии обучения (ОК-6); готовностью к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7); способностью демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин и готовностью использовать основные законы в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-2); готовностью участвовать в исследовании объектов и систем электроэнергетики и электротехники (ПК-38); готовностью изучать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-39); готовностью планировать экспериментальные исследования (ПК-40); В результате освоения дисциплины обучающийся должен: 1. Знать: основные типы современных электронных элементов, применяемых в преобразовательной технике; устройство, принцип действия, характеристики и параметры основных полупроводниковых элементов электронных устройств; основные схемные решения при построении преобразующих электронных устройств; методы расчёта основных схем электроники, основные стандарты, условные обозначения; основные характеристики преобразовательных устройств в различных режимах работы; 2. Уметь: анализировать процессы и явления, происходящие в полупроводниковых преобразователях электрической энергии и математически их описывать; выбирать параметры элементов схем электронных преобразовательных устройств; 3. Владеть: навыками построения характеристик (внешних, регулировочных и др.) исследуемых схем. 4. Структура и содержание дисциплины «Силовая электроника» Общая трудоемкость дисциплин составляет 5 зачетных единиц, 180 часа. 4.1. Структура дисциплины Вид учебной работе ОБЩАЯ ТРУДОЕМКОСТЬ ДИСЦИПЛИНЫ АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ: Лекции (Лк) Практические (семинарские) занятия (ПЗ) Лабораторные работы (ЛР) и(или) другие виды аудиторных занятий САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА: Курсовой проект (работа) Расчетно-графические работы Реферат и (или) другие виды самостоятельной работы ВИД ИТОГОВОГО КОНТРОЛЯ (З – зачет, Э – экзамен) из них, провоВсего димых в инчасов терактивной форме семестры 5 180 180 72 36 36 72 36 36 32 108 108 108 108 Э Э 4.2. Разделы дисциплины и виды занятий Семестр Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам) Всего часов на раздел Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) 1 2 3 4 6 7 8 9 10 1 Однофазные маломощные выпрямители 36 5 10 10 - Тест 1 Однофазные выпрямители 2 Многофазные выпрямители большой и средней мощности 36 5 10 10 - 6 часов подготовка к тесту 1 лекция №1-5, [1] стр. 287-326 10 часов подготовка к практике [2] стр. 7-20 6 часов подготовка к тесту 2 лекция №6-10, [1]- стр. 331-350 10 часов подготовка к практике [2] стр. 6990 № п/ п Раздел дисциплины Лк ПЗ ЛР Самост. работа Тест 2 Трехфазные выпрямители 1 2 3 4 6 7 8 9 10 3 Инверторы ведомые сетью 24 5 6 6 - Тест 3 Инверторы ведомые сетью 4 Автономные инверторы 24 5 6 6 - 5 Импульсные преобразователи напряжения 16 5 2 2 - 6 часов подготовка к тесту 3 лекция №11-13, [1] стр. 353-392 6 часов подготовка к практике [2] стр. 92148 6 часов подготовка к тесту лекция №14-16, [1] стр. 405-437 6 часов подготовка к практике [2] стр. 357375 6 часов подготовка к тесту лекция №17-18, [1] стр. 438-485 6 часа подготовка к практике [2] стр. 399435 Тест 4 Автономные инверторы Тест 5 Импульсные преобразователи напряжения 1 2 3 4 6 6 Зачет 8 5 7 Экзамен (1 з.е) 36 5 2 Итого: 180 5 36 7 2 36 8 9 10 6 часов подготовка к зачету: курс лекций, [1], [2] 34 [1], [2] контрольная работа Письменный экзамен 108 4.3. Содержание разделов дисциплины Раздел 1. Однофазные маломощные выпрямители Принцип работы, назначение отдельных элементов. Различные виды однофазных управляемых и неуправляемых выпрямителей. Анализ электромагнитных процессов при работе в различных режимах и на различные виды нагрузки. Регулировочные и внешние характеристики. Пульсации напряжения и тока. Принципы фильтрации пульсаций выпрямленного напряжения и тока фильтрами различных типов. Коммутационные процессы в однофазных схемах выпрямителей. Раздел 2. Многофазные выпрямители большой и средней мощности Принцип работы различных видов многофазных неуправляемых и управляемых выпрямителей. Анализ электромагнитных процессов при работе на различные виды нагрузки. Режимы работы трансформатора в различных схемах выпрямителей. Коммутационные процессы в преобразователях. Внешние и регулировочные характеристики. Режим прерывистого и непрерывного тока. Методы расчёта вентильных преобразователей и выбор отдельных элементов. Раздел 3. Инверторы ведомые сетью Основные принципы работы зависимых инверторов. Условия возникновения инверторного режима. Срыв инвертирования. Условия безаварийной работы. Реверсивные преобразователи. Совместный и раздельный способы управления. Раздел 4. Импульсные преобразователи напряжения Классификация импульсных преобразователей. Способы принудительной коммутации тиристоров. Электромагнитные процессы в узлах искусственной коммутации. Раздел 5. Автономные инверторы Классификация автономных инверторов. Способы формирования и регулирования выходного напряжения и тока. Способы построения, отличительные особенности и области применения автономных инверторов тока и напряжения. № п/п Тема практических (семинарских) занятий Семестр 4.4. Практические (семинарские) занятия 1. 2. 3. 4. 5. 6. Однофазные маломощные выпрямители Многофазные выпрямители большой и средней мощности Инверторы ведомые сетью Автономные инверторы Импульсные преобразователи напряжения Контрольная работа Итого: 5 5 5 5 5 5 – Номер раздела лекционного курса Продолжительность (часов) 1 2 3 4 5 10 10 6 6 2 2 36 – 4.6. Разделы дисциплины и связь с формируемыми компетенциями № п/п 1 1 2 3 4 5 6 Часо Раздел дисциплины, в на участвующий в форми- разровании компетенций дел 2 3 Однофазные маломощ36 ные выпрямители Многофазные выпрями- 36 тели большой и средней мощности Инверторы ведомые се24 тью Автономные инверторы 24 Импульсные преобразо16 ватели напряжения Зачет 8 Экзамен (1 з.е) 36 ИТОГО 180 Компетенции ОК-1 4 З ОК-6 5 У ОК-7 6 В У У У З Условные обозначения: З – знать, У – уметь, В – владеть. ПК-2 7 З ПК-38 ПК-39 ПК-40 8 7 У З В З З В З З З 4 З З З З З З 5 4 З 3 4 З У З У З З З Количество компетенций 4 5.Образовательные технологии Лекционные занятия проводятся в форме мультимедийных лекций (с использованием компьютера и проектора). Практические занятия проводятся в классической форме. Самостоятельная работа включает подготовку к тестам и контрольным работам. № Раздел п/п дисциплины 1 2 1 Однофазные маломощные выпрямители 2 3 4 5 6 7 Компетенции 3 ОК-1з, ОК6у, ОК-7в, ПК-2з, ПК38у, ПК-39з, ПК-40з Многофазные выпрями- ОК-6у, ОКтели большой и средней 7в, ПК-38з, мощности ПК-39з Инверторы ведомые се- ОК-7в, ПКтью 38з, ПК-39з, ПК-40з Автономные инверторы ОК-6у, ПК38з, ПК-39з, ПК-40з Импульсные преобразо- ОК-1у, ПКватели напряжения 38з, ПК-39з, ПК-40з Зачет ОК-1з, ОК6у, ПК-38у Экзамен Образовательные технологии 4 Мультимедийные лекции Оценочные средства 5 Подготовка к тесту 1 Мультимедийные лекции Подготовка к тесту 2 Мультимедийные лекции Подготовка к тесту 3 Мультимедийные лекции Подготовка к тесту 4 ПК-2з, ПК38з, ПК-39з, ПК-40з Подготовка к тесту 5 Решение контрольной работы Письменный экзамен 6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов 6.1. Тематика рефератов, расчетно-графических работ, курсовых проектов (работ) Учебным планом курсовой проект не предусмотрен. 6.2. Примеры тестов и контрольных вопросов для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации Оценочный фонд включает в себя банк тестов, содержащий 240 тестовых заданий по всем разделам учебной программы, разбитых на 4 учебных модуля. Тестовые задания выполнены в программном комплексе Moodle. 6.2.1. Примеры тестовых заданий Пример тестов «Однофазные выпрямители». 1. Назовите элемент схемы, представленный на рисунке тиристор 2. Неуправляемый однофазный однополупериодный выпрямитель 100% o -100% o -100% o -100% 3. Напряжение на нагрузке для данной схемы имеет вид 100% o -100% o -100% o -100% 4. Сопоставьте временные диаграммы с элементами схемы Напряжение на первичной обмотке Напряжение на вторичной обмотке Напряжение на нагрузке 6.2.2. Контрольные вопросы для проведения экзамена: 1. Однофазный однополупериодный выпрямитель 2. Виды фильтров 3. Однофазный двухполупериодный выпрямитель с нулевым выводом, работающий на активную нагрузку 4. Однофазный двухполупериодный выпрямитель с нулевым выводом, работающий на активно-индуктивную нагрузку 5. Однофазный двухполупериодный выпрямитель с нулевым выводом, работающий на активно-емкостную нагрузку 6. Однофазный мостовой выпрямитель 7. Управляемый однофазный двухполупериодный выпрямитель с нулевым выводом, работающий на активную нагрузку 8. Управляемый однофазный двухполупериодный выпрямитель с нулевым выводом, работающий на активно-индуктивную нагрузку 9. Управляемый однофазный двухполупериодный выпрямитель с нулевым выводом и нулевым диодом, работающий на активно-индуктивную нагрузку 10. Управляемый однофазный мостовой выпрямитель 11. Управляемый однофазный мостовой выпрямитель с неполным числом управляемых вентилей 12. Коммутация в выпрямителях средней и большой мощности 13.Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом 14.Трехфазный мостовой выпрямитель 15.Управляемый трехфазный мостовой выпрямитель 16.Инверторы ведомые сетью. Перевод в режим инвертирования 17.Реверсивный тиристорный преобразователь с контактным переключателем 18.Реверсивный тиристорный преобразователь с совместным управлением двух тиристорных групп 19.Тиристорный преобразователь для управления двигателем постоянного тока 20.Непосредственные преобразователи частоты 21.Система импульсно-фазового управления тиристорами 22.Импульсные преобразователи постоянного напряжения 23.Автономные инверторы 24. № п/п Тема самостоятельной работы Элементы силовых схем вентильных преобразователей 2. Подготовка к тесту «однофазные выпрямители» 3. Стабилизаторы напряжения и тока 4. Подготовка к тесту «трехфазные выпрямители» 5. Элементы защиты вентильных преобразователей 6. Подготовка к тесту «инверторы ведомые сетью» Энергетические показатели выпрямителей тока, 7. качество выпрямленного напряжения и пути их улучшения 8. Подготовка к тесту «автономные инверторы» Устройства, улучшающие энергетические 9. показатели и качество электрической энергии Подготовка к тесту «импульсные преобразователи 10. напряжения» 11. Подготовка к контрольной работе 12. Экзамен 1. Итого: 7. Семестр 6.3. Организация самостоятельной работы студентов Номер раздела лекционного курса Продолжительность (часов) 5 1 10 5 5 5 5 5 5 1 2 2 3 3 4 6 10 6 6 6 6 5 5 4 5 6 6 5 5 6 5 5 – 6 6 – 34 108 Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины а) основная литература: 1. Г.С. Зиновьев. Силовая электроника. Учебное пособие. – М.: Изд-во Юрайт, 2012, 667 с. 2. А.И. Белоус, С.А. Ефименко, А.С. Турцевч. Полупроводникрвая силовая электроника. – М.: Техносфера, 2014, 228 с. 3. Е.А. Москатов. Силовая электроника. Теория и конструирование. – МК-прес, 2013, 256 с. 4. Д.В. Игумнов, Г.П. Костюнина. Основы полупроводниковой электроники. Учебное пособие.- М.: Изд-во- Горячая линия-телеком, 2005, 392с 5. В.Г.Гусев, Ю.М.Гусев. Электроника и микропроцессорная техника. Учебник для вузов.-5 изд., доп.-М.: ВШ.2008.-798 с. 6. Батанова Н.Л., Голенищев-Кутузов В.А., Еникеева Г.Р. Информационная электроника. Учебное пособие по курсу ИИТ и Э и ФОЭ, Казань, 2002. 7. Ахметвалеева Л.В. Цифровые устройства. Учебное пособие по курсу ЭПУ. Казань, 2002. 8. Н.В.Бурбаева. Сборник задач по полупроводниковой электронике: учебное пособие /Н.В.Бурбаева, Т.С.Днепровская.-М.:ФИЗМАТЛИТ, 2006.-168с. 9. Батанова Н.Л., Голенищев-Кутузов В.А., Еникеева Г.Р. Элементы цифровых интегральных устройств. Учебное пособие по курсу ИИТ и Э. Казань, 1996. 10.М.Ф.Садыков, А.А.Потапов, А.Т.Хуснутдинова, М.В.Аввакумов. Информационно-измерительная техника и электроника. Физические основы электроники. Лабораторный практикум. – Казань: КГЭУ, 2010. – 60 с. 11.В.Ф.Тарасов, М.В. Аввакумов, А.Т. Хуснутдинова. Учебно-методическое пособие к практическим занятиям по дисциплина «Информационноизмерительная техника и электроника» и «Физические основы электроники». – Казань: КГЭУ, 2008. – 48 с. б) дополнительная литература: 1. В.Г.Гусев, Ю.М.Гусев. Электроника. М., Высшая школа, 1991, 623 с. 2. В.А. Терехов. Задачник по электронным приборам. Учебное пособие. 3-е изд. – СПб: Издательство «Лань», 2003. – 280 с 3. А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. -М., БИНОМ,1994-352 с. 4. в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы http://e.lanbook.ru – электронная библиотечная система «Лань» и др. 8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Мультимедийные лекции, сделанные в виде презентаций, и использование программы LabView для демонстрации динамичных экспериментов. * * * Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140400 Электроэнергетика и электротехника и профилю подготовки «Электрические и электронные аппараты»; «Электромеханика»; «Электропривод и автоматика»; «Электрический транспорт»; «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений». Автор (ы): __________ подпись Рецензент (ы): __________ подпись __к.ф.-м.н., доц. Потапов А.А.________________ ученая степень (звание), расшифровка подписи ___к.т.н., ст. преп. Аввакумов М.В._____________ ученая степень (звание), расшифровка подписи Программа обсуждена и одобрена на заседании методического совета кафедры _____ПЭ______________ название кафедры от 1 июня 2014 г., протокол № 11 . Заведующий кафедрой ПЭ ___________ ______________д.ф.-м.н., проф. Голенищев-Кутузов А.В.___ подпись ученая степень (звание), расшифровка подписи «____» _________________ 20___ г. Директор ИЭЭ __________ подпись _______________д.ф.-м.н., доц. Ситдиков А.С______________ ученая степень (звание), расшифровка подписи «____» _________________ 20___ г. Согласовано: Зав. выпускающей кафедрой ЭТ ___________ _______________к.т.н., доц. Павлов П.П. ___________ подпись ученая степень (звание), расшифровка подписи «____» _________________ 20___ г. Зав. выпускающей кафедрой ТОЭ ___________ _______________к.т.н., доц. Вассунова Ю.Ю.___________ подпись ученая степень (звание), расшифровка подписи «____» _________________ 20___ г. Зав. выпускающей кафедрой ЭХП ___________ _______________к.т.н., доц. Роженцова Н.В. ___________ подпись ученая степень (звание), расшифровка подписи «____» _________________ 20___ г. Зав. выпускающей кафедрой ПАЭ ___________ ___________ подпись «____» _________________ 20___ г. к.т.н., доц. Козелков О.В. ___________ ученая степень (звание), расшифровка подписи
