hala_1920x630

Výzkum na Katedře

Výzkumné a vývojové projekty na FEL jsou řešeny pod záštitou R&D centra RICE. Katedry zajišťují propojení mezi naším výzkumem a vzdělávací činností a využívají nejnovější poznatky ve výuce.

DOPRAVNÍ TECHNIKA, ELEKTROMOBILITA A MOTORSPORT

Superkart

Ve spolupráci s firmou MS-Kart stavíme závodní motokáru třídy superkart.

motokara_wall

Obr.1: Podvozek motokáry nejvyšší třídy Superkart od firmy MSkart (https://mskart.cz/) po osazení elektrickými motory navrženými na KEV.

neofelis

Obr.2: Náprava motokáry s dvěma motory 35 kW navrženými na katedře KEV a s planetovými převodovkami z katedry KKS fakulty strojní.

Vysokofrekvenční střídač tvořený GaN – HEMT tranzistory

Střídač je složen z nové generace tranzistorů GaN s označením HEMT (High Electron Mobility Transistors) tvořené z Nitridu Galia. Tyto tranzistory jsou revoluční pro svoji schopnost rychlého spínání a zanedbatelného zotavovacího náboje. Jejich uplatnění je vhodné pro měniče ve vysokofrekvenčních spínacích oblastech, a tím lze dosáhnout kompaktnější a efektivnější řady nových měničů. Pro testování jsme navrhli a zkonstruovali měnič, a můžeme tak ověřit jejich vlastnosti společně s navrženými komponenty nejen v praxi, ale i pro další použití.

gan_02

Modulární TRAKČNÍ NAPÁJECÍ STANICE TNS pro drážní systém 25kV/50Hz

V ČR a SR (a dalších zemích) se nahrazují stejnosměrné napájecí systémy (3 kV=) systémem 25 kV / 50 Hz (resp. 2x25 kV / 50 Hz). Pro jeho větší rozšíření a lepší spolupráci s energetickými sítěmi (průmysl 4.0) je nutné dořešit některé dílčí aspekty (tj. zejm. omezit negativní vlivy na energetickou síť, umožnit spolupráci trakčních stanic ). Proto je na FEL ZČU ve spolupráci s průmyslovými partnery vyvíjena nová koncepce modulární trakční stanice.

trakcni napajeci stanice_01

Tato trakční stanice je složena z modulu zajišťující symeterizaci (odebíraný jednofázový výkon je plně symetrizován na třífázový odběr), z modulu zajišťující kompenzaci a současně i filtraci (filtrace harmonických vyšších řádů a kompenzace jalového výkonu) a z modulu zajišťující spolupráci jednotlivých trakčních stanic (řízené zatížení jednotlivých trakčních stanic, což umožní více bodové napájení trakčních úseků a tím snížení napěťových úbytků v troleji a lepší využití rekuperované energie v trakční síti).

trakcni napajeci stanice_02

1 MVA demonstrátor (zdroj: Elektrotechnika a.s.)

V laboratořích FEL ZČU je vyvíjena a ověřována principiální topologie a regulační algoritmy. Tyto jsou validovány na zmenšeném laboratorním modelu 20 kVA. U průmyslového partnera jsou tyto výsledky implementovány na technologickém demonstrátoru 1 MVA a na jeho základě se bude realizovat vlastní TNS, který bude nasazen ve skutečném železničním provozu.

trakcni napajeci stanice_03

Laboratorní prototyp sníženého výkonu 20 kVA

trakcni napajeci stanice_04

Kompaktní vysokorychlostní pohonná jednotka

Ve spolupráci s firmou Wikov byl na KEV vyvinut kompaktní vysokorychlostní pohon.

modelovani es a jejich simulace_2

Obr.1: Simulace oteplení navrhovaného pohonu.

Měření a zkoušky es_1

Obr.2: Laboratorní měření na navrhnutém a postaveném prototypu vysokorychlostního pohonu.

Vícefázové pohony

Vývoj elektrických pohonů v poslední době zaznamenává prudký nárůst zejména v souvislosti s rozvojem plně elektrických (bateriových) a hybridních vozidel, a zároveň klade velký důraz na zvyšování účinnosti, spolehlivosti a minimalizaci rozměrů.

Tradiční technologie s třífázovými motory již v těchto ohledech narážejí na své technické limity a nedokáží tento trend déle sledovat. Pozornost se proto stále více obrací směrem k novým technologiím s vícefázovými elektrickými motory, disponujícími řadou technickoekonomických výhod. Vícefázový motor elektrického vozidla je menší, výkonnější, produkuje nižší hluk a je spolehlivý – i přes výpadek fáze (nebo více fází) je motor schopen dojet do cíle. Dá se proto očekávat, že v budoucnosti bude naprostá většina elektrických vozidel (automobily, autobusy, …) vybavena právě vícefázovými systémy.

FEM3

1and3harm

Výzkumný tým RICE se problematikou vícefázových elektrických motorů zabývá již několik let a přispívá tak k rozvoji elektromobility a veřejné dopravy. V současnosti se věnuje zejména technikám injektáže harmonických proudů do statoru s cílem zvýšení výkonu při stávajících rozměrech, a to až o 20 %.

Modelování dopravy

Zabýváme se modelováním dopravy a detailními simulacemi elektrických vozů. Naše modely a simulace využívají průmysloví partneři jako Škoda Group, Eaton či ZF. Vyvíjíme modely plně elektrických a hybridních vozidel do open-source simulátoru dopravy Eclipse SUMO, díky čemuž může kdokoliv simulovat a analyzovat pohyb a energetické nároky elektrických vozidel, stejně tak jako stav a vytížení nezbytné napájecí infrastruktury (trolejového vedení, trakčních měníren). Lze detailně zkoumat faktory ovlivňující chování vozidel na trase a jejich energetické požadavky, například vliv okolního provozu a nepředvídatelných událostí (dopravní zácpy, nehody, objížďky, výpadky dodávek el. energie). Simulátor je ve spolupráci s městskými dopravními podniky využíván pro ověření dimenzování vozidel městské hromadné dopravy (MHD) a trakční infrastruktury pro dosažení maximálního podílu elektrické MHD při minimálních investičních a provozních nákladech.

doprava

Disponujeme know-how v oblastech:

    • Simulace elektrických vozidel, včetně vozidel drážních, na definované trati pomocí nástrojů Matlab/Simulink případně dalšího software pro simulaci multifyzikálních systémů
    • Simulace spotřeby energie elektrických vozidel založené na stochastickém modelování
    • Simulace plně elektrických a hybridních vozidel v mikroskopickém simulátoru dopravy SUMO, včetně zahrnutí současné simulace napájecí infrastruktury a okolní dopravy
    • Modelování pohonných jednotek elektrických vozidel
    • Power-management elektrických vozidel