Detail předmětu

Elektrické pohony

FEKT-MPC-APOAk. rok: 2024/2025

Pochopení principů činnosti a základních fyzikálních i matematických souvislostí potřebných k analýze vlastností jednotlivých typů motorů používaných v elektromobilech. Praktické vzájemné srovnání vlastností těchto motorů s použitím uvedených fyzikálních a matematických souvislostí. 

Typické koncepce motorů pro elektromobily a jejich řízení

  1. Magneticky měkké feromagnetické materiály pro elektromotory - B/H křivka, remanence, koercivita, vznik a výpočet hysterezních a vířivých ztrát, problematika přesycení - důsledky při situaci s proudovým napájením cívky a s napěťovým napájením cívky. Materiály permanentních magnetů, vlastnosti, srovnání.
  2. Stejnosměrný stroj s cizím buzením nebo s buzením permanentními magnety, uspořádání motoru, vysvětlení činnosti, náhradní schéma, nalezení momentově-otáčkové charakteristiky při různých způsobech řízení (napájení), pracovní kvadranty v souřadném systému moment-otáčky, princip motor - dynamo (rekuperace), mapa účinnosti v závislosti na aktuálním momentu a otáčkách, problémy komutátoru.
  3. Momentová regulace stejnosměrného motoru, otáčková regulace stejnosměrného motoru s kaskádní strukturou (s podřízenou proudovou smyčkou).
  4. Třífázový asynchronnímotor s kotvou nakrátko - konstrukce, vznik točivého magnetického pole, důležitý rozbor vzniku momentu motoru - z toho plynoucí objasnění tvaru závislosti momentu na skluzovém kmitočtu, následné získání momentově-otáčkové charakteristiky pro různé způsoby řízení (napájení).
  5. Třífázový asynchronnímotor s kotvou nakrátko - problematika ztrát v motoru a souvislosti s konstrukcíi způsobem napájení. Problematika odbuzování. Mapa účinnosti. Náhradní schéma asynchronního motoru.
  6. Nejjednodušší skalární řízení asynchronního motoru, metoda U/f, odbuzování, generátorický chod (rekuperace).
  7. Možnosti skalárního řízení asynchronního motoru s ohledem na maximální účinnost v širokém rozsahu momentu a otáček.
  8. Třífázový asynchronnímotor s kotvou nakrátko - problematika minimalizace ztrát konstrukcí stroje a optimálním způsobem řízení střídačem s ohledem na maximální dojezd elektromobilu.
  9. Třífázový synchronnímotor s permanentními magnety - konstrukce, vznik točivého magnetického pole, důležitý rozbor vzniku momentu motoru s použitím základních matematických souvislostí, problematika reakce kotvy a z toho plynoucí důležité souvislosti týkající se tloušťky vzduchové mezery a magnetického napětí permanentních magnetů, výkon stroje.
  10. Třífázový synchronnímotor s permanentními magnety s harmonickým indukovaným napětím a harmonickými napájecími proudy - rozložení budicí indukce, rozložení vinutí moment, indukované napětí, cogging, čidlo polohy.
  11. Třífázový synchronnímotor s permanentními magnety s obdélníkovým indukovaným napětím a obdélníkovými napájecími proudy (BLDC) – rozložení budicí indukce, pólové krytí, rozložení vinutí, moment, indukované napětí, cogging, čidlo polohy, výhody a nevýhody v porovnání s harmonickým provedením. Mapa účinnosti synchronního motoru.
  12. Spínaný a synchronní reluktanční motor (SRM) – konstrukce, principy činnosti, matematické souvislosti, princip vytváření velkého momentu, výhody a nevýhody reluktančních strojů.
  13. Porovnání vlastností, možností řízení a map účinnosti výše uvedených motorů s matematickým a fyzikálním vysvětlením.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Předmět je ukončen zkouškou po předchozím udělení zápočtu. Zkouška z předmětu je ústní - max. 70 bodů. Hodnocení numerických a laboratorních cvičení - max. 30 bodů.


Učební cíle

 Pochopení principů činnosti a základních fyzikálních i matematických souvislostí potřebných k analýze vlastností jednotlivých typů motorů používaných v elektromobilech. Praktické vzájemné srovnání vlastností těchto motorů s použitím uvedených fyzikálních a matematických souvislostí. 


Základní literatura

Skalický, J.: Teorie řízení 1, skripta VUT FEKT, 2002 (CS)
W.H.Yeadon, A.W. Yeadon.: Handbook of Small Electric Motors. McGraw Hill, 2004 (CS)
Zboray. L. a j.: Stavové riadenie el. pohonov, FEI Košice, 1995 (CS)

Elearning

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-AAE-P magisterský navazující 1 ročník, letní 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

Cvičení s počítačovou podporou

26 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 otáče

Laboratorní úlohy:

  1. Úvodní hodina, seznámení s laboratorními bezpečnostními předpisy, obsluha laboratorních přístrojů.
  2. Měření na asynchronním motoru
  3. Regulace otáček stejnosměrného motoru
  4. Měření na EC motoru
  5. Ventilátorová zatěžovací charakteristika
  6. Odevzdání protokolů, doměřování úloh

Elearning