Detail předmětu

Řidící členy v elektrických pohonech

FEKT-MREPAk. rok: 2018/2019

Galvanicky oddělené snímače elektrických veličin (napětí, proud), snímače neelektrických veličin (poloha, rychlost, zrychlení, teplota, tlak,...). Analogové paměti. Vzorkování analogových signálů v el. pohonech. A/D převodníky. Fázové řízení řízených usměrňovačů, střídavých měničů napětí. Pulsní šířkové modulátory (PWM) pro řízení ss. pulsních měničů a střídačů. Galvanické oddělení řídicího signálu pro tyristor, triak a výkonový spínací tranzistor. Speciální obvodová řešení.

Výsledky učení předmětu

- Absolvent zná praktické i teoretické souvislosti aplikace bočníku pro snímání proudu ze silových obvodů pulzních měničů.
- Absolvent umí navrhnout a realizovat měřicí transformátor proudu pro jednočinné i dvojčinné aplikace v měničové technice a také klasický měřicí transformátor pro sinusové aplikace 50Hz. Rozumí detailně teoretickému rozboru proudového transformátoru. Ovládá praktická omezení použitelnosti proudového transformátoru.
- Abslovent zná princip a je schopen nakreslit vnitřní zapojení proudových čidel LEM (kompenzovaných i nekompenzovaných). Je schopen vytipovat a zapojit vhodné čidlo pro danou aplikaci. Ovládá praktické souvislosti (linearita, šířka pásma atd.).
- Absolvent zná princip Rogowského cívky. Je schopen odvodit vztah pro napětí cívky. Umí nakreslit zapojení cívky s následnými obvody (impedanční oddělení, integrace). Ovládá praktická omezení použitelnosti a konstrukční požadavky. Ovládá také možnost použití pasivní integrace pro vf účely. Je schopen matematicky vysvětlit praktická omezení, která z toho plynou.
- Absolvent rozumí problematice snímání napětí ze silového obvodu pulzního měniče (dělič s filtračním kondenzátorem, čidlo LEM – galvanické oddělelní, omezení použitelnosti diferenčního zesilovače).
- Absolvent umí popsat nejčastější případy potřeby regulace měniče s DC výstupem na konstantní výkon (pohony - elektromobilita, obloukové svařování aj.). Ovládá metody snímání skutečného aktuálního výkonu DC/DC měniče s PWM založené na principu vzorkování skutečného proudu střídou nebo na snímání střední hodnoty vstupního proudu z meziobvodu.
- Absolvent zná typické obvodové realizace v analogové části řídicích obvodů (eliminace vlivu výstupního odporu proměnného odporového děliče, omezovače, ochrany, realizace odskoků, omezovač strmosti du/dt).
- Absolvent zná zapojení celé řady generátorů obdélníkového signálu (AKO s tranzistory, s hrady, různé relaxační oscilátory, zapojení s OZ a komparátory).
- Absolvent je schopen vysvětlit systémové požadavky kladené na budiče výkonových tranzistorů pro pulzní měniče. Rozumí činnosti a požadavkům na saturační ochranu.
- Absolvent je schopen navrhnout zapojení budiče pro MOSFET či IGBT se současným přenosem informace i budicí energie magnetickou cestou (několik zapojení). Chápe praktická omezení jednotlivých zapojení.
- Absolvent je schopen analyzovat různá zapojení budičů s galvanickým oddělením budicího signálu optickou cestou. Rozumí požadavkům kladeným na výběr optočlenů, chápe omezení použitelnosti.
- Absolvent je schopen konstruovat galvanicky oddělené zdroje stejnosměrného napětí s malým výkonem pro napájení sekundární strany budiče. Rozumí požadavkům kladeným na takové zdroje (parazitní kapacita atd.).
- Absolvent zná princip a zapojení nábojové pumpy (bootstrap kondenzátor) jako náhrady galvanicky odděleného zdroje pro sekundární stranu budičů. Zná praktické problémy a nevýhody použití tohoto řešení, je-li současně použit posouvač úrovně místo galvanického oddělení řídicího signálu.
- Absolvent má přehled o parametrech komerčně dostupných profesionálních budičů SEMIKRON a CONCEPT.
- Absolvent umí nakreslit blokové schéma fázového závěsu. Umí podrobně vysvětlit činnost jednotlivých bloků. Rozumí problematice regulace na nulovou chybu frekvence či na nulovou chybu fáze. Chápe základní oblasti použití.
- Absolvent zná základní principy snímačů polohy a bezdotykových koncových spínačů (proximity switch). Umí realizovat vlastní čidlo založené na principu vf vířivých proudů.

Prerekvizity

- Student by měl ovládat lineární a nelineární zapojení s OZ (invertující i neinvertující – zesilovače, dolní propusti, regulátory P, I, PI, komparátory bez hystereze, s hysterezí). - Student by měl mít znalosti z magnetismu (definice a vzájemné souvislosti základních veličin, skutečné teoretické porozumění činnosti cívky a napěťového transformátoru – nikoliv pouze z pohledu provozu s harmonickými průběhy). - Student by měl ovládat principy silových obvodů DC/DC a DC/AC měničů. Měl by mít znalosti o spínacích součástkách používaných v těchto obvodech včetně praktických informací (doby sepnutí tranzistorů, zotavovací doby diod, strmosti du/dt atd.). Měl by rozumět i typickým parazitním jevům týkajících se těchto součástek a těchto silových obvodů. - Student by měl před studiem předmětu MREP absolvovat již předmět MPEL (Průmyslová elektronika) a především předměty Výkonová elektronika 1 a 2.

Doporučená nebo povinná literatura

Horowitz, Hill,: The Art of Electronics (EN)
Punčochář: Operační zesilovače (CS)
Patočka M., Vorel P.: Řídicí elektronika - pasivní obvody (CS)
Patočka M., Vorel P.: Řídicí elektronika - aktivní obvody (CS)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky, cvičení a laboratorní ukázky s výkladem. Student odevzdává dva samostatné projekty.

Způsob a kritéria hodnocení

Závěrečná zkouška - 70bodů
Písemný test - 15bodů
Laboratorní cvičení - 15bodů

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

1. Snímání proudu ze silového obvodu měniče - problematika bočníku.
2. Měřicí transformátor proudu - náhradní schéma, analýza souvislostí, návrh. Impulsní transformátor proudu pro jednočinné a dvojčinné aplikace - detailní návrh.
3. Rogowského cívka - detailní rozbor, návrh cívky i obvodů, vf aplikace s pasivní integrací.
4. Metody snímání napětí, metody vyhodnocení výstupního výkonu DC/DC měničů, aplikace.
5. Typické obvodové realizace v řídicích obvodech pulsních měničů.
6. Generátory obdélníkových signálů.
7. Budiče výkonových tranzistorů MOSFET a IGBT - systémové požadavky, typická úskalí a jejich řešení, saturační ochrana, možnosti realizace galvanického oddělelní (detailní popis typických řešení).
8. Budiče výkonových tranzistorů MOSFET a IGBT - relizace zdroje pro napájení sekundárních obvodů budiče.
9. Budiče výkonových tranzistorů MOSFET a IGBT - použití nábojové pumpy, varianty řešení, výhody a nevýhody. Rozbor konkrétních budičů, porovnání výhod a nevýhod.
10. Fázový závěs - princip, teoretický rozbor, aplikace, ukázky praktických zapojení.
11. Indukční snímače polohy
12. Propojování důležitých souvislostí a znalostí - soustava DC/AC střídač + asynchronní stroj s kotvou nakrátko
13. Propojování důležitých souvislostí a znalostí - soustava DC/AC střídač + synchronní stroj s PM

Cíl

Studenti se seznámí s činností a návrhem specifických analogových a digitálních obvodů aplikovaných v řídicí elektronice elektrických pohonů.

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-M1 magisterský navazující

    obor M1-SVE , 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, volitelný oborový

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, volitelný oborový

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Cvičení odb. zák.

16 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Laboratorní cvičení

10 hod., povinná

Vyučující / Lektor