МАГНИТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано
Утверждаю
___________________
Руководитель ООП
по направлению 210100
декан ЭФ проф. В.А. Шпенст
_______________________
Зав.кафедрой ЭС
проф. В.А. Шпенст
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«МАГНИТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ
УСТРОЙСТВ»
Направление подготовки бакалавра
210100–электроника и наноэлектроника
Профиль промышленная электроника
Квалификация выпускника: бакалавр
Форма обучения:очная
Составитель: доцент каф. ЭС И.И. Растворова
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
1. Цели и задачи дисциплины:
Цель дисциплины «магнитные элементы электронных устройств»
направления
подготовки
наноэлектроника
бакалавра
профиль
200100.62
«промышленная
электроника
электроника»
и
является
формирование у студентов знаний о магнитных элементах, применяемых в
устройствах
преобразования
электрической
энергии,
в
устройствах
автоматики.
Задачи изучения дисциплины: 1) иметь представление о
свойствах магнитных элементов электронных устройств; 2) приобрести
знания о физико-химических процессах, протекающих в магнитных
элементах; 3) уметь ориентироваться среди широкой номенклатуры
магнитных элементов электронной техники; 4) приобрести навыки по
анализу разнообразных магнитных материалов для научного обоснования
выбора наиболее целесообразного материала при решении конкретной
задачи.
2. Место дисциплины в структуре ООП:
Дисциплина «основы преобразовательной техники» относится к
вариативному циклу блока Б3, изучается в пятом семестре.
Для освоения этой учебной дисциплины требуется предварительная
подготовка по учебных дисциплинам «Физика», «Материалы электронной
техники», «Физические основы электроники». Данная дисциплина является
основой для изучения дисциплин «Энергетическая электроника», «Основы
преобразовательной техники».
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс
изучения
следующих компетенций:
дисциплины
направлен
на
формирование
ОК-1 - владеет культурой мышления, способность к обобщению,
анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей еѐ
достижения;
ПК 9 - Способность осуществлять сбор и анализ исходных данных для
расчета и проектирования электронных приборов, схем и устройств
различного функционального назначения
ПК 18 - Способность собирать, анализировать и систематизировать
отечественную и зарубежную научно-техническую информацию по тематике
исследования в области электроники и наноэлектроники
ПК 21 - Готовность анализировать и систематизировать результаты
исследований, представлять материалы в виде научных отчетов, публикаций,
презентаций.
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
- устройство и принцип действия магнитных элементов,
- описание (математическое, графическое) основных процессов в них,
- их основные характеристики и параметры.
Уметь:
- применять магнитные материалы и элементы электронной техники при
конструировании и проектировании электронных устройств,
-
ориентироваться
среди
широкой
номенклатуры
магнитных
материалов электронной техники.
Владеть:
- владеть основами выбора и расчета магнитных элементов для
конкретных практических применений;
- информацией о новейших разработках в области создания и использования
магнитных элементов электронной техники.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет ____4____ зачетные единицы.
Вид учебной работы
Всего
часов
Семестры
Аудиторные занятия (всего)
51
51
Лекций
17
17
Практические занятия (ПЗ)
17
17
Лабораторные работы (ЛР)
17
17
Самостоятельная работа (всего)
57
57
15
15
25
25
экзамен
экзамен
144
144
4
4
1
В том числе:
Реферат
Другие виды самостоятельной работы
Подготовка к практическим занятиям,
лабораторным работам, выполнение
проверочных работ для текущего контроля
знаний.
Вид промежуточной аттестации (экзамен)
Общая трудоемкость
час
зач. ед.
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ Наименование
п/п раздела
дисциплины
1 Электромагнетизм
2
Дроссели
Содержание раздела
Электромагнетизм,
физические
основы.
Динамические процессы при перемагничивании
ферромагнитных материалов. Связь между
электрическими и магнитными величинами для
сердечника
с
обмотками.
Сопротивление
магнитному потоку. Магнитодвижущая сила и
напряженность магнитного поля.
2.1. Сглаживающие дроссели. Особенности
сглаживающих
дросселей.
Подходы
для
определения типоразмеров сердечника дросселей
2.2. Дроссели переменного тока. Отсутствие в
3
Трансформаторы
4
Электромагнитные
преобразователи
дросселях переменного тока подмагничивания
постоянным током. Основные соотношения при
расчете дросселя без подмагничивания. Потери в
дросселе при перемагничивании переменного тока.
3.1. Классификация трансформаторов.
Идеальный трансформатор. Классификация
трансформаторов по уровню мощности, по
назначению,
по
числу
фаз.
Силовой
трансформатор. Автотрансформатор. Разделительные
трансформаторы.
Трансформатор
напряжения.
Импульсные
трансформаторы.
Измерительные трансформаторы. Трансформатор
тока. Измерительно-силовые трансформаторы.
Согласующие трансформаторы. Фазоинвертирующие трансформаторы.
Потери в трансформаторах. Потери в
сердечниках при перемангичивании. Срок службы
трансформаторов.
3.2. Конструкции трансформаторов. Принципы
действия.
Основные
части
конструкции
трансформатора - обмотки; магнитная система
(магнитопровод); система охлаждения. Базовые
концепции
конструкций
трансформаторов:
стержневой тип трансформаторов и броневой.
Алгоритм
расчета
трансформатора.
Конструктивный
расчет
трансформатора,
работающего
в
двухтактном
режиме
перемагничивания. Моделирование сердечника и
процессов в нем. Однотактный
режим
перемагничивания, анализ процессов. Внешние
характеристики трансформаторов. Коэффициент
полезного действия. Трансформаторы в ключевых
схемах.
Режимы
работы
трансформатора.
Номинальный режим работы трансформаторов.
Токи, напряжения и потери энергии в сердечнике
при двуполярном перемагничивании.
3.3. Импульсные трансформаторы. Основное
требование,
предъявляемое
к
импульсным
трансформаторам.
Принцип
передачи
прямоугольного импульса напряжения через
трансформатор.
Трансформаторные датчики, нелинейные
магнитные элементы: управляемые магнитные
ключи, электромагнитные реле. Применение
электромагнитных реле во многих системах
5
Магнитный
усилитель
6
Магнитные
элементы и
материалы
автоматики, управления и защиты электропривода
и защиты энергосистем. Создание усилие в
электромагнитном преобразователе за счет
изменения магнитной энергии.
Механические характеристики электромагнитного
реле. Переходный процесс при включении реле.
Электромагнитная система реле типа РТ-40.
Магнитные накопители энергии – дроссели.
Принцип действия магнитного усилителя (МУ).
Анализ процессов в них: зависимости магнитной
проницаемости
μ
магнитопровода
от
магнитодвижущей силы.
Делитель
переменного
напряжения.
Простейший
нереверсивный дроссельный МУ. Повышение
коэффициента усиления МУ с помощью
применения положительной обратной связи.
Двухтактный магнитный усилитель.
Основные магнитные материалы, применяемые в
преобразовательной технике. Стандартизированные
ряды магнитных элементов.
Важнейшие параметры магнитного материала,
используемого в преобразовательных устройствах
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с
обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
.
№
п/п
Наименование
обеспечиваемых
(последующих)
дисциплин
№ № разделов данной дисциплины, необходимых для
изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
Энергетическая
электроника
Основы
преобразовательной
техники
1
2
1
2
3
+
+
+
+
+
+
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
Наименование раздела дисциплины
№
п/п
Лекц. Практ. Лаб.
зан.
зан.
9
Всего
час.
11
5
10
25
7
6
10
28
5
6
9
22
2
9
11
1
10
11
1
Электромагнетизм
2
2
Дроссели
5
5
3
Трансформаторы
5
4
Электромагнитные
преобразователи
Магнитный усилитель
2
Магнитные элементы и
материалы
5
6
Семин
СРС
6. Лабораторный практикум
№
п/п
1.
2
№ раздела
дисциплины
Наименование лабораторных работ
2
Исследования сглаживающего фильтра
3
Импульсный трансформатор
и формирователь импульсов на его основе
3
4
Исследование дроссельного магнитного
усилителя
7. Практические занятия (семинары)
№
п/п
№ раздела
дисциплины
1
1.
2
2.
Физические и теоретические основы
магнитных элементов и устройств
Расчет сглаживающего дросселя
3
3.
Расчет трансформатора
Тематика практических занятий (семинаров)
Трудоемкость
(час.)
5
7
5
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)
Не предусмотрено
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
9.1. Основная литература
1. Мелешин, В. И. Транзисторная преобразовательная техника / В. И.
Мелешин. - М.: Техносфера, 2005.
9.2. Дополнительная литература
1. Шопен Л.В. Бесконтактные электрические аппараты автоматики. - М.:
Энергия, 1976.
2. Мочалов В.Д. Магнитная микроэлектроника. - М.: Сов. радио, 1977.
3. Свечников Г.М.
Элементы электронных цифровых вычислительных
машин, ч. 2. - Киев: КВИРТУ ПВО, 1970.
4.
Жуховицкий
Б.Я.,
Негневицкий
И.В.
Теоретические
основы
электротехники. ч. 2. - М. - Л.: Энергия, 1965.
5. Сергеенков Б.Н., Кисилев В. М., Акимова Н.Н. Электрические машины:
Трансформаторы. - М.: Высш. школа, 1989.
6. Миловзоров В.П. Электромагнитные устройства автоматики. М.: Высш. школа, 1983.
9.3. Доступ к полнотекстовым базам данных из сети Интранет СПГГУ:
- БД JSTOR полнотекстовая база англоязычных научных журналов
www.jstor.org
- Научная электронная библиотека www.eLibrary.ru (доступ к полным
текстам ряда научных журналов с 2007 по 2009 г. )
9.4. Электронные ресурсы других библиотек:
Национальные отечественныеи зарубежные библиотеки
1. Российская государственная библиотека http://www.rsl.ru
2. Российская национальная библиотека http://www.nlr.ru
3. Всероссийская государственная библиотека иностранной литературы
им. М.И.Рудомино http://www.libfl.ru
4. Библиотека Академии Наук http://www.rasl.ru
5. Библиотека РАН по естественным наукам http://www.benran.ru
6. Государственная публичная научно-техническая библиотека
http://www.gpntb.ru
7. Государственная публичная научно-техническая библиотека Сибирского
отделения РАН http://www.spsl.nsc.ru/
8. Центральная научная библиотека Дальневосточного отделения РАН
http://lib.febras.ru
9. Центральная научная библиотека Уральского отделения РАН
http://www.uran.ru
10. Библиотека Конгресса http://www.loc.gov/index.html
11. Британская национальная библиотека http://www.bl.uk
12. Французская национальная библиотека http://www.bnf.fr
13. Немецкая национальная библиотека http://www.ddb.de
14. Библиотечная сеть учреждений науки и образования RUSLANet
http://www.ruslan.ru:8001/rus/rcls/resources
15. Центральная городская универсальная библиотека им. В.Маяковского
http://www.pl.spb.ru
16. Научная библиотека им. М.Горького Санкт-Петербургского
Государственного университета (СПбГУ) http://www.lib.pu.ru
Фундаментальная библиотека Санкт-Петербургского Государственного
Политехнического университета (СПбГПУ) http://www.unilib.neva.ru/rus/lib/
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной
аудитории, снабженной мультимедийными средствами для презентаций
лекций, видеофайлов практических занятий и демонстрационных
лабораторных работ.
Проведение
лабораторных
занятий
требует
наличия
специализированных учебных стендов по заявленной номенклатуре
лабораторных работ, оснащённых современной контрольно-измерительной
аппаратурой.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с
учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки бакалавра
210100 «Электроника и наноэлектроника».
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Изучение
дисциплины
производится
в
тематической
последовательности. Студенты очной формы обучения работают в
соответствии с временным режимом, установленным учебным рабочим
планом для данных форм обучения. Информация о временном графике работ
сообщается преподавателем на установочной лекции. Преподаватель дает
указания также по организации самостоятельной работы студентов, срокам
сдачи контрольных работ, выполнения лабораторных работ и проведения
тестирования.
Дисциплина «Магнитные элементы электронных устройств», относится
к циклу профессиональных дисциплин. В связи с этим, приступая к ее
изучению, необходимо восстановить в памяти основные сведения из курса
общей физики, математики и указанных выше специальных дисциплин.
Методика и последовательность изучения дисциплины соответствуют
перечню содержания разделов дисциплины. Материал каждой темы насыщен
математическими
соотношениями, физическая интерпретация которых
зачастую достаточно сложна, поэтому изучение материала требует
серьезной, вдумчивой работы.
Изучать дисциплину рекомендуется по темам, предварительно
ознакомившись с содержанием каждой из них по программе учебной
дисциплины. При первом чтении следует стремиться к получению общего
представления об изучаемых вопросах, а также отметить трудные и неясные
моменты. При повторном изучении темы необходимо освоить все
теоретические положения, математические зависимости и выводы.
Рекомендуется вникать в сущность того или иного вопроса, но не пытаться
запомнить отдельные факты и явления. Изучение любого вопроса на уровне
сущности, а не на уровне отдельных явлений, способствует наиболее
глубокому и прочному усвоению материала. Для более эффективного
запоминания и усвоения изучаемого материала, полезно иметь рабочую
тетрадь (можно использовать лекционный конспект) и заносить в нее
формулировки законов и основных понятий, новые незнакомые термины и
названия, формулы, уравнения, математические зависимости и их выводы.
Целесообразно систематизировать изучаемый материал, проводить
обобщения разнообразных фактов, сводить их в таблицы. Подобная методика
облегчает запоминание и уменьшает объем конспектируемого материала. До
тех пор пока тот или иной раздел не усвоен, переходить к изучению новых
разделов не следует. Краткий конспект курса будет полезен при повторении
материала в период подготовки к экзамену.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Рабочая программа предусматривает возможность обучения в рамках
поточно-групповой системы обучения. Для текущего контроля успеваемости
используется устный опрос.
Разработчик:
Каф. ЭС
(место работы)
доцент
(занимаемая должность)
Растворова И.И.
(инициалы, фамилия)