Detail předmětu

Regulované pohony 1

FEKT-MPC-RP1Ak. rok: 2020/2021

Stejnosměrné pohony s tyristorovými měniči, regulace otáček, adaptivní regulace, číslicová regulace. Kombinovaná regulace otáček napětím kotvy a buzením. Pohony s reverzací momentu. Pohony s elektronicky komutovanými motory, návrh regulační struktury, servopohony s polohovým řízením. Pohony s asynchronními motory, skalární a vektorové řízení, asynchronní motor v elektrické trakci. Pohony se spínanými reluktančními motory. Rušení v zařízeních výkonové elektroniky.

Výsledky učení předmětu

Po absolvování předmětu RP1 studenti umí:
- Nakreslit schémata silových částí tyristorových řízených usměrňovačů a vysvětlit ve kterých kvadrantech jsou schopny pracovat.
- Sestavit matematický model tyristorového řízeného usměrňovače a definovat požadavky na odpovídající adaptivní regulátor proudu.
- Vysvětlit princip, nakreslit náhradní schéma a momentovou charakteristiku a popsat vlastnosti asynchronního motoru z pohledu řízení otáček.
- Ideově popsat postup návrhu synchronního motoru s permanentními magnety
- Nakreslit blokové schéma a vysvětlit princip vektorového řízení synchronního motoru s permanentními magnety
- Vysvětlit princip spínaného reluktančního motoru, popsat jeho vlastnosti a nakreslit blokové schéma odpovídající regulační struktury
- Vysvětlit princip funkce všech běžných typů krokového motoru
- Popsat všechny druhy rušivých vazeb v elektrických zařízeních a stanovit postup jak tyto nežádoucí efekty omezit

Po absolvování počítačových cvičení z předmětu MERP studenti umí:
- založit a spustit nový projekt ve specializovaném toolboxu „SimPowerSystem“ v programu Matlab/Simulink, který je určen pro modelování silové části elektrických pohonů a výkonové elektroniky.
- vytvořit model dvojpulzního a šestipulzního usměrňovače do odporové zátěže. Změřené výsledky a průběhy proudu a napětí pak studenti využijí k lepší interpretaci teoretických znalostí. Na základě těchto výsledků navrhnou polovodičové součástky (diody, příp. tyristory).
- vytvořit model čtyřkvadrantového měniče s výstupním RLC obvodem (filtrem). Dále studenti vytvoří PWM modulátor s unipolární a alternativně bipolární modulací. Výsledky simulací pak poslouží k pochopení vlastností těchto typů modulace.
- vytvořit vlastní model DC motoru s PM na základě teoretických znalostí z přednášek. Tento model pak využijí ke složitější realizaci modelu elektrického pohonu (DC motor + čtyřkvadrantový měnič). Na tomto modelu ověří vlastnosti PWM modulace na základě sledování průběhu proudu a kotevního napětí.
- vypočítat hodnoty regulátoru proudu a otáček elektrického pohonu s DC motorem s využitím znalostí návrhu kaskádní regulace a metodiky návrhu regulátoru na základě standartních tvarů otevřené regulační smyčky. V simulačním programu vytvoří kaskádní regulační schéma s otáčkovou a podřízenou proudovou smyčkou. Vypočtené hodnoty regulátorů umí dosadit do vytvořených modelů a ověří jejich vlastnosti simulací celého pohonu. Naměřené hodnoty a průběhy modelu slouží k pochopení dynamickým jevu v elektrickém pohonu.
- navrhnout polovodičové a pasivní prvky z hlediska proudového a napěťového namáhání, na základě simulovaných průběhů napětí a proudů.
- vytvořit model BLDC motoru a vytvořit model detekce polohy na základě signálu s halových sond. Z přednášek aplikují znalosti tzv. „Six step komutace “ a vytvoří logiku pro spínání tranzistoru.
- vytvořit jednoduchý model elektrického pohonu napájeného z baterie. Pro danou pracovní oblast motoru umí simulovat energetické poměry v soustavě baterie elektrický pohon. Jednoduchou regulační smyčkou zajistí optimální pracovní oblast motoru a na základě normou definovaného jízdního cyklu modelují toky energie z baterie do pohonu a zpět.
- vytvořit model střídavého pohonu s asynchronním motorem napájeného z třífázového měniče. Studenti umí vytvořit jednoduché skalární řízení pro ověření vlastností pohonu.

Prerekvizity

Student musí umět : - aplikovat diferenciální rovnice pro popis elektromechanických systémů jak v časové oblasti, tak v operátorovém tvaru - Ovládat matematický popis motorů na základě jejich náhradních schémat - navrhnout kaskádní regulační strukturu - ovládat softwarový nástroj MATLAB SIMULINK - studenti musí být přezkoušeni podle vyhlášky 50

Doporučená nebo povinná literatura

Caha, Černý: Elektrické pohony, SNTL, 1990
Leonhard: Control of Electrical Drives, Springer, 1996
Schröder: Elektrische Antriebe 1, Springer, 1994

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Numerická a počítačová cvičení obsahují samostatné úlohy k řešení řízení a regulace elektrických pohonů, zadání uvedeno v e-learningu. Laboratorní cvičení je povinné, je nutno vy.pracovat všechny protokoly

Způsob a kritéria hodnocení

Student získá max 15 bodů za cvičení numerická, max. 15 bodů za laboratorní cvičení a max. 70 bodů za kombinovanou závěrečnou zkoušku.

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

Zjednodušený návrh EC motoru
Řízení pohonů s EC motory a s harmonickými synchronními i motory s permanentními magnety na rotoru
Pohony s tyristorovými řízenými usměrňovači, reverzační zapojení
Trakční pohon se stejnosměrným strojem, kombinovaná regulace napětím kotvy a buzením
Měniče pro napájení třífázových strojů, druhy meziobvodů, aktivní usměrňovače.
Trakční pohony s asynchronními motory, specifika pohonů na malé napětí.
Akumulátorové systémy trakčních vozidel, battery management.
Užití ultrakapacitorů v elektrické trakci
Polohové řízení servopohonů, snímače polohy a rychlosti v elektrických pohonech.
Pohony se spínaným reluktančním motorem
Krokové motory
Rušení v zařízeních silnoproudé elektrotechniky
Základní pojmy z oblasti spolehlivosti elektrických pohonů

Cíl

Seznámit studenty s regulačními pohony se stejnosměrnými, asynchronními, reluktančními a BLDC pohony. Naučit navrhování regulátorů pro tyto pohony, dimenzování výkonových částí. Seznámit s průmyslovými aplikacemi těchto pohonů.

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

Laboratorní výuka je povinná.
Odevzdání numerických cvičení je povinné
Nahrazení absence laboratorní výuky po domluvě s vedoucím cvičení

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-KAM magisterský navazující, libovolný ročník, zimní semestr, 5 kreditů, volitelný
  • Program MPC-SVE magisterský navazující, 1. ročník, zimní semestr, 5 kreditů, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Cvičení na počítači

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

eLearning