Profil działalności naukowej

Badanie wyładowań atmosferycznych (rejestracje pola elektrycznego i magnetycznego naturalnych wyładowań atmosferycznych oraz rejestracje rozwoju kanału piorunowego szybką kamerą wideo).
Badania poligonowe efektywności systemów ochrony odgromowej.
Modelowanie matematyczne i badania komputerowe piorunowego impulsu elektromagnetycznego (LEMP) i przepięć atmosferycznych w układach elektrycznych i elektroenergetycznych.
Badania odporności awioniki na zaburzenia elektromagnetyczne pochodzenia atmosferycznego (możliwość weryfikacji wymagań zgodnie z normą DO-160).
Doskonalenie metod obliczeniowych w zagadnieniach kompatybilności elektromagnetycznej urządzeń elektrycznych i elektronicznych.
Badania pól elektrycznych niejednorodnych układów elektroizolacyjnych o złożonych kształtach elektrod oraz pól cieplnych kabli dużej mocy z uwzględnieniem niejednorodności i nieliniowości środowiska.
Projektowanie oraz sterowanie wielofazowymi generatorami typu SPMSM i IPMSM do zastosowań w elektrowniach wiatrowych – porównanie z generatorami typu IM i DFIG.
Modelowanie i symulacja turbin wiatrowych o osi poziomej i pionowej do współpracy z generatorami wolnoobrotowymi w elektrowniach wiatrowych.
Analiza subsynchronicznych rezonansów w sieciach energetycznych, jak też we współpracujących z nimi zespołach turbina wiatrowa – generator.
Analiza układów energoelektronicznych kondycjonowania energii elektrycznej.
Organizacja współpracy elektrowni wiatrowych z sieciami energetycznymi, w tym sterowanie optymalne falowników.
Badania inteligentnych sieci typu Smart Grid.
Analiza możliwości poprawy wydajności systemu przesyłu energii poprzez budowę lokalnych źródeł wytwarzania i magazynowania energii oraz wdrożenie efektywnego systemu zarządzania jej dystrybucją.
Badania hybrydowych systemów wytwarzania energii opartych o panele fotowoltaiczne oraz turbiny wiatrowe.
Synteza stochastycznych systemów automatycznego sterowania na podstawie funkcji ryzyka.
Metody modelowania obiektów złożonych z wykorzystaniem sieci neuronowych.
Badanie wpływu współczynników kryterialnych na jakość modeli złożonych.
Komputerowe generowanie obiektów kombinatorycznych.
Komputerowa implementacja i badania wybranych algorytmów grafowych.
Budowa symulatorów cyfrowych układów elektrycznych i elektronicznych.
Wielowariantowa analiza złożonych układów analogowych.

Baza naukowo-badawcza

Poligon badawczy systemów ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej

Naturalnym i najbardziej powszechnym źródłem zaburzeń impulsowych dużej mocy są bezpośrednie wyładowania piorunowe do urządzeń elektrycznych sieci zasilającej i do urządzenia piorunochronnego obiektu budowlanego, jak również wyładowania piorunowe pobliskie generujące impulsowe pole elektromagnetyczne LEMP (ang. Lightning Electromagnetic Pulse). Straty spowodowane przepięciami atmosferycznymi są związane nie tylko z bezpośrednimi kosztami naprawy lub wymiany uszkodzonych urządzeń, ale również z brakiem ciągłości świadczenia usług oraz przestojami w procesie produkcji. Ocenia się, że trwająca kilka dni awaria elektronicznych systemów przetwarzania i gromadzenia danych jest równoznaczna z zaprzestaniem funkcjonowania takich firm jak banki, centrale handlowe oraz zautomatyzowane zakłady przemysłowe. Awarie systemów informatycznych obsługujących instytucje państwowe, szpitale, urządzenia nuklearne, czy też fabryki środków chemicznych mogą wiązać się także z zagrożeniem życia i zdrowia ludzkiego. Istotnym zagadnieniem jest również ochrona przeciwprzepięciowa czułych urządzeń elektronicznych w budynkach mieszkalnych. Straty materialne wynikłe z bezpośrednich i pośrednich przepięć atmosferycznych mogą dochodzić w gospodarstwach domowych nawet do kilkuset tysięcy złotych. Dlatego też badanie badania eksperymentalne narażeń impulsowych dużej mocy prowadzone na terenie nowowybudowanego poligonu w miejscowości Huta Poręby w powiecie brzozowskim o łącznej powierzchni 5 hektarów, należącego do Politechniki Rzeszowskiej, który wyposażono w testową linię napowietrzną o długości około 500 m, transformator SN/nn, linię kablową o długości 50 m oraz pełnowymiarowy model fizyczny obiektu budowlanego z instalacją elektryczną jest dzisiaj bardzo aktualnym zagadnieniem. Podjęcie tych badań w Politechnice Rzeszowskiej jest uzasadnione posiadaną, jedyną tego rodzaju w kraju, bazą badawczą oraz zespołem pracowników mających przygotowanie merytoryczne i doświadczenie praktyczne zdobyte w Międzynarodowym Centrum Badań Wyładowań Atmosferycznych w Camp Blanding na Florydzie.

Laboratorium Przepięciowych Badań Awioniki

Laboratorium Przepięciowych Badań Awioniki jest pierwszym tego typu w Polsce oraz pierwszym w Europie - działającym na uczelni - laboratorium przeznaczonym, nie tylko do kompleksowego testowania wytrzymałości systemów awioniki na zaburzenia elektromagnetyczne indukowane w czasie burzy piorunowej, ale również do badań o szerszym, różnokierunkowym charakterze, obejmujących eksperymentalną i teoretyczną działalność w zakresie analizy mechanizmów przepięć atmosferycznych.

Wizyta w laboratorium podczas seminarium EMC, kwiecień 2017 r.

Badania wyładowań atmosferycznych i ich oddziaływań prowadzone na Politechnice Rzeszowskiej posiadają wyraźnie interdyscyplinarny charakter, łącząc w sobie zagadnienia typowe dla elektrotechniki oraz geofizyki, a w szczególności dynamiki atmosfery. Interdyscyplinarność planowanych badań potwierdza również profil ośrodków, z którymi prowadzona jest współpraca (m.in. Wydział Fizyki i Wydział Elektrotechniki Uniwersytetu w Monachium, Instytut Geofizyki PAN, Międzynarodowe Centrum Badań Wyładowań Atmosferycznych w Camp Blanding na Florydzie).

Lokalizacja laboratorium:

Budynek V, pom. 011

Al. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów,

Tel.: +48 17 743 2444

Mail: kfilik@prz.edu.pl

FOLDER INFORMACYJNY

System rejestracji wyładowań atmosferycznych

Postępujący rozwój infrastruktury teleinformatycznej oraz technologii mobilnych wymaga wprowadzania zaawansowanych rozwiązań technicznych w zakresie ochrony odgromowej oraz przeciwprzepięciowej. Szczególnie istotnym aspektem jest niezawodność oraz wygodny dostęp użytkowników do ww. systemów. Niestety z uwagi na nieprzewidywalność oraz zmienność parametrów zjawisk piorunowych dostęp ten jest niejednokrotnie zakłócony lub całkowicie przerwany. Wzrastająca z roku na rok aktywność burzowa pozwala przypuszczać, iż będzie następował ciągły wzrost ryzyka narażenia impulsami elektromagnetycznymi pochodzenia naturalnego, generowanymi przez wyładowania atmosferyczne.

W skład systemu wchodzi zestaw anten pola elektrycznego wolnozmiennego (do 10 Hz) oraz szybkozmiennego (do 3 MHz), a także szybka kamera wideo oraz wysokiej klasy aparat fotograficzny. Kamera Photron SA5 umożliwia rejestrację obrazu z rozdzielczością do 7000 fps w jakości HD oraz do 1 miliona fps w niższej rozdzielczości. Aparat Nikon D7100 zapewnia precyzyjne określenie parametrów geometrycznych kanału piorunowego. Cały system jest zsynchronizowany zewnętrznym odbiornikiem GPS. Umożliwia to bieżącą weryfikację zebranych danych z innymi systemami lokalizacji wyładowań. Zapewniony jest również dostęp do bazy najbardziej rozbudowanego systemu lokalizacji wyładowań w Europie – LINET. System działający w KEiPI jest jedynym w kraju oraz jednym z niewielu na świecie umożliwiającym równoczesną rejestrację piorunowego pola elektrycznego oraz obrazu. Należy zwrócić uwagę na znaczący stopień zautomatyzowania, obejmujący samoczynne włączenie w przypadku zbliżającej się burzy, oraz wyłączenie, gdy wykryty zostanie brak aktywności piorunowej. Dodatkowo generowany jest raport burzowy obejmujący najistotniejsze parametry wyładowań. Informacja jest przesyłana automatycznie drogą mailową do wybranych użytkowników.

Badania obejmują pomiar oraz analizę wolno- i szybkozmiennych zaburzeń pola elektrycznego. Szczegółowa analiza obejmuje określanie parametrów w dziedzinie czasu oraz częstotliwości. Na bazie przebiegów pola elektrycznego wyznaczane są widma spektralnej gęstości mocy. Umożliwia to bardziej jednoznaczną identyfikację poszczególnych składowych wyładowania niż w przypadku bezpośredniej analizy przebiegów czasowych. Nagrania wideo umożliwiają skorelowanie cech wyładowania z fazą rozwoju kanału piorunowego. W tym celu prowadzona jest zaawansowana analiza z wykorzystaniem pakietu Matlaba.

Laboratorium stanów dynamicznych układów elektromaszynowych i energoelektroniki

W Katedrze Elektrotechniki i Podstaw Informatyki funkcjonuje laboratorium pomiarowe, które jest wykorzystywane przez pracowników Katedry do prowadzenia eksperymentalnej weryfikacji wyników modelowania matematycznego układów elektrycznych i symulacji komputerowych ich stanów dynamicznych. Laboratorium wyposażone jest w nowoczesny oscyloskop 12 bitowy Gould Classic 6100. W oscyloskop wbudowany jest długi rekord szybkiej pamięci, co pozwala na dokonywanie pomiarów nawet długotrwałych stanów dynamicznych. Oscyloskop daje możliwość pomiaru stanu dynamicznego z częstotliwością próbkowania do 2M słów (12-bitowych) na sekundę. Oscyloskop wyposażony jest w opcję True Trace pozwalającą obserwować na jego ekranie nawet bardzo skomplikowane oscylogramy. Dodatkową zaletą jest możliwość obserwacji widma badanego sygnału (wbudowane FFT). Bardzo użyteczne jest także doposażenie oscyloskopu w definiowane przez użytkownika dodatkowe działania na sygnałach pomiarowych i wyświetlanie ich wyników w czasie rzeczywistym na ekranie oscyloskopu.

W pracowni pomiarowej dostępne jest napięcie trójfazowe, a dzięki zastosowaniu trójfazowych autotransformatorów można zasilać badane układy napięciem regulowanym. Podczas pomiarów korzystać można z przekładników prądowych i napięciowych separujących obwód pomiarowy od badanego obiektu. Laboratorium wyposażone jest także w komputer przyłączony do sieci zakładowej. Zamontowana jest w nim szybka 16 kanałowa karta pomiarowa. Bogate oprogramowanie stworzone przez pracowników Katedry pozwala na łatwą obróbkę danych uzyskanych z pomiarów oraz, dzięki przyłączeniu komputera do sieci zakładowej, akwizycję tych danych. W laboratorium prowadzone są badania układów przekształtników, optymalizowanych pod względem ich oddziaływania na sieć energetyczną. Przeprowadzane w pracowni pomiary pozwalają zweryfikować koncepcje rozwiązań układowych w stanach statycznych i dynamicznych, określić wpływ parametrów obwodów magnetycznych przekształtników na ich pracę. Pomiary przeprowadzane na modelach laboratoryjnych służą do weryfikacji modeli symulacyjnych. Przeprowadzane są pomiary układów prostowników wielopulsowych (12- i 18-pulsowych) w tym układów z aktywną redukcją harmonicznych. W pracowni prowadzi się także badania prostowników przy różnych typach obciążenia: R, RL, RLC.

Sieć komputerowa

Katedra Elektrotechniki i Podstaw Informatyki dysponuje własną siecią komputerową. Tworzą ją trzy dydaktyczne laboratoria komputerowe oraz komputery do prac naukowo-badwczych pracowników Katedry. Sieć ta połączona jest z siecią uczelnianą. Komputery umieszczone w laboratoriach są stale modernizowane, co pozwala korzystać z nowoczesnego oprogramowania. W laboratoriach dydaktycznych prowadzone są między innymi zajęcia dydaktyczne z "technologii informacyjnych", "wstępu do informatyki", "programowania komputerów", "matematyki dyskretnej", "metod obliczeniowych", "obwodów elektrycznych" i "sygnałów elektrycznych". Dzięki przyjętej strukturze sieci zarówno studenci jak i pracownicy mają dostęp do swoich zasobów niezależnie od tego, w którym laboratorium pracują. Zastosowane mechanizmy sieciowe pozwalają na swobodną pracę z oprogramowaniem zainstalowanym na serwerze we wszystkich laboratoriach. W laboratoriach dostępne są między innymi programy: Mathcad, Matlab, Pspice, Borlad Pascal, Borland C, Delphi, Fortran, programy pakietu Microsoft Office, Tex. Opracowane przez pracowników Katedry mechanizmy automatycznego odtwarzania oprogramowania na komputerach znajdujących się w laboratoriach pozwalają na ich ciągłą, bezawaryjną pracę. Połączenie z Uczelnianą Siecią Komputerową daje studentom dodatkowo możliwość korzystania z zasobów udostępnianych przez Katedrę także w laboratoriach komputerowych innych katedr i zakładów. Serwer Katedry oprócz udostępniania oprogramowania potrzebnego do prowadzenia ćwiczeń laboratoryjnych oraz domowych zasobów dyskowych (każdy student dysponuje 200MB domowego katalogu) pełni rolę swoistej tablicy ogłoszeń. Uczestniczy w procesie dydaktycznym poprzez przekazywanie studentom w formie elektronicznej dokumentów tworzonych przez pracowników Katedry dla potrzeb zajęć wykładowych, ćwiczeniowych, laboratoryjnych lub projektowych. Serwer ma zainstalowaną usługę FTP. Dzięki temu studenci mogą, przeglądać zarówno swoje zasoby jak i dokumenty pozostawione dla nich przez pracowników, także w domach przez sieć Internet. Serwer pracuje w trybie ciągłym. Komputery w laboratoriach udostępniają Internet. Wykorzystywane jest to w procesie dydaktycznym. Studenci, którzy posiadają konto w sieci komputerowej Katedry mogą w wyznaczonych godzinach korzystać z komputerów także poza zajęciami zorganizowanymi. Konta studenckie zakładane są automatycznie na początku semestru na podstawie list z dziekanatu. Konta uzyskują wszyscy studenci, którzy odbywają zajęcia w laboratoriach Katedry. Dzięki temu, że serwer znajduje się w tej samej strukturze NDS, co serwer biblioteczny Politechniki Rzeszowskiej z każdego komputera można przeglądać zasoby biblioteki głównej.

Powrót do góry strony

Tematy działalności naukowej

Badania poligonowe narażeń urządzeń elektrycznych i elektronicznych na zaburzenia impulsowe dużej mocy - NCN Grant 2011/2014
Modelowanie matematyczne i fizyczne wybrane układów technicznych i ich ochrony - DS 2012/2013.

Powrót do góry strony

Warsztat badawczy

Warsztat badawczy

Katedra Elektrotechniki i Podstaw Informatyki dysponuje własną siecią komputerową. Tworzą ją trzy dydaktyczne laboratoria komputerowe oraz komputery do prac naukowo-badwczych pracowników Katedry. Sieć ta połączona jest z siecią uczelnianą. Komputery umieszczone w laboratoriach są stale modernizowane, co pozwala korzystać z nowoczesnego oprogramowania. W laboratoriach dydaktycznych prowadzone są między innymi zajęcia dydaktyczne z "technologii informacyjnych", "wstępu do informatyki", "programowania komputerów", "matematyki dyskretnej", "metod obliczeniowych", "obwodów elektrycznych" i "sygnałów elektrycznych". Dzięki przyjętej strukturze sieci zarówno studenci jak i pracownicy mają dostęp do swoich zasobów niezależnie od tego, w którym laboratorium pracują. Zastosowane mechanizmy sieciowe pozwalają na swobodną pracę z oprogramowaniem zainstalowanym na serwerze we wszystkich laboratoriach. W laboratoriach dostępne są między innymi programy: Mathcad, Matlab, Pspice, Borlad Pascal, Borland C, Delphi, Fortran, programy pakietu Microsoft Office, Tex. Opracowane przez pracowników Katedry mechanizmy automatycznego odtwarzania oprogramowania na komputerach znajdujących się w laboratoriach pozwalają na ich ciągłą, bezawaryjną pracę. Połączenie z Uczelnianą Siecią Komputerową daje studentom dodatkowo możliwość korzystania z zasobów udostępnianych przez Katedrę także w laboratoriach komputerowych innych katedr i zakładów. Serwer Katedry oprócz udostępniania oprogramowania potrzebnego do prowadzenia ćwiczeń laboratoryjnych oraz domowych zasobów dyskowych (każdy student dysponuje 200MB domowego katalogu) pełni rolę swoistej tablicy ogłoszeń. Uczestniczy w procesie dydaktycznym poprzez przekazywanie studentom w formie elektronicznej dokumentów tworzonych przez pracowników Katedry dla potrzeb zajęć wykładowych, ćwiczeniowych, laboratoryjnych lub projektowych. Serwer ma zainstalowaną usługę FTP. Dzięki temu studenci mogą, przeglądać zarówno swoje zasoby jak i dokumenty pozostawione dla nich przez pracowników, także w domach przez sieć Internet. Serwer pracuje w trybie ciągłym. Komputery w laboratoriach udostępniają Internet. Wykorzystywane jest to w procesie dydaktycznym. Studenci, którzy posiadają konto w sieci komputerowej Katedry mogą w wyznaczonych godzinach korzystać z komputerów także poza zajęciami zorganizowanymi. Konta studenckie zakładane są automatycznie na początku semestru na podstawie list z dziekanatu. Konta uzyskują wszyscy studenci, którzy odbywają zajęcia w laboratoriach Katedry. Dzięki temu, że serwer znajduje się w tej samej strukturze NDS, co serwer biblioteczny Politechniki Rzeszowskiej z każdego komputera można przeglądać zasoby biblioteki głównej

Laboratorium stanów dynamicznych układów elektromaszynowych i energoelektroniki

W Katedrze Elektrotechniki i Podstaw Informatyki funkcjonuje laboratorium pomiarowe, które jest wykorzystywane przez pracowników Katedry do prowadzenia eksperymentalnej weryfikacji wyników modelowania matematycznego układów elektrycznych i symulacji komputerowych ich stanów dynamicznych. Laboratorium wyposażone jest w nowoczesny oscyloskop 12 bitowy Gould Classic 6100. W oscyloskop wbudowany jest długi rekord szybkiej pamięci, co pozwala na dokonywanie pomiarów nawet długotrwałych stanów dynamicznych. Oscyloskop daje możliwość pomiaru stanu dynamicznego z częstotliwością próbkowania do 2M słów (12-bitowych) na sekundę. Oscyloskop wyposażony jest w opcję True Trace pozwalającą obserwować na jego ekranie nawet bardzo skomplikowane oscylogramy. Dodatkową zaletą jest możliwość obserwacji widma badanego sygnału (wbudowane FFT). Bardzo użyteczne jest także doposażenie oscyloskopu w definiowane przez użytkownika dodatkowe działania na sygnałach pomiarowych i wyświetlanie ich wyników w czasie rzeczywistym na ekranie oscyloskopu.

W pracowni pomiarowej dostępne jest napięcie trójfazowe, a dzięki zastosowaniu trójfazowych autotransformatorów można zasilać badane układy napięciem regulowanym. Podczas pomiarów korzystać można z przekładników prądowych i napięciowych separujących obwód pomiarowy od badanego obiektu. Laboratorium wyposażone jest także w komputer przyłączony do sieci zakładowej. Zamontowana jest w nim szybka 16 kanałowa karta pomiarowa. Bogate oprogramowanie stworzone przez pracowników Katedry pozwala na łatwą obróbkę danych uzyskanych z pomiarów oraz, dzięki przyłączeniu komputera do sieci zakładowej, akwizycję tych danych.
W laboratorium prowadzone są badania układów przekształtników, optymalizowanych pod względem ich oddziaływania na sieć energetyczną. Przeprowadzane w pracowni pomiary pozwalają zweryfikować koncepcje rozwiązań układowych w stanach statycznych i dynamicznych, określić wpływ parametrów obwodów magnetycznych przekształtników na ich pracę. Pomiary przeprowadzane na modelach laboratoryjnych służą do weryfikacji modeli symulacyjnych. Przeprowadzane są pomiary układów prostowników wielopulsowych (12- i 18-pulsowych) w tym układów z aktywną redukcją harmonicznych. W pracowni prowadzi się także badania prostowników przy różnych typach obciążenia: R, RL, RLC.

Powrót do góry strony

Współpraca z placówkami naukowymi

International Center for Lightning Research and Testing (ICLRT), University of Florida, Gainesville (USA) – współpraca związana z zagadnieniami modelowania matematycznego i fizycznego wyładowań atmosferycznych oraz ich oddziaływania na urządzenia techniczne i obiekty budowlane.
Zakład Wysokich Napięć i Kompatybilności Elektromagnetycznej Politechniki Warszawskiej - współpraca związana z eksperymentalnymi i komputerowymi badaniami efektywności tłumienia piorunowego impulsu elektromagnetycznego przez wieloprzestrzenne ekrany ażurowe utworzone z elementów konstrukcyjnych obiektów budowlanych oraz z utrzymaniem i rozwojem w Polsce ogólnoeuropejskiego systemu lokalizacji wyładowań atmosferycznych LINET.
Katedra Telekomunikacji i Aparatury Elektronicznej Politechniki Białostockiej - współpraca dotycząca wykorzystania oprogramowania CDEGS do analizy wyładowań atmosferycznych i ich oddziaływań w złożonych strukturach przewodzących, współpraca w ramach cyklicznej konferencji międzynarodowej EMD oraz prac prowadzonych przez Polski Komitet Ochrony Odgromowej.
Instytut Geofizyki Polskiej Akademii Nauk - współpraca związana z opracowaniem nowych algorytmów dyskryminacji wyładowań atmosferycznych w oparciu o widmo dynamiczne pola elektrycznego oraz współpraca w zakresie systemów rejestracji wyładowań piorunowych.
European EMTP-ATP User Group (EEUG), Lahmeyer International GmbH we Frankfurcie nad Menem (Niemcy) - członkowstwo EEUG, wymiana doświadczeń w zakresie eksploatacji i rozwoju oprogramowania EMTP-ATP.
Wydział Fizyki Uniwersytetu w Monachium (Niemcy) - utrzymanie i rozwój rzeszowskiego punktu referencyjnego ogólnoeuropejskiego systemu lokalizacji wyładowań atmosferycznych LINET.
Wydział Elektryczny Uniwersytetu w Dortmundzie (Niemcy) - wspólne prace i publikacje, współorganizacja Seminariów Maszyn Elektrycznych w Rzeszowie.
Odessa National Polytechnic University
Katedra Elektrotechniki i Elektroenergetyki AGH w Krakowie - współpraca naukowo-badawcza i dydaktyczna w zakresie metod numerycznych elektrotechniki, w tym szczególnie modelowania i metod analizy przepięć w układach elektrycznych i wyznaczania rozkładów pól elektrycznych w układach elektroizolacyjnych, wspólne publikacje, referaty na konferencjach i sympozjach, wspólne skrypty.
Katedra Maszyn Elektrycznych AGH w Krakowie - współpraca naukowo-badawcza w zakresie modelowania matematycznego i diagnostyki maszyn elektrycznych, wspólne publikacje, referaty na konferencjach i sympozjach.
Instytut Informatyki Politechniki Wrocławskiej - współpraca związana z metodyką i algorytmami modelowania obiektów złożonych (obiekty matematyczne i przemysłowe) z wykorzystaniem sieci neuronowych.
Akademickie Centrum Obliczeniowe CYFRONET, Kraków - współpraca naukowo-badawcza w zakresie wykorzystania komputerów dużej mocy obliczeniowej CONVEX w modelowaniu matematycznym i symulacji stanów dynamicznych w układach elektrycznych oraz w obliczeniach dynamiki maszyn elektrycznych i w obliczeniach współczynników indukcyjności autotransformatorów metodami FEM.