общекультурных компетенций (ОК-4),
общепрофессиональных (ОПК-4),
профессиональных компетенций (ПК-7, ПК-8),
профессионально-специализированных компетенций (ПСК-1) выпускника.
2. Место дисциплины в структуре образовательной программы
Данная учебная дисциплина входит в вариативную часть профессионального цикла М.2 ООП по направлению подготовки 13.04.02 Электроэнергетика и электротехника, магистерская программа «Cистемы силовой электроники в электротехнологиях».
Для изучения дисциплины необходимы компетенции, сформированные у студента в результате освоения дисциплин ООП подготовки бакалавра: «Силовая электроника», «Электронные преобразовательные устройства и системы», «Электронные промышленные устройства».
Математические и естественнонаучные дисциплины, а также дисциплины профессионального цикла ООП подготовки бакалавра и ООП подготовки магистра формируют «входные» знания, умения необходимые для изучения дисциплины «Проектирование высокочастотных источников питания»:
- знание базовых методов информационных технологий, основные приемы работы с компьютером, основные требования информационной безопасности;
- знание физических принципов работы электронных приборов и устройств, правила построения схем, основные принципы конструирования установок силовой электроники, основные программные средства для проведения расчетов и численного моделирования их параметров и характеристик;
- методы анализа и расчета характеристик электрических цепей;
- умение работать с компьютером с применением необходимого программного обеспечения в области профессиональной деятельности;
- умение анализировать физические процессы, протекающие в приборах, схемах, устройствах и установках силовой электроники, строить простейшие математические модели и рассчитывать на их основе основные параметры и характеристики твердотельных электронных приборов и устройств, технологических процессов, схем с данными приборами, технологических установок
- владение навыками построения простейших физических и математических моделей электронных приборов, схем, устройств и установок силовой электроники, навыками использования стандартных программных средств расчета их параметров и характеристик и их компьютерного моделирования.
В свою очередь, дисциплина «Проектирование высокочастотных источников питания» является основой для изучения следующих дисциплин: «Проектирование устройств промышленной электроники», «Обеспечение электромагнитной совместимости устройств силовой электроники», «Надежность электронных приборов и устройств», защита выпускной квалификационной работы, включая подготовку к защите и процедуру защиты, научно-исследовательская работа (рассред.), производственная, преддипломная практика.
Дисциплина изучается на 6 курсе в 11 семестре.
3. Перечень результатов обучения по дисциплине, соотнесённых с планируемыми результатами освоения образовательной программы
В результате освоения дисциплины обучающийся должен овладеть следующими компетенциями:
| Код компетенции по ООП ВО | Содержание компетенции | В результате изучения дисциплины студенты должны | ||
| знать | уметь | владеть | ||
| ОК-4 | Способность адаптироваться к изменяющимся условиям, переоценивать накопленный опыт, анализировать свои возможности | основные методы организации научно- исследовательской деятельности в сфере силовой электроники | анализировать свои возможности, переоценивать накопленный опыт, систематизировать и структурировать необходимую информацию для решения задач в области моделирования электрических принципиальных схем ВИП | способами получения современной информации для эффективного решения задач моделирования принципиальных электрических схем и проектирования ВИП |
| ОПК-4 | Способность самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения в своей предметной области | теоретические основы физических явлений и взаимодействий в электронике | использовать традиционные и современные информационные ресурсы для получения новых знаний, анализировать полученную информацию для приобретения новых умений и навыков. | навыками практической работы с современными информационными средствами и средами, способностями получения новых знаний в сфере профессиональной деятельности. |
| ПК-7 | Готовность определять цели, осуществлять постановку задач проектирования электронных приборов, схем и устройств различного функционального назначения, подготавливать технические задания на выполнение проектных работ | основные методы и подходы к проектированию электронных устройств различного функционального назначения | осуществлять постановку задач проектирования ВИП | навыками подготовки технического задания на выполнение проектных работ. |
| ПК-8 | Способность проектировать устройства, приборы и системы электронной техники с учетом заданных требований | основные методы расчета и проектирования систем электроснабжения, а также отдельных ее узлов | проектировать, проводить моделирование работы ВИП | методами расчета и проектирования систем электроснабжения, а также отдельных ее узлов с учетом заданных требований; навыками по оценки технического состояния и работоспособности устройств силовой |
| ПСК-1 | Способность анализировать параметры и требования источников питания, а также характеристики нагрузки, как основы технического задания для проектирования | элементную базу импульсных преобразователей; основные схемы импульсных преобразователей электроэнергии, их назначения и функции, а так же методы управления ими | выбирать схемы импульсных преобразователей для конкретного применения; производить инженерный расчет импульсных преобразователей в соответствии с требованиями технического задания; разрабатывать системы управления проектируемыми преобразователями | современными программными средствами моделирования импульсных преобразователей; навыками проведения исследований оценки и оформления результатов исследований |
4. Объем и виды занятий по дисциплине
| Код, направление подготовки, Профиль подготовки (магистерская программа) | Курс | Семестр | Трудоемкость (в з.е.) | Количество часов | Форма контроля | |||||
| Общее | Лекции | Практические занятия | Лабораторные работы | Консультации | СРС | Пром. контроль | ||||
| 13.04.02 Электроэнергетика и электротехника (магистерская программа «Системы силовой электроники в электротехнологиях») | Очная форма обучения | |||||||||
| – | Экзамен | |||||||||
| Заочная форма обучения | ||||||||||
| – | Экзамен |
5. Содержание дисциплины
Тема 1. Импульсные преобразователи.
Элементная база преобразовательной техники. Основные типы вентилей. Полупроводниковый диод. Однооперационный тиристор. Биполярный транзистор. Полевой транзистор. Биполярный транзистор с изолируемым затвором (IGВТ). Снабберные цепи. Назначения и схема включения. Реакторы, трансформаторы, конденсаторы.
Энергетические показатели качества преобразования энергии. Математические модели преобразователей. Методы расчета энергетических показателей преобразователей.
Система моделирования электронных устройств. Изучается система моделирования электронных устройств (MATLAB – SIMULINC), инструментарий, способы графического изображения и корректировки схем, элементная библиотека, принципы настройки параметров.
Широтно-импульсные преобразователи. Характеристики. Достоинства и недостатки. Импульсные преобразователи постоянного тока (ИППТ). Нереверсивные ИППТ. ИППТ повышающие, понижающие и инвертирующие. Рекуперирующие преобразователи. Преобразователь Кука. Реверсивные ИППТ. Симметричный, несимметричный и поочередный законы управление реверсивными ИППТ.
Тема 2. Системы управления импульсными преобразователями. Требования к системам управления вентильными преобразователями. Классификация систем управления. Аналоговые и цифровые системы управления. Особенности формирования импульсов управления для преобразователей с широтно-импульсной модуляцией.
Очная форма обучения
| Темы лекций | ч | Темы практических занятий | ч | Компетенции | |
| Элементная база преобразовательной техники. Основные типы вентилей. Полупроводниковый диод. Однооперационный тиристор. Биполярный транзистор. | Система моделирования электронных устройств (MATLAB – SIMULINC), инструментарий, способы графического изображения и корректировки схем, элементная библиотека, принципы настройки параметров. | ОК-4 ОПК-4 ПК-7 ПК-8 ПСК-1 | |||
| Полевой транзистор. Биполярный транзистор с изолируемым затвором (IGВТ). | |||||
| Снабберные цепи. Назначения и схема включения. Реакторы, трансформаторы, конденсаторы. | |||||
| Энергетические показатели качества преобразования энергии. Математические модели преобразователей. Методы расчета энергетических показателей преобразователей. | |||||
| Расчет и исследование понижающего, повышающего и повышающе-понижающего импульсных преобразователей | |||||
| Система моделирования электронных устройств. Изучается система моделирования электронных устройств (MATLAB – SIMULINC), инструментарий, способы графического изображения и корректировки схем, элементная библиотека, принципы настройки параметров. | |||||
| Широтно-импульсные преобразователи. Характеристики. Достоинства и недостатки. | |||||
| Импульсные преобразователи постоянного тока (ИППТ). | |||||
| Нереверсивные ИППТ. ИППТ повышающие, понижающие и инвертирующие. Рекуперирующие преобразователи. Преобразователь Кука. | Исследование мостового широтно-импульсного преобразователя с симметричным законом управления | ||||
| Реверсивные ИППТ. Симметричный, несимметричный и поочередный законы управление реверсивными ИППТ. | |||||
| Системы управления импульсными преобразователями. Требования к системам управления вентильными преобразователями. Классификация систем управления. | |||||
| Аналоговые и цифровые системы управления. Особенности формирования импульсов управления для преобразователей с широтно-импульсной модуляцией. | |||||
| Всего |
Заочная форма обучения
| Темы лекций | ч | Темы практических занятий | ч | Компетенции |
| Импульсные преобразователи | Расчет и исследование понижающего, повышающего и повышающе-понижающего импульсных преобразователей | ОК-4 ОПК-4 ПК-7 ПК-8 ПСК-1 | ||
| Системы управления импульсными преобразователями | Исследование мостового широтно-импульсного преобразователя с симметричным законом управления | ОК-4 ОПК-4 ПК-7 ПК-8 ПСК-1 | ||
| Всего |
Самостоятельная работа включает проработку материалов лекций, подготовку к практическим занятиям, самостоятельное изучение материала, подготовку к текущему контролю и подготовку к экзамену.
По плану СРС – 36 часов (очная форма обучения) и 98 часов (заочная форма обучения).
При организации внеаудиторной самостоятельной работы по данной дисциплине используются следующие ее формы и распределение бюджета времени на СРС:
| № п/п | Вид самостоятельной работы | Очная форма обучения | Заочная форма обучения |
| Проработка материала лекций | |||
| Подготовка к практическим занятиям | |||
| Самостоятельное изучение материала | |||
| Подготовка к текущему контролю | |||
| Подготовка к экзамену | |||
| Всего |
Учебно-методическая карта дисциплины: График аудиторных занятий, самостоятельной работы, текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации студентов
Очная форма обучения
| Номер недели | |||||||||||||||||||
| Аудиторные занятия час | |||||||||||||||||||
| Лекции | |||||||||||||||||||
| Лабораторные работы | |||||||||||||||||||
| Практические занятия | |||||||||||||||||||
| Другие виды работы | |||||||||||||||||||
| Самостоятельная работа час | |||||||||||||||||||
| Курсовой проект (КП) | |||||||||||||||||||
| Курсовая работа (КР) | |||||||||||||||||||
| Расчётное задание (РЗ) | |||||||||||||||||||
| Реферат | |||||||||||||||||||
| Другие виды работы | |||||||||||||||||||
| Формы текущего контроля успеваемости | |||||||||||||||||||
| Коллоквиум (КЛ) | + | + | |||||||||||||||||
| Контрольная работа (К) | |||||||||||||||||||
| Контрольный опрос (КО) | |||||||||||||||||||
| Защита лабораторных работ (ЗР) | |||||||||||||||||||
| Другие виды текущего контроля | |||||||||||||||||||
| Форма промежуточной аттестации | |||||||||||||||||||
| экзамен | Экз |
Учебно-методическая карта дисциплины: График аудиторных занятий, самостоятельной работы, текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации студентов
Заочная форма обучения
| Номер недели | |||||||||||||||||||
| Аудиторные занятия час | |||||||||||||||||||
| Лекции | |||||||||||||||||||
| Лабораторные работы | |||||||||||||||||||
| Практические занятия | |||||||||||||||||||
| Другие виды работы (КР) | |||||||||||||||||||
| Самостоятельная работа час | |||||||||||||||||||
| Курсовой проект (КП) | |||||||||||||||||||
| Курсовая работа (КР) | |||||||||||||||||||
| Расчётное задание (РЗ) | |||||||||||||||||||
| Реферат | |||||||||||||||||||
| Другие виды работы | |||||||||||||||||||
| Формы текущего контроля успеваемости | |||||||||||||||||||
| Коллоквиум (КЛ) | |||||||||||||||||||
| Контрольная работа (К) | + | ||||||||||||||||||
| Контрольный опрос (КО) | |||||||||||||||||||
| Защита лабораторной работы (ЗР) | |||||||||||||||||||
| Другие виды текущего контроля | |||||||||||||||||||
| Форма промежуточной аттестации | |||||||||||||||||||
| экзамен | Экз |
6. Фонд оценочных средств для проведения текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации студентов по дисциплине
При оценивании сформированности компетенций по дисциплине используется 100-балльная шкала.
Перечень компетенций по дисциплине
| Код и наименование компетенции | Способ оценивания | Оценочное средство |
| ОК-4 ОПК-4 ПК-7 ПК-8 ПСК-1 | Экзамен | Комплект контролирующих материалов для экзамена |
Критерии оценки знаний студентов.
Всего по текущей работе в семестре студент может набрать 100 баллов, в том числе:
- устный опрос на коллоквиумах – всего 40 баллов;
- практические работы – всего 60 баллов.
Экзамен проставляется автоматически, если студент набрал по текущей работе не менее 60 баллов и отчитался за все практические работы. Минимальное количество баллов по каждому из видов текущей работы составляет 60% от максимального.
Экзамен по дисциплине «Проектирование высокочастотных источников питания» проводится в форме устного экзамена. Экзаменационный билет включает два вопроса из приводимого ниже перечня. Ответ на каждый вопрос оценивается из 50 баллов. Результат экзамена – максимум 100 баллов.
Шкала оценки: национальная и ECTS
| Сумма баллов за все виды учебной деятельности | Оценка ECTS | Оценка по национальной шкале |
| 90 - 100 | А | отлично |
| 82-89 | В | хорошо |
| 74-81 | С | |
| 64-73 | D | удовлетворительно |
| 60-63 | Е | |
| 35-59 | FX | неудовлетворительно с возможностью повторного составления |
| 0-34 | F | неудовлетворительно с обязательным повторным изучением дисциплины |
6.1 Вопросы для подготовки к экзамену
1. Элементная база преобразовательной техники. Основные типы вентилей.
2. Полупроводниковый диод.
3. Однооперационный тиристор.
4. Биполярный транзистор.
5. Полевой транзистор.
6. Биполярный транзистор с изолируемым затвором (IGВТ). Снабберные цепи.
7. Реакторы, трансформаторы, конденсаторы.
8. Энергетические показатели качества преобразования энергии.
9. Математические модели преобразователей.
10. Методы расчета энергетических показателей преобразователей.
11. Нереверсивные ИППТ. ИППТ повышающие, понижающие и
инвертирующие.
12. Рекуперирующие преобразователи. Преобразователь Кука.
13. Реверсивные ИППТ. Симметричный, несимметричный и поочередный законы управление реверсивными ИППТ.
14. Требования к системам управления вентильными преобразователями. Классификация систем управления.
15. Аналоговые и цифровые системы управления.
16. Особенности формирования импульсов управления для преобразователей с широтно-импульсной модуляцией.
6.2 Тематика и содержание заданий для заочной формы обучения
6.2.1 Приведите силовую схему импульсного регулятора постоянного напряжения (ИРПН) в соответствии с данными таблицы 6.2.1. Рассчитайте и выберите элементы схемы (коэффициент пульсации выходного напряжения не более 5%). Предложите схему системы управления таким ИРПН. Опишите принцип действия этих схем, иллюстрируя ответ временными диаграммами токов и напряжений.
Таблица 6.2.1 – Варианты заданий по п. 6.3.1
| Номер варианта | 1, 21 | 2, 22 | 3, 7, 23 | 4,10, 24 | 5, 25 | 11, 16 | 12, 17 | 9,13, 18 | 8,14, 19 | 6,15, 20 |
| Тип ИРПН | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I |
Входное
напряжение, В;  10%
| ||||||||||
| Выходное напряжение, В | ||||||||||
| Номинальный выходной ток, А | 0,5 |
Примечания: I – понижающий ИРПН; II – повышающий ИРПН;
III – инвертирующий ИРПН.
6.3 Тематика и содержание курсового проекта.
Курсовой проект не предусмотрен рабочей программой.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература
1. Герман-Галкин, С.Г. Широтно-импульсные преобразователи / С.Г. Герман-Галкин. Л.: Энергия, 1979. 96 с.: ил.
2. Денисов, А.И. Импульсные преобразователи в системах электропитания / А.И. Денисов, С.А. Димаров. К.: Техніка, 1978. 184 с.: ил.
3. Александров, Ф.И. Импульсные полупроводниковые преобразователи и стабилизаторы постоянного напряжения. Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1970. 188с.: ил.
Дополнительная литература
1. Зельдин, Е.А. Импульсные устройства на микросхемах / Е.А. Зельдин. М.: Радио и связь, 1991. 160с.: ил.
2. Ерофеев, Ю.Н. Импульсная техника: учеб. пособие для радиотехн.специальностей вузов / Ю.Н. Ерофеев. М.: Высшая школа, 1984. 392 с.: ил.
Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети Интернет, необходимых для освоения дисциплины
1. Сайт дистанционного обучения ДонГТУ https://do.dstu.education
2. Научная библиотека ГОУ ВПО ЛНР «ДонГТУ» https://library.dstu.education
3. Электронно-библиотечная система ФГБОУ ВО «БГТУ им. В.Г. Шухова» https://ntb.bstu.ru
4. ЭБС Издательства "ЛАНЬ" https://e.lanbook.com/
5. Образовательный математический сайт. Раздел SimPowerSystems
https://matlab.exponenta.ru/simulink/default.php
6. И.В. Черных. «Simulink: Инструмент моделирования динамических систем» https://matlab.exponenta.ru/simulink/book1/index.php
Учебно-методические материалы и пособия,
используемые студентами при изучении дисциплины
1. Методические указания для практических работ по дисциплине «Проектирование высокочастотных источников питания»: (для студ. направл. подг. 13.04.02 Электроэнергетика и электротехника 6 курса всех форм обучения) / сост. А.М. Афанасьев; Каф. Радиофизики и электроники. Алчевск: ГОУ ВПО ЛНР ДонГТУ, 2020. 28 с.
8. Условия реализации дисциплины
Организационно-методическими формами учебного процесса являются лекции, лабораторные работы, подготовка письменных работ, сдача экзамена. В ходе образовательного процесса применяются различные дидактические приемы и средства.
Реализация программы учебной дисциплины «Проектирование высокочастотных источников питания» требует наличия мультимедийной лекционной аудитории силовой электроники и автоматизированных систем управления, компьютерного класса.
Оборудование мультимедийной лекционной аудитории кафедры РФ (аудитория 206, корпус 3):
- посадочные места по количеству обучающихся;
- рабочее место преподавателя;
- технические средства обучения: проектор EPSON EMP-X5; домашний кинотеатр HT-475; С/б АМD Sempron 140 2.71.
Оборудование лаборатории преобразовательной и микропроцессорной техники кафедры РФ (аудитория 203, корпус 3):
- ПТК AMD AthlonX2 255 (1 шт.);
- ПТК AMD AthlonX2 250 (1 шт.);
- ПТК Celeron420 (1 шт.);
- ПТК AMD Athlon 64×2 Dual Core5200+ (1 шт.);
- ПТК AMD Sempron140 2.71 (1шт.);
- стенд лабораторный для исследования автономных инверторов тока, автономных инверторов напряжения, импульсных источников питания, схем на полупроводниковых ключах (6 шт.);
- демонстрационные платы DM183021 (2 шт.);
- DM-00020 (1 шт.);
- адаптер АС002013, АС300020, АС300021 (3 шт.);
- отладочный комплект Anadigm Designer (1 шт.);
- отладочная плата Altera de2 (1шт.);
- генератор сигналов низкочастотный Г3-112 (1 шт.);
- источник питания универсальный (2 шт.);
- вольтметр универсальный В7-16а (4 шт.);
- мост универсальный измерительный Е7-4 (1 шт.);
- микротренажер МТ1804 (5 шт.);
- регистратор электронный (1 шт.).
- лабораторная мебель: столы, стулья для студентов (по количеству обучающихся), рабочее место преподавателя.
Для выполнения самостоятельной работы магистранты могут воспользоваться компьютерными классами кафедры с 8 до 16 часов, имеющими доступ к электронно-библиотечной системе, электронной библиотеке университета и электронной информационно-образовательной среде.
Имеется также компьютерный класс библиотеки ДонГТИ.