Detail předmětu

Elektrické pohony

FEKT-BEPBAk. rok: 2012/2013

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.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

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.
- Umí přepočítat moment setrvačnosti poháněné soustavy na hřídel motoru.
- Z napěťové a pohybové rovnice umí odvodit frekvenční přenosy a z nich sestavit matematický model stejnosměrného motoru.
- Umí nakreslit a vysvětlit funkci všech možných zapojení silové části DC/DC měniče pro napájení motorů.
- Ví jak sestavit matematické modely stejnosměrného měniče a všech souvisejících čidel.
- Dokonale chápe funkci kaskádní regulační struktury stejnosměrného pohonu a umí popsat všechny vnitřní vazby.
- Umí syntetizovat regulátory proudu a otáček pro stejnosměrný pohon metodou optimálního modulu a symetrického optima
- Ví jak vypočítat odezvu navržené regulační smyčky na skok žádané hodnoty či poruchy
- Rozumí pohonům s asynchronními motory z uživatelského pohledu, umí vysvětlit možnosti řízení jejich otáček.

Výstupy z počítačových a laboratorních cvičení
- Student umí založit projekt v programu Matlab – Simulink a umí ovládat jeho základní knihovní funkce
- Umí namodelovat pohybovou rovnici mechanismu
- Umí vytvořit simulační model stejnosměrného stroje jak s cizím buzením tak s PM.
- Umí vytvořit model proudové smyčky stejnosměrného pohonu s měničem
- Umí vytvořit zpětnovazební model nadřazené otáčkové smyčky
- Umí vytvořit zjednodušený model polohové smyčky
- Na základě výsledku simulace pracovního cyklu elektrického pohonu umí stanovit ztráty a dimenzovat tak součásti pohonu (motor + měnič)
- Umí provést inicializaci průmyslového servosystému SIEMENS Simotion
- Regulátory otáček a proudu navržené dle SO a OM umí realizovat pomocí analogových obvodů
- Umí provést analýzu ztrát pohonu se synchronním motorem na základě dynamometrem naměřených hodnot

- Umí nakreslit silové schéma frekvenčního měniče pro asynchronní motor a umí vysvětlit princip sinusové PWM a podstatu skalárního řízení.
- Ví co je odbuzování asynchronního motoru, umí vysvětlit oblasti konstantního momentu a konstantního výkonu.
- Umí vyjmenovat ztráty v elektrickém pohonu a umí dimenzovat elektrický pohon prostřednictvím ekvivalentních metod.
- Umí posoudit vhodnost jednotlivých typů motorů a měničů pro konkrétní průmyslové a trakční aplikace.

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 přezkoušeni podle vyhlášky 50

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

Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Osnovy výuky

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

Učební cíle

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

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

Caha,Černý:Elektrické pohony,SNTL Praha 1990
D.Schroeder : Elektrische Antriebe,Springer 1994.
Elektronická skripta na siti FEKT :Elektricke pohony, Laboratorní cvičení Elektrických pohonů
J.Vogel :Elektrische Antriebe,Technik Verlag 1991
Murphy,Turnbull:Power Electronik ,Pergamon Press 1993
T.Wildi : Electrical Machines,Drives, and Power Systems.Pearson Education International 2006,ISBN 0-13-196918-8.

Doporučená literatura

W.Leonhard .: Control of Electrical Drives.Springer Verlag 1996,ISBN 3-540-59380-2.
W.Leonhard :Control of Electrical Drives,Springer,3rd Edition, 2001,ISBN 3-540-41820-2

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-B bakalářský

    obor B-AMT , 3 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
    obor B-SEE , 3 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1 ročník, zimní semestr, 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

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Cvičení probíhá na laboratorních funkčních vzorcích elektrických pohonů s různými typy DC a AC motorů v otevřených i jednoduchých regulačních smyčkách.
Měřením se ověřují statické i dynamické vlastnosti jednotlivých struktur pohonů v otevřené i uzavřené smyčce.
1)Měření momentu setrvačnosti,parametry blokových schemat.
2)Kinematika pohonu.
3)Elektromechanické přechodové děje v různých provozních stavech pohonu.
4)AC pohon s frekvenčním měničem, statické a dynamické charakteristiky.
5)DC pohon s řízeným měničem,statické a dynamické charakteristiky.
6)Polohový servomechanismus.
7)Pohon se spínaným reluktančním motorem.
8)Pohon se speciálním typem motoru - EC.
9) - " - - jednofázové motory.
10) - " - - synchronní motory.
11) - " - - komutátorové motory.
12) - " - - reluktanční motory.
13) - " - - piezomotory.