- Nazwa przedmiotu:
- Generatory liniowe
- Koordynator przedmiotu:
- Dr inż. Paweł Krawczyk
- Status przedmiotu:
- Fakultatywny dowolnego wyboru
- Poziom kształcenia:
- Studia II stopnia
- Program:
- Inżynieria Pojazdów Elektrycznych i Hybrydowych
- Grupa przedmiotów:
- Przedmioty specjalnościowe
- Kod przedmiotu:
- 1120-PE000-MSP-0602
- Semestr nominalny:
- 2 / rok ak. 2021/2022
- Liczba punktów ECTS:
- 4
- Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
- 1) Liczba godzin kontaktowych/ 61 godzin, w tym:
a) 30 godz. - wykład;
b) 30 godz. - projekt;
c) 1 godz. - konsultacje;
2) Praca własna studenta/ 54 godziny, w tym:
a) 9 godz. – bieżące przygotowywanie się studenta do wykładu;
b) 10 godz. – studia literaturowe;
c) 5 godz. – przygotowywanie się studenta do kolokwium;
d) 30 godz. – praca nad przygotowaniem projektu
3) RAZEM – 115 godz.
- Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
- 2 punkty ECTS – liczba godzin kontaktowych - 61, w tym:
a) 30 godz.- wykład;
b) 30 godz. - projekt;
c) 1 godz. - konsultacje;
- Język prowadzenia zajęć:
- polski
- Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
- 2 punkty ECTS – 60 godz. pracy studenta, w tym:
a) 30 godz. – uczestnictwo w zajęciach projektowych
b) 30 godz. – praca nad przygotowaniem projektu
- Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
-
- Wykład30h
- Ćwiczenia0h
- Laboratorium0h
- Projekt30h
- Lekcje komputerowe0h
- Wymagania wstępne:
- wiedza z mechaniki, elektrotechniki, elektroniki i maszyn elektrycznych
- Limit liczby studentów:
- Zgodnie z Rozporządzeniem Rektora PW
- Cel przedmiotu:
- Wiedza: Poznanie teorii elektrycznych generatorów liniowych, ich zasady działania, konstrukcji, metod obliczeniowych i doboru parametrów, aspektów pracy generatorów w systemach generacji energii elektrycznej pojazdów i maszyn roboczych.
Umiejętności: Umiejętność formułowania wymagań projektowych, doboru rodzaju i parametrów generatorów liniowych oraz rozwiązywania zagadnień projektowych związanych z zastosowaniem generatorów liniowych w pojazdach i maszynach roboczych.
Kompetencje Społeczne: Świadomość wymagań i ograniczeń w działaniach inżynierskich
- Treści kształcenia:
- Wykład.
• Zasada działania generatora liniowego. Porównanie cech charakterystycznych z konwencjonalnymi generatorami elektrycznymi
• Zastosowania i tendencje rozwoju konstrukcji elektrycznych generatorów liniowych
• Struktury generatorów liniowych. Materiały wykorzystywane w konstrukcji generatorów liniowych
• Konwersja energii ruchu liniowego na energię elektryczną. Tor przemiany energii mechanicznej na elektryczną
• Równania ruchu suwadła generatora. Różne przypadki wymuszeń. Sprężystość i tłumienie w modelowaniu ruchu roboczego
• Obwody magnetyczne generatorów liniowych. Źródła pola magnetycznego wzbudzenia generatora. Rozkład pola magnetycznego w szczelinie powietrznej generatora. Modelowanie matematyczne i symulacyjne obwodów magnetycznych generatorów liniowych.
• Obwody elektryczne generatorów. Generowanie siły elektromotorycznej, przepływ prądu i siła hamująca. Modelowanie matematyczne i symulacyjne obwodów elektrycznych generatorów liniowych.
• Straty i sprawność generatorów liniowych, bilans energetyczny, metody ograniczania strat. Porównanie sprawności generatorów liniowych i konwencjonalnych
• Współpraca elektrycznych generatorów liniowych z przekształtnikami energoelektronicznymi.
• Kompleksowe modelowanie systemów akumulacji energii z generatorami liniowymi
• Sterowanie parametrami pracy generatora liniowego w systemach odzysku i akumulacji energii. Wpływ sterowania na parametry pracy systemów. Metody i czujniki wykorzystywane do pomiaru wartości parametrów pracy generatora
• Możliwości i ograniczenia w implementacji generatorów liniowych w pojazdach i maszynach roboczych. Wybrane aspekty eksploatacji generatorów liniowych
• Możliwości pracy silnikowej elektrycznych generatorów liniowych
• Metody obliczeniowe elektrycznych generatorów liniowych i systemów z generatorami liniowymi
Projekt
• Zapoznanie się z możliwościami generacji energii elektrycznej na przykładzie parametrów pracy stanowiskowego elektrycznego generatora liniowego z elektrochemicznym magazynem energii
• Zapoznanie się z możliwościami sterowania i możliwościami pomiarowymi na przykładzie stanowiskowego generatora liniowego
• Opracowanie metody sterowania parametrami pracy stanowiskowego generatora liniowego
• Implementacja metody sterowania pracą generatora liniowego z wykorzystaniem karty sterującej i oprogramowania National Instuments
• Weryfikacja poprawności działania zaimplementowanego sterowania i określenie możliwości odzysku energii do baterii litowo-jonowej z wykorzystaniem narzędzi pomiarowych
• Analiza strat w torze przetwarzania energii z wykorzystaniem narzędzi pomiarowych
• Zaproponowanie wykorzystania generatora liniowego w celu odzysku energii w pojeździe lub maszynie roboczej
• Określenie kryteriów doboru generatora dla zaproponowanego przypadku
• Określenie struktury systemu generacji energii elektrycznej, wraz z układem przetwarzania i akumulacji energii
• Opracowanie modelu wybranego wymuszenia/maszyny napędowej
• Opracowanie modelu obwodu magnetycznego generatora liniowego
• Opracowanie modelu obwodu elektrycznego generatora liniowego
• Opracowanie modelu układu akumulacji energii elektrycznej
• Opracowanie metody sterowania parametrami pracy generatora liniowego dla wybranych stanów wymuszenia/maszyny roboczej i magazynu energii
• Integracja modeli składowych w kompleksowy model akumulacji energii z generatorem liniowym i implementacja modelu do dobranego komputerowego środowiska obliczeniowego
• Określenie parametrów pracy generatora i systemu generacji dla rozpatrywanego przypadku
• Analiza otrzymanych wyników
• Porównanie otrzymanych charakterystyk z charakterystykami rzeczywistymi – stanowiskowymi
• Określenie aspektów wytrzymałościowych i eksploatacyjnych systemu z generatorem liniowym
• Opracowanie dokumentacji projektowej dla zaproponowanego rozwiązania
• Opracowanie raportu projektowego z przeprowadzonych prac obliczeniowych i badawczych
- Metody oceny:
- Z przedmiotu wystawiana jest ocena łączna, na którą składają się ocena z wykładu oraz ocena z projektu.
Wykład zaliczany jest w trybie Z2 tj na podstawie kolokwium i/lub pracy domowej. Zaliczenie wykładu odbywa się na podstawie pozytywnej oceny kolokwium i/lub pracy domowej w formie pisemnej lub w formie odpowiedzi ustnej (w razie konieczności wyjaśnienia wątpliwości dot. części pisemnej).
Projekt uznaje się za zaliczony jeśli Student otrzyma pozytywną ocenę z pracy projektowej.
Ocenę łączną wyznacza się przyjmując wagę ~1/2 dla oceny z wykładu oraz ~1/2 dla oceny uzyskanej z projektu.
• W uzasadnionych, indywidualnych przypadkach Prowadzący ma prawo zastosować inne wagi przy określaniu oceny łącznej.
- Egzamin:
- nie
- Literatura:
- Zawirski K, Deskur J, Kaczmarek T., Automatyka napędu elektrycznego, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej 2012.
Boldea I.: Linear electric machines, drives and maglevs handbook, CRC Press 2013
Boldea I.: Variable speed generators, CRC Press 2005
Boldea I., Nasar S. A., Linear electric actuator and generators, Cambridge University Press 2005
Gieras J. F., Piech Z. J., Tomczuk B. Z..: Linear Synchronous Motors, CRC Press 2012
- Witryna www przedmiotu:
- -
- Uwagi:
- -
Efekty uczenia się
Profil ogólnoakademicki - wiedza
- Charakterystyka K_W01
- Ma wiedzę na temat typów i budowy struktur generatorów liniowych oraz używanych do tego materiałów.
Weryfikacja: Kolokwium i/lub praca domowa w formie pisemnej i ewentualnie uzupełnione w formie odpowiedzi ustnej.
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W12
Powiązane charakterystyki obszarowe:
I.P7S_WG
- Charakterystyka K_W02
- Ma wiedzę o sterowaniu wartościami parametrów pracy generatora liniowego i ich pomiarze.
Weryfikacja: Kolokwium i/lub praca domowa w formie pisemnej i ewentualnie uzupełnione w formie odpowiedzi ustnej.
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W13
Powiązane charakterystyki obszarowe:
I.P7S_WG
- Charakterystyka K_W03
- Zna systemy akumulacji energii z generatorami liniowymi oraz metody obliczeniowe wykorzystywane w ich projektowaniu.
Weryfikacja: Kolokwium i/lub praca domowa w formie pisemnej i ewentualnie uzupełnione w formie odpowiedzi ustnej.
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W15
Powiązane charakterystyki obszarowe:
I.P7S_WG
- Charakterystyka K_W04
- Zna możliwości i ograniczenia w implementacji generatorów liniowych w pojazdach i maszynach roboczych.
Weryfikacja: Kolokwium i/lub praca domowa w formie pisemnej i ewentualnie uzupełnione w formie odpowiedzi ustnej.
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W12
Powiązane charakterystyki obszarowe:
I.P7S_WG
- Charakterystyka K_W05
- Ma wiedzę o tendencjach rozwojowych w konstrukcjach elektrycznych generatorów liniowych.
Weryfikacja: Kolokwium i/lub praca domowa w formie pisemnej i ewentualnie uzupełnione w formie odpowiedzi ustnej.
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W12
Powiązane charakterystyki obszarowe:
I.P7S_WG
- Charakterystyka K_W06
- Ma wiedzę na temat metod i narzędzi modelowania matematycznego i symulacyjnego obwodów magnetycznych i elektrycznych generatorów liniowych.
Weryfikacja: Kolokwium i/lub praca domowa w formie pisemnej i ewentualnie uzupełnione w formie odpowiedzi ustnej.
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W15
Powiązane charakterystyki obszarowe:
I.P7S_WG
Profil ogólnoakademicki - umiejętności
- Charakterystyka K_U01
- Potrafi opracować, zaimplementować i zweryfikować zaproponowaną metodę sterowania elektrycznym generatorem liniowym.
Weryfikacja: Pozytywna ocena z projektu.
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U08
Powiązane charakterystyki obszarowe:
III.P7S_UW.3.o, III.P7S_UW.4.o, I.P7S_UW, III.P7S_UW.1.o, III.P7S_UW.2.o
- Charakterystyka K_U02
- Potrafi opracować i zaimplementować model elektrycznego generatora liniowego w komputerowym środowisku obliczeniowym.
Weryfikacja: Pozytywna ocena z projektu.
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U09
Powiązane charakterystyki obszarowe:
I.P7S_UW, III.P7S_UW.1.o, III.P7S_UW.2.o, III.P7S_UW.3.o, III.P7S_UW.4.o
- Charakterystyka K_U03
- Potrafi określić parametry pracy generatora liniowego w systemie generacji rozpatrywanego pojazdu lub maszyny roboczej.
Weryfikacja: Pozytywna ocena z projektu.
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U12
Powiązane charakterystyki obszarowe:
I.P7S_UW, III.P7S_UW.1.o, III.P7S_UW.2.o, III.P7S_UW.3.o, III.P7S_UW.4.o
Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne
- Charakterystyka K_K01
- Potrafi współdziałać i pracować w grupie projektowej realizując powierzone mu zadania.
Weryfikacja: Pozytywna ocena z projektu.
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_K04
Powiązane charakterystyki obszarowe:
I.P7S_KO