Промислова електроніка та перетворювальна техніка

Мета вивчення дисципліни:
засвоєння студентами елементної бази сучасної електроніки, загальних принципів побудови та режимів роботи напівпровідникових перетворювачів енергії, розрахунків їх характеристик, вивчення та розробки електричних схем сучасних перетворювачів.
Практичне значення та використання отриманих знань:
засвоєння фізичних процесів у електричних ланцюгах з вентилями, головних розрахункових співвідношень у схемах напівпровідникових перетворювачів, а також навчання методам дослідження та розробки цих схем.
Тематика та види навчальних занять

Для денної форми здобуття освіти

Лекційні заняття
Лекція 1. «Вступ. Напівпровідникові перетворювачі в сучасному електроприводі: класифікація, загальний огляд, історія та перспективи розвитку . Випрямні діоди. Основні характеристики і параметри, галузі застосування».
Лекція 2. «Класифікація, різновиди та будова силових тиристорів, симісторів та транзисторів. Фізичні процеси в тиристорі та транзисторі. Польові транзистори. Біполярні транзистори с ізольованим затвором, силові модулі».
Лекція 3. «Напівпровідникові перетворювачі в сучасному електроприводі: класифікація, загальний огляд, історія та перспективи розвитку. Огляд основних елементів силової напівпровідникової техніки».
Лекція 4. «Фізичні процеси в однофазних схемах тиристорних перетворювачів (ТП) в режимі випрямляча: однофазна однопульсна схема, однофазна нульова схема, однофазна мостова схема».
Лекція 5. «Розрахункові співвідношення і принцип роботи багатофазних схем. Нульова трифазна схема випрямляча: некерований режим роботи, особливості керування, робота на активне навантаження, робота на активно–індуктивне навантаження. Зовнішні характеристики керованого випрямляча. Фізичні процеси в багатофазних ТП при комутації вентилів».
Лекція 6. «Особливості роботи мостових трифазних схем: некерований режим роботи, особливості керування, робота на активне навантаження, робота на активно–індуктивне навантаження. Особливості вибору вентилів ТП».
Лекція 7. «Особливості роботи мостових трифазних схем: некерований режим роботи, особливості керування, робота на активне навантаження, робота на активно–індуктивне навантаження, робота ТП в режимі керованого випрямляча на активно – індуктивне навантаження з ЕРС.. Особливості вибору вентилів ТП. Регулювальна характеристика, зовнішня характеристика: особливості, методика побудови».
Лекція 8. «Інвертори, відомі мережею: особливості інверторного режиму роботи тиристорних перетворювачів. Робота однофазної нульової схеми ТП в інверторному режимі. Трифазний інвертор, відомий мережею».
Лекція 9. «Реверсивні ТП: схеми, роздільне та спільне керування групами вентилів. Енергетичні характеристики тиристорних перетворювачів. Поліпшення гармонійного складу напруги і струму керованих випрямлячів».
Лекція 10. «Способи імпульсного перетворення напруги постійного струму. Широто – імпульсні перетворювачі (ШІП): класифікація, принцип дії. Нереверсивна одно ключова схема ШІП. Двох ключова схема ШІП. Реверсивний ШІП, симетричний та несиметричний закони керування».
Лекція 11. «Широто – імпульсні перетворювачі постійного струму збільшення та зменшення вихідної напруги».
Лекція 12. «Автономні інвертори: класифікація, принцип дії. Однофазний автономний інвертор напруги (АІН). Трифазний АІН з однократною комутацією вентилів».
Лекція 13. «Трифазний АІН з широто – імпульсною модуляцією».
Лекція 14. «Трифазні тиристорні перетворювачі напруги (ТПН), безпосередні перетворювачі частоти (БПЧ), перетворювачі частоти (ПЧ) з ланкою постійного струму: класифікація, принцип дії, особливості розрахунку».
Лекція 15. «Високовольтні трифазні тиристорні перетворювачі напруги, перетворювачі частоти: особливості схем силових ланцюгів, галузі застосування».

Практичні заняття
Практичне заняття №1. «Вивчення роботи однофазних тиристорних перетворювачів в режимі випрямляча».
Мета заняття: Придбання навичок аналізу роботи однофазних тиристорних перетворювачів та розрахунків їх параметрів.
Практичне заняття №2. «Вивчення роботи трифазних нереверсивних перетворювачів в режимі випрямляча».
Мета заняття: Придбання навичок аналізу роботи трьохфазних тиристорних перетворювачів з нульовою та мостовою схемами, які працюють в режимі випрямляча.
Практичне заняття №3. «Вивчення особливостей роботи тиристорних перетворювачів в режимі випрямляча з урахуванням явища комутації та на навантаження з проти ЕРС».
Мета заняття: Придбання навичок аналізу роботи трьохфазних тиристорних перетворювачів, що працюють в режимі випрямлячів з урахування явища комутації. Придбання навичок аналізу роботи однофазних та трьохфазних тиристорних перетворювачів, які працюють на навантаження з проти ЕРС.
Практичне заняття №4. «Вивчення роботи трифазних нереверсивних перетворювачів в режимі інверторів відомих мережею».
Мета заняття: Придбання навичок аналізу роботи трифазних тиристорних перетворювачів з нульовою та мостовою схемами, які працюють в режимі інверторів відомих мережею.
Практичне заняття №5. «Вивчення роботи різних схем ШІП постійного струму».
Мета заняття: Придбання навичок аналізу роботи нереверсивної одно ключової схема ШІП, двох ключової схема ШІП, реверсивного ШІП з симетричним та несиметричним законами керування, побудови діаграм серумів і напруг.
Практичне заняття №6. «Вивчення роботи безпосереднього перетворювача частоти».
Мета заняття: Придбання навичок аналізу роботи трифазного безпосереднього перетворювача частоти.
Практичне заняття №7. «Вивчення роботи автономних інверторів напруги».
Мета заняття: Придбання навичок аналізу роботи та синтезу однофазного та трьохфазного автономних інверторів.

Лабораторне заняття
Лабораторне заняття № 1. «Основи побудови та моделювання електричних схем перетворювальних пристроїв. Дослідження силових напівпровідникових діодів, тиристорів, симісторів, транзисторів».
Мета заняття: Оволодіння навичками моделювання елементарних схем перетворювальних пристроїв. Вивчення роботи діодів, тиристорів, транзисторів, визначення їх характеристик та параметрів.
Лабораторне заняття № 2. «Дослідження трьохфазного керованого випрямляча (КВ) за нульовою схемою».
Мета заняття: Вивчення фізичних процесів у трьохфазному нульовому керованому випрямлячі, оволодіння методикою розрахунків характеристик.
Лабораторне заняття № 3. «Дослідження трьохфазного КВ за мостовою схемою».
Мета заняття: Вивчення фізичних процесів у трьохфазному мостовому керованому випрямлячі, оволодіння методикою розрахунків характеристик.
Лабораторне заняття № 4. «Дослідження реверсивного трифазного тиристорного перетворювача».
Мета заняття: Вивчення фізичних процесів у реверсивному тиристорному перетворювачі, оволодіння методикою розрахунків характеристик.
Лабораторне заняття № 5. «Дослідження реверсивного широтно–імпульсного перетворювача постійного струму з симетричним та несиметричним керуванням».
Мета заняття: Вивчення фізичних процесів у реверсивному широтно–імпульсному перетворювачі постійного струму, оволодіння методикою розрахунків характеристик.
Лабораторне заняття № 6. «Дослідження широтно–імпульсних регуляторів постійного струму: DC-DC підвищувальний напругу, знижувальний напругу, інвертуючий напругу, зворотно ходовий».
Мета заняття: Вивчення фізичних процесів в широтно–імпульсних регуляторах постійного струму DC-DC.
Лабораторне заняття № 7. «Дослідження однофазного автономного інвертора напруги».
Мета заняття: Вивчення фізичних процесів у однофазному автономному інверторі, оволодіння методикою розрахунків характеристик.
Лабораторне заняття № 8. «Дослідження трьохфазного автономного інвертора напруги».
Мета заняття: Вивчення фізичних процесів у трифазному автономному інверторі з широтно–імпульсною модуляцією, оволодіння методикою розрахунків характеристик.

Для заочної форми здобуття освіти

Лекційні заняття
Лекція 1. «Перетворювачі постійного струму: трифазні керовані випрямлячі, реверсивні широтно–імпульсні перетворювачі, імпульсні регулятори DC-DC».
Лекція 2. «Перетворювачі змінного струму: трифазні тиристорні перетворювачі напруги (ТПН), безпосередні перетворювачі частоти (БПЧ), перетворювачі частоти (ПЧ) з ланкою постійного струму, особливості схем силових ланцюгів високовольтних трифазних перетворювачів».

Практичні заняття
Практичне заняття №1. «Розрахунок та побудова зовнішніх, регулювальних характеристик реверсивних керованих випрямлячів».
Мета заняття: Оволодіння методикою розрахунків характеристик

Лабораторне заняття
Лабораторне заняття № 1. «Дослідження трьохфазного керованого випрямляча за нульовою та мостовою схемами».
Мета заняття: Вивчення фізичних процесів у трьохфазних нульовому та керованому випрямлячі, оволодіння методикою розрахунків характеристик.
Лабораторне заняття № 2. «Дослідження трьохфазного автономного інвертора напруги».
Мета заняття: Вивчення фізичних процесів у трифазному автономному інверторі з широтно–імпульсною модуляцією, оволодіння методикою розрахунків характеристик.
Консультації здійснюються впродовж семестру згідно встановленого розкладу.

Індивідуальна робота

Курсова робота

Мета курсової роботи – закріплення теоретичних знань та придбання навичок з розрахунку та проектування напівпровідникових перетворювачів частоти для електроприводів з можливістю рекуперації енергії в мережу живлення.
Здобувач отримує завдання на першому в семестрі практичному занятті.
Пояснювальна записка містить 35-40 сторінок Кількість розділів – 8. Графічна частина – один аркуш креслень формату А3.
Змістовна послідовність виконання роботи.
Вступ
1. Вибір схеми перетворювача. Проектування автономного інвертора напруги. Розрахунок параметрів та вибір транзисторних ключів (модулів) АІН.
2. Вибір схеми реверсивного керованого випрямляча. Вибір та розрахунок параметрів силового узгоджувального трансформатора або струмообмежувальних реакторів на вході. Визначення параметрів та вибір тиристорів керованого випрямляча. Розрахунок параметрів силового контуру керованого випрямляча.
3. Розрахунок параметрів фільтра, вибір його елементів: конденсаторів, згладжуючого дроселю. Розрахунок параметрів та вибір елементів захисту перетворювача частоти.
4. Перелік обраних елементів електрообладнання та комплектуючих
5. Аналіз роботи силової частини керованого випрямляча. Побудова зовнішніх характеристик в режимі випрямлення та інвертування, обмежувальних характеристик, регулювальної характеристики. Побудова діаграм струму та напруги на виході КВ.
6. Аналіз роботи АІН. Побудова діаграм струмів і напруг для заданих частот на виході ПЧ.
7. Аналіз функціонування систем управління КВ і АІН.
8. Принципова схема силового ланцюга ПЧ з ланкою постійного струму.
Висновок
Захист курсової роботи – протягом останнього навчального тижня семестру.
Контрольна робота для здобувачів заочної форми

Завдання для виконання контрольної роботи здобувач отримує на установчій лекції.
Робота містить 5 теоретичних питань та 2 практичних завдання.
Обсяг відповіді на кожне теоретичне питання: не менше, ніж 2 сторінки машинописного тексту. Текст відповіді повинен бути виконаний самостійно, а не скопійованим з навчального посібника.
Практичне завдання №1. «Побудова діаграм струмів і напруг однофазного симісторного регулятора змінної напруги». Практичне завдання №2. «Побудова діаграм струмів і напруг в нереверсивній одно ключовій схемі ШІП».
Термін надання виконаної контрольної роботи на перевірку – не пізніше, ніж за місяць до початку сесії.

Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання

Для денної форми здобуття освіти

Поточний контроль полягає у виконанні
1) восьми лабораторних робіт. Кожна самостійно виконана лабораторна робота оцінюється у 5 балів (разом - 40 балів);
2) двох індивідуальних поточних завдань. Індивідуальні поточні завдання виконуються письмово і полягають в розв'язуванні типових задач відповідно до варіанту завдань. Бездоганне виконання кожного індивідуального поточного завдання оцінюється у 5 балів (разом - 10 балів);
3) двох модульних контрольних робіт. Модульні контрольні роботи складаються з теоретичної і практичної частин та проводяться у формі комп'ютерного тестування. Бездоганне виконання кожної модульної контрольної роботи становить 25 балів.
4) курсової роботи. Бездоганне виконання оцінюється у 60 балів. Захист роботи – 40 балів. Максимальна оцінка, яку може отримати студент – 100 балів. Мінімальна оцінка, яка дозволяє вважати курсову роботу прийнятою і зарахованою - 60 балів.
Підсумковий контроль – екзамен. Екзамен усний. Максимальна оцінка, яку може отримати студент – 100 балів.

Для заочної форми здобуття освіти

Виконання і захист контрольної роботи. Бездоганне виконання контрольної роботи оцінюється у 50 балів. При її захисті здобувач може отримати додатково до 10 балів.
Виконанні двох лабораторних робіт, кожна оцінюється у 5 балів (разом - 10 балів);
Контроль у формі комп'ютерного тестування. Бездоганне виконання тестового контролю роботи становить 30 балів.
Захист курсової роботи. Бездоганне виконання курсової роботи оцінюється у 60 балів, захист роботи – 40 балів. Максимальна оцінка, яку може отримати здобувач – 100 балів. Мінімальна оцінка, яка дозволяє вважати курсову роботу прийнятою і зарахованою - 60 балів.
Підсумковий контроль – екзамен. Екзамен усний. Максимальна оцінка, яку може отримати здобувач – 100 балів. Мінімальна оцінка, яка дозволяє вважати екзамен зданим і зарахованим - 60 балів.