Kierownik: dr hab. inż. Andrzej Waindok, prof. Uczelni

 

https://kem.po.opole.pl/

 

Katedra Elektrotechniki i Mechatroniki liczy 7 osób:

  • prof. dr hab. inż. Bronisław Tomczuk
  • dr hab. inż. Andrzej Waindok (kierownik)
  • dr hab. inż. Dariusz Koteras
  • dr hab. Sergii Kaim
  • dr inż. Dawid Wajnert
  • dr inż. Paweł Piekielny
  • mgr inż. Sławomir Wróbel                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   Działalność Katedry obejmuje szeroki zakres badań naukowych, jak i działalność dydaktyczną. 

Kierunki badań naukowych

Badania pracowników katedry dotyczą modelowania numerycznego i weryfikacji pomiarowej takich urządzeń jak:

  • transformatory,
  • dławiki,
  • silniki liniowe,
  • łożyska magnetyczne,
  • siłowniki elektromagnetyczne,
  • wyrzutnie magnetyczne,
  • anteny i propagacja fal,
  • systemy nagrzewania indukcyjnego.

Obliczenia w/w obiektów obejmują:

  • symulację pól elektromagnetycznych,
  • obliczanie parametrów całkowych w/w pól (energia, moc, siła, indukcyjność, moment obrotowy itp.),
  • symulację pól termicznych,
  • optymalizację konstrukcji.

W/w obliczenia są weryfikowane z wykorzystaniem autorskich stanowisk pomiarowych w zakresie podstawowych parametrów elektromagnetycznych w/w urządzeń.

W zakresie projektowanie i optymalizacji transformatorów i dławików wykonano dwa projekty: jeden finansowany przez MNiSW (lata 2003-2005), a drugi przez NCN (lata 2010-2013). Pierwszy z w/w dotyczył badania transformatorów budowy modułowej z rdzeniami amorficznymi. Drugi dotyczył transformatorów pracujących przy podwyższonej częstotliwości.

Działalność interdyscyplinarna Katedry od kilku lat obejmuje badania we współpracy z Wydziałem Mechanicznym Politechniki Opolskiej (PO). Pierwszym elementem współpracy było opracowanie nowatorskich konstrukcji siłowników do badań zmęczeniowych, co zaowocowało realizacją (w latach 2008-2010) projektu badawczo-rozwojowego NCBiR Nr N R01 0026 04 we współpracy z Katedrą Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn PO.

Kolejnym etapem działań interdyscyplinarnych byłą współpraca (w okresie 11.2017-04.2018) z Katedrą Pojazdów PO oraz z Parkiem Naukowo-Technologicznym (PNT). Efektem tej współpracy było opracowanie innowacyjnych sposobów sterowania położeniem zaworów silników spalinowych w ramach projektu nr RPOP.01.01.00-16-0063/16-00 współfinansowanego ze środków Unii Europejskiej. Dodatkowo w roku 2018 zrealizowano pracę zleconą nr BU-02/18 dotyczącą siłowników do napędu zaworów w pojazdach samochodowych.

W zakresie badań materiałowych prowadzona jest współpraca z Katedrą Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn PO. Badania te obejmują symulację i weryfikację pomiarową nagrzewania materiałów wielowarstwowych. Dotyczą one ścisłej współpracy z firmą Explomet, która jest jedynym w Polsce wytwórcą materiałów warstwowych łączonych wybuchowo. Z uwagi na nowość w/w technologii KEM prowadzi również badania pomiarowe w zakresie parametrów materiałów wielowarstwowych. W zakresie nagrzewania indukcyjnego Katedra uczestniczy (od 2019 roku) w projekcie NCBiR TECHMATSTRATEG2/412341/8/NCBR/2019.

Wymienione badania obejmują tworzenie modeli numerycznych polowo-obwodowych z wykorzystaniem oprogramowania komercyjnego oraz autorskiego. W przypadku transformatorów i nagrzewania indukcyjnego badania są prowadzone dla podwyższonych częstotliwości z zastosowaniem innowacyjnych, opracowanych przez pracowników katedry, modeli symulacyjnych. W ramach badań dotyczących rdzeni magnetycznych analizowano między innymi materiały amorficzne, nanokrystaliczne oraz kompozytowe (np. Somaloy) pod kątem możliwości ich zastosowań w urządzeniach elektromagnetycznych pracujących przy podwyższonej częstotliwości. W zakresie badań napędów o ruchu liniowym opracowano wiele innowacyjnych konstrukcji dotyczących wyrzutni elektromagnetycznych i siłowników liniowych, które zostały opatentowane. Modele polowe są wykorzystywane w obliczeniach wariantowych konstrukcji, co umożliwia ich optymalizację z uwzględnieniem rozkładu pola elektromagnetycznego, termicznego oraz parametrów całkowych pola.

W każdym przypadku wykonywana jest weryfikacja pomiarowa, z wykorzystaniem budowanych w tym celu prototypów urządzeń i układów pomiarowych. Prowadzone badania uwzględniają szereg zjawisk fizycznych występujących w wymienionych urządzeniach tj. prądy wirowe, histereza magnetyczna, zjawiska cieplne itp. Katedra posiada również możliwość wykonywania pomiarów pola elektromagnetycznego w zakresie częstotliwości radiowych (od setek kHz do pojedynczych GHz).

Pracownicy Katedry są recenzentami m.in. w następujących czasopismach:

  • 1) Transaction on Magnetics (USA)
  • 2) Transaction on Mechatronics (USA)
  • 3) Compel (UK)
  • 4) Sensors (Szwajcaria)
  • 5) Energies (Szwajcaria)
  • 6) Actuators (Szwajcaria)
  • 7) IET Electric Power Applications (UK)
  • 8) IEEE Access

Są także autorami lub współautorami następujących książek:

  • 1) Gieras J.F., Piech Z.J., Tomczuk B.: Linear synchronous motors, Taylor & Francis, USA, 2012.

Koteras D., Waindok A., Tomczuk B.: Electrical engineering – problems, OWPO, Opole, 2019.

 

Laboratoria

Pod opieką pracowników KEM są następujące laboratoria:

  • Laboratorium komputerowe w sali P1-221.
  • Laboratorium „Podstaw elektrotechniki” w sali P1-118.
  • Laboratorium „Fal i anten” w wali P1-316.
  • Laboratorium „Mechatroniki” w sali P5-202.
  • Laboratorium badawcze „Transformatorów i aktuatorów o ruchu liniowym” w sali P1-219.
  • Laboratorium badawcze „Akceleratorów i układów grzania indukcyjnego” w salach P1-017 oraz P1-018.

W poniższej tabeli zamieszczono posiadany sprzęt i stanowiska możliwe do wykorzystania w ramach różnych projektów.

 

Lp.

Nazwa

1

Kamera termowizyjna ThermaCAM A320 9Hz firmy FLIR SYSTEMS.

2

Trzy stacje robocze (na procesorach Intel ®Xeon®W-2133 oraz Intel ®Xeon®T-3610).

3

Wysokiej klasy oscyloskopy – 1 egzemplarz firmy Tektronix, 2 egzemplarze firmy OWON i 2 egzemplarze firmy Metrix.

4

Wysokiej klasy dwa zasilacze prądu stałego o mocy 3,3 kW i napięciu znamionowym do 150 V firmy Genesys.

5

Wysokiej klasy zasilacz prądu stałego o mocy 3,3 kW i napięciu znamionowym do 300 V firmy Genesys.

6

Karty pomiarowe firmy AD Link (2 sztuki) oraz Measurement Computing (2 sztuki).

7

Laserowy czujnik położenia firmy Keyence.

8

Wzmacniacze mocy firmy ADL o mocy 3,2 kW.

9

Strumieniomierze pola magnetycznego.

10

Układ do wyznaczania charakterystyk magnesowania materiałów ferromagnetycznych miękkich.

11

Tensometryczne czujniki siły wraz z układem do ich kalibracji.

12

Mostek RLC.

13

Oprogramowanie Opera-3D oraz Ansys przeznaczone do prowadzenia symulacji z wykorzystaniem metody elementów skończonych.

14

Zasilacze i układy sterowania przeznaczone do liniowych silników synchronicznych 5-fazowych oraz liniowych oscylacyjnych siłowników prądu stałego.

15

Zasilacze laboratoryjne o mocach do 300 W (4 sztuki).

16

Mostki mocy typu H.

17

Pomieszczenie z przystosowanym do badań zasilaniem sieciowym i infrastrukturą potrzebną do wykonywania niezbędnych prac przy budowie oraz uruchamianiu poszczególnych urządzeń.

18

Opornice wodna i rezystorowa o dużych mocach.

19

Generatory 1-fazowe i 3-fazowe o zmiennej częstotliwości.

20

Generatory w.cz. IGBT do nagrzewania indukcyjnego.

21

Komputery pomiarowe.

22

Stanowisko do badań siłowników elektromagnetycznych.

23

Stanowisko do badania łożysk magnetycznych.

24

Stanowisko do badania wyrzutni elektromagnetycznych.

25

Stanowisko do badania transformatorów i dławików w zakresie podwyższonej częstotliwości (generatory + wzmacniacze).

26

Stanowiska do badania propagacji fal w.cz. (generator do 3 GHz i analizator do 7,5 GHz).

27

Stanowisko do badania kompatybilności elektromagnetycznej.

28

Komora bezodbiciowa do badania promieniowania elektromagnetycznego.

29

Układ chłodzenia typu chiller.

 

Projekty badawcze

W Katedrze Elektrotechniki i Mechatroniki realizowano w ostatnich latach trzy prace naukowo-badawcze, które były finansowane bądź to przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego, bądź przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, bądź też przez Narodowe Centrum Nauki:

  • Projekt badawczo-rozwojowy realizowany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego, KBN Nr 4T10A 050 24 (nr umowy 1154/T10/2003/24) pt. „Badanie właściwości fizycznych i parametrów energetycznych suchych transformatorów z rdzeniami amorficznymi”, projekt realizowany w latach 2003-2005.
  • Projekt badawczo-rozwojowy realizowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, Nr N R01 0026 04 (nr umowy 0322/R/T02/2008/04) pt. „Wykorzystanie metod analizy pól trójwymiarowych do zaprojektowania siłownika elektromagnetycznego do testów zmęczeniowych materiałów konstrukcyjnych oraz wykonanie prototypów tego siłownika”, projekt realizowany w latach 2008-2010.
  • Projektu badawczy własny realizowany przez Narodowe Centrum Nauki, nr N N510 533739 (nr umowy 5337/B/T02/2010/39) pt. „Badanie transformatorów i dławików z rdzeniami amorficznymi budowy modułowej w układach zasilanych podwyższoną częstotliwością”, projekt realizowany w latach 2010-2013.

W okresie od września do grudnia 2012 w Katedrze realizowano pracę rozwojową i wdrożeniową pt. „Wykonanie siłownika oraz układu sterowania i zasilania na podstawie innowacyjnej konstrukcji Wykonawcy”. W wyniku pracy powstał układ napędowy stanowiska do badań zmęczeniowych wdrożony w laboratorium Uniwersytetu Technicznego w Dortmundzie (Niemcy).

Pracownicy katedry uczestniczyli, bądź uczestniczą także w szeregu innych projektów:

  • Projekt Unii Europejskiej pt. „Prace B+R dotyczące sposobu efektywnego zasilania silnika spalinowego”. Nr RPOP.01.01.00-16-0063/16-00. Park Naukowo-Technologicznym w Opolu 2017-2018.
  • Projekt pt „Wysokosprawny wielosystemowy układ napędowy i zasilania z elementami półprzewodnikowymi SiC oraz izolacją od sieci realizowaną na transformatorach wysokiej częstotliwości przeznaczony do elektrycznych zespołów trakcyjnych” w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój na lata 2014-2020 nr POIR.01.02.00-00-0193/16-00. Udział w projekcie od 30.04.2019 do 30.10.2019.
  • Projekt badawczo-rozwojowy realizowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, nr TECHMATSTRATEG2/412341/8/NCBR/2019 pt. „Opracowanie nisko-odpadowej technologii platerowania wybuchowego oraz technologii przetwarzania wielowarstwowych, wysokowytrzymałościowych materiałów lekkich i superlekkich z warstwami reaktywnymi i funkcjonalnymi oraz blach platerowanych wybuchowo metalami reaktywnymi i ich stopami (EMuLiReMat)”. Projekt realizowany od września 2019 roku.

W Katedrze była realizowana praca zlecona w ramach projektu realizowanego pod nazwą: „Prace B+R dotyczące sposobu efektywnego zasilania silnika spalinowego” nr decyzji: RPOP.01.01.00-16-0063/16-00 z dnia 18.08.2017 r. współfinansowanego przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Opolskiego na lata 2014-2020; Działanie 1.1 Innowacje w przedsiębiorstwach, pt. „Wykonanie elementów dwóch wersji prototypowego układu wykonawczego w postaci elektrozaworu” wg. umowy nr 03/01/2018/ZARZ (BU-02/18, 085/18).

Dodatkowo w Katedrze był realizowany projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego na lata 2007-2013 pt. „Wyposażenie obiektów dydaktycznych, zakup pomocy naukowych, sprzętu komputerowego oraz oprogramowania dla Politechniki Opolskiej w Opolu MOP IT”, który dotyczył wyposażenia Laboratorium Mechatroniki, Fal i Anten na Wydziale Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki Politechniki Opolskiej oraz wyposażenia dydaktycznego kilku sal na Wydziale Ekonomii i Zarządzania.

KEM w porozumieniu z Wydziałem Mechanicznym (KMiBM) opracowała wniosek będący częścią obszernego projektu pt.: „Nowa technologia wytwarzania lekkich struktur polimerowych inspirowanych bionicznie pochłaniających promieniowanie elektromagnetyczne”, którego liderem jest Politechnika Białostocka. W lipcu 2020 odbędzie się spotkania z członkami Panelu Ekspertów NCBR.

Staże i współpraca z zagranicą

Współpraca z:

  • Technische Universität Siegen (Prof. Günter Schröder).
  • Technische Universität Dortmund (Prof. Stefan Kulig).
  • Politechnika Białostocka (Prof. Zdzisław Gosiewski).
  • Politechnika Łódzka (Prof. Kazimierz Zakrzewski).
  • UTC Aerospace Systems, Illinois, USA (Prof. Jacek Gieras).

Pracownicy Katedry odbyli staże w następujących firmach:

  • AUTO POWER ELECTRONIC, Piotr Skrobotowicz, ul. Zbożowa 12, 45-837 Opole.
  • Opolski Ośrodek Doradztwa Rolniczego, ul. Główna 1, 49-330 Łosiów.
  • Sindtech sp. z o. o., ul. Marii Radziewiczówny 1, 45-348 Opole.
  • „Blue Soft” Jerzy Spólnicki, Grzegorz Rutkowski, Łukasz Matura S.J., ul. Ozimska 182, 45-310 Opole.

Uzyskane stopnie naukowe w KEM:

  • Uzyskanie stopnia doktora przez Mariusza Sobol (2004).
  • Uzyskanie stopnia doktora przez Dariusza Koteras (2006).
  • Uzyskanie stopnia doktora przez Andrzej Waindok (2008).
  • Uzyskanie stopnia doktora przez Jana Zimon (2009).
  • Uzyskanie stopnia doktora przez Dawida Wajnert (2012).
  • Uzyskanie stopnia doktora habilitowanego przez Andrzeja Waindok (2014).
  • Uzyskanie stopnia doktora habilitowanego przez Dariusza Koteras (2016).
  • Uzyskanie stopnia doktora przez Pawła Piekielnego (2019).

Wykaz patentów

  • Tomczuk B., Koteras D.: Sposób wytwarzania obwodu magnetycznego, zwłaszcza transformatora, patent nr 203373,Wiadomości Urzędu Patentowego, 30 IX 2009.
  • Tomczuk B., Waindok A.: Tubowy silnik liniowy wielofazowy, patent nr PL 206292 B1, o udzieleniu patentu ogłoszono dnia 30.07.2010.
  • Tomczuk B., Waindok A.: Tubowy siłownik liniowy z magnesami trwałymi, patent nr PL 218661 B1, o udzieleniu patentu ogłoszono dnia 10.06.2013.
  • Wajnert D., Tomczuk B.: Elektrodynamiczne łożysko magnetyczne, patent RP numer PL 223408.
  • Wajnert D.: Hybrydowe łożysko magnetyczne, patent RP numer PL 232739.
  • Wajnert D.: Promieniowe łożysko magnetyczne z magnesami trwałymi, patent RP numer PL 233992.
  • Waindok A., Tomczuk B., Mamala J.: Ferrodynamiczny siłownik, patent RP numer PL 425774.