Detail předmětu

Elektrické pohony

FSI-RRYAk. rok: 2019/2020

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. Na přednášky navazují laboratorní cvičení, ve kterých si studenti ověřují teoretické poznatky.

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 pohony s asynchronními motory z uživatelského pohledu, vysvětlit možnosti řízení jejich otáček.
- nakreslit silové schéma frekvenčního měniče pro asynchronní motor, vysvětlit princip sinusové PWM a podstatu skalárního řízení.
- popsat co je 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
Student umí:
- založit projekt v programu Matlab – Simulink a 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
- základě výsledku simulace pracovního cyklu elektrického pohonu, stanovit ztráty a dimenzovat tak součásti pohonu (motor + měnič)
- 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

Stemme,O.,Wolf,.: Principles and properties of Highly Dynamic DC Miniature Motors. Interelectric AG,1994.
O. Kelly: Performance and Control of Electrical Machines, , 0
Accarnley,P.: Stepping Motors -a quide to modern theory and practice . IEE Control Engineering Series 19,1984.
Pavelka, J., Čeřovský, Z., Javůrek, J.: Elektrické pohony, skripta ČVUT Praha, 1996
T.Kenjo.,A.Sugawara .: Stepping motors and their microprocessor controls. Second edition.Clarendon press,Oxford 2000.
Bose, B.,K a j.: Power Electronics and Variable Frequency Drives, , 0
W.H.Yeadon,A.W.Yeadon.:Handbook of Small Electric Motors. McGraw Hill, 2004
Kubík, Z. a kol. : Teorie automatického řízení I., , 0
Ueha,Tomikawa, Kurosawa,Nakamura.:Ultrasonic motors - Theory and Applications.
Caha, Z., Černý, M.: Elektrické pohony SNTL Praha, 1990
www.maxonmotor.com
www.minimotor.ch

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách. Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT

Způsob a kritéria hodnocení

Průběžné hodnocení laboratorní i numerické výuky. Zkouška obsahuje písemnou i ústní část. Konkrétní podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Jazyk výuky

čeština

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

Účast na cvičení je povinná.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B3A-P bakalářský

    obor B-MET , 3. ročník, letní semestr, 4 kredity, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

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

Cvičení s počítačovou podporou

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Cvičení numerické a cvičení na počítačích:
1. Kinematika elektropohonu, zatěžovací charakteristiky
2. Metody redukce zatěžovacího momentu a momentu setrvačnosti
3. Dynamika elektropohonu, pohybová rovnice
4. Model stejnosměrného stroje
5. Syntéza regulační smyčky proudu
6. Syntéza regulační smyčky otáček
Laboratorní úlohy:
7. Úvodní hodina, seznámení s laboratorními bezpečnostními předpisy, obsluha laboratorních přístrojů.
8. Měření na asynchronním motoru
9. Regulace otáček stejnosměrného motoru
10. Měření na EC motoru
11. Ventilátorová zatěžovací charakteristika
12. Odevzdání protokolů, doměřování úloh