Шмариович Василий Михайлович. Реферат. Промышленная электроника. Основные направления и области применения в современном мире

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова

РЕФЕРАТ

на тему:

Промышленная электроника. Основные направления и области применения в современном мире

Выполнил студент 1-го курса гр. ЭР-01-23

Шмариович В. М. __________

Проверил Воронин И. П. _____________

Москва 2023

Глава 3. Области применения промышленной электроники в

2

Введение

Промышленная электроника – наука о применении электронных приборов и устройств в промышленности, которая играет ключевую роль в современной промышленности, обеспечивая эффективное функционирование производственных процессов. Данная наука неоценима в создании инновационных решений, способствующих повышению эффективности, надежности и безопасности промышленных процессов.

Благодаря основным принципам, а именно автоматизация, контроль и мониторинг производственных процессов, промышленная электроника позволяет не только повысить производительность и качество продукции, но и обеспечить безопасность и экономическую эффективность работы предприятий.

В промышленной электронике можно выделить три направления. Первое – это информационная электроника (ИЭ), которая является основой электронно-вычислительной, информационно-измерительной техники и автоматизации производства. Второе – это энергетическая электроника (ЭЭ), является основой устройств и систем преобразования электрической энергии средней и большой мощностей. И третье – это электронная технология (ЭТ), которая включает в себя методы и устройства, используемые в технологических процессах, основанные на действии электрического тока и электромагнитных волн различной длины (высокочастотный нагрев и плавка, ультразвуковая резка и сварка и т.д.), электронных и ионных пучков (электронная плавка, сварка и т.д.).

Кроме этого, промышленная электроника активно применяется в медицинской сфере и в фармацевтике, в авиации и, как следствие, в космосе и много где еще.

3

Глава 1. Промышленная электроника. История зарождения промышленной электроники

Промышленная электроника - это область электронной инженерии, которая занимается разработкой, производством и применением электронных систем и полупроводниковых, ионных и электронных устройств в промышленности. Она играет ключевую роль в современном мире, обеспечивая автоматизацию и оптимизацию производственных процессов.

Эта наука как направление электронной техники зародилась в 40-х годах XX в, когда начали разрабатываться первые электронные устройства для автоматизации производственных процессов. Рост электронной промышленности был спровоцирован необходимостью повышения производительности и качества продукции, а также улучшения условий труда для сотрудников. Появление промышленной электроники было своего рода велением времени, ведь неслучайно соответствующие направления с их проблематикой и терминологией появились на разных языках в технической литературе различных стран.

Впервые содержание промышленной электроники было сформулировано основателем кафедры промышленной электроникой МЭИ И.Л. Кагановым в 1947 г. За прошедшие десятилетия по этой дисциплине были подготовлены тысячи специалистов. Помимо МЭИ кафедры промышленной электроники существуют и готовят специалистов более чем в 20 вузах России и бывших республик Советского Союза. Само понятие промышленной электроники оказалось динамичным, и его содержание изменяется с каждым новым шагом технического прогресса.

С каждым годом промышленная электроника становится все более важной для различных отраслей промышленности - от автомобильного производства до пищевой промышленности и способствует сокращению времени на производство,

4

снижению затрат на труд и материалы, а также улучшению качества выпускаемой продукции.

5

Глава 2. Направления промышленной электроники

В последние годы определились три основных направления промышленной электроники: энергетическая (силовая) электроника (преобразование электрической энергии), информационная электроника (электронные средства получения информации, ее преобразования, отображения, использования в управлении), технологическая электроника (воздействие на вещество потоками частиц, электромагнитным излучением).

2.1. Энергетическая электроника

Энергетическая электроника занимается преобразованием одного вида электроэнергии в другой. Основные задачи энергетической электроники включают в себя повышение эффективности энергопотребления, стабилизацию напряжения и частоты в электроэнергетических системах, а также снижение потерь энергии при транспортировке и использовании.

Большая часть преобразований электрической энергии осуществляется силовыми полупроводниковыми приборами, основными из которых являются тиристоры, диоды, транзисторы, инверторы, выпрямители преобразователи частоты, а также преобразователями переменного и постоянного напряжений. Они используются для управления и преобразования электрической энергии в различные формы, такие как постоянный ток, переменный ток и переменное напряжение.

Энергетическая электроника сегодня играет важную роль в современной промышленной энергетике, помогая повысить эффективность производства и потребления энергии, снизить нагрузку на энергосистемы и уменьшить вредные выбросы в окружающую среду. Развитие этой отрасли способствует созданию устойчивой и, что немаловажно, экологически чистой энергетики для будущего.

6

2.2. Информационная электроника

Информационная электроника занимается разработкой электронных устройств, которые используются для отображения, передачи и обработки информации. К таким приборам относятся логические схемы, генераторы напряжений, дисплеи вычислительных машин, индикаторные устройства и т.п. Эта область тесно связана с обработкой данных, цифровой сигнализацией, связью, совершенствованием интегральных схем и другими технологиями, направленными на обеспечение эффективного обмена информацией. Отличительной чертой современных представителей информационной электроники являются многообразие ассортимента и сложность исполнения.

Высокая скорость и сложность процессов в энергосистемах требует активного внедрения электронно-вычислительных машин, связанных со сложными электронными устройствами, для управления и расчета режима их работы. Современные полупроводниковые преобразователи представляют собой один из основных элементов нагрузочных сетей, таким образом они определяют режим работы всей сети в целом.

Так как одним из ключевых компонентов информационной электроники являются средства передачи данных, такие как сетевые протоколы, модемы, роутеры и другое оборудование, технологии информационной электроники, также, находят широкое применение и в других, самых разных сферах человеческой деятельности, таких как образование, медицина, транспорт, коммуникации и многие другие. Они позволяют улучшить качество жизни, оптимизировать рабочие процессы, обеспечить связь между людьми и устройствами.

7

2.3. Технологическая электроника

Под технологической электроникой обычно понимается совокупность методов и средств для создания и использования электронных и ионных пучков или электромагнитных волн с целью непосредственного воздействия на объект, подвергающийся обработке.

Для осуществления такого воздействия во второй половине XX в. уже создано и продолжает появляться множество разнообразных устройств, установок и комплексов, которые в целом следует отнести к категории «технологического оборудования» независимо от того, служит ли оно металлургии или медицине, получению новых веществ или обработке материалов, производству или приготовлению пищевых продуктов, изготовлению электровакуумных приборов или интегральных схем.

Общепринятой классификации установок технологической электроники пока не существует, однако все разнообразие рассматриваемого оборудования укрупненно можно разделить на несколько классов. Это установки, использующие энергию:

электронных и ионных потоков;

электромагнитного излучения оптического диапазона (некогерентного и когерентного излучения);

электромагнитного излучения СВЧ диапазона;

высокочастотных колебаний (нагрев проводников и диэлектриков в высокочастотном электромагнитном поле).

С постоянным развитием технологической электроники и появлением новых решений в этой области можно ожидать дальнейшего улучшения производственных процессов и расширения возможностей применения электроники в промышленной индустрии и обычной жизни человека.

8

Глава 3. Области применения промышленной электроники в современном мире

Современная электроника охватывает обширный круг вопросов­ , связанных с исследованием физических явлений, происходящих­ при прохождении электрического тока в полупроводниках, вакууме и газе, а также с разработкой и применением приборов и устройств, основанных на этих процессах.

Промышленная электроника, обеспечивает внедрение электронных устройств во все отрасли­ народного хозяйства, науки и техники, быта как для электроэнергетики­ , так и для целей измерения, контроля и управления различными промышленными объектами и автоматизации технологических­ и производственных процессов. Промышленная электроника включает электротехническое и энергетическое оборудование, устройства электропитания, станки с числовым программным управлением, аппаратуру автоматики, телеуправления, телеметрии, радиолокации и радионавигации, измерительную аппаратуру, лазерную технику, ядерную электронику, медицинскую аппаратуру, биологическую электронику и др. Вследствие чего, круг применения промышленной электроники очень широк и разнообразен.

Во-первых, автоматизация производства. От роботов на производственных линиях до систем управления и мониторинга, электроника позволяет оптимизировать работу производства, снижая трудозатраты и увеличивая точность изготовления.

Системы мониторинга и контроля на основе промышленной электроники обеспечивают непрерывное отслеживание состояния оборудования, температуры, давления и других параметров. Это помогает предотвращать поломки, снижать риски аварийных ситуаций и позволяет проводить плановое техническое обслуживание.

Также, в области медицины и фармацевтики промышленная электроника используется для создания аппаратуры, диагностических систем, мониторинга

9

пациентов и других медицинских технологий, которые способствуют более точной диагностике и лечению.

И наконец, транспорт. Промышленная электроника делает транспорт более безопасным и эффективным. Преобразует транспортные средства в интеллектуальные системы: от систем антиблокировки тормозов до автономных транспортных средств. Системы навигации, управление полетом, а также оборудование, обеспечивающее безопасность и функционирование аппаратов в космосе – все это успехи промышленной электроники.

10