Kursplan för Elektriska drivsystem

Kursplan fastställd 2021-02-10 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnElectric drive systems
  • KurskodENM076
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareMPEPO
  • UtbildningsnivåAvancerad nivå
  • HuvudområdeElektroteknik
  • InstitutionELEKTROTEKNIK
  • BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Engelska
  • Anmälningskod 21126
  • Blockschema
  • Sökbar för utbytesstudenterJa

Poängfördelning

0118 Tentamen 4,5 hp
Betygsskala: TH
4,5 hp
  • 11 Mar 2024 em J
  • 04 Jun 2024 em J
  • 23 Aug 2024 em J
0218 Laboration 3 hp
Betygsskala: UG
3 hp

    I program

    Examinator

    Gå till kurshemsidan (Öppnas i ny flik)

    Behörighet

    Grundläggande behörighet för avancerad nivå
    Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

    Särskild behörighet

    Engelska 6
    Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

    Kursspecifika förkunskaper

    Elektriska drivsystem 1 (ENM055) eller Elektriska maskiner - design och analys (ENM056)
    Utöver dessa kurser ska studenten uppfylla de kursspecifika förkunskapskraven till MPEPO i Antagningsordningen.

    Syfte

    Syftet med kursen är att studenterna ska utveckla och uppvisa förmåga att designa ett högpresterande elektriskt drivsystem. I kursen ingår att studenterna ska kunna implementera sådana drivsystem i simuleringsmiljön Matlab/Simulink och de ska utveckla sin förmåga att tolka och bedöma prestandan av de implementerade systemen. Drivsystem både med och utan hastighets- och positionssensorer behandlas i kursen. Som en del i kursen ingår även att härleda elmaskinernas dynamiska modeller samt att strukturera dem så de är anpassade för simuleringsmiljön och för regulatordesignen. Högpresterande elektriska drivsystem används i många olika applikationer och några exempel är: El- och hybridfordon, robotar, förnyelsebar energiproduktion (vindkraftverk, vågkraftverk, solcells anläggningar,..), elektriska servoapplikationer, portöppnarsystem, transportband, vävmaskiner för textilindustri,...

    Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

    • designa ström-, varvtal- och positionsregulatorer för elektriska maskiner baserat på systemets bandbreddskrav, parametrarna för maskinen tillsammans med lasten samt kraftelektroniken som matar maskinen.
    • konstruera/utveckla en styrning för en likströmsmaskin samt bedöma ström- och hastighetsregulatorernas prestanda då en linjär effektförstärkare används.
    • konstruera/utveckla en fältorienterad styrning för en asynkronmaskin och en permanentmagnetiserad synkronmaskin samt bedöma ström- och hastighetsregulatorernas prestanda.
    • implementera och utvärdera aktiv dämpning, framkoppling och förhindring av integratoruppvridning i reglersystemen.
    • presentera strömmar, spänningar samt flöden i de stationära 3- och 2-fassystemen och i det roterande 2-fassystemet samt att kunna omvandla storheterna mellan de olika systemen.
    • härleda, implementera och bedöma prestandan av en flödesobservator baserad på strömmodellen i direkt och indirekt flödesorientering.
    • härleda basekvationerna för flödesobservatorn baserad på spänningsmodellen och utvärdera dess prestanda.
    • härleda basekvationerna för att estimera rotorpositionen med signalinjektion för en permanentmagnetiserad synkronmaskin med utpräglade poler och utvärdera algoritmens prestanda.
    • använda modeller på tillståndsform för att simulera elektriska maskiner samt att kunna härleda tillståndsmodellerna från maskinernas standardekvationer.
    • beskriva funktionssättet för en trefasomvandlare och bestämma switchmönstret som skapas av omvandlaren och dess påverkan på maskinen.
    • designa en fältförsvagningsregulator för maskinerna.
    • implementera det utvecklade styrsystemet i ett drivsystem med realtidstyrsystemet dSPACE och utvärdera drivsystemets prestanda.
    • beskriva hur en U/f styrning fungerar.
    • välja ett relevant (miljövänligt) drivsystem för en given applikation med givna specifikationer samt att beräkna dess energianvändning.

    Innehåll

    Föreläsningar och övningar:
    Matematiska transformationer: Transformering av spänningar, flöden och strömmar mellan det fysikaliska 3-fassystemet och ett fiktivt 2-fassystem. Transformering av spänningar, flöden och strömmar mellan stationärt och roterande koordinatsystem.
    Modeller av elektriska maskiner: Härleda ekvationerna som beskriver asynkronmaskinen samt den permanentmagnetiserade synkronmaskinen, utgående från den fysiska beskrivningen av maskinen.
    Modellering på tillståndsform: Implementera maskinekvationerna på en form som är lämplig för simuleringsverktyget.
    Regulatorer: Design av ström-, varvtal- och positionsregulatorer genom att forma det slutna systemets överföringsfunktion samt strategier för att förhindra integratoruppvridning.
    Fältorienterad styrning: Dynamiskt högpresterande reglersystem för elektriska maskiner som bygger på den fältorienterade reglerstrategin, både med direkt och indirekt fältorientering.
    Flödesobservatorer: Spänningsmodellen och strömmodellen.
    Sensorlös reglering: Sensorlös reglering betyder hastighets- och positionssensorlös reglering. Reglerstrategierna som tas upp för att eliminerar behovet av dessa sensorer är spänningsmodellens flödesobservator och signalinjektion för PM-synkronmaskinen.
    Kraftelektronisk omvandlare: Omvandling från spänningsreferens till pulsbreddsmodulerad spänning som matar den elektriska maskinen.
    U/f styrning: Reglerstrategi som är lämplig när den dynamiska prestandan av drivsystemet inte behöver vara hög.
    Fältförsvagning: Användandet av fältförsvagning för att öka hastigheten av maskinen över nominell hastighet.
    Digital implementering: Implementering av reglersystemet i realtidstyrsystemet dSPACE.

    Projektarbete (obligatoriskt):
    Det obligatoriska projektet omfattar design, implementering och utvärdering av högpresterande drivsystem för likströmsmaskiner, asynkronmaskiner och PM-synkronmaskiner. Projektet är indelat i deluppgifter, en per vecka, där varje uppgift täcker teorin från föreläsningar och övningar för respektive vecka.

    Organisation

    Kursen består av ca 21 föreläsningar (2 x 45 min), 11 övningar (2 x 45 min) och ett obligatoriskt projekt som omfattar design, implementering och utvärdering av högpresterande drivsystem för DC-maskiner, asynkronsmaskiner och PM-synkronmaskiner (32 x 2 h + 15 x 25 min + 2h).

    Litteratur

    Kompendium: Control of Electrical Drives, Lennart Harnefors, KTH 2002.

    Examination inklusive obligatoriska moment

    Det obligatoriska projektet rapporteras under kursmoment laboration med betygsskala Underkänd eller Godkänd.
    Den skriftliga tentamen med betygsskala U, 3, 4, 5 rapporteras under kursmoment tentamen.
    Då både tentamen och projektet är godkända blir tentamensbetyget slutbetyg på kursen.

    Kursens examinator får examinera enstaka studenter på annat sätt än vad som anges ovan om särskilda skäl föreligger, till exempel om en student har ett beslut från Chalmers om pedagogiskt stöd på grund av funktionsnedsättning.