Схемотехника систем управления и автоматики

1. Цели освоения дисциплины.
Основной целью изучения дисциплины является изучение анализа и
синтеза коммутационных устройств для обеспечения оптимального
выполнения ими заданных функций, а также расчет параметров входящих в
них элементов. Теоретический анализ коммутационных устройств
проводится на конкретных схемотехнических решениях, что позволяет
студентам понимать работу коммутационных устройств на уровне их
принципиальных схем.
2. Место дисциплины в структуре ООП.
Дисциплина относится к «Профессиональному циклу» вариативной
части модуля «Электрические и электронные аппараты», является одной из
важнейших для указанного модуля «Электрические и электронные
аппараты» и имеет самостоятельное значение.
Для успешного освоения дисциплины слушателю необходимо:
знать:
- методы решения дифференциальных уравнений, законы электротехники;
- схемы основных элементов электрических и электронных электрических
аппаратов, их характеристики и области применения;
- принцип действия, конструкцию, основные характеристики и области
применения различных коммутационных устройств.
уметь:
- анализировать и описывать процессы в типовых электрических и
электронных схемах;
- выполнять расчеты рабочих режимов коммутационных аппаратов и
типовых схем на их основе;
- анализировать и описывать установившиеся и переходные процессы в
коммутирующих элементах;
иметь опыт:
- проектирования различных коммутационных устройств;
- выполнения чертежей электронных и электрических коммутирующих
аппаратов, их силовых цепей и цепей управления.
- работы со справочной литературой, стандартами и другими нормативными
материалами.
Пререквизитами данной дисциплины являются: «Физические основы
электроники», «Электрические и электронные аппараты», «Силовые
электрические аппараты», «Основы теории электрических аппаратов».
3. Результаты освоения дисциплины.
Для достижения поставленной цели необходимо научить студентов:
 понимать
и
использовать
характеристики
элементов
коммутационной аппаратуры;
 основным алгоритмам управления, применяемым в коммутационной
аппаратуре;
 правильно
классифицировать
коммутационные
аппараты
преобразователей электрической энергии и описывать основные
электромагнитные процессы;
 самостоятельно проводить расчеты по определению параметров и
характеристик коммутационных устройств;
 самостоятельно проводить элементарные испытания элементов
коммутационных аппаратов и устройств в целом.
В результате освоения дисциплины студент должен:
знать классификацию, назначение, основные схемотехнические
решения коммутационных устройств и понимать принцип действия и
особенности их применения, знать особенности конструкции; основные
уравнения процессов, схемы замещения и характеристики и понимать
принцип действия и алгоритмы управления коммутационных устройств
преобразователей электрической энергии;
уметь использовать полученные знания при решении практических
задач по проектированию, испытаниями и эксплуатации коммутационной
аппаратуры, ставить и решать простейшие задачи моделирования таких
устройств;
владеть
навыками
элементарных
расчетов
и
испытаний
коммутационных аппаратов.
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие
компетенции:
1.Общекультурные:
 способностью к обобщению, анализу, восприятию информации,
постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);
 готовностью к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию
решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7);
 способностью и готовностью владеть основными методами,
способами и средствами получения, хранения, переработки информации,
использовать компьютер как средство работы с информацией (ОК-11);
 способностью и готовностью к практическому анализу логики
различного рода рассуждений, к публичным выступлениям, аргументации,
ведению дискуссии и полемики (ОК-12);
2. Профессиональные:
 способность разрабатывать простые схемы коммутационных
аппаратов для электроэнергетических и электротехнических объектов (ПК9);
 способность использовать методы анализа и моделирования
коммутационных устройств (ПК-11);
 способность графически отображать геометрические образы изделий
и объектов схем коммутации (ПК-12);
 готовность обосновывать принятие конкретного технического
решения при создании коммутационных схем (ПК-14);
 способность рассчитывать элементы коммутационных устройств и
устройства в целом, а также режимы их работы (ПК-15, 16).
4. Структура и содержание дисциплины.
4.1 Аннотированное содержание разделов дисциплины:
1. Введение.
1.1. Роль, место, основные термины и определения схемотехники систем
управления и автоматики.
2. Характеристики, эксплуатационные параметры и применение
коммутаторов.
2.1. Промышленные аналоговые коммутаторы: простейшие
коммутаторы, аналоговые мультиплексоры, матричные коммутаторы.
Понятие, сущность и характеристика особенностей аналоговых
коммутаторов. Статические характеристики аналоговых коммутаторов.
Особенности аналоговых мультиплексоров.
2.2. Особенности электронных коммутаторов и их описание.
Особенности коммутатора на полевых транзисторах.
3. Схемотехника электронных коммутаторов и логических
элементов.
3.1. Электронные ключи. Насыщенный транзисторный ключ на
биполярном транзисторе. Статические, динамические характеристики
электронного ключа. Способы увеличения быстродействия ключа на
биполярном транзисторе.
3.2. Серии логических элементов. Схемотехника РТЛ и ДТЛ.
4. Схемотехника комплектных распределительных устройств.
4.1. Элементы комплектных распределительных устройств.
Высокомощные и вспомогательные контакторы, реле времени, управляющие
реле, выключатели нагрузки, устройства защитного отключения.
5. Схемотехника системы векторного управления двигателями
переменного тока.
5.1. Особенности режимов работы двигателей переменного тока.
Схемотехника нагрузочного асинхронного электрического привода и
элементов подъемно-транспортных механизмов.
5.2. Структура и параметры управления нагрузочным асинхронным
электродвигателем. Характеристика системы управления. Определение
структуры и параметров объекта управления, моделирование процесса,
разработка алгоритма и расчет параметров устройств. Разработка
электрической схемы.
6.
Структурно-параметрический
синтез
регуляторов
электромеханических систем.
6.1. Коммутационные аппараты в составе вентильных схем
управления. Структура и параметры объекта управления. Алгоритм
управления и расчёт параметров элементов структурной схемы. Параметры
регулятора скорости.
5. Образовательные технологии.
Для изучении дисциплины предусмотрены следующие формы
организации учебного процесса: лекции, лабораторные работы,
самостоятельная работа студентов, индивидуальные и групповые
консультации.
Специфика сочетания перечисленных методов и форм организации
обучения отражена в матрице.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов.
6.1. Текущая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний
студента, развитие практических умений включает:
– работу с лекционным материалом, поиск и обзор литературы и
электронных источников информации по индивидуальному заданию;
– опережающую самостоятельную работу;
– изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку;
– подготовку к лабораторным работам;
– подготовку к контрольным работам и зачету;
6.2. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
(ТСР), предусматривает:
– исследовательскую работу и участие в научных студенческих
конкурсах, конференциях, семинарах и олимпиадах;
– анализ научных публикаций по тематике, определенной преподавателем;
– поиск, анализ, структурирование и презентацию информации;
– углубленное исследование вопросов по тематике лабораторных работ.
6.2.
Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине.
1. Примерный перечень научных проблем и направлений научных
исследований:
 оптимизация схемотехнических решений при проектировании
коммутационных устройств;
 разработка алгоритма проектирования коммутационной аппаратуры;
 исследование качества выходных электрических параметров
электрических устройств, содержащих коммутационную аппаратуру.
2. Темы, выносимые на самостоятельную проработку:

перспективы развития коммутационной аппаратуры;

авангардные коммутационные аппараты и их применение в электротехнике и энергетике;
 методы и схемы искусственной коммутации тиристоров (принципы
работы схем, временные диаграммы);
 особенности, достоинства и недостатки контактной и бесконтактной
коммутационной аппаратуры;
6.3
Контроль самостоятельной работы.
Контроль самостоятельной работы студентов и качество освоения
отдельных разделов дисциплины осуществляется посредством:
– защиты лабораторных работ в соответствии графиком выполнения;
– защиты рефератов по выполненным обзорным работам и
проведенным исследованиям;
– результатов ответов на контрольные вопросы;
– опроса студентов по изученному материалу.
Оценка текущей успеваемости студентов определяется в баллах в
соответствии рейтинг-планом, предусматривающем все виды учебной
деятельности.
6.4
Учебно-методическое
студентов.
обеспечение
самостоятельной
работы
При выполнении самостоятельной работы студенты имеют
возможность
пользоваться
специализированными
источниками,
приведенными в разделе 9. «Учебно-методическое и информационное
обеспечение дисциплины» и Internet-ресурсами.
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения
дисциплины.
Для текущей оценки качества освоения дисциплины и её отдельных
разделов разработаны и используются следующие средства:
– контрольные вопросы по отдельным темам и разделам;
– комплект заданий по теоретическим и практическим вопросам в
тестовой форме;
– перечень тем научно-исследовательских работ и рефератов по
наиболее проблемным задачам и вопросам теоретического и практического
плана изучаемой дисциплины;
– комплект задач для закрепления теоретического материала.
Для промежуточной аттестации подготовлен комплект билетов с
теоретическими вопросами.
8. Рейтинг качества освоения дисциплины.
В соответствии с рейтинговой системой текущий контроль
производится ежемесячно в течение семестра путем балльной оценки
качества усвоения теоретического материала (ответы на вопросы) и
результатов практической деятельности (решение задач, выполнение
заданий, решение проблем).
Промежуточная аттестация (зачет) производится в конце семестра также
путем балльной оценки. Итоговый рейтинг определяется суммированием
баллов текущей оценки в течение семестра и баллов промежуточной
аттестации в конце семестра по результатам экзамена или зачета.
Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам (60 – текущая
оценка в семестре, 40 – промежуточная аттестация в конце семестра).
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.
Основная литература:
1. Бондаренко И.Б., Гатчин Ю.А., Иванова Н.Ю., Шилкин Д.А. Соединители
и коммутационные устройства: Учебное пособие. - СПб: СПбГУ ИТМО,
2007. - 151 с.
2. Запорожченко Н.П., Карташевский В.Г., Клиентова Т.Г. Цифровая
коммутационная система АХЕ-10: Учебное пособие для вузов. – М.: Радио и
связь, 2001. – 250 с.
3. Ильин В.Н., Фролкин В.Г., Бутко А.И. и др. Автоматизация
схемотехнического
проектирования.
М.:
Радио
и
связь,
1987. - 368 с.
4. Капустин Н.М., Васильев Г.Н. Автоматизация конструкторского
и технологического проектирования. САПР. Кн. 6. - Минск:
Вышэйшая школа, 1988. - 191 с.
5. Львов Б.Г., Шувалов А.С. Техническое обслуживание новой
коммутационно-регулирующей аппаратуры. - М.: Высшая школа,
1987. - 72 с.
6. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства,
характеристики, применение. Изд-во ДОДЕКА, 2005. – 384 с.
Дополнительная литература:
1. Розанов Ю.К. Силовая электроника: учебник/ Ю. К. Розанов, М. В.
Рябчицкий, А. А. Кваснюк: учебник / Ю. К. Розанов, М. В. Рябчицкий, А. А.
Кваснюк. – М.: Издательский дом МЭИ, 2007. – 632 с.: ил.
2. Сукер К. Силовая электроника : руководство разработчика : пер. с
англ. / К. Сукер. — М. : Додэка- ХХI, 2007. — 252 с. : ил.
3. Семенов Б.Ю. Силовая электроника: от простого к сложному.
Импульсные источники электропитания. Перспективная элементная база.
Основы инженерного проектирования. Практические конструкции.
Необходимая информация на CD-ROM / Б. Ю. Семенов. — М. : СОЛОНПресс, 2008. — 415 с. : ил.
4. Чаки Ф. и др. Силовая электроника (примеры и расчеты) М.:
Энергоиздат, 1981. – 294 с.
Программное обеспечение и Internet-ресурсы:
1. http://www.power-e.ru – журнал силовая электроника;
2. http://www.russianelectronics.ru – портал «Время электроники»;
3. http://www.platan.ru – каталог электронных компонентов.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины.
При изучении дисциплины используется оборудование:
1. Технические средства: компьютер, проектор.
2. Лабораторные стенды:
 Изучение
схемотехники
аппаратуры
управления
на
базе
промышленного логического контроллера EASY 512 и преобразователя
частоты Danfoss FCM 300;
 Изучение схемотехники устройств с преобразователем частоты Danfoss
FCD-300;
 Программирование и работа микропроцессорного блока управления и
защиты асинхронного двигателя;
 Сборка и тестирование комбинационных узлов цифровых устройств;
 Структурно-параметрический
синтез
регуляторов
в
электромеханических системах;
 Схемотехника
комплектного
тиристорного
однофазного
электропривода общепромышленного назначения ЭПУ2;
 Исследование комплектных распределительных устройств.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с
требованиями ФГОС по направлению 140400 «Электроэнергетика и
электротехника» и профилем подготовки: «Электрические и электронные
аппараты».