Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Napędy elektryczne
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
EAiR-1-405-s
Wydział:
Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Automatyka i Robotyka
Semestr:
4
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Prowadzący moduł:
Drabek Tomasz (drabek@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Przedmiot dotyczy silników i napędów elektrycznych, ze szczególnym uwzględnieniem serwonapędów i algorytmów ich sterowania.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 ma uporządkowaną wiedzę w zakresie elektrotechniki i podstaw napędów elektrycznych AiR1A_W03 Egzamin,
Zaliczenie laboratorium
M_W002 orientuje się w obecnym stanie oraz trendach rozwojowych systemów sterowania i zasilania silników i serwonapędów elektrycznych AiR1A_W03 Egzamin
Umiejętności: potrafi
M_U001 potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł; potrafi integrować i weryfikować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie AiR1A_U01 Egzamin
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się (studia drugiego i trzeciego stopnia, studia podyplomowe, kursy) — podnoszenia kompetencji zawodowych, osobistych i społecznych. AiR1A_K01 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_K002 ma świadomość roli społecznej absolwenta uczelni technicznej, a zwłaszcza rozumie potrzebę formułowania i przekazywania społeczeństwu — m.in. poprzez środki masowego przekazu — informacji i opinii dotyczących osiągnięć automatyki i cybernetyki oraz innych aspektów działalności inżyniera-automatyka; podejmuje starania, aby przekazać takie informacje i opinie w sposób powszechnie zrozumiały AiR1A_K03 Wynik testu zaliczeniowego,
Zaliczenie laboratorium
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
56 28 0 28 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 ma uporządkowaną wiedzę w zakresie elektrotechniki i podstaw napędów elektrycznych + - + - - - - - - - -
M_W002 orientuje się w obecnym stanie oraz trendach rozwojowych systemów sterowania i zasilania silników i serwonapędów elektrycznych + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł; potrafi integrować i weryfikować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie + - - - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się (studia drugiego i trzeciego stopnia, studia podyplomowe, kursy) — podnoszenia kompetencji zawodowych, osobistych i społecznych. + - - - - - - - - - -
M_K002 ma świadomość roli społecznej absolwenta uczelni technicznej, a zwłaszcza rozumie potrzebę formułowania i przekazywania społeczeństwu — m.in. poprzez środki masowego przekazu — informacji i opinii dotyczących osiągnięć automatyki i cybernetyki oraz innych aspektów działalności inżyniera-automatyka; podejmuje starania, aby przekazać takie informacje i opinie w sposób powszechnie zrozumiały + - - - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 90 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 56 godz
Przygotowanie do zajęć 8 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 14 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 10 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (28h):

1. Wiadomości podstawowe o maszynach elektrycznych (2 g.)
Podstawowe prawa fizyczne działania maszyn elektrycznych. Wielkości charakteryzujące pole magnetyczne. Konstrukcja maszyn elektrycznych. Materiały stosowane w konstrukcji obwodów magnetycznych i elektrycznych maszyn.
2. Transformator jednofazowy dwuuzwojeniowy (2 g.)
Zasada działania. Model transformatora jednofazowego – schemat zastępczy typu „T”. Identyfikacja pomiarowa parametrów schematu zastępczego. Straty mocy w transformatorze, sprawność, charakterystyka zewnętrzna transformatora. Dane znamionowe transformatora jednofazowego. Obliczenia konstrukcyjne obwodu magnetycznego transformatora jednofazowego.
3. Silniki komutatorowe prądu stałego (4 g.)
Konstrukcja silnika obcowzbudnego i szeregowego, zasada działania. Modele matematyczne silników i identyfikacja pomiarowa ich parametrów. Metody rozruchu i hamowania. Metody i układy regulacji prędkości obrotowej i położenia. Układy energoelektroniczne służące do zasilania silników. Rozwiązania komercyjne serwonapędów z silnikami obcowzbudnymi. Zastosowania silników szeregowych.
4. Bezszczotkowy silnik prądu stałego (4 g.)
Budowa i zasada działania. Zakres zastosowań. Model matematyczny silnika i identyfikacja pomiarowa jego parametrów. Możliwe wykonania silnika. Układy regulacji prędkości. Układy energoelektroniczne służące do zasilania silnika, inne elektroniczne układy towarzyszące.
5. Bezszczotkowy silnik prądu przemiennego (4 g.)
Budowa i zasada działania – wirujące pole magnetyczne. Zakres zastosowań. Model matematyczny silnika i identyfikacja pomiarowa jego parametrów. Możliwe wykonania silnika. Układy regulacji prędkości i położenia. Układy energoelektroniczne służące do zasilania silnika – mostki falownikowe i algorytmy ich sterowania.
6. Maszyna indukcyjna (4 g.)
Budowa i zasada działania jako maszyny pola wirującego. Model maszyny indukcyjnej i założenia modelowe. Schemat zastępczy maszyny indukcyjnej dla składowej symetrycznej zgodnej. Sens fizykalny parametrów modelu – analogie do modelu transformatora. Bilans mocy silnika indukcyjnego. Charakterystyka mechaniczna maszyny indukcyjnej pierścieniowej, klatkowej oraz głębokożłobkowej.
7. Charakterystyki robocze maszyny indukcyjnej (4 g.)
Praca silnikowa, hamulcowa, generatorowa. Charakterystyka mechaniczna i prądowa maszyny indukcyjnej – wzór Klossa. Zmiana charakterystyk przy zmianie warunków zasilania. Problemy rozruchowe silnika indukcyjnego i metody ich rozwiązywania. Dane znamionowe silnika indukcyjnego. Metody regulacji prędkości silnika indukcyjnego i metody jego hamowania. Przemienniki częstotliwości do zasilania silników indukcyjnych.
8. Silniki skokowe (4 g.)
Budowa i rodzaje silników skokowych. Zasada działania. Zastosowania silników skokowych. Własności ruchowe. Możliwe sterowania faz silnika hybrydowego. Układy energoelektroniczne do zasilania silników skokowych hybrydowych.

Ćwiczenia laboratoryjne (28h):

1. Silniki wykonawcze prądu stałego:
Pomiary charakterystyk sterowania komutatorowego silnika elektromagnetycznego i magnetoelektrycznego prądu stałego.
2. Silnik komutatorowy uniwersalny:
Pomiary charakterystyk i sprawności silnika szeregowego uniwersalnego (prądu przemiennego), współpraca z tyrystorowym regulatorem prędkości obrotowej.
3. Serwonapęd z bezszczotkowym silnikiem prądu przemiennego:
Konfiguracja serwonapędu do regulacji prędkości obrotowej i do regulacji położenia. Rejestracje przebiegów napędu podczas jego funkcjonowania.
4. Silniki skokowe i ich sterowanie:
Opracowanie trajektorii ruchu silnika i jej realizacja. Rejestracje przebiegów prądów fazowych silnika, prędkości i położenia. Porównanie wyników rejestracji z wynikami symulacji napędu.
5. Trójfazowy silnik indukcyjny:
Badania silnika klatkowego i pierścieniowego, wyznaczenie przebiegu momentu rozruchowego silnika metodą różniczkowania zarejestrowanego przebiegu prędkości silnika podczas rozruchu, wyznaczenie charakterystyki prądowej.
6. Silnik indukcyjny sterowany falownikiem:
Konfiguracja napędu falownikowego z silnikiem indukcyjnym. Doświadczalny (eksperyment Zieglera-Nicholsa) dobór nastaw regulatora PI prędkości napędu sterowanego skalarnie.
7. Bezszczotkowy silnik prądu stałego:
Wyznaczanie charakterystyk roboczych silnika. Rejestracje przebiegów dynamicznych z układem automatycznej regulacji prędkości i z układem automatycznej regulacji napięcia zasilającego silnik – badanie odpowiedzi napędu na skok jednostkowy prędkości zadanej i momentu obciążenia.
8. Silniki komutatorowe prądu stałego:
Pomiar charakterystyk mechanicznych i regulacyjnych silnika obcowzbudnego i szeregowego prądu stałego większych mocy.
9. Dwa kolokwia sprawdzające z ćwiczeń laboratoryjnych.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Warunkiem zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych jest oddanie i zaliczenie sprawozdań ze wszystkich ćwiczeń laboratoryjnych oraz uzyskanie zaliczenia 2 kolokwiów.
W przypadku nieobecności studenta w terminie wykonania danego ćwiczenia laboratoryjnego wymagane jest jego indywidualne wykonanie w terminie innej grupy laboratoryjnej (za zgoda prowadzącego te zajęcia) lub w terminie dodatkowym, po uzgodnieniu z osobą prowadzącą ćwiczenia laboratoryjne.
W przypadku nieobecności studenta w przewidzianym w harmonogramie zajęć terminie oddawania sprawozdań lub w przypadku nieuzyskania oceny pozytywnej, wymagane jest indywidualne zaliczenie sprawozdania.
W przypadku nieobecności studenta w przewidzianym w harmonogramie zajęć terminie kolokwium lub w przypadku nieuzyskania oceny pozytywnej, wymagane jest indywidualne zaliczenie kolokwium w terminie dodatkowym, po uzgodnieniu z osobą prowadzącą ćwiczenia laboratoryjne.
Ocena z Laboratorium Ol jest średnią arytmetyczną ocen uzyskanych z ćwiczeń laboratoryjnych i z kolokwiów z ćwiczeń laboratoryjnych – wymagane jest zaliczenie wszystkich ćwiczeń i obydwu kolokwiów.
W sytuacjach spornych należy się zwracać do szefa przedmiotu (wykładowcy).

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena końcowa jest tożsama z oceną z ćwiczeń laboratoryjnych, wg wzoru:
Ok = Ol

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

W przypadku nieobecności studenta w terminie wykonania danego ćwiczenia laboratoryjnego wymagane jest jego indywidualne wykonanie w terminie innej grupy laboratoryjnej (za zgoda prowadzącego te zajęcia) lub w terminie dodatkowym, po uzgodnieniu z osobą prowadzącą ćwiczenia laboratoryjne.
W przypadku nieobecności studenta w przewidzianym w harmonogramie zajęć terminie oddawania sprawozdań wymagane jest jego indywidualne zaliczenie.
W przypadku nieobecności studenta w przewidzianym w harmonogramie zajęć laboratoryjnych terminie kolokwium wymagane jest jego indywidualne zaliczenie w terminie dodatkowym, po uzgodnieniu z osobą prowadzącą ćwiczenia laboratoryjne.
W przypadku nieobecności studenta w terminie testu z materiału wykładowego wymagane jest jego indywidualne zaliczenie w terminie dodatkowym, po uzgodnieniu z wykładowcą.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Podstawowe wiadomości z teorii elektrotechniki (teoria obwodów) i fizyki (elektromagnetyzm), znajomość rachunku liczb zespolonych, znajomość podstawowych układów regulacji automatycznej ze sprzężeniem zwrotnym i regulatorami PID.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. Fleszar J.: Maszyny elektryczne specjalne, WNT, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2002.
2. Glinka T.: Maszyny elektryczne wzbudzane magnesami trwałymi, PWN 2018.
3. Krykowski K.: Silniki PM BLDC. Właściwości, sterowanie, aplikacje, wydawnictwo BTC, Legionowo 2015.
4. Przepiórkowski J.: Silniki elektryczne w praktyce elektronika, wydawnictwo BTC, Legionowo 2012.
5. Ronkowski M., Michna M., Kostro G., Kutt F.: Maszyny elektryczne wokół nas, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2011.
6. Sieklucki G.: Automatyka napędu, Wydawnictwa AGH, Kraków 2009.
7. Sochocki R.: Mikromaszyny elektryczne, Oficyna Wydaw. Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1996.
8. Wróbel T.: Silniki skokowe, WNT, Warszawa 1993

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. Andrzej Tutaj, Tomasz Drabek, Tomasz Dziwiński, Paweł Piątek, Jerzy Baranowski: Automatyczne stanowisko pomiarowe do badań wysokoobrotowych silników elektrycznych małych mocy, konferencja PEMiNE 2018, Rytro, wydane w zeszytach naukowych INiME Komel “Maszyny Elektryczne – Zeszyty Problemowe”, nr 2/2018, dostępne w Internecie
2. Andrzej Tutaj, Tomasz Drabek, Tomasz Dziwiński, Jerzy Baranowski, Paweł Piątek: Unintended synchronisation between rotational speed and PWM frequency in a PM BLDC drive unit, konferencja MMAR 2018, Sopot, dostępne w IEEE Explore
3. Tomasz Lerch, Paweł Dybowski, Tomasz Drabek: The waste heat processing system with the Stirling engine and doubly fed induction generator, konferencja SME 2018, Kocierz, dostępne w IEEE Explore
4. Tomasz Drabek, Paweł Dybowski, Jarosław Kozik, Tomasz Lerch, Waldemar Milej, Michał Rad, Ewa Milczarek, Paweł Staszowski: Commutation Torque Ripple Reduction in High-speed Brushless DC Motor, konferencja SME 2017, Nałęczów, dostępne w IEEE Explore
5. Andrzej Tutaj, Tomasz Drabek, Tomasz Dziwiński, Jerzy Baranowski, Paweł Piątek: Case study of Switched Reluctance Motor for use in the Electric Torque Tool_, konferencja MMAR 2017, Sopot, dostępne w IEEE Explore
6. Ł. Cyganik, E. Król, J. Baranowski, T. Drabek, T. Dziwiński, P. Piątek: Konstrukcja bezszczotkowego silnika do zakrętarki elektromechanicznej, wydane w zeszytach naukowych INiME Komel “Maszyny Elektryczne – Zeszyty Problemowe”, nr 2/2017, dostępne w Internecie
7. Tomasz Drabek, Tomasz Lerch, Szymon Słonka : Opracowanie systemu sterowania wektorowego generatora DFIG z wykorzystaniem graficzne programowanego procesora DSP, Przegląd Elektrotechniczny nr 3/2016, dostępne w Internecie
8. T. Drabek, A. Matras, J. Skwarczyński: An analytical model of an electrical machine with internal permanent magnets; part I_, w Analysis and Simulation of Electrical and Computer Systems, w serii: Lecture Notes in Electrical Engineering, vol. 324, wydawnictwo Springer 2015
9. T. Drabek, J. Skwarczyński: An analytical model of an electrical machine with internal permanent magnets; part II, w Analysis and Simulation of Electrical and Computer Systems, pp. 87-109, wydawnictwo Springer 2017

Informacje dodatkowe:

Słowa kluczowe: silniki prądu stałego, silniki bezszczotkowe, silniki z magnesami trwałymi, silniki skokowe, serwonapędy, sterowanie serwonapędów