Detail předmětu

Alternativní zdroje energie v mechatronice

FSI-RAEAk. rok: 2010/2011

Předmět seznamuje studenty s tradičními a zejména s alternativními možnostmi napájení moderních bezdrátových aplikací. Tradičními zdroji elektrické energie pro bezdrátové aplikace jsou galvanické zdroje. Cílem moderních technologií je náhrada těchto zdrojů zařízeními, které získávají elektrickou energii z okolí přímo v místě energetické potřeby. V rámci předmětu se studenti seznámí s různými alternativami napájení bezdrátových technologií, využívajících okolní energie (Energy Harvesting) v místě umístění aplikace. Jsou představeny solární, termoelektrické a elektromechanické generátory. Hlavní náplní předmětu je studium elektromechanické přeměny mechanické energie vibrací, rázů, deformace, lidského chování atd. a simulační modelování „Energy Harvesting“ systémů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Zdeněk Hadaš, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky (ÚMTMB)

Výsledky učení předmětu

Předmět se zabývá přehledem nezávislých způsobů generování elektrické energie z okolí pro autonomní napájení bezdrátových senzorů a jiné nízkovýkonové elektroniky. Studenti budou schopni systémové analýzy zdrojů okolní energie pro napájení konkrétní aplikace, volby nejvhodnějšího způsobu napájení moderní elektroniky a simulačního modelování zvoleného řešení založeného na elektromechanické přeměně.

Prerekvizity

Znalosti kinematiky a dynamiky, řešení diferenciálních rovnic druhého řádu, zákony elektromechanické přeměny energie, zákony zachování energie, základní znalosti měření elektrických a neelektrických veličin, simulační software Matlab-Simulink a ANSYS (základní znalosti).

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

Studenti zpracují protokoly z praktických úloh a závěrečný projekt. Úspěšné zvládnutí všech požadavků, které je nezbytné pro udělení klasifikovaného zápočtu, vyhodnocuje vyučující.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty s principy a perspektivními metodami získávání elektrické energie z okolního prostředí, tzn. metodami elektromechanické přeměny, s fotovoltaickými články a termoelektrickými generátory. Důraz je kladen na porozumění fyzikálním principům elektromechanické přeměny a na zvládnutí simulačního modelování těchto zařízení.

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

Účast na cvičení je povinná. Nepřítomnost se nahrazuje zvláštním zadáním podle pokynů cvičícího.

Základní literatura

Fiala, P., Kadlecová, E.: Modelování elektromagnetických polí, FEKT VUT v Brně, 2005. (CS)
Grepl, R.: Modelování mechatronických systémů v Matlab/SimMechanics, BEN, 2007. (CS)

Doporučená literatura

Adams, Thomas M., Layton, Richard A.: Introductory MEMS Fabrication and Applications, 2010. (EN)
Mukherjee, S., et al.: AmIware Hardware Technology Drivers of Ambient Intelligence, Philips Research Book Series Vol. 5, Springer Netherlands, 2006. (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program M2A-P magisterský navazující

    obor M-MET , 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Zdeněk Hadaš, Ph.D.

Osnova

1. V současnosti používané zdroje energie v mechatronice
2. „Energy Harvesting“ - alternativa pro bezdrátové aplikace
3. Výroba elektrické energie z vibrací
4. Elektromechanická přeměna – energetická analýza
5. Elektromechanická přeměna – základní principy
6. Elektromagnetický princip
7. Materiály a konstrukce elektromagnetických generátorů
8. Piezoelektrický princip
9. Piezoelektrické materiály a další smart materiály
10. Ostatní alternativní zdroje pro bezdrátovou elektroniku
11. Solární články a termogenerátory
12. Elektronika - Power management
13. MEMS

Cvičení s počítačovou podporou

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Zdeněk Hadaš, Ph.D.

Osnova

1. Přehled problematiky využitelnosti okolní energie
2. Laboratorní úloha – měření a analýza využitelné okolní energie
3. Přehled možností simulační modelování elektromechanické přeměny
4. Modelování magnetického pole permanentních magnetů (ANSYS)
5. Simulace elektromagnetické přeměny (ANSYS-Matlab/Simulink)
6. Simulace elektromagnetické přeměny (ANSYS-Matlab/Simulink)
7. Analýza vibrací a návrh elektromagnetického generátoru (Matlab)
8. Modelování piezoelektrických elementů a základní analýzy (ANSYS)
9. Modelování piezo-generátoru (ANSYS)
10. Laboratorní úloha – elektromagnetický generátor
11. Laboratorní úloha – piezoelektrický generátor
12. Laboratorní úloha – solární články a termogenerátor
13. Prezentace samostatných závěrečných prací studentů