Studentská grantová soutěž - předchozí roky

Výzkum v oblastech diagnostiky elektrických pohonů, antikorozní ochrany zařízení před bludnými proudy, anténních systémů.

SP2020/59

Zajaczek Stanislav Ing., Ph.D.

doc. Ing. Stanislav Kocman, Ph.D.

01. 01. 2020 - 31. 12. 2020

Vědecko-výzkumný projekt bude zaměřen především na zkoumání negativních zpětných vlivů velikých regulovaných pohonů analýzu a ověřování účinnosti elektrických pohonů, modelování mechatronických systémů a výzkum v oblasti bezpečnostních prvků v dopravě. Rovněž se bude projekt zabývat modelování magnetických polí za účelem elektromagnetického formování kovových materiálů, výzkum chování kolejových obvodů z hlediska bezpečnosti a signalizace. Dále pak na problematiku optimalizace moderních celulárních sítí a výzkum nových anténních systémů a optimalizace antén RFID. Mezi aktivitami podpořenými budou v oblasti antikorozní ochrany úložných zařízení a bludných proudů probíhat měření v rámci studentských závěrečných prací. Naše odborná skupina pracující v radiokomunikační oblasti se zabývá moderními technologiemi, šířením vln v novodobých bezdrátových a celulárních sítích. Zabývá se jejich simulacemi, či praktickým měřením antén vhodných pro již zmíněné technologie, jejich analýzou a následnou úpravou za účelem zvýšení zisku, popř. změnou tvaru, či vyzařovací charakteristiky. Část projektu se mino jiné, zabývá úpravou a nalezením ideální flíčkové (path) antény, ta je momentálně hojně využívána v praxi. Nezbytnou součástí výzkumu je vhodné rozložení jednotlivých AP z hlediska pokrytí, jak ve volných, tak i v zastavěných oblastech. Do této části bude také zahrnut výzkum různých negativních vlivů na šíření vln. Pro simulaci moderních anténních systémů, budeme využívat RF modul programu COMSOL Multiphysics, či CST Microwave studio. U simulace pokrytí budeme používat software RadioLab, Radiomobile a I-prop. Další oblastí výzkumu našeho týmu bude řešení vlivu provozu elektrizovaných drah na kovová úložná zařízení z hlediska šíření zpětných trakčních proudů v zemi. Tyto problémy budou řešeny modelově a následně budou na konkrétních systémech modely ověřeny měřením v provozu. Dále budou do projektu zapojeni studenti, kteří se budou podílet na měření bludných proudů v okolí kolejových drah. Také budou řešeny technické prostředky pro omezení vlivu zemních proudů na úložná zařízení. Spolehlivost napájení elektrické trakce především v extrémních podmínkách (námraza, hololedy, apod.) patří k tématům, které jsou velmi aktuální nejenom v podnicích, které zajišťují napájení trakčního vedení (SŽDC, ČEZ, ŽRF, apod.) ale i organizace, které toto napájení užívají (ČD, ČD Cargo, dopravní podniky, apod.). Další zájmovou oblastí výzkumu, kterou se zabýváme, jsou elektrické pohony, především s asynchronními motory a to jak neregulované, tak i regulované s měničem kmitočtu. V dnešní době jsou tyto systémy zásadní hybnou silou rozvoje průmyslu i součástí komunální techniky. Moderní řízení mechatronických soustav pomocí měničů kmitočtu přináší kromě velkých výhod v řízení a v úsporách elektrické energie i problémy v oblasti rušení a vlivu neharmonického napájení na jejich účinnost a spolehlivost. Kromě mechanických vlastností je významným parametrem celková spotřeba elektrické energie, která se liší od uváděných případů idealizovaného stavu s harmonickým napájením. Tento multikriteriální problém je možné zkoumat jen důslednou analýzou. Tato analýza soustavy se sestává ze simulace pomocí AC/DC modulu v programu COMSOL Multiphysics, kde bude zahrnuta také predikce chování asynchronních motorů při jejich poruchových stavech, a také experimentální měření asynchronního motoru napájeného z programovatelného střídavého výkonového zdroje, při nastavených parametrech, ukazatelích kvality výstupního napájecího napětí. Kompletní analýza bude završena srovnáním naměřených výsledků s výsledky získanými ze simulačního modelu. S touto oblastí, také přímo souvisí výzkum a experimentální ověřování chování střídavých regulovaných pohonů v různých konfiguracích, zejména jejich zpětných vlivů na napájecí síť, zahrnující analýzu nízkofrekvenčního, a také vysokofrekvenčního vedeného elektromagnetického rušení, generovaného těmito pohony do sítě a posouzení prostředků pro eliminaci rušení, včetně simulace regulovaných pohonů z pohledu generovaného rušení s využitím jejich modelů. Výzkum je dále zaměřen na účinnosti indukčních motorů ve střídavých regulovaných pohonech s měničem kmitočtu, včetně účinnosti dílčích komponent pohonu a jeho celkové účinnosti. Výzkum je také zaměřen na vliv kvality napájecího napětí na provozní vlastnosti střídavého neregulovaného pohonu. Další část bude zaměřena na zkoumání negativních zpětných vlivů velikých regulovaných pohonů na napájecí střídavou síť. V analytické části budou zkoumány základní funkce regulovaných pohonů ve vazbě na koncepci elektrického zapojení elektronické části a uspořádání vlastního motoru. Důkladnými měřeními na konkrétních aplikacích v těžkém průmyslu na regulovaných pohonech o výkonech stovky kW až jednotky MW s napájením na úrovni NN i VN bude ověřováno celé spektrum možných negativních vlivů na napájecí síť. Měření budou provedena i na rozsáhlé soustavě vzájemně technologicky svázaných regulovaných pohonů, kdy napájení je na úrovni VN a jednotlivé pohony mají výkony stovky KW, pracují ve velmi dynamickém režimu. Následně bude zjišťována schopnost redukce nepříznivých vlivů s využitím stávajících nainstalovaných zařízení s posouzením kvality této redukce s přihlédnutím k úrovni energetických ztrát, které jsou s tímto spojené. Rovněž budou studovány a posouzeny používané metody redukce negativních zpětných vlivů u podobných nelineárních spotřebičů s vyhodnocováním možných přímých i nepřímých energetických ztrát. Další oblastí vývoje je Kapacitní dělič pro měření vysokého napětí jako součást kombinovaného snímače proudu a napětí. Pro měření vysoké střídavého napětí v distribučních sítích se nejčastěji používají měřicí transformátory napětí na induktivním principu. Mezi jejich přednosti patří vysoká přesnost (třída přesnosti obvykle 0.1 až 3), poměrně velký výstupní výkon od 1VA do 100VA, dále teplotní a časová stabilita. Významná výhoda je galvanické oddělení vstupního a výstupního napětí s vysokou izolační pevností například pro měřicí transformátory do 24kV je to 50kV RMS po dobu 60 sekund a napěťový impulz 125kV 1.2μs/50μs. Jejich nevýhodou je však vysoká cena a hmotnost.Dalším dlouhodobě využívaným principem měření napětí je kapacitní napěťový dělič. Na rozdíl od odporového děliče (který se využívá zejména u nízkého napětí a lze ho použít i na stejnosměrné napětí), v něm nevznikají téměř žádné ztráty výkonu. Na rozdíl od měřicího transformátoru však nezajišťuje galvanické oddělení vstupního a výstupního napětí. Vnitřní impedance kapacitního děliče je v porovnání s měřicím transformátorem velmi vysoká, proto z něho nelze odebírat prakticky žádný proud. Z těchto důvodů jeho zatěžovací impedance musí mít velmi vysoké hodnoty. Jeho velkou výhodou oproti měřicímu transformátoru je však nižší cena a hmotnost. Záměrem je vyvinout cenově výhodný kapacitní dělič na napětí 22 kV, který by byl součástí kombinovaného snímače napětí a proudu pro měření na vedení 22 kV. Pro konstrukci snímače budou použity komerčně vyráběné kondenzátory s kapacitou 2nF a se jmenovitým napětím 50 kV. Plánované hodnocené výsledky: Náš řešitelský tým si stanovuje v roce 2020 podat k publikování minimálně 2 článků publikovaných na SCOPUS, dále minimálně dvou článků publikovaných na WoS.

doc. Ing. Roman Hrbáč, Ph.D.
doc. Ing. Lubomír Ivánek, CSc.
doc. Ing. Vítězslav Stýskala, Ph.D.
doc. Ing. Václav Kolář, Ph.D.
Ing. Tomáš Mlčák, Ph.D.
Ing. Stanislav Zajaczek, Ph.D.
Ing. Richard Blaho
Bc. Ing. Vojtěch Vachutka
Bc. Ladislav Mišovec
Ing. Dominik Rybár
Bc. Jakub Jakubík
Ing. Matúš Bližňák
Bc. Lukáš Rosina
Bc. Henrich Poruban
Bc. Michal Vajdík
Bc. Jan Jasinský
Ing. Jaroslav Štefanec
Ing. Lukáš Demel
Bc. Petr Nytra
Bc. Ing. Adam Žídek
Bc. Martin Vrábel
Bc. Daniel Šoukal
Ing. Petr Tichavský
Ing. Stanislav Nowak
doc. Ing. Stanislav Kocman, Ph.D.

1. Optimalizace antén RFID.
2. Měření bludných proudů v okolí kolejových drah.
3. Výzkum a vývoj v oblasti bezpečnosti v dopravě.
4. Výzkum vlivu kvality napájecího napětí na provozní vlastnosti střídavého neregulovaného pohonu.
5. Návrh a simulace nových anténních systémů pro současné bezdrátové technologie.
6. Kapacitní dělič pro měření vysokého napětí jako součást kombinovaného snímače proudu a napětí