Elektromágneses terek

A tantárgy angol neve: Electromagnetic Fields

Adatlap utolsó módosítása: 2011. március 31.

Tantárgy lejárati dátuma: 2016. június 30.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

BME Gépészmérnöki Kar

Mechatronikai mérnök mesterszak

Kötelező tárgy

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIAUM013   2/0/0/f 2  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Hamar János Krisztián,
4. A tantárgy előadója

Név:

Beosztás:

Tanszék, Int.:

Dr. Hamar János

Egyetemi docens

Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék

Dr. Járdán R. Kálmán

Tudományos főmunkatárs

Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

Elektrotechnikai alapok, elektromágnesesség.

6. Előtanulmányi rend
Kötelező:
KépzésLétezik("2N-MG0") VAGY
KépzésLétezik("2N-MM0") VAGY
KépzésLétezik("2N-MW0") VAGY
KépzésLétezik("2N-MT0")
VAGY
Training.Code=("2N-MG0")
VAGY
Training.Code=("2N-MM0")
VAGY
Training.Code=("2N-MW0")
VAGY
Training.Code=("2N-MT0")

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

7. A tantárgy célkitűzése

A tárgy célja, hogy a mechatronikai mérnöki gyakorlatban gyakran előforduló elektromágneses jelenségekkel megismertesse a hallgatókat. Különös hangsúlyt fektetünk a mechatronikai rendszereknél nagy jelentőséggel bíró elektromágneses kompatibilitásra, valamint a rendszerek, készülékek ez irányú követelményeket kielégítő tervezésére

8. A tantárgy részletes tematikája

1. Elektromágnesesség körülöttünk. Matematikai háttér áttekintése. Vektoranalízisbeli azonosságok. Green-tételek. Maxwell-egyenletek integrális, differenciális alak + anyagegyenletek + energiamérleg. Elektrodinamika felosztása.

2.Távvezetékek (elosztott paraméterű modellek)

  • Elosztott paraméterű hálózatok, a távíró egyenlet.
  • A Helmholtz-egyenlet és általános megoldása, haladó hullám, terjedési együttható, hullámimpedancia, fázissebesség, csoportsebesség.
  • Példák
3. Távvezetékek
  • Lezárt távvezeték, reflexiós tényező, állóhullámarány.
  • A távvezeték mint kétkapu és mint kétpólus, bemeneti impedancia.
  • A távvezeték mint rezgőkör
4. Alkalmazási példák
  • Elektrosztatika
  • Statikus mágneses tér
  • Időben változó mágneses terek

Elektromágneses kompatibilitás a mechatronikában (EMC).

 

5. Elektromágneses kompatibilitás alapjai: Tervezés elektromágneses kompatibilitás figyelembevételével, kapcsolódó szabványok. Vezetékezés, huzalozás: Kapacitív és induktív csatolás, vezetékek árnyékolása, vezeték típusok: koaxiális kábelek, sodort vezetékek, stb.

 

6. Földelés: Váltakozó áramú elosztás, biztonsági földelések, készülékek földelése, földelés szerepe a jelátvitelben, földelési hurkok, közös módusú fojtótekercsek. Szimmetrikus áramkörök és szűrés: szimmetrizálás, szűrés, tápegység leválasztása, kapacitív terhelések, sávszélesség, moduláció.

 

7. Passzív elemek: kondenzátor típusok, tekercsek, transzformátorok, ferritek, ellenállások, vezetők típusai. Árnyékolás: közeli és távoli terek, árnyékolás hatásossága, abszorpciós és reflexiós veszteségek, ideális árnyékolás, gyakorlati megoldások: bevonatok vezető anyagból, hálók stb.

 

8. Belső zajforrások: zajok típusai, osztályozásuk és mérésük. Zajok aktív eszközöknél: zajtényező, jel-zaj viszony. Zajok bipoláris tranzisztoroknál, FET-eknél és műveleti erősítőknél.

 

9. Kontakt, érintkezés: kisülések típusai, kontakt anyagok, terhelések nagy bekapcsolási árammal, induktív és rezisztív terhelések, példák. Digitális áramkörök földelése: földelési zaj digitális áramköröknél, árameloszlás és impedancia a földelősíkon, stb.

EMC Alkalmazások

10. Digitális áramkörök áramellátása: tápegységek leválasztása, tranziens áramok tápegységeknél, kondenzátoros leválasztások, leválasztási stratégiák, transzformátoros izoláció ill. ezek hatása. Sugárzás digitális áramköröknél: differenciál módusú sugárzás, közös módusú sugárzás ill. ezek kezelése.

 

11. Vezetett kisugárzások: kapcsoló üzemű tápegységek, hálózati szűrők, változó fordulatszámú hajtások, harmonikus szűrők. RF és tranziens immunitás: RF immunitás, tranziens immunitás, zavarok távvezetékeknél.

 

12. Elektrosztatikus kisülés: statikus kisülés, az emberi test modellje, ESD védelem, ESD földelés, megelőzési stratégiák. EMC mérések: antennák, szondák, közeli terek mérése, zajfeszültség-mérés, vezetett kisugárzás mérése, spektrum analizátorok, kompatibilitási tesztek, sugárzási emissziós és ESD tartalékok.

 

13. Nyomtatott áramkörök tervezési szempontjai: általános irányelvek, particionálás, védett zónák, kritikus jelek, referencia síkok, földelési síkok, csatlakozók, egy és többrétegű nyomtatott áramkörök. Vegyes jelű (mixed signal) nyomtatott áramkörök: analóg és digitális áramköri földelések, vegyes jelű integrált áramkörök, A/D és D/A átalakítók ill. ezekhez kapcsolódó áramkörök, áramellátás tervezése.

 

14. Féléves anyag összefoglalása, érdemjegyek megállapítása.

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

Előadás

10. Követelmények

A félévközi jegy egy a 13. héten megírt zárthelyi dolgozat valamint a szorgalmi időszakban elkészített nagyfeladat alapján kerül megajánlásra. A zárthelyi és a feladat 50-50%-ban számít bele az érdemjegybe. A feladatok legkésőbb a 3. tanulmányi héten kerülnek kiadásra, és a 14. tanulmányi hétig kell azokat beadni. A zárthelyivel (max. 50 pont) és a nagyfeladattal (max. 50 pont) együttesen szerezhető pontszámok a következő osztályzatoknak felelnek meg: 86–100 pont = jeles (5), 71–85 pont = jó (4), 56–70 pont = közepes (3), 40–55 pont = elégséges (2) és 0–39 pont = elégtelen (1). A zárthelyi kiváltható egy önálló prezentáció tartásával egy előre kiválasztott témakörből. A választható témakörök legkésőbb a második hétig meghirdetésre kerülnek. Amennyiben a megajánlott jegyet a hallgató nem fogadja el, vagy nem sikerült teljesíteni a minimális követelményeket, a Tanulmányi és Vizsgaszabályzatban megszabott pótlásokra van lehetősége.


 

11. Pótlási lehetőségek

A Tanulmányi és Vizsgaszabályzatban megszabott pótlásokra van lehetőség. A házi feladat a pótlási hét végéig pótolható. A zárthelyi dolgozatok pótlása a megírást követő héten a szorgalmi időszakban és egy ismételt alkalommal a pótlási időszakban lehetséges

 

12. Konzultációs lehetőségek

A szorgalmi időszakban a tárgy oktatójával történt előzetes egyeztetés szerint.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

Henry Ott: Electromagnetic Compatibility Engineering, Wiley, 2009, ISBN-10: 0470189304

Zoya Popovic, Branko D. Popovic: Introductory Electromagnetics, Prentice Hall, 1999, ISBN-10: 0201326787

Clayton R. Paul: Introduction to Electromagnetic Compatibility, Wiley-Interscience; 2nd edition, 2006, ISBN-10: 0471755001

Tim Williams: EMC for Product Designers, Fourth Edition, Newnes; 4 edition, 2007, ISBN-10: 0750681705

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

Kontakt óra

28

Félévközi készülés órákra

16

Házi feladat elkészítése

16

Összesen

60

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Név:

Beosztás:

Tanszék, Int.:

Dr. Hamar János

Docens

Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék