Электромагнитная совместимость

Санкт-Петербургский государственный морской технический университет
(СПбГМТУ)
УТВЕРЖДАЮ
Декан ФКЭ и А
В.В. Кузнецов
«11» июня 2009 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Электромагнитная совместимость электрооборудования
Направление подготовки: 180201 «Системы электроэнергетики и автоматизации судов»
Профиль подготовки: 180201.01 «Системы электроэнергетики»
Квалификация (степень) выпускника: морской инженер
Форма обучения: очная
Санкт-Петербург
2009 г.
1
1. Место дисциплины в структуре ООП ВПО.
Дисциплина «Электромагнитная совместимость электрооборудования» относится к
дисциплинам специализации ДС.0 и является одной из основных дисциплин в подготовке
специалистов по профилю 180201.01 «Системы электроэнергетики» в рамках направления
180201 – «Системы электроэнергетики и автоматизации судов»
Номер дисциплины по учебному плану - ДС.5.0.
Дисциплина даёт студентам достаточно полное представление о теории и практической
деятельности в области электромагнитной совместимости (ЭМС).
Изучение дисциплины базируется на знаниях студентами
высшей математики,
электротехники, систем электроэнергетики, измерительных комплексов, систем судовой
автоматики.
Для активного закрепления знаний и получения навыков их практического применения
предусматриваются аудиторные практические занятия, лабораторные работы.
Знания, умения и навыки, полученные при её изучении, будут использованы в дипломном
проектировании, в практической профессиональной деятельности.
Изучение и успешная аттестация по данной дисциплине, наряду с другими дисциплинами,
являются необходимыми для освоения других специальных дисциплин, прохождения учебной и
производственной практик.
2.Цели и задачи дисциплины
Предметом дисциплины являются
Целью дисциплины является:
- формирование у студентов необходимого объема знаний, касающихся электромагнитной
совместимости (ЭМС);
- формирование у студентов понятий и знаний, касающихся методологических основ
электромагнитной совместимости, методов и средств обеспечения ЭМС на судах;
Задачами преподавания дисциплины, связанными с её содержанием, являются:
- изучение источников и параметров помех на судах
- изучение распространения помех от источников к рецепторам;
- изучение восприимчивости оборудования к помехам;
- изучение методов и средств обеспечения ЭМС и их практическое освоение;
- изучение требований Правил классификационных организаций и других специализированных
нормативных документов в области ЭМС;
- освоение процедур испытаний на устойчивость к помехам;
- ознакомление и практическое освоение методов и средств измерений помех.
3. Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование компетенций, необходимых
морскому инженеру.
В результате освоения содержания дисциплины студент должен:
знать:
- источники помех и возможные значения параметров помех на судах;
- особенности распространения помех от источников к рецепторам;
- параметры восприимчивости оборудования к помехам;
- методы и средства подавления помех
- методы и средства защиты от помех;
- Требований Российского морского регистра судоходства и нормативных документов по ЭМС;
- методы и средства испытаний на устойчивость к помехам;
- методы и средства измерений помех.
уметь:
2
- пользоваться Правилами Российского морского регистра судоходства и другими нормативными
документами, регламентирующими требования по электромагнитной совместимости;
- решать задачи прогнозирования помех от основных источников
- оценивать изменение параметров помех при распространении;
- принимать решение по обеспечению электромагнитной совместимости;
- определить состав испытательного оборудования, необходимого для проведения испытаний;
- проводить основные виды испытаний на устойчивость к помехам и измерять уровни помех.
владеть:
- методами расчета параметров помех, создаваемых на судне;
- методами расчета изменения параметров помех при распространении;
- методиками проведения испытаний на электромагнитную совместимость.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы в соответствии с учебным планом
Всего
Семестры
Вид учебной работы
часов
9
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Лекции (Л)
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Из них в интерактивных формах
Самостоятельная работа (СР) (всего)
В том числе:
Курсовой проект (работа) (КП), (КР)
Расчетно-графические работы (РГР)
Реферат (Р)
Другие виды самостоятельной работы
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)
Общая трудоёмкость, часы
Общая трудоемкость, зачётные единицы
85
85
51
17
51
17
17
17
56
17
17
56
56
56
Экз.
141
141
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание дисциплины и распределение часов
№
Наименование и № раздела дисциплины
п/п.
Электромагнитная совместимость
электрооборудования
1
Проблема электромагнитной совместимости
2
Возникновение помех в судовых
электроэнергетических системах
3
Распространение помех на судах
4
Влияние помех на судовое электронное и
электротехническое оборудование
5
Снижение уровней помех
6
Защита оборудования от помех
7
Сертификация и стандартизация
8
Испытание технических средств на
устойчивость к помехам
56
Всего
141
-
2
8
4
22
2
2
-
8
4
20
12
2
2
2
2
-
6
6
6
8
16
16
16
18
Л
ПЗ
ЛЗ
51
17
17
2
8
3
3
8
4
2
2
6
6
6
6
2
2
2
2
СЗ
СР
3
9
Измерение параметров помех
5
2
2
-
8
17
5.2. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№
п/п
Наименование обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
1.
2.
Электропривод
Проектирование электроэнергетических
систем
№№ разделов данной дисциплины, необходимых для изучения
обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1
2
3
4
5
6
7
8
9
+
+
+
+
+
+
+
+
+
6. Содержание учебного материала
6.1 Лекции
Раздел 1. Проблема электромагнитной совместимости– 2 часа.
Обзор случаев аварий и ущерба из-за нарушения ЭМС. Основные термины и определения.
Связь с другими общеинженерными и специальными дисциплинами. Задачи курса.
Раздел 2. Возникновение помех в судовых электроэнергетических системах. – 8 часов.
Тема 2.1. Импульсные помехи при коммутации в сети – 2 час.
Коммутация резистивных нагрузок и емкостных цепей. Модель для расчета импульсных
помех при включении нагрузок. Особенности включения трехфазных нагрузок и цепей.
Однофазное замыкание на корпус.
Тема 2.2. Помехи при работе некоторых потребителей электроэнергии– 2 час.
Отключение индуктивных цепей. Работа люминесцентных ламп. Работа машин
постоянного тока. Работа радиооборудования.
Тема 2.3. Помехи при работе полупроводниковых преобразователей электроэнергии– 2 час.
Искажения синусоидальности напряжения и тока в ЭЭС с мощными полупроводниковыми
преобразователями. Определение гармоник в судовой сети. Методы расчета.
Тема 2.4. Характеристики помех на судах– 2 час.
Вероятностные характеристики импульсных помех. Электростатический разряд.
Параметры внешних помех большой энергии.
Раздел 3.Распространение помех на судах. – 8 часов.
Тема 3.1. Распространение помех по судовой кабельной сети – 2 час.
Распространение помех по волновому каналу. Отражение и преломление волн напряжения
и тока. Многократные отражения. Методы расчета. Трехпроводная линия.
Тема 3.2. Распространение помех через элементы ЭЭС – 2 час.
Элементы ЭЭС на пути распространения кондуктивных помех. Распространение помех
через сетевые фильтры. Распространение помех через трансформаторы.
Тема 3.3. Распространение помех излучением – 2 час.
Теория электромагнетизма. Источники поля. Распространение электромагнитных волн.
Теория экранирования электромагнитного поля.
Тема 3.4. Распространение помех через электромагнитные связи в кабельной трассе – 2
час.
Пути распространение помех на судах. Электрическая (емкостная) связь. Магнитная
(индуктивная) связь. Электрическая и магнитная связь в экранированных кабелях.
Раздел. 4. - Влияние помех на судовое электронное и электротехническое
оборудование. – 4 часа.
Тема 4.1. Помехоустойчивость элементов электронных устройств– 2 час.
4
Помехоустойчивость цифровых и аналоговых элементов.
Тема 4.2. Механизм проникновения помех к восприимчивым узлам и компонентам ТС – 2
час.
Пути воздействия помех. Уровни помехоустойчивости. Цифровая и аналоговая аппаратура.
Помехоустойчивость измерительных устройств. Электрооборудование.
Раздел 5. Снижение уровней помех в электроэнергетической системе. – 6 часов.
Тема 5.1. Общий подход к подавлению помех– 2 час.
Принципы подавления помех. Алгоритм проведения работ по помехоподавлению.
Примеры реализации алгоритма.
Тема 5.2. Снижение помех при работе силовых полупроводниковых преобразователей – 2
час.
Выбор схем преобразования. Электрические средства подавления помех. Конструкторские
средства снижения уровня кондуктивных помех
Тема 5.3. Снижение импульсных помех в электрической сети – 2 час.
Снижение напряжений, вызванных коммутациями и разрядом молнии. Разделение питания
источников и рецепторов помех. Средства подавления помех.
Раздел 6. Защита оборудования от помех – 6 часов.
Тема 6.1. Общий подход к защите от помех и повышению помехоустойчивости – 2 час.
Особенности проектирования оборудования и систем.
Тема 6.2. Защита по порту питания и по порту ввода-вывода – 2 час.
Помехозащитные трансформаторы. Сетевые и входные фильтры. Защита от мощных
импульсных помех. Симметрирование и гальваническая развязка. Выбор и прокладка кабелей.
Особенности входных цепей технических средств
Тема 6.3. Защита по порту корпуса и заземления – 2 час.
Защита от электромагнитного поля. Защита от электростатического разряда
Раздел 7. Сертификация и стандартизация в области ЭМС электронного и
электротехнического оборудования 6 часов.
Тема 7.1. Системы сертификации и организации по стандартизации в области
электромагнитной совместимости – 2 час.
Системы сертификации. Европейская директива по ЭМС. Технический регламент. МЭК и
его комитеты по ЭМС. Российский морской регистр судоходства.
Тема 7.2. Требования по электромагнитной совместимости – 2 час.
Основополагающие документы и требования по электромагнитной совместимости
судового оборудования. Международные, региональные и национальные стандарты.
Тема 7.3. Рекомендации по мерам обеспечения ЭМС на судах – 2 час.
Основные вопросы при обеспечении ЭМС для судового оборудования. Планирование работ
по ЭМС.
Раздел 8. Испытание технических средств на устойчивость к помехам – 6 часов.
Тема 8.1. Испытательное оборудование – 2 час.
Имитация помех при проведении испытаний на помехоустойчивость. Схемы основных
имитаторов помех.
Тема 8.2. Проведение испытаний оборудования на устойчивость к помехам – 2 час.
Общие требования к организации испытаний. Испытания на устойчивость к
электростатическому разряду. Испытания на устойчивость к электромагнитным и магнитным
полям. Испытания на устойчивость к кондуктивным помехам
Тема 8.3. Определение параметров электромагнитной связи цепей и эффективности
средств помехозащиты – 2 час.
5
Испытания фильтров, ограничителей напряжения, разрядников, помехозащитных
трансформаторов, информационных цепей.
Раздел 9. Измерение параметров помех – 5 часов.
Тема 9.1. Средства измерения в области электромагнитной совместимости – 2 час.
Измерители радиопомех, анализаторы спектра, осциллографы, специализированные
приборы.
Тема 9.2. Измерение кондуктивных радиопомех – 2 час.
Условия проведения измерений. Подготовка к измерениям. Процедура измерения
несимметричных напряжений помех с помощью эквивалентов сети, измерения с помощью
пробников напряжения, пробников тока, поглощающих клещей. Измерение гармоник и фликера.
Измерение напряжений и токов во временной области.
Тема 9.3. Измерение электромагнитных полей – 2 час.
Процедура измерения излучаемых помех. Открытая площадка. Альтернативные методы
измерений. Неопределенность измерения.
6.2 Практические занятия
ПЗ 1. Возникновение импульсных помех в судовых ЭЭС – 2 час.
Определяются параметры импульсных помех при включениии нагрузок.
ПЗ 2. Импульсные помехи при отключении индуктивной нагрузки – 2 час.
Определяются параметры импульсных помех при отключении катушки индуктивности от
сети переменного и постоянного тока, определяется эффективность средств помехоподавления,
ПЗ 3. Искажения синусоидальности напряжения в электроэнергетической системе при
работе полупроводниковых преобразователей– 2 час.
Рассчитываются параметры искажения синусоидальности напряжения в ЭЭС для
различных режимов работы полупроводниковых преобразователей и различного состава ЭЭС.
ПЗ 4. Распространение импульсных помех по судовому кабелю – 2 час.
Определяются параметры распространения импульсных помех по кабелю, коэффициенты
отражения и преломления волн напряжения в узлах и на нагрузке, используется метод
распространяющихся волн.
ПЗ 5. Распространение импульсных помех через элементы вторичного источника питания
– 2 час.
Рассчитываются коэффициенты вносимого затухания помех для средств помехозащиты.
Определяются параметры импульсных помех при распространении через трансформатор,
фильтры.
ПЗ 6. Восприимчивость электронных схем к импульсным помехам – 2 час.
Изучаются параметры восприимчивости электронных схем, сравниваются уровни
помехоустойчивости различных элементов.
ПЗ 7. Испытание оборудования на электромагнитную соместимость– 5 час.
Изучаются требования по электромагнитной совместимости Российского морского регистра
судоходства, базовые стандарты, устанавливающие методики проведения измерений помех и
испытаний оборудования.
6
6.3 Лабораторные занятия
ЛЗ 1. Возникновение импульсных помех в судовых ЭЭС – 2 час.
Содержание лабораторной работы: изучается процесс возникновения импульсных помех
при включении нагрузок в судовой электроэнергетической системе, определяются параметры
импульсных помех и параметры сети, необходимые для расчета помех. Исследуемые процессы и
используемые понятия рассмотрены в разделах 1, 2 лекционного курса.
ЛЗ 2. Импульсные помехи при отключении индуктивной нагрузки – 2 час.
Содержание лабораторной работы: исследуются закономерности возникновения
импульсных помех при отключении катушки индуктивности от сети переменного и постоянного
тока, определяется эффективность средств помехоподавления, приобретаются навыки измерения
параметров случайных процессов. Исследуемые процессы и используемые понятия рассмотрены в
разделах 1, 2, 5 лекционного курса.
ЛЗ 3. Искажения синусоидальности напряжения в электроэнергетической системе при
работе тиристорного выпрямителя – 2 час.
Содержание лабораторной работы: изучаются закономерности возникновения импульсных
помех и искажения синусоидальности напряжения в ЭЭС в различных режимах работы
тиристорного выпрямителя, приобретаются навыки измерений несинусоидальности напряжения и
периодических импульсных помех. Исследуемые процессы и используемые понятия рассмотрены
в разделах 2, 3, 5 лекционного курса.
ЛЗ 4. Распространение импульсных помех по судовому кабелю – 2 час.
Содержание лабораторной работы: изучается распространения импульсных помех по
кабелю, отражения и преломления волн напряжения в узлах и на нагрузке, приобретаются навыки
работы с импульсным рефлектометром. Исследуемые процессы и используемые понятия
рассмотрены в разделах 3, 4 лекционного курса.
ЛЗ 5. Распространение импульсных помех через элементы вторичного источника питания
– 2 час.
Содержание лабораторной работы: Изучается распространение импульсных помех через
трансформатор, выпрямитель, фильтры, приобретаются навыки применения средств
помехозащиты. Исследуемые процессы и используемые понятия рассмотрены в разделах 3, 4, 6
лекционного курса.
ЛЗ 6. Восприимчивость электронных схем к импульсным помехам – 2 час.
Содержание лабораторной работы: Изучается восприимчивости электронных схем,
построенных на основе транзисторов, тиристоров и микросхем к импульсным помехам во
входных цепях и цепях питания. Исследуемые процессы и используемые понятия рассмотрены в
разделах 4, 6 лекционного курса
ЛЗ 7. Испытание оборудования на электромагнитную соместимость– 5 час.
Содержание лабораторной работы: изучаются требования по электромагнитной
совместимости, имитация помех, проведение испытаний на устойчивость к помехам и измерение
эмиссии помех. Приобретаются навыки проведения испытаний и измерений. Процедуры
испытаний, испытательное оборудование, методики измерений рассмотрены в разделах 6, 7, 8, 9
лекционного курса
6.4 Семинары
Семинары не предусмотрены
7
6.5. Курсовые проекты (работы)
Курсовые работы не предусмотрены
6.6. Домашние задания
Домашние задания не предусмотрены
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) Основная литература:
1. Воршевский А.А., Гальперин В.Е. Электромагнитная совместимость судовых технических
средств. Учебник, СПбГМТУ.-СПб., 2010.
2. Воршевский А.А. Электромагнитная совместимость в судовых электроэнергетических
системах. Методические указания к лабораторным работам. Изд ЛКИ, 1996.
б) Дополнительная литература:
1. Воршевский А.А., Гальперин В.Е. Электромагнитная совместимость судовых технических
средств. Учебник, СПбГМТУ.-СПб., 2006
2. Вилесов Д.В., Воршевский А.А., Гальперин В.Е., Сухоруков С.А. Возникновение и
распространение импульсных помех в судовых электроэнергетических системах. Учебное
пособие. Изд. ЛКИ, 1987.
3. Вилесов Д.В., Воршевский А.А., Гальперин В.Е., Сухоруков С.А.
Обеспечение
электромагнитной совместимости судового электрооборудования. Учебное пособие. Изд. ЛКИ,
1988.
4. Вилесов Д.В., Воршевский А.А., Гальперин В.Е., Сухоруков С.А. Измерения и испытания в
области электромагнитной совместимости. Учебное пособие. Изд. ЛКИ, 1989.
в) Литература для самостоятельной работы студентов:
1.
2.
Российский морской Регистр судоходства. Правила классификации и постройки морских
судов. Т.1., 2003, Изд.РМРС.
Публикации на сайте www.elemcom.ru.
г) Программное обеспечение
1. Программное обеспечение из библиотеки кафедры электротехники и
электрооборудования судов.
2. Моделирующая программа ”RANDPU” для расчета импульсных помех на
персональном компьютере (автор Воршевский А.А.).
3. Учебная мультимедиа программа"ИСПЫТАНИЯ НА ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ" для
персонального компьютера (автор Воршевский А.А.).
д) Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
Не предусмотрены.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
1. Библиотека университета (учебный и научный фонды).
2. Кафедральная библиотека, содержащая стандарты, методические указания по оформлению
расчетных и графических работ.
3. Испытательная лаборатория по электромагнитной совместимости, аккредитованная
Федеральным агенством по техническому регулированию и метрологии и Российским Морским
Регистром судоходства.
4. Учебная лаборатория кафедры с оборудованием для проведения лабораторных работ.
8
9. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки предусматривается
широкое использование в учебном процессе активных и интерактивных форм проведения занятий
в сочетании с внеаудиторной работой с целью формирования и развития профессиональных навыков
обучающихся.
Удельный вес занятий, проводимых в интерактивных формах, определяется главной целью
(миссией) программы, особенностью контингента обучающихся и содержанием, и в целом в
учебном процессе составляет не менее 20 % аудиторных занятий.
Для текущего контроля самостоятельной работы используются контрольные задания,
выполняемые студентами в течение семестра.
Разработчик:
Санкт-Петербургский
государственный морской
технический университет
Заведующий кафедрой
электротехники и
электрооборудования судов
профессор кафедры
электротехники и
электрооборудования судов,
доктор технических наук
А.А. Воршевский
доктор технических наук,
профессор
А.П. Сеньков
Программа рассмотрена на заседании кафедры электротехники и электрооборудования судов
«20» мая 2009 г., протокол №5/09
СОГЛАСОВАНО:
Председатель методической
комиссии
д.т.н., профессор
А.Г. Даниловский
9