Výkonová a řídící elektronika (FSI-RVE)

Akademický rok 2022/2023
Garant: doc. Ing. Radoslav Cipín, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚMTMB všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Seznámit studenty se základními principy výkonové a řídicí elektroniky. Zvládnutí základních teoretických i praktických dovedností pro samostatný návrh výkonových měničů.
Výstupy studia a kompetence:
Schopnost samostatně řešit základní jednoduché analogové a digitální obvody a základní typy výkonových měničů.
Základní systémová orientace v problematice elektrických pohonů z uživatelského hlediska.
Prerekvizity:
Základní znalosti z teoretické elektrotechniky. Znalosti matematiky na úrovni 1. ročníku technické univerzity.
Obsah předmětu (anotace):
Tepelné jevy, chlazení polovodičů. Činný výkon mech., el. Usměrňovače (měniče stř/ss). Střídavé měniče napětí (měniče stř/stř). Stejnosměrné pulsní měniče (měniče ss/ss). Střídače (měniče ss/stř). Řízení ss. pulsních měničů a střídačů: Pulsní šířková modulace PWM. Výkonové spínací součástky. Snímače elektrických veličin. Způsob řízení (stř/ss, stř/stř, ss/stř). Řídicí obvody měničů (stř/ss, stř/stř, ss/stř).
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení:

15 bodů za písemný test v 7. týdnu semestru.
15 bodů za písemný test v 13. týdnu semestru

Udělení zápočtu je podmíněno dosažením minimálně 15 bodů z výše uvedených 30 dosažitelných bodů.

70 bodů u závěrečné zkoušky. (7 příkladů po 10 bodech.)
100 bodů celkem.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na cvičeních je povinná.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Tepelné jevy, chlazení polovodičů.
2. Činný výkon a jednorázové přetěžování výkonové součástky.
3. Řízené usměrňovače (měniče stř/ss).
4. Neřízené diodové usměrňovače – stejnosměrné síťové napaječe (měniče stř/ss).
5. Střídavé měniče napětí (měniče stř/stř).
6. Stejnosměrné pulsní měniče (měniče ss/ss)
7. Střídače (měniče ss/stř).
8. Pulsní šířková modulace PWM.
9. Výkonové spínací součástky: dioda, tyristor, triak, bipol. tranzistor, MOS- FET, IGBT, GTO.
10. Budiče výkonových spínacích součástek. Galvanické oddělení řídicího signálu a napájecího napětí. Koncový stupeň budiče. Elektronické ochrany.
11. Řízení ss. pulsních měničů, střídačů a usměrňovačů.
12. Řídicí obvody ss. pulsních měničů, střídačů a usměrňovačů.
13. Snímače elektrických veličin a zpracování výstupních signálů.
    Cvičení s počítačovou podporou 1. Výpočet střední hodnoty, efektivní hodnoty a spektra typických signálů.
2. Tepelné jevy ve výkonové elektronice.
3. Činný výkon. Jeho výpočet a měření v typických případech.
4. Dimenzování výkonových součástek v jednotlivých typech měničů – 1. část.
5. Dimenzování výkonových součástek v jednotlivých typech měničů – 2. část.
6. Indukčnost v obvodech výkonové elektroniky.
7. Dimenzování usměrňovačů.
8. Dimenzování střídavých měničů napětí.
9. Pulsní šířková modulace PWM.
10. Podrobná analýza ss. pulsního měniče pracujícího v 1. kvadrantu – 1. část.
11. Podrobná analýza ss. pulsního měniče pracujícího v 1. kvadrantu – 2. část.
12. Dimenzování trojfázového střídače s asynchronním motorem.
13. Návrh budicího obvodu.
Literatura - základní:
1. Patočka M.: Vybrané statě z výkonové elektroniky, sv.I.
2. Patočka M.: Vybrané statě z výkonové elektroniky, sv.II.
3. Patočka M. Vorel P.: Řídicí elektronika - pasivní obvody.
4. Patočka M. Vorel P.: Řídicí elektronika - aktivní obvody.
5. Patočka M., Burian F.: Sbírka řešených příkladů z řídicí elektroniky.
6. Sheng W. W., Colino R. P.: Power electronic modules. CRC PRESS, N. Y., 2005, ISBN 0-8493-2260-X.
7. Kiehne H. A.: Battery technology handbook. Marcel Dekker, Inc., N. Y., 2003, second edition, ISBN 0-8247-4249-4.
8. Ang S., Oliva A.: Power-Switching Converters. Taylor  Francis, London, 2005, ISBN 0-8247-2245-0.
9. Shepherd W., Zhang L.: Power converter circuits. Marcel Dekker, Inc., N. Y., 2004, ISBN 0-8247-5054-3.
10. Luo F. L., Hong Y.: Advanced DC/DC converter. CRC PRESS, N. Y., 2004, ISBN 0-8493-1956-0.
Literatura - doporučená:
1. Kule L. a kolektiv: Technika elektrických pohonů.
2. Kraysa K.: Výkonová elektronika
3. Caha Z., Černý M.: Elektrické pohony
4. Mráz Z.: Řídicí členy elektrických pohonů.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
CŽV prezenční studium CZV Základy strojního inženýrství -- zá,zk 5 Povinný 1 1 L
N-MET-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 5 Povinný 2 1 L