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

5

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)

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