Лекция Классификация электронных промышленных устройств. Задачи курса «Электронные промышленные устройства»

Лекция 1
Классификация электронных промышленных устройств. Задачи курса «Электронные промышленные устройства».
План
Общие понятия об электронике и промышленной электронике. Области применения промышленной электроники. Её связь с электротехникой и энергетикой.
Понятие об электронных промышленных устройствах и их применении. Импульсные методы обработки информации.
Роль электронных промышленных устройств в системах автоматического регулирования объектов и процессов.
Ключевые слова
Электроника, информационная электроника, промышленная электроника, преобразователи электрической энергии, электронные промышленные устройства, автоматическое регулирование, система автоматического регулирования, автоматизированный электропривод.
Электроника охватывает обширный раздел науки и техники, связанный с изучением и использованием различных физических явлений, а также разработкой и применением приборов и устройств, основанных на протекании электрического тока в вакууме, газе и твердом теле. Такими приборами являются полупроводниковые (протекание тока в твердом теле), электронные (протекание тока в вакууме) и ионные (протекание тока в газе) приборы. Главное место среди них в настоящее время занимают полупроводниковые приборы. Общим свойством всех названных приборов является то, что они являются существенно нелинейными элементами, нелинейность их вольт-амперных характеристик, как правило, является признаком, определяющим важнейшие их свойства.
Промышленная электроника — это часть электроники, занимающаяся применением полупроводниковых, электронных и ионных приборов в промышленности. Несмотря на различие областей применения и многообразие режимов работы промышленных электронных устройств, они строятся на основе общих принципов и состоят из ограниченного числа функциональных узлов. Общие принципы построения этих функциональных узлов — электронных схем — и рассматривает промышленная электроника.
В свою очередь, в промышленную электронику, обеспечивающую разнообразные виды техники электронными устройствами измерения, контроля, управления и защиты, а также электронными системами преобразования электрической энергии, входят:
1) информационная электроника, к которой относятся электронные системы и устройства, связанные с измерением, контролем и управлением промышленными объектами и технологическими процессами, а также с передачей, обработкой и отображением информации. Усилители сигналов, генераторы напряжений различной формы, логические схемы, счетчики, индикаторные устройства и дисплеи вычислительных машин — все это устройства информационной электроники. Характерными чертами современной информационной электроники являются сложность и многообразие решаемых задач, высокое быстродействие и надежность. Информационная электроника в настоящее время неразрывно связана с применением интегральных микросхем, развитие и совершенствование которых в главной мере определяет уровень развития этой отрасли электронной техники;
2) энергетическая электроника (преобразовательная техника),связанная с преобразованием вида электрического тока для целейэлектропривода, электрической тяги, электротермии, электротехно-логии, электроэнергетики и т. д. Почти половина производимой электроэнергии потребляется в виде постоянного тока или тока нестандартной частоты. Большая часть преобразований электрической энергии в настоящее время выполняется полупроводниковыми преобразователями. Основными видами преобразователей являются выпрямители (преобразование переменного тока в постоянный), инверторы (преобразование постоянного тока в переменный), преобразователи частоты, регулируемые преобразователи постоянного и переменного напряжений.
Развитие электроэнергетики и электротехники тесно связано с электроникой. Сложность процессов в энергосистемах, высокая скорость их протекания потребовали широкого внедрения для расчета режимов и управления процессами электронных вычислительных машин (ЭВМ), связанных с системой сложными электронными устройствами и снабженных развитыми устройствами для отображения информации. Основные процессы производства автоматизируются на основе современных устройств информационной электроники, в которых в последние годы широко применяются интегральные микросхемы и микропроцессоры. Не менее тесно связана с энергетикой и электромеханикой энергетическая электроника. Полупроводниковые преобразователи электрической энергии являются одними из основных нагрузочных элементов сетей, их работа во многом определяет режимы работы сетей. Вентильные преобразователи используются для питания электроприводов и электротехнологических установок, для возбуждения синхронных электрических машин и в схемах частотного пуска гидрогенераторов. На основе полупроводниковых вентильных преобразователей созданы линии электропередач постоянного тока большой мощности и вставки постоянного тока.
Таким образом, электронные устройства являются важными и весьма сложными компонентами энергетических и электромеханических установок и систем, и для их создания необходимо привлекать специалистов в области промышленной электроники, автоматики и вычислительной техники. Однако инженеры, специализирующиеся в области электроэнергетики и электротехники, не могут устраниться от решения вопросов, связанных с электроникой. Во-первых, они должны уметь четко сформулировать задачу для разработчика электронных схем и представлять те трудности, с которыми может столкнуться разработчик. Не полно заданные требования могут привести к созданию неработоспособного устройства, а неоправданное завышение требований — к повышению стоимости и снижению надежности электронного оборудования. Для того чтобы говорить с разработчиком электронной аппаратуры на одном языке, надо отчетливо представлять себе, что может выполнить электроника и какой ценой и какими способами это достигается. Последнее необходимо также для квалифицированного выбора оборудования, выпускаемого промышленностью.
Во-вторых, возникает необходимость грамотной эксплуатации электронных устройств. В-третьих, инженеры-электрики принимают активное участие в работах по монтажу и наладке оборудования, в том числе электроники. В-четвертых, проектирование ряда энергетических установок, в том числе линий передач постоянного тока, требует совместной работы специалистов по энергетике и преобразовательной технике.
Все это требует больших знаний в области промышленной электроники. Основу этих знаний закладывает изучение курса «Электронные промышленные устройства». В нем изложены сведения о современных функциональных узлах схемах информационной и энергетической электроники. Курс поможет принятию грамотных решений в инженерной практике. Для сохранения и постоянного повышения своей инженерной квалификации инженер должен регулярно следить за научной литературой. Особенно это касается такой бурно изменяющейся области, как промышленная электроника. Инженер должен сознавать ограниченность своих знаний и не пытаться принимать решений в той области, где его компетенция ограничена. Поэтому одной из задач курса является подготовка к чтению специальной литературы в области схемотехнической электроники.
Многие важнейшие проблемы науки и техники возникают на стыках наук. Электроника, электротехника и энергетика ныне соприкасаются очень близко, требуют совместной работы ученых и инженеров, больших знаний в смежных областях.
Электронная техника непрерывно развивается, каждую задачу можно решить на основе различных схемных вариантов: можно построить схему на дискретных компонентах, можно выполнить ее на интегральных микросхемах, применить микропроцессорный комплект, провести обработку информации в цифровом или аналоговом виде. Какое решение выбрать? В конечном счете, все решает экономический анализ, и принятие неверного решения (скажем, отказ от использования микросхем) может не помешать решению локальной технической задачи, но в итоге окажется убыточным для народного хозяйства: увеличится стоимость оборудования, или возрастет стоимость его эксплуатации, или уменьшится срок службы. Почти каждый инженер на своем месте воздействует на техническую политику в своей области и при разработке и отстаивании технических решений должен выступать не только как специалист, но и как гражданин.