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
- 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.
- 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.
- Momentová regulace stejnosměrného motoru, otáčková regulace stejnosměrného motoru s kaskádní strukturou (s podřízenou proudovou smyčkou).
- 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).
- Třífázový asynchronnímotor s kotvou nakrátko - problematika ztrát v motoru a souvislosti s konstrukcíi způsobem napájení. Problematika odbuzování. Mapa účinnosti. Náhradní schéma asynchronního motoru.
- Nejjednodušší skalární řízení asynchronního motoru, metoda U/f, odbuzování, generátorický chod (rekuperace).
- Možnosti skalárního řízení asynchronního motoru s ohledem na maximální účinnost v širokém rozsahu momentu a otáček.
- Třífázový asynchronnímotor s kotvou nakrátko - problematika minimalizace ztrát konstrukcí stroje a optimálním způsobem řízení střídačem s ohledem na maximální dojezd elektromobilu.
- 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.
- Třífázový synchronnímotor s permanentními magnety s harmonickým indukovaným napětím a harmonickými napájecími proudy - rozložení budicí indukce, rozložení vinutí moment, indukované napětí, cogging, čidlo polohy.
- 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.
- Spínaný a synchronní reluktanční motor (SRM) – konstrukce, principy činnosti, matematické souvislosti, princip vytváření velkého momentu, výhody a nevýhody reluktančních strojů.
- Porovnání vlastností, možností řízení a map účinnosti výše uvedených motorů s matematickým a fyzikálním vysvětlením.
Jazyk výuky
Počet kreditů
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
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
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
Vyučující / Lektor
Osnova
- Blokové schéma el. pohonu.
- Rozdělení regulačních pohonů, řízení, regulace.
- Mechanika pohonů, pohybové rovnice
- Typy motorů pro regulační pohony a jejich základní vlastnosti
- Stejnosměrný motor, náhradní schéma, matematický model, statický, dynamický
- Tranzistorový měnič jako dynamický člen z pohledu teorie regulace
- Kaskádní regulace v elektrických pohonech, princip, struktura, stabilita
- Metody návrhu regulačních smyček proudu a rychlosti, jejich srovnání, vliv poruch.
- Mechanické charakteristiky motorů a pracovních mechanismů
- Ztráty v pohonu, dimenzování, ekvivalentní metody
- Pohony sériovým buzením, odbuzování, SS motor v trakci
- Pohony s AS motory, frekvenční měniče, softstarty
- Pohony se synchronními motory, EC motor
Cvičení s počítačovou podporou
Vyučující / Lektor
Osnova
Cvičení numerické a cvičení na počítačích:
- Kinematika elektropohonu, zatěžovací charakteristiky
- Metody redukce zatěžovacího momentu a momentu setrvačnosti
- Dynamika elektropohonu, pohybová rovnice
- Model stejnosměrného stroje
- Syntéza regulační smyčky proudu
- Syntéza regulační smyčky otáče
Laboratorní úlohy:
- Úvodní hodina, seznámení s laboratorními bezpečnostními předpisy, obsluha laboratorních přístrojů.
- Měření na asynchronním motoru
- Regulace otáček stejnosměrného motoru
- Měření na EC motoru
- Ventilátorová zatěžovací charakteristika
- Odevzdání protokolů, doměřování úloh
Elearning