Detail předmětu

Elektrické pohonné jednotky

FEKT-BPC-EPJAk. rok: 2025/2026

Kurz elektrické pohonné jednotky poskytuje přehled o různých typech elektrických strojů a pohonů. Vysvětluje principy činnosti, designu a provozních parametrů stejnosměrných, asynchronních a synchronních strojů s důrazem na jejich uplatnění v kontextu e-mobility. Studenti jsou dále seznámeni s různými typy mechanických zátěží pohonů, dimenzováním elektrického pohonu a jeho regulací.  Kurz probírá detailní matematický popis pohonu se stejnosměrným strojem, směřující k následnému návrhu jeho kaskádní regulační struktury. V poslední části kurzu je pak prezentován úvod do oblasti řízení střídavých strojů. Aplikační oblast pak zahrnuje kromě e-mobility potažmo zařízení elektrické trakce i průmyslové pracovní mechanismy na různých výkonových úrovních. 

 

 

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. Ing. Jan Bárta, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav výkonové elektrotechniky a elektroniky (UVEE)

Vstupní znalosti

Student by měl být schopen:
- definovat a vysvětlit pojmy elektromagnetické pole, elektrické pole, magnetické pole, obvody se soustředěnými a rozprostřenými parametry,
- řešit stejnosměrné, střídavé obvody a magnetické obvody,
- řešit vícefázové střídavé obvody,
- definovat a vysvětlit pojmy práce a energie,
- definovat a vysvětlit pojmy vlastní a vzájemná indukčnost, energie jedné cívky a soustavy cívek, hustota a vznik síly v magnetickém a elektrickém poli,
- popsat a vysvětlit základní vlastnosti magnetických materiálů včetně permanentních magnetů.
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby poučené“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy. 

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Kontrolní testy - 20 bodů
Laboratorní a počítačové cvičení - 10 bodů
Závěrečná písemná zkouška - 70 bodů 

 

Učební cíle

  • Pochopit konstrukci rozdílných druhů elektrických strojů, jejich charakteristiky a princip jejich činnosti
  • Naučit se sestavovat náhradní schémata pro různé druhy elektrických strojů
  • Naučit se využití náhradního schématu pro výpočet ustáleného stavu elektrických strojů
  • Popsat hlavní části elektrických strojů
  • Popsat konstrukci a princip činnosti třífázového asynchronního stroje s vinutou kotvou a kotvou nakrátko  
  • Vysvětlit vznik točivého magnetického pole
  • Vyjmenovat základní typy vinutí střídavých strojů
  • Nakreslit náhradní schéma asynchronního stroje, odvodit moment a nakreslit momentovou charakteristiku, 
  • Vysvětlit princip činnosti synchronního stroje s hladkým rotorem a popsat jeho konstrukci
  • Nakreslit zjednodušené obvodové schéma synchronního stroje, odvodit momentovou rovnici a nakreslit fázorový diagram a momentovou charakteristiku, 
  • Matematicky popsat běžné druhy momentově – otáčkových charakteristik poháněných zařízení, jak v závislosti na absolutní hodnotě rychlosti, tak na pracovním kvadrantu.
  • Přepočítat moment setrvačnosti poháněné soustavy na hřídel motoru.
  • Z napěťové a pohybové rovnice odvodit frekvenční přenosy a z nich sestavit matematický model stejnosměrného motoru.
  • Popsat pohony s asynchronními motory z uživatelského pohledu, vysvětlit možnosti řízení jejich otáček.
  • Nakreslit silové schéma frekvenčního měniče pro asynchronní motor, vysvětlit princip sinusové PWM a podstatu skalárního řízení.
  • Popsat co je odbuzování asynchronního motoru, vysvětlit oblasti konstantního momentu a konstantního výkonu.   
  • Vyjmenovat ztráty v elektrickém pohonu, dimenzovat elektrický pohon prostřednictvím ekvivalentních metod.
  • Posoudit vhodnost jednotlivých typů motorů a měničů pro konkrétní průmyslové a trakční aplikace.   

Základní literatura

Fitzgerald,Kingsley,Kusko::Electric Machinery,McGraw-Hill (EN)
Hrabovcová, V., Rafajdus, P.: Elektrické stroje. Teória a príklady, EDIS ŽU v Žiline, ISBN: 978-80-554-0101-0 (SK)
Juha Pyrhonen, Valeria Hrabovcova, R. Scott Semken, "Electrical Machine Drives Control: An Introduction", ISBN 9781119260455 (EN)
Měřička,Haňka,Voženílek.::Elektrické stroje,ČVUT Praha (EN)
O'Kelly:Performance and Control of Electrical Machines,McGraw-Hill (EN)
P. C. Sen: Principles of Electric Machines and Power Electronics, ISBN: 9781118078877 (EN)
Patočka, M., Magnetické jevy a obvody ve výkonové elektronice, měřicí technice a silnoproudé elektrotechnice, VUTIUM Brno, 2011 (CS)
Stephen Umans: Fitzgerald & Kingsley's Electric Machinery 7th Edition, ISBN: 978-0073380469 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-EMU bakalářský 2 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jan Bárta, Ph.D.

Osnova

  1. Úvod a motivace, Magnetismus – opakování a řešení magnetických obvodů.
  2. Stejnosměrný stroj – Princip činnosti a konstrukční provedení, odvození základních rovnic.
  3. Produkce momentu, vznik točivého magnetického pole a vinutí střídavých elektrických strojů.
  4. Asynchronní stroj – konstrukční provedení, princip činnosti, náhradní obvod.
  5. Asynchronní stroj – fázorový diagram a provozní charakteristiky.
  6. Synchronní stroj – Teorie stroje s hladkým rotorem. Momentová charakteristika.
  7. Synchronní stroj – Synchronní stroje s vyniklými póly a s permanentními magnety.
  8. Mechanické vlastnosti elektrického pohonu -  pohybová rovnice, metody redukce zátěžného momentu a momentu setrvačnosti, statické charakteristiky pracovních mechanismů a trakčních vozidel.
  9. Stejnosměrný pohon s tranzistorovým měničem - typy měničů pro práci v různých kvadrantech, přenosová funkce měniče, druhy čidel proudu a otáček.
  10. Regulace proudu a otáček stejnosměrného pohonu, kaskádní regulační struktura,  syntéza regulátorů proudu a otáček metodou OM a SO.
  11. Pohony s asynchronními motory, možnosti řízení rychlosti, odbuzování, aplikace AM v elektrické trakci.
  12. Pohony se synchronními motory s PM, EC motor, snímání polohy EC motoru, regulace proudu a otáček EC motoru a harmonického stroje.
  13. Ztráty v pohonu, dimenzování pohonů, ekvivalentní metody, druhy zatížení.
 

Cvičení s počítačovou podporou

18 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jan Bárta, Ph.D.

Osnova

  1. Magnetické obvody, 
  2. Stejnosměrné stroje
  3. Asynchronní stroje
  4. Synchronní stroje
  5. Mechanické vlastnosti elektrického pohonu
  6. Stejnosměrný pohon s tranzistorovým měničem
  7. Regulace proudu a otáček stejnosměrného pohonu
  8. Pohony s asynchronními a synchronními motory, možnosti řízení rychlosti, odbuzování, aplikace AM v elektrické trakci.
  9. Ztráty v pohonu, dimenzování pohonů, ekvivalentní metody, druhy zatížení

Laboratorní cvičení

8 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jan Bárta, Ph.D.

Osnova

  1. Zásady bezpečnosti při práci v laboratoři. Seznámení s laboratoří – procvičení zapojování. Magnetismus
  2. L1 – Stejnosměrný stroj. 
  3. L2 – Asynchronní motor – momentová charakteristika. 
  4. L3 - Nastavování regulace proudu a otáček pro stejnosměrný motor 
  5. L4 - Měření na asynchronním motoru, model trakčního pohonu