Detail předmětu

Elektrické stroje 2

FEKT-BES2Ak. rok: 2018/2019

Předmět představuje elektrické stroje z pohledu základních fyzikálních zákonů v kontextu s teorií elektrických strojů. Rozšiřuje znalost magnetických obvodů, vinutí, chlazení a seznamuje se zásadami návrhu těchto strojů. Studenti se seznámí s metodou konečných prvků a jejím využití při analýze a návrhu elektrických strojů.

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen
- popsat, upravit a aplikovat základní postup návrhu magnetického obvodu a vinutí transformátoru, stejnosměrného motoru s permanentními magnety (PM) a BLDC motoru,
- upravit magnetický obvod a vinutí transformátoru, elektromagnetu, stejnosměrného motoru s PM a BLDC motoru pro dosažení požadovaných parametrů,
- vypočítat parametry transformátoru, elektromagnetu, stejnosměrného motoru s PM, BLDC motoru a synchronního motoru s PM, ztráty (v určitém ustáleném provozním stavu),
- vysvětlit, vypočítat a aplikovat základní činitele používané při návrhu elektrických strojů,
- načrtnout a popsat průběh magnetické indukce ve vzduchové mezeře stejnosměrného stroje, BLDC motoru a synchronního motoru s PM, znázornit vliv drážkování a reakce kotvy,
- znázornit a vysvětlit průběh indukovaného napětí vinutí kotvy stejnosměrného motoru,
- popsat konstrukci, způsob napájení a řízení BLDC motoru a synchronního motoru s PM,
- znázornit a vysvětlit průběh indukovaného napětí a idealizovaný průběh proudů ve vinutí BLDC motoru a synchronního motoru s PM,
- připravit 2D model transformátoru, elektromagnetu, stejnosměrného motoru s PM a BLDC motoru metodou konečných prvků v různých ustálených provozních stavech, srovnat dosažené výsledky s výpočtem
- připravit jednoduchý program v jazyce LUA pro řízení výpočtů prováděných metodou konečných prvků pomocí softwaru FEMM.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni středoškolského studia a dále by měl být student schopen - definovat a vysvětlit pojmy vlastní a vzájemná indukčnost, energie cívky a soustavy cívek, hustota energie, síly v magnetickém poli, - vyjmenovat druhy materiálů používaných v konstrukci běžných elektrických strojů, popsat jejich vlastnosti a načrtnout základní charakteristiky, - popsat konstrukci transformátoru, elektromagnetu, stejnosměrného stroje s budicím vinutím, synchronního stroje s budicím vinutím, - vysvětlit princip činnosti transformátoru, elektromagnetu, stejnosměrného stroje s budicím vinutím, synchronního stroje s budicím vinutím, - vyjmenovat a vysvětlit vznik jednotlivých druhů ztrát v transformátoru, stejnosměrném stroji s budicím vinutím, synchronním stroji s budicím vinutím, - nakreslit a vysvětlit náhradní schéma transformátoru, vypočítat jeho parametry z měření, - vyjmenovat běžné typy vinutí kotvy stejnosměrných strojů, popsat jejich základní vlastnosti, výhody, nevýhody, - popsat a vysvětlit průběh komutace u stejnosměrných strojů, - vysvětlit pojem reakce kotvy, - popsat základní vlastnosti třífázových vinutí, vysvětlit vznik točivého magnetického pole.

Doporučená nebo povinná literatura

Meeker, D. C.: Finite Element Method Magnetics, Version 4.2, User’s Manual (EN)
Patočka, M.: Magnetické obvody. Elektronický učební text, FEKT, VUT Brno, 2005. (CS)
Měčička, J., Hamata V., Voženílek P.: Elektrické stroje. Skriptum ČVUT v Praze, 1997. (CS)
Petrov G.N.: Elektrické stroje 1,2. Academia Praha, 1982. (CS)
Pyrhonen J., Jokinen T., Hrabovcova V.: Design of Rotating Electrical Machines. John Wiley & Sons, Ltd., 2008. ISBN: 978-0-470-69516-6 (EN)
Hendershot, J. R. Jr., Miller, T.J.E.: Design of Brushless Permanent-Magnet Motors. Oxford: Magna Physic Publishing and Clarendon Press, 1994. ISBN 978-0198593898 (EN)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky a cvičení na počítači. Předmět využívá e-learning (Moodle). Student odevzdává dva samostatné projekty.

Způsob a kritéria hodnocení

Kontrolní testy - max. 10 bodů
Počítačové cvičení a projekt - max. 20 bodů
Závěrečná písemná zkouška - max. 70 bodů; pro úspěšné složení zkoušky je z ní nutné získat alespoň 30 bodů.

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

Přednášky
1. Elektromagnetické pole, základní vztahy a pojmy, úvod do Metody konečných prvků.
2. Ztráty a účinnost, vlastnosti materiálů.
3. Transformátory, návrh magnetického obvodu a vinutí.
4. Využití moderních materiálů a zásady pro dimenzování elektrických strojů.
5. Princip elektromagnetu, elektromechanická přeměna energie.
6. Konstrukce a výpočet elektromagnetu.
7. Stejnosměrné stroje, magnetický obvod, budicí vinutí, vinutí kotvy.
8. Vlastnosti permanentních magnetů, návrh stejnosměrného motoru s PM.
9. Magnetický obvod a konstrukce synchronních strojů s PM a BLDC motoru, indukované napětí.
10. BLDC motor, návrh magnetického obvodu a vinutí.
11. Teplotní pole, možnosti chlazení elektrických strojů.
12. Výpočet ventilace a chlazení elektrických strojů.
13. Základní mechanické výpočty u elektrických strojů.


Cvičení na počítačích
1. Seznámení s prostředím programu FEMM. Preprocesor - příprava modelu. Vytváření a modifikace diskretizační sítě. Postprocesor - zobrazení a zpracování vypočtených hodnot.
2. Vzduchová cívka, cívka s feromagnetickým jádrem, jednoduchý magnetický obvod s jednou a více cívkami.
3. Transformátor, stacionární magnetické pole.
4. Transformátor, kvazistacionární magnetické pole.
5. Elektromagnet v kartézských souřadnicích, energie, kooenergie, silové působení, stacionární a kvazistacionární magnetické pole.
6. Elektromagnet ve válcových souřadnicích, stacionární magnetické pole, konstrukce a vlastnosti elektromagnetu.
7. Stejnosměrný stroj s permanentními magnety - návrh.
8. Stejnosměrný stroj s permanentními magnety - FEMM model.
9. BLDC motor - návrh.
10. BLDC motor - FEMM model.
11. Metoda tepelných výpočtů elektrických strojů.
12. Teplotní pole transformátoru.
13. Mechanická kontrola návrhu rotoru elektrického stroje.

Cíl

Aplikovat teoretické znalosti studentů získané v předmětech prvního a druhého ročníku do oblasti elektrických strojů. Poskytnout hlubší porozumění principu činnosti a konstrukci. Seznámit studenty s využitím metody konečných prvků při analýze a návrhu elektrických strojů.

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

Účast na všech počítačových cvičeních je povinná.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-B bakalářský

    obor B-SEE , 3. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

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

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor