Файл: Учебнометодическое пособие по учебной дисциплине Силовая преобразовательная техника.pdf

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Белорусский национальный технический университет
Филиал БНТУ
«Минский государственный политехнический колледж»
Электронное учебно-методическое пособие по учебной дисциплине
«Силовая преобразовательная техника»
для специальности 2- 53 01 05 «Автоматизированные электроприводы»
Минск 2020

Автор:
Шорохова П.В.
Рецензенты:
Метлицкая О.А., преподаватель спецдисциплин филиала БНТУ «МГПК»,
Улащик Н.М., старший преподаватель кафедры «Электропривод и АПУ и ТК»
БНТУ
Учебно-методическое пособие предназначено для самостоятельного и дистанционного изучения учебной дисциплины «Силовая преобразовательная техника» учащимися специальности 2-53 01 05 «Автоматизированные электроприводы». В учебно-методическом пособии представлен теорети- ческий и практический материал, а также материал, обеспечивающий контроль знаний для проведения текущей и итоговой аттестации.
Белорусский национальный технический университет.
Филиал БНТУ “Минский государственный политехнический колледж”. пр - т Независимости, 85, г. Минск, Республика Беларусь
Тел.: (017) 292-13-42 Факс: 292-13-42
E-mail: mgpk@bntu.by http://www.mgpk.bntu.by/
Регистрационный № ЭИ БНТУ/МГПК – 06.2020
© БНТУ, 2020
©Шорохова П.В., 2020

Содержание
Пояснительная записка
Выписка изучебного плана
Междисциплинарные связи
Типовая учебная программа
Примерный тематический план
Содержание программы
Критерии оценки результатов учебной деятельности учащихся
Литература
Тематический план
Перечень существенных и несущественных ошибок
Перечень разделов и тем учебной программы
Теоретический материал
Занятия 1-5
Занятия 6-10
Занятия11-15
Занятия16-20
Занятия21-25
Занятия26-30
Занятия31-35
Практический материал
Методические указания для проведения лабораторных и практических работ
Методические указания для выполнения курсового проекта
Самоконтроль знаний
Перечень вопросов к входному контролю
Перечень вопросов к тематическому контролю №1
Перечень вопросов к тематическому контролю №2
Перечень вопросов к тематическому контролю №3
Перечень вопросов к ОКР№1
Перечень вопросов к ОКР№2
Перечень учебных изданий

Пояснительная записка
Типовая учебная программа учебной дисциплины «Силовая преобразовательная техника» (далее − программа) предусматривает изучение принципов построения, расчета и проектирования полупроводниковых преобразователей электрической энергии и их узлов.
Изучение учебной дисциплины «Силовая преобразовательная техника» базируется на изучении следующих учебных дисциплин: «Теоретические основы электротехники»,
«Электрические машины»,
«Основы электропривода», «Системы автоматического управления электроприводами»,
«Охрана труда».
При изучении учебного материала необходимо соблюдать единство терминологии и обозначений в соответствии с действующими стандартами,
Международной системой единиц измерений; обращать внимание на значение стандартизации, ее экономическую эффективность и роль в повышении качества продукции.
Учебный материал необходимо излагать с использованием технических средств обучения и вычислительной техники, демонстрацией образцов изделий, приборов и элементов силовых полупроводниковых преобразователей.
Для закрепления теоретический знаний и приобретения необходимых практических умений и навыков программой учебной дисциплины предусматривается проведение лабораторных и практических занятий, выполнение курсового проекта.
Программой предусматривается проведение двух обязательных контрольных работ, содержание которых определяется цикловой (предметной) комиссией.
В программе определены цели изучения каждой темы и спрогнозированы результаты их достижения в соответствии с уровнями усвоения учебного материала.
В результате изучения учебной дисциплины учащиеся должны
знать на уровне представления: основные направления развития преобразовательной техники и области ее применения; научные исследования в области преобразовательной техники;
знать на уровне понимания: классификацию управляемых и неуправляемых выпрямителей; устройство и принцип действия типовых управляемых полупроводниковых выпрямителей; неуправляемые выпрямители, принцип их действия с учетом характера нагрузки; классификацию, устройство и принцип действия широтно-импульсных преобразователей; методы регулирования выходного напряжения, классификацию и

устройство автономных инверторов и непосредственных преобразователей частоты;
уметь: читать функциональные и принципиальные схемы силовых преобразовательных устройств, входящих в состав преобразовательной техники, производить расчет их основных элементов; рассчитывать и выбирать элементную базу; составлять принципиальную схему преобразователя.
При изучении учебной дисциплины «Силовая преобразовательная техника» предусмотрен курсовой проект на тему «Разработка полупроводникового преобразователя для питания двигателя постоянного тока».
Курсовое проектирование по данной учебной дисциплине включает вопросы проектирования полупроводникового преобразователя электрической энергии: изучение принципа действия и основных расчетных соотношений проектируемого преобразователя, расчет и выбор типов элементов силовой схемы (тиристоров, диодов, трансформаторов, сглаживающих дросселей и др.), выбор и расчет функциональных элементов системы управления преобразователем, расчет и построение различных характеристик проектируемого преобразователя.
В программе приведены примерные критерии оценки результатов учебной деятельности учащихся по учебной дисциплине, которые разработаны на основе десятибалльной шкалы и показателей оценки результатов учебной деятельности обучающихся в учреждениях среднего специального образования (постановлением Министерства образования
Республики Беларусь от 29.03.2004 № 17).
В программе приведен примерный перечень оснащения кабинета оборудованием, техническими средствами обучения, необходимыми для обеспечения образовательного процесса.
Тематический план является рекомендательным. Цикловая (предметная) комиссия может вносить обоснованные изменения в содержание программного учебного материала и распределение учебных часов по разделам и темам (в пределах общего бюджетного времени, отведенного на изучение учебной дисциплины). Все изменения должны утверждаться заместителем руководителяучреждения образования по учебной работе.

Выписка из учебного плана
по специальности 2-53 01 05 «Автоматизированные электроприводы» утвержденная директором филиала БНТУ «МГПК» №639 Д/тип от
09.06.2015 №56.
Учебная дисциплина «Силовая преобразовательная техника» изучается на протяжении двух семестров (дневная форма обучения).
Виды работ
Количество часов
5 семестр обучения
6 семестр обучения
Всего часов
Из них: практических работ лабораторных работ курсовое проектирование
Количество: тематических контрольных работ обязательных контрольных работ
Экзамен
48 6
8
─
1 1
72 6
10 20 2
1 1

Междисциплинарные связи:
- теоретические основы электротехники;
- электрические машины;
- основы электропривода;
- системы автоматического управления электроприводами;
- охрана труда.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
РЕСПУБЛИКАНСКИЙ ИНСТИТУТ
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
УТВЕРЖДЕНО
Министерством образования
Республики Беларусь
2011 г.
СИЛОВАЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ
ТЕХНИКА
ТИПОВАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
для реализации образовательной программы среднего специального образования по специальности
2-53 01 05 «Автоматизированные электроприводы»
Минск
2011

Рекомендовано к изданию экспертным советом
Республиканского института профессионального образования
Ав т о р С.Н. Самбук, преподаватель УО «Могилевский государствен- ный политехнический колледж».
Р е ц е н з е н ты: В.Б. Тимошевич, старший преподаватель Белорусского национального технического университета;
Н.В. Сурба, преподаватель УО «Гродненский государственный политехнический колледж».
Ответственный за выпуск Т.М. Будникова, начальник отдела УО
«Республиканский институт профессионального образования».
Типовая учебная программа обсуждена и одобрена бюро РМО педагогических работников учреждений, обеспечивающих получение среднего специального образования, по образованию в области автоматизации и обеспечения качества.
© Республиканский институт профессионального образования, 2011

Пояснительная записка
Типовая учебная программа учебной дисциплины «Силовая преобразовательная техника» (далее − программа) предусматривает изучение принципов построения, расчета и проектирования полупроводниковых преобразователей электрической энергии и их узлов.
Изучение учебной дисциплины «Силовая преобразовательная техника» базируется на изучении следующих учебных дисциплин: «Теоретические основы электротехники»,
«Электрические машины»,
«Основы электропривода», «Системы автоматического управления электроприводами»,
«Охрана труда».
При изучении учебного материала необходимо соблюдать единство терминологии и обозначений в соответствии с действующими стандартами,
Международной системой единиц измерений; обращать внимание на значение стандартизации, ее экономическую эффективность и роль в повышении качества продукции.
Учебный материал необходимо излагать с использованием технических средств обучения и вычислительной техники, демонстрацией образцов изделий, приборов и элементов силовых полупроводниковых преобразователей.
Для закрепления теоретический знаний и приобретения необходимых практических умений и навыков программой учебной дисциплины предусматривается проведение лабораторных и практических занятий, выполнение курсового проекта.
Программой предусматривается проведение двух обязательных контрольных работ, содержание которых определяется цикловой (предметной) комиссией.
В программе определены цели изучения каждой темы и спрогнозированы результаты их достижения в соответствии с уровнями усвоения учебного материала.
В результате изучения учебной дисциплины учащиеся должны
знать на уровне представления: основные направления развития преобразовательной техники и области ее применения; научные исследования в области преобразовательной техники;
знать на уровне понимания: классификацию управляемых и неуправляемых выпрямителей; устройство и принцип действия типовых управляемых полупроводниковых выпрямителей; неуправляемые выпрямители, принцип их действия с учетом характера нагрузки; классификацию, устройство и принцип действия широтно-импульсных преобразователей; методы регулирования выходного напряжения, классификацию и

устройство автономных инверторов и непосредственных преобразователей частоты;
уметь: читать функциональные и принципиальные схемы силовых преобразовательных устройств, входящих в состав преобразовательной техники, производить расчет их основных элементов; рассчитывать и выбирать элементную базу; составлять принципиальную схему преобразователя.
При изучении учебной дисциплины «Силовая преобразовательная техника» предусмотрен курсовой проект на тему «Разработка полупроводникового преобразователя для питания двигателя постоянного тока».
Курсовое проектирование по данной учебной дисциплине включает вопросы проектирования полупроводникового преобразователя электрической энергии: изучение принципа действия и основных расчетных соотношений проектируемого преобразователя, расчет и выбор типов элементов силовой схемы (тиристоров, диодов, трансформаторов, сглаживающих дросселей и др.), выбор и расчет функциональных элементов системы управления преобразователем, расчет и построение различных характеристик проектируемого преобразователя.
В программе приведены примерные критерии оценки результатов учебной деятельности учащихся по учебной дисциплине, которые разработаны на основе десятибалльной шкалы и показателей оценки результатов учебной деятельности обучающихся в учреждениях среднего специального образования (постановлением Министерства образования
Республики Беларусь от 29.03.2004 № 17).
В программе приведен примерный перечень оснащения кабинета оборудованием, техническими средствами обучения, необходимыми для обеспечения образовательного процесса.
Тематический план является рекомендательным. Цикловая (предметная) комиссия может вносить обоснованные изменения в содержание программного учебного материала и распределение учебных часов по разделам и темам (в пределах общего бюджетного времени, отведенного на изучение учебной дисциплины). Все изменения должны утверждаться заместителем руководителяучреждения образования по учебной работе.

ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
Раздел, тема
Количество часов
Всего
В том числе
на лабораторные работы на практические занятия
Введение
Раздел 1. Преобразовательная техника
1.1. Назначение и область применения силового преобразователя
1.2. Основные элементы силового преоб- разователя и их характеристики
1.3. Обобщенная структура преобразова- теля
Раздел 2. Выпрямители
2.1. Однофазные выпрямители
2.2. Трехфазные выпрямители
2.3. Расчет и выбор силовых элементов выпрямителя
2.4. Системы управления выпрямителей
2.5. Реверс двигателя при питании от вы- прямителя
2.6. Энергетические характеристики выпрямителя
2.7. Способы улучшения энергетических характеристик, подавление помех, филь- тры
Обязательная контрольная работа № 1
Раздел 3. Инверторы, ведомые сетью
Раздел 4. Широтно-импульсные преоб-
разователи (ШИП)
4.1. Тиристорные ШИП
4.2. Транзисторные ШИП
Обязательная контрольная работа № 2
Раздел 5. Преобразователи частоты и
напряжения
5.1. Полупроводниковый преобразователь напряжения
5.2. Двухзвенные преобразователи часто- ты
5.3. Непосредственный преобразователь частоты
Раздел 6. Направление развития преоб-
разовательной техники
6.1. Современные силовые полупровод- никовые приборы
6.2. Развитие элементной базы управля- ющих устройств преобразователей
2
8
2 4
2
38
10 6
4 8
2 2
5 1
4
16
6 9
1
16
2 12 2
6 2
2
8
4 4
2
4
4
8
8
4
2 2

6.3. Промышленные преобразователи
Курсовое проектирование
Ит о г о
2 30
120
22
4

Цель изучения темы
Содержание темы
Результат
Введение
Познакомить с целями, зада- чами и предметом учебной дис- циплины, ее значением, струк- турой.
Сформировать представление о роли преобразовательной тех- ники в современном производ- стве и перспективах ее развития.
Цели, задачи и предмет учебной дисциплины, ее значение для подготовки высококвалифицированных специалистов, связь с другими учебными дисциплинами учебного плана. Роль преобразовательной техники в современном производстве и перспективы развития
Высказывает общие суждения о целях, задачах, предмете учебной дисциплины, состоянии преобразовательной техники в современном производстве и перспективах ее развития.
Раздел 1. Преобразовательная техника
Тема 1.1 Назначение и область применения силового преобразователя
Сформировать знания о сило- вых преобразователях, их классификации и назначении.
Виды и способы преобразования электрической энергии.
Область применения и назначение силовых преобразователей.
Описывает виды и способы преобразования электрической энергии, назначение и область применения силовых преобразователей.
Тема 1.2 Основные элементы силового преобразователя и их характеристики
Сформировать знания о сило- вых полупроводниковых прибо- рах, их классификации, принципе действия.
Основные полупроводниковые приборы (диод, транзистор, тиристор), принцип действия, основные параметры, используемые при выборе полупроводниковых приборов.
Описывает основные элементы силовых преобразователей.
Характеризует классификацию основных полупроводниковых приборов.
Излагает принцип действия си- ловых приборов, основные параметры, используемые при выборе полупроводниковых приборов.

Цель изучения темы
Содержание темы
Результат
Тема 1.3. Обобщенная структура преобразователя
Сформировать знания об обоб- щенной структуре преобразова- телей, о назначении отдельных узлов преобразователей.
Обобщенная структура преобразователей: выпрямителей, инверторов, преобразователей частоты.
Назначение, функции и принцип действия отдельных узлов преобразователя.
Объясняет обобщенную струк- туру преобразователей.
Описывает назначение отдель- ных узлов преобразователей.
Раздел 2. Выпрямители
Тема 2.1. Однофазные выпрямители
Сформировать знания о прин- ципе действия однофазных выпрямителей.
Классификация выпрямителей. Однофазный однополупериодный выпрямитель. Однофазный управляемый выпрямитель с нулевой точкой. Однофазный мостовой симметрично управляемый выпрямитель. Схема замещения.
Режим непрерывного тока. Режим прерывистого тока. Режим гранично-непрерывного тока. Однофазный мостовой несимметрично управляемый выпрямитель. Схема, временные диаграммы, основные зависимости, принцип действия однофазного мостового несимметричного управляемого выпрямителя. Однофазный мостовой умножитель напряжения. Схема, временные диаграммы однофазного мостового выпрямителя с регулированием напряжения на стороне переменного тока.
Излагает принцип действия од- нофазных выпрямителей различных типов.
Лабораторная работа №1
Сформировать умение анали- зировать принцип действия од- нофазного двухполупериодного выпрямителя с отводом от сред- ней точки трансформатора
Исследование однофазного двухполупериодного неуправляемого выпрямителя с отводом от средней точки трансформатора.
Анализирует принцип дей- ствия однофазного двухполупе- риодного выпрямителя с отводом от средней точки трансформатора.