Detail předmětu
Alternativní zdroje energie v mechatronice
FSI-RAE Ak. rok: 2020/2021 Zimní semestr
Předmět seznamuje studenty s alternativními možnostmi napájení autonomních jednotek a moderních bezdrátových aplikací. Tradičními zdroji elektrické energie pro bezdrátové aplikace jsou galvanické zdroje. Cílem moderních technologií je náhrada těchto zdrojů zařízeními, které získávají elektrickou energii z okolí přímo v místě energetické potřeby. V rámci předmětu se studenti seznámí s různými alternativami napájení bezdrátových technologií, využívajících okolní energie (Energy Harvesting) v místě umístění aplikace. Jsou představeny solární, termoelektrické a elektromechanické generátory. Hlavní náplní předmětu je studium elektromechanické přeměny mechanické energie vibrací, rázů, deformace, lidského chování atd., a simulační modelování „Energy Harvesting“ systémů.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
5
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Předmět se zabývá přehledem nezávislých způsobů generování elektrické energie z okolí pro autonomní napájení bezdrátových senzorů a jiné nízkovýkonové elektroniky. Studenti budou schopni systémové analýzy zdrojů okolní energie pro napájení konkrétní aplikace, volby nejvhodnějšího způsobu napájení moderní elektroniky a simulačního modelování zvoleného řešení založeného na elektromechanické přeměně.
Prerekvizity
Znalosti kinematiky a dynamiky, řešení diferenciálních rovnic druhého řádu, zákony elektromechanické přeměny energie, zákony zachování energie, základní znalosti měření elektrických a neelektrických veličin, simulační software Matlab-Simulink a ANSYS (základní znalosti).
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.
Způsob a kritéria hodnocení
Studenti zpracují protokoly z praktických úloh a laboratoří a vypracují závěrečný projekt. Úspěšné zvládnutí všech požadavků, které je nezbytné pro udělení klasifikovaného zápočtu, vyhodnocuje vyučující.
Učební cíle
Cílem předmětu je seznámit studenty s principy a perspektivními metodami získávání elektrické energie z okolního prostředí, tzn. metodami elektromechanické přeměny, s fotovoltaickými články a termoelektrickými generátory. Důraz je kladen na porozumění fyzikálním principům elektromechanické přeměny a na zvládnutí simulačního modelování těchto mechatronických zařízení.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Účast na cvičení je povinná. Nepřítomnost se nahrazuje zvláštním zadáním podle pokynů cvičícího.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program M2I-P: Strojní inženýrství, magisterský navazující
obor M-AIŘ: Aplikovaná informatika a řízení, volitelný
Program M2A-P: Aplikované vědy v inženýrství, magisterský navazující
obor M-IMB: Inženýrská mechanika a biomechanika, povinně volitelný
Program M2A-P: Aplikované vědy v inženýrství, magisterský navazující
obor M-MET: Mechatronika, povinně volitelný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
13 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Zdroje energie v mechatronice: „Energy Harvesting“ – alternativa pro bezdrátové aplikace
2. Fotovoltaické články
3. Termoelektrické generátory
4. Elektromechanická přeměna – základní principy
5. Elektromechanická přeměna – energetická analýza generování energie z vibrací
6. Elektromagnetický princip
7. Materiály a konstrukce elektromagnetických generátorů
8. Energy harvesting generátor jako mechatronická soustava
9. Piezoelektrický princip
10. Piezoelektrické materiály a další smart materiály
11. Akumulace energie, Elektronika – Power management
12. Bezdrátové snímače a sítě
13. MEMS
Laboratorní cvičení
26 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Energetická analýza autonomní mechatronické soustavy
2. Modely solárních článků a termogenerátorů
3. Model termoelektrického modulu
4. Model termoelektrické soustavy s chladiči
5. Mechanická energie
6. Modely elektromagnetické přeměny
7. Modelování magnetického pole permanentních magnetů
8. Simulační model komplexního elektromagnetického generátoru
9. Měření energy harvesting generátoru
10. Modelování piezoelektrických elementů a základní analýzy
11. Modelování piezo-generátoru
12. Model výkonové elektroniky
13. Prezentace závěrečných prací studentů