Detail předmětu

Elektrické pohony

FEKT-KEPBAk. rok: 2015/2016

Základní kurs navazuje na mechaniku, teorii elektrických strojů a výkonovou elektroniku, vytváří syntetizující pohled na požadavky a možnosti elektrických pohonů. Vysvětluje principy a metody stanovení výkonových částí a uzlů při respektování statických a dynamických vlastností DC a AC motorů ve spojení s výkonovými polovodičovými měniči. Jedním z hlavních cílů kursu je syntéza kaskádní regulační struktury elektrického pohonu se stejnosměrným motorem. Aplikační oblast pak zahrnuje veškeré pracovní mechanismy přeměňující elektrickou energii v mechanickou práci v rozličných pracovních strojích na různých výkonových úrovních.

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- matematicky popsat běžné druhy momentově – otáčkových charakteristik poháněných zařízení, jak v závislosti na absolutní hodnotě rychlosti, tak na pracovním kvadrantu.
- přepočítat moment setrvačnosti poháněné soustavy na hřídel motoru.
- z napěťové a pohybové rovnice odvodit frekvenční přenosy a z nich sestavit matematický model stejnosměrného motoru.
- nakreslit a vysvětlit funkci všech možných zapojení silové části DC/DC měniče pro napájení motorů.
- sestavit matematické modely stejnosměrného měniče a všech souvisejících čidel.
- vysvětlit funkci kaskádní regulační struktury stejnosměrného pohonu a popsat všechny vnitřní vazby.
- syntetizovat regulátory proudu a otáček pro stejnosměrný pohon metodou optimálního modulu a symetrického optima
- vypočítat odezvu navržené regulační smyčky na skok žádané hodnoty či poruchy
- popsat vlastnosti asynchronních motorů z uživatelského pohledu, vysvětlit možnosti řízení jejich otáček.
- nakreslit silové schéma frekvenčního měniče pro asynchronní motor, vysvětlit princip sinusové PWM a podstatu skalárního řízení.
- vysvětlit odbuzování asynchronního motoru, vysvětlit oblasti konstantního momentu a konstantního výkonu.
- vyjmenovat ztráty v elektrickém pohonu, dimenzovat elektrický pohon prostřednictvím ekvivalentních metod.
- posoudit vhodnost jednotlivých typů motorů a měničů pro konkrétní průmyslové a trakční aplikace.

Výstupy z počítačových a laboratorních cvičení
- založit projekt v programu Matlab – Simulink a umí ovládat jeho základní knihovní funkce
- namodelovat pohybovou rovnici mechanismu
- vytvořit simulační model stejnosměrného stroje jak s cizím buzením tak s PM.
- vytvořit model proudové smyčky stejnosměrného pohonu s měničem
- vytvořit zpětnovazební model nadřazené otáčkové smyčky
- vytvořit zjednodušený model polohové smyčky
- na základě výsledku simulace pracovního cyklu elektrického pohonu stanovit ztráty a dimenzovat tak součásti pohonu (motor + měnič)
- provést inicializaci průmyslového servosystému SIEMENS Simotion
- realizovat regulátory otáček a proudu navržené dle SO a OM pomocí analogových obvodů
- provést analýzu ztrát pohonu se synchronním motorem na základě dynamometrem naměřených hodnot

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni středoškolského studia. Navíc musí student umět: - obecně vysvětlit principy elektrických strojů - počítat s komplexními čísly - aplikovat diferenciální rovnice pro popis elektromechanických systémů jak v časové oblasti, tak v operátorovém tvaru - ovládat softwarový nástroj MATLAB SIMULINK na základní úrovni - studenti musí být přezkoušeni podle vyhlášky 50

Doporučená nebo povinná literatura

Caha,Černý:Elektrické pohony,SNTL Praha 1990
J.Vogel :Elektrische Antriebe,Technik Verlag 1991
Murphy,Turnbull:Power Electronik ,Pergamon Press 1993
D.Schroeder : Elektrische Antriebe,Springer 1994.
W.Leonhard .: Control of Electrical Drives.Springer Verlag 1996,ISBN 3-540-59380-2.
Elektronické texty: Elektrické pohony, Laboratorní cvičení z Elektrických pohonů
W.Leonhard : Control of Electrical drives,3rd Edition,Springer 2001, ISBN 3-540-41820-2
T.Wildi : Electrical Machines,Drives, and Power Systems.Pearson Education International,6th Edition,2006,ISBN 0-13-196918-8.
D.Skubov, K.Khodzhaev.: Non-LInear Electromechanics. Springer 2008. ISBN 978-3-540-25139-2

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.

Způsob a kritéria hodnocení

zápočet (50%), zkouška kombinovaná (50%).Údaje jsou každoročně upřesňovány vyhláškou garanta předmětu.

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

1. Blokové schéma el. pohonu.
2. Rozdělení regulačních pohonů, řízení, regulace.
3. Mechanika pohonů, pohybové rovnice
4. Typy motorů pro regulační pohony a jejich základní vlastnosti
5. Stejnosměrný motor, náhradní schéma, matematický model, statický, dynamický
6. Tranzistorový měnič jako dynamický člen z pohledu teorie regulace
7. Kaskádní regulace v elektrických pohonech, princip, struktura, stabilita
8. Metody návrhu regulačních smyček proudu a rychlosti, jejich srovnání, vliv poruch.
9. Mechanické charakteristiky motorů a pracovních mechanismů
10. Ztráty v pohonu, dimenzování, ekvivalentní metody
11. Pohony sériovým buzením, odbuzování, SS motor v trakci
12. Pohony s AS motory, frekvenční měniče, softstarty
13. Pohony se synchronními motory, EC motor

Cíl

Seznámení s pojmy a základy elektrických pohonů v teoretické i praktické úrovni v souvislosti s požadavky na profil bakaláře.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-BK bakalářský

    obor BK-SEE , 3. ročník, zimní semestr, 5 kreditů, povinný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1. ročník, zimní semestr, 5 kreditů, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor