11.04.03 Конструирование и технология электронных средств Программа "Силовая электроника"

С сентября 2020 учебного года на кафедре конструирования и производства радиоаппаратуры начинается подготовка по направлению «Силовая электроника». Инициатива открытия магистерской образовательной программы принадлежит производственному предприятию АЕДОН, входящему в НПО Энергетическая Электроника — ведущему российскому производителю модулей и систем электропитания.

Любой выпускник бакалавриата, который владеет основами фундаментальных разделов физики и математики, может претендовать на обучение в магистратуре по новой специализации. Единственное условие — это желание развиваться в этом перспективном направлении (подробнее о направлении можно узнать на сайте НПО Энергетическая Электроника).

Овладение базой знаний и навыков начинается уже с первого курса бакалавриата, а глубокое погружение в прикладные вопросы продолжается в магистратуре, где акцент сделан на практические спецкурсы, Для того, чтобы успешно освоить магистерскую программу «Силовая электроника», необходимо владеть базовыми знаниями по ряду предметов, изучаемых в рамках бакалавриата. Ниже вы можете увидеть курсы магистерской программы и их базовые основы.

---

О новой образовательной программе «Силовая электроника»

Силовая электроника является одним из самых наукоемких разделов техники, успешная инженерная деятельность в этой области предполагает владение электроникой и электротехникой, электро — и магнитодинамикой, теплотехникой. Создание современных преобразовательных устройств невозможно без применения систем автоматизированного проектирования и математических пакетов. 

Современная силовая электроника приобретает междисциплинарный характер, охватывая элементную базу: полупроводниковые приборы (диоды, транзисторы, тиристоры, интегральные схемы), преобразователи параметров электрической энергии (выпрямители, инверторы, преобразователи частоты), электротехнические и электромеханические системы (управляемый электропровод, системы бесперебойного питания, установки индукционного нагрева т.д.).
Эта тенденция в ближайшие годы окажет сильное влияние на подготовку инженеров основных электротехнических специальностей

Своим студентам мы предлагаем следующие спецкурсы:

• Магнитные материалы и компоненты

  Цель изучения дисциплины
  Получение теоретических знаний об основах магнитодинамики и свойствах магнитного поля. Изучение практических аспектов анализа и проектирования высокочастотных магнитных компонентов (трансформаторов, дросселей)
  Структура дисциплины
  Магнитное поле и его свойства. Энергия магнитного поля. Конфигурация магнитного поля в средах с высокой магнитной проницаемостью. Ферромагнетики и их поведение в магнитном поле. Влияние переменного магнитного поля на распределение токов в проводниках. Скин-эффект, эффект близости. Магнитные материалы силовой электроники, их частотные свойства и потери. Дроссели, их параметры, проектирование и оптимизация. Трансформаторы преобразовательных устройств, их виды и методы проектирования. Способы улучшения параметров магнитных компонентов
  Форма промежуточной аттестации
  Зачет

• Математические методы анализа преобразовательной техники

  Цель изучения дисциплины
  Получение теоретических знаний о методах исследования, анализа и оптимизации параметров преобразовательных устройств. Получение практических навыков расчетов транзисторных преобразователей
  Структура дисциплины
  Анализ работы понижающего и прямоходового преобразователя. Построение линейной малосигнальной модели для анализа динамических свойств. Использование преобразования Лапласа для анализа линейных схем и графического представления на s-плоскости. Управление по выходному напряжению. Управление по выходному напряжению и максимальному току. Высокочастотные процессы и их влияние на передаточную функцию. Проектирование корректирующих звеньев. Повышающий и обратноходовые преобразователи в режиме непрерывного тока
  Форма промежуточной аттестации
  Экзамен

• Электромагнитная совместимость

  Цель изучения дисциплины
  Получение теоретических знаний о проблеме электромагнитной совместимости (ЭМС) в преобразовательных устройствах, а также изучение способов уменьшения и нормирования помех
  Структура дисциплины
  Общие вопросы электромагнитной совместимости: основные понятия и определения, стандартизация, виды электромагнитных помех и их допустимые нормы. Основные проблемы обеспечения электромагнитной совместимости импульсных источников вторичного питания и общие методы их решения. Электромагнитные аномалии в сетях электроснабжения и способы их ослабления. Компоненты и устройства для подавления импульсных и высокочастотных помех на входе источников питания. Электромагнитные процессы в преобразователях, приводящие к возникновению помех в источнике питания и на его выходе. Структурные, схемотехнические и конструктивно-технологические рекомендации по уменьшению уровня помех. Сравнительный анализ основных структур преобразователей в части электромагнитной совместимости. Рекомендации по проектированию преобразователей с улучшенными показателями электромагнитной совместимости
  Форма промежуточной аттестации
  Зачет

• Архитектура и программирование микроконтроллеров

  Цель изучения дисциплины
  Получение теоретических знаний об устройстве современных микроконтроллеров. Освоение практических навыков проектирования устройств и их программирования
  Структура дисциплины
  Архитектура микроконтроллеров AVR. Инструментарий разработки, средства отладки, приёмы программирования. Типичные применения микроконтроллеров с архитектурой AVR. Архитектура микроконтроллеров ARM Cortex M. Инструментарий разработки, средства отладки, приёмы программирования. Типичные применения микроконтроллеров с архитектурой ARM Cortex M. Операционные системы для использования на микроконтроллерах. Отличия от настольных ОС, особенности программирования встраиваемых ОС
  Форма промежуточной аттестации
  Зачет

• Основы схемотехники источников питания

  Цель изучения дисциплины
  Получение теоретических знаний, необходимых для разработки источников питания, преобразователей напряжения, других устройств энергетической электроники
  Структура дисциплины
  Способы преобразования энергии. Принципы и методы регулирования тока и напряжения. Линейные стабилизаторы. Магнитные компоненты и конденсаторы в преобразователях энергии. Импульсное преобразование. Базовые схемы импульсных преобразователи. Трансформатор в импульсных преобразователях. Однотактные прямоходовые и однотактные обратноходовые преобразователи напряжения. Двухтактные и многофазные преобразователи. Мостовые и полумостовые схемы преобразователей. Способы управление ключевыми элементами. Построение цепей обратной связи. Принципы устойчивости.Методы расчета магнитных компонентов. Корректоры коэффициента мощности. Методы повышения эффективности преобразователей. Квазирезонансные и резонансные схемы преобразователей.Элементная база современных преобразователей
  Форма промежуточной аттестации
  Экзамен

• Проектирование источников питания

  Цель изучения дисциплины
  Приобретение практических навыков моделирования, проектирования схем и печатных плат, изготовления печатной платы и магнитных компонентов, сборка и испытание макета
  Структура дисциплины
  Моделирование схем источников питания. САПР для проектирования схем и печатных плат и работа в них. Способы изготовления печатных плат. Технология изготовления магнитных компонентов. Практика пайки и работа с измерительными приборами
  Форма промежуточной аттестации
  Зачет и зкзамен

• Компонентная база силовой электроники

  Цель изучения дисциплины
  Получение теоретических знаний об основных компонентах силовой электроники. Понимание и умение интерпретировать параметры пассивных и активных элементов, а также их влияние на характеристики транзисторных преобразовательных устройств
  Структура дисциплины
  Основные компоненты силовой электроники. Пассивные компоненты. Резисторы, их типы, особенности и область применения. Полярные (электролитические алюминиевые, полимерные) конденсаторы. Керамические конденсаторы, типы применяемых диэлектриков. Объемно-пористые конденсаторы. Магнитные компоненты. Типы диодов, применяемых в силовой электронике. Быстродействующие диоды. Диоды Шоттки. Статические и динамические параметры диодов. Основные типы полевых транзисторов. Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). Компоненты силовой электроники на основе широкозонных полупроводниковых материалов. Расчет статических и динамических потерь в преобразовательных устройствах
  Форма промежуточной аттестации
  Зачет

• Основы конструкторско-технологического проектирования электронной аппаратуры

  Цель изучения дисциплины
  Получение теоретических знаний, необходимых для выбора конструкции, проектирования и оптимизации современных радиоэлектронных приборов и модулей, а также навыков работы с конструкторской документацией
  Структура дисциплины
  Организация проектирования электронной аппаратуры. Техническая документация. Уровни разукрупнения ЭС, элементная и конструктивная база. Условия эксплуатации и их влияние на конструкцию электронной аппаратуры. Проектирование несущих конструкций. Проектирование печатного монтажа. Конструирование элементов, узлов и устройств электронной аппаратуры. Обеспечение надёжной работы конструкции электронной аппаратуры. Методы защиты РЭС от воздействия климатических факторов окружающей среды. Защита конструкции от механических воздействий. Защита аппаратуры от воздействия помех. Воздействие ионизирующих излучений на РЭС, защита от излучений. Электрические соединения в электронной аппаратуре. Этапы проектирования конструкций РЭС при использовании систем автоматизированного проектирования. Виды испытаний РЭС. Художественное оформление конструкции ЭС. Оценка качества конструкции. Эргономические требования к радиоэлектронным системам
  Форма промежуточной аттестации
  Экзамен

• Технологии разработки и производства радиоэлектронных устройств

  Цель изучения дисциплины
  Получение практических знаний и навыков проектирования радиоэлектронных устройств в условиях современного производства
  Структура дисциплины
  Выбор типов комплектующих изделий. Компоновка электронного блока. Конструирование печатных узлов. Виды печатных плат. Материалы для печатных плат. Классы точности печатных плат. Исходные данные для конструирования печатных плат. Компоновка печатных плат. Трассировка электрической схемы. Выбор и расчёт радиаторов для охлаждения компонентов. Расчёт параметров теплового режима блока. Проектирование системы виброизоляции электронного блока. Расчёт магнитостатического экрана. Расчёт электромагнитных экранов в дальней зоне излучения. Расчёт надёжности блока электронных устройствпо постепенным отказам. Разработка инструкции по эксплуатации устройства. Оформление комплекта конструкторской документации
  Форма промежуточной аттестации
  Зачет

• САПР преобразовательной техники

  Цель изучения дисциплины
  Изучение и освоение современных систем автоматизированного проектирования (САПР). Получения навыков применения САПР для проектирования и оптимизации устройств силовой электроники
  Структура дисциплины
  Моделирование радиоэлектронных устройств. Временной и частотный анализ. Язык описания аналоговой и цифровой логики SPICE. Современные пакеты схемотехнического моделирования. Пакет моделирования LTSpice, его базовые и расширенные возможности. Оптимизация радиоэлектронных устройств в пакете LTSpice, критерии оптимизации. Библиотека компонентов, создание новых компонентов. Расчет и моделирование транзисторных преобразователей в LTSpice. Обзор современных математических пакетов. Математический язык программирования Mathlab. Бесплатный пакет прикладных программ Octave. Проведение расчетов и решение уравнений в Octave. Графические возможности Octave. Организация коллективной работы над проектом. Система контроля версий svn
  Форма промежуточной аттестации
  Зачет

• Теория автоматического управления

  Цель изучения дисциплины
  Получение теоретических знаний, изучение практических правил создания и оптимизации регуляторов физических величин
  Структура дисциплины
  История предмета и области применения теории автоматического управления. Пример простого механического регулятора Ползунова-Уатта. Структура САУ. Принципы управления (регулирования). Управление по возмущению и замкнутое управление. Комбинированное управление. Виды САУ по задачам управления. Классификация САУ. Математические модели САУ. Линеаризация объекта управления. Исследование линейных систем с помощью преобразования Лапласа. Типовые входные воздействия САУ. Типовые звенья САУ и их характеристики. Трансформация структурных схем к типовому виду САУ. Многомерные САУ. Методы исследования устойчивости, понятие запаса устойчивости. Точность САУ. Методы синтеза САУ. Нелинейные САУ, методы их анализа и синтеза
  Форма промежуточной аттестации
  Зкзамен

Большинство из указанных курсов преподается только в рамках нашей магистерской программы. Освоение программы обучения в полном объеме требует регулярных усилий и готовности к самостоятельной работе. Со своей стороны, мы стараемся делать учебный процесс интересным и содержательным 

Магистры-выпускники:

• Понимают принципы работы преобразовательных устройств и умеют применять основные схемы.
• Владеют современными методами анализа, расчетов и оптимизации транзисторных преобразователей.
• Умеют проектировать и оптимизировать магнитные компоненты – трансформаторы и дроссели, владеют основами магнитодинамики.
• Имеют практические навыки проектирования на базе микроконтроллеров и встроенного программирования.
• Знают основы конструирования, умеют ориентироваться в конструкторской документации и проектировать печатные платы.
• Знакомы с основами инновационного менеджмента

---

Преимущества обучения по программе Силовая электроника

Практическая направленность
Студенты проходят учебную и производственную практику на базе предприятий НПО Энергетическая электроника

Стипендия для лучших студентов