Historia

Historia techniki napędu elektrycznego w Politechnice Warszawskiej wiąże się ściśle z twórczością pracowników realizujących badania naukowe. Przed II wojną światową prace z napędów elektrycznych wykonywano w Katedrze Urządzeń Elektrycznych pod kierownictwem prof. Jana Obrąpalskiego. W 1951 roku na Wydziale Elektrycznym Politechniki Warszawskiej powołano Katedrę Napędów Elektrycznych a jej kierownikiem został prof. Jerzy Lando. Pierwszymi ważniejszymi pracami naukowymi, prowadzonymi w latach pięćdziesiątych i na początku sześćdziesiątych, były układy napędu i sterowania obrabiarek do metali. Wspólnie z Instytutem Elektrotechniki opracowano układy napędowe do maszyn papierniczych (mgr. Stanisław Bielawski, mgr Bolesław Winiarski). W latach sześćdziesiątych Katedra Napędów Elektrycznych prowadziła prace w zakresie układów napędowych wirówek cukrowniczych oraz dźwignic przemysłowych i dźwigów osobowych. Wymienić tu należy wydawnictwo Zdzisława Grunwalda"Wyposażenie elektryczne dźwignic" (PWT, 1958). W 1962 r. funkcję kierownika Katedry objął doc. inż. Zdzisław Grunwald(od 1965 r. profesor). W tym czasie w latach 70-tych Katedra Napędu Elektrycznego, została przemianowana na Zakład Elementów Automatyki i Napędu Elektrycznego. Prof. Zdzisław Grunwald pełnił funkcję Kierownika Zakładu do roku 1980.

Na początku lat 60-tych zostały opracowane układy elektroniczne sterowania prostowników tyratronowych, do czego przyczynił się w znacznym stopniu mgr inż. Jerzy Sidorowicz. Następnie wykonano pierwsze prace nad tyrystorowymi układami napędowymi prądu stałego. W 1967 r. uruchomiono, w Zakładach Urządzeń Przemysłowych w Nysie, napęd tyrystorowy wysięgnika spawalniczego (mgr Antoni Dmowski, mgr Włodzimierz Koczara). W początku 1969r. uruchomiono, w Fabryce Urządzeń Mechanicznych w Porębie, tyrystorowy napęd nawrotny strugarki z dwustrefową regulacją prędkości, o mocy 20 kW (mgr Andrzej Smirnow, mgr Włodzimierz Koczara, dr Henryk Tunia, mgr Henryk Supronowicz). Katedra Napędu Elektrycznego funkcjonowała do roku 1970. Tuż przed reorganizacją skład osobowy katery był następujący: Prof. Zdzisław Grunwald (Kierownik Katedry) oraz: mgr inż. Anna Chmielewska, mgr inż. Antoni Dmowski, mgr inż. Włodzimierz Koczara, mgr inż. Józef Łastowiecki, mgr inż. Mieczysław Nowak, mgr inż. Tadeusz Poźniak, mgr inż. Gustaw Przywara, mgr inż. Jerzy Sidorowicz, mgr inż. Andrzej Smirnow, mgr inż. Henryk Supronowicz, dr inż. Henryk Tunia, mgr inż. Krzysztof Żochowski. Po zmianach organizacyjnych w Politechnice Warszawskiej w roku 1970 prace naukowe Katedry Napędów Elektrycznych kontynuowano w Zakładzie Elementów Automatyki i Automatyki Napędu Elektrycznego. Kierownikiem Zakładu został prof. Zdzisław Grunwald a w skład nowego Zakładu weszli: mgr inż. Włodzimierz Koczara, mgr inż. Józef Łastowiecki, mgr inż. Tadeusz Poźniak, mgr inż. Mikołaj Patejuk, mgr inż. Gustaw Przywara, mgr inż. Jerzy Sidorowicz. Z biegiem lat 70-tych do Zakładu dołączyli: mgr inż. Krzysztof Duszczyk, mgr inż. Andrzej Ruda, mgr inż. Zbigniew Szulc, mgr inż. Lech Grzesiak, mgr inż. Remigiusz Olesiński.

Układy tyrystorowe, przeznaczone do napędu prądu stałego, zastosowano również w innych dziedzinach np. w 1970 r. uruchomiono w Instytucie Badań Jądrowych w Świerku zasilacz palnika plazmowego o parametrach 1000 A i 300 V (mgr Włodzimierz Koczara, mgr Mikołaj Patejuk, mgr Zbigniew Szulc). Równolegle z napędami prądu stałego rozwinięto teorię napędów kaskadowych z silnikami indukcyjnymi pierścieniowymi. Pierwsze rozwiązania oparto na kaskadzie stałej mocy (przepompownia "Batory" w Warszawie) 6 napędów po 800 kW – (dr Józef Łastowiecki, mgr Włodzimierz Koczara, mgr Antoni Dmowski). Kolejne wdrożenia, opracowanych w Zakładzie napędów kaskadowych, to napęd wciągarki kontenerowej w Centralnym Biurze Konstrukcji Maszynowych Bytom 1974 (dr inż. Włodzimierz Koczara, mgr inż. Mikolaj Patejuk), napędy rusztu pokrocznego oraz bębna wyślizgowego w Walcowni Średnio-Drobnej Huty Warszawa (dr Włodzimierz Koczara, mgr Mikolaj Patejuk). W roku 1976 wdrożono do pracy regulowane napędy pomp w Pompowni Sieci Cieplnej Marymont w Warszawie, złożonej z 8 napędów o mocy 520 kW, w układzie kaskady zmodyfikowanej (patent dr Włodzimierza Koczary). Wdrożenie zostało uhonorowane nagrodą Mistrza Techniki przyznawanej przez Życie Warszawy i NOT). W roku 1976 podpisano umowę o współpracy z Przedsiębiorstwem Elektromontaż Warszawa. Celem współpracy było wdrażanie do produkcji napędów kaskadowych.

W roku 1977 odbyła się pierwsza w historii Zakładu habilitacja, którą obronił dr Włodzimierz Koczara na podstawie publikacji „Teoria Uogólnionej Kaskady Zaworowej” opublikowanej w Zeszytach Naukowych Politechniki Warszawskiej. Do ważniejszych publikacji opartych na pracach badawczych lat 70-tych należą "Kaskadowe układy napędowe z przekształtnikami tyrystorowymi" (dr hab. Włodzimierz Koczara WNT, 1978). Rezultatem prac nad podzespołami układów napędowych jest podręcznik wydany przez PWN w 1976 r. "Elektryczne Elementy Automatyki" (doc. dr Henryk Tunia, dr Józef Łastowiecki). Druga połowa lat 70-tych przyniosła również rozwój układów regulacji prędkości maszyny synchronicznej. Wyniki tych prac znalazły się w monografii "Tyrystorowe układy napędowe z maszyną synchroniczną" (dr Jerzy Mazurek, dr Gustaw Przywara WNT, 1980). W roku 1980 kierownictwo Zakładu objął doc. dr J. Łastowiecki, który pełnił te funkcję dwukrotnie tj. w latach 1980-1981 oraz 1989-1991. W roku 1981 Kierownictwo Zakładu Napędu objął prof. Włodzimierz Koczara, który z przerwami związanymi z praktyką międzynarodową w latach 1989 - 1991, pełnił tę funkcję do 2012 roku.

W latach 80-tych prowadzono prace badawcze w zakresie napędów z falownikami prądu (wdrożenie w Elektrociepłowni Ostrołęka - mgr Biernacki, prof. Włodzimierz Koczara), napędów kaskadowych o mocy do 2,5 MW w zakładach ELTA (dr. inż. Lech M. Grzesiak, prof. Włodzimierz Koczara) oraz maszyny dwustronnie zasilanej w zakresie pracy silnikowej jak i generatorowej (dr. J. Przybylski, dr Andrzej Walczyna, prof. Włodzimierz Koczara). W roku 1985 opublikowano referat na pierwszej konferencji European Power Electronics and Drives podający zasadę wytwarzania energii generatorem indukcyjnym pierścieniowym o regulowanej prędkości, wykorzystywaną do dnia dzisiejszego w elektrowniach wiatrowych (dr Jerzy Przybylski, prof. Włodzimierz Koczara). W roku 1986 na Światowym Kongresie IFAC w Monachium dr. Andrzej Walczyna został zaliczony do grupy 20 najwybitniejszych twórców.

Prace badawcze Zakładu znalazły odzwierciedlenie w podręczniku akademickim „Napęd Elektryczny” wydanym przez WNT w roku 1987 (prof. Zdzisław Grunwald, prof. dr hab. Marian P. Kaźmierkowski, prof. dr hab. Włodzimierz Koczara, doc. dr Józef Łastowiecki, dr Gustaw Przywara). W latach 80-tych nazwę Zakładu ustalono na Zakład Napędu Elektrycznego. Elementem współpracy z Zakładem Trakcji Elektrycznej był podręcznik akademicki „Podstawy napędu elektrycznych pojazdów trakcyjnych” (dr hab. Jan Kacprzak, prof. dr hab. Włodzimierz Koczara) wydany przez WKiŁ w roku 1990.

W roku 1994 prof. Włodzimierz Koczara, wraz z zespołem Instytutu Sterowania i Elektroniki Przemysłowej, zorganizował Międzynarodową Konferencję Power Electronics and Motion Control PEMC’94. Była to pierwsza, na tak wielką skalę, konferencja Międzynarodowa w Polsce dotyczącą energoelektroniki i napędu. Do dnia dzisiejszego konferencja PEMC odbywa się na całym świecie uzyskując rozszerzenie europejskie EPE-PEMC.

Prace badawcze, w dziedzinie przetwarzania i przekształcania energii w układach napędowych, były również skierowane dla potrzeb hamowania generatorowego odzyskowego. W efekcie tych badań uzyskano nowe podejście do wytwarzania energii elektrycznej zrywające z zasadą stałej prędkości generatora synchronicznego. Dodatkowy stopień swobody, polegający na dopasowaniu prędkości generatora do zapotrzebowania na moc, przynosi oszczędności energii pierwotnej zużywanej przez silniki napędowe a jakość wytwarzanego napięcia, o stałej częstotliwości, jest bardzo wysoka. Efektem tych prac, prowadzonych w latach 90-tych, było wdrożenie hybrydowego układu wytwarzania energii HYGEN w Zakładach VOLTAMPERE w Pretorii w Afryce Południowej (dr. Lech M. Grzesiak. mgr Paweł Pośpiech, prof. Włodzimierz Koczara). Firma VOLTAMPERE stała się partnerem Zakładu zapewniając trening doktorantów i pracowników oraz dawała szanse na wdrożenia. Współpraca z firmą VOLTAMPERE ma miejsce do dnia dzisiejszego, a prace badawczo-rozwojowe na zlecenie firmy realizowane są pod kierownictwem prof. Lecha Grzesiaka.

Od roku 1990 datuje się współpraca Zakładu z Nottingham Trent University, której owocem było szereg publikacji a prof. Włodzimierz Koczara, po wykładzie „Inaugural Lecture”, przed Wydziałem Science uzyskał tytuł „visiting professor”. Wykłady i prace badawcze w Nottingham Trent University umożliwiły rozwój współpracy z przemysłem brytyjskim. Od roku 1999 firma Newage ze Stamford, UK – (przekształcona w firmę Cummins Generator Technologies) zamawiała prace badawcze w Zakładzie, zapraszała doktorantów na staże i prace badawcze. Efektem wspólnych prac badawczych jest wdrożenie układu VSIG (Variable Speed Integrated Generator) opublikowane na wielu konferencjach i w monografiach. Prace badawcze prowadzone pod kierunkiem prof. Włodzimierza Koczary, w tej dziedzinie, zostały uhonorowane specjalną Nagrodą Rektora PW, oraz nagrodą Prezesa Rady Ministrów RP.

Lata 2000-2010 przyniosły intensywny rozwój Zakładu Napędu Elektrycznego zarówno na polu naukowym jak i dydaktycznym, oraz we współpracy z zagranicą. W roku 2002 przewód habilitacyjny przeprowadził doc. dr Józef Łastowiecki publikując rozprawę na temat “Układy pomiarowe prądu do realizacji prądowych sprzężeń zwrotnych w energoelektronice”. Również w roku 2002 dr Lech M. Grzesiak uzyskał stopień doktora habilitowanego przedstawiając rozprawę na temat „Przekształtnikowe układy wytwarzania energii elektrycznej z silnikiem spalinowym o regulowanej prędkości“. Lata 2000-2010 były dla Zakładu Napędu Elektrycznego bardzo korzystne również pod względem rozpraw doktorskich. W tym czasie stopień doktora nauk otrzymali: mgr inż. Zdzisław Chłodnicki, mgr inż. Robert Dziuba, mgr inż. Filip Grecki, mgr inż. Grzegorz Iwański, mgr inż. Piotr Jakubowski, mgr inż. Bartłomiej Kamiński, mgr inż. Artur Krasnodębski, mgr inż. Jarosław Leonarski, mgr inż. Przemysław Majewski, mgr inż. Jerzy Matraszek, mgr inż. Marcin Moskwa, mgr inż. Andrzej Niedziałkowski, mgr inż. Robert Seliga, mgr inż. Jakub Sobolewski, mgr inż. Tomasz Tarczewski, mgr inż. Jacek Tomasik, mgr inż. Bartłomiej Ufnalski, mgr inż. Krzysztof Wejrzanowski, mgr inż. Janusz Wiśniewski, mgr inż. Dariusz Wyszomierski.

W latach 2002 – 2009 Zakład uczestniczył w trzech Projektach Europejskich. Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej odniósł sukces w konkursie na Europejskie Centrum Doskonałości PELINCEC 2003-2005– Power Electronics and Intelligent Control for Energy Conservation. Zakład Napędu Elektrycznego brał udział w realizacji projektu jako wykonawca podprojektu „Working Group 5 Renewable Energy  (prof. Włodzimierz Koczara) i Working Group 6 Hybrid Energy Systems (prof. Lech M. Grzesiak). Kolejny projekt Europejski został zrealizowany w latach 2006-2008 ramach FP6 (STREP) „High Density Power Electronics for Hybrid Vehicles”. Głównymi wykonawcami projektu byli dr Grzegorz Iwański, mgr Filip Grecki, oraz prof. Włodzimierz Koczara jako kierownik projektu. Projekt był kierowany przez firmę Siemens a partnerami projektu były takie Instytucje jak Fraunchofer Institute, VALEO, INRET, Daimler Chrysler, Renault, Volkswagen. W latach 2008-2009 również zrealizowano projekt 6 Programu Europejskiego “Control of Renewable Integrated Systems Targeting Advanced Landmarks” (CRISTAL), pod kierownictwem Anglia Ruskin University z Cambridge, UK.

Od roku 2000 rozpoczęto intensywne badania nad wykorzystaniem metod inteligencji obliczeniowej do sterownia napędami i źródłami energii. Prace prowadzone pod kierunkiem dr hab. Lecha Grzesiaka prof. PW przyniosły szereg rozpraw doktorskich począwszy od rozprawy mgr inż. Bartłomieja Ufnalskiego z 2004 roku nt. „Zastosowanie sieci neuronowych do odtwarzania prędkości kątowej wirnika oraz strumienia stojana w układzie napędowym z silnikiem klatkowym”. Badania z wykorzystaniem algorytmów sztucznej inteligencji i algorytmów rojowych do optymalizacji nastaw parametrów regulatorów oraz do bezpośredniego sterowania przekształtnikami w układach napędowych, serwonapędach oraz przekształtników współpracujących w źródłach energii mają na celu poprawę właściwości dynamicznych napędów przekształtnikowych oraz jakości uzyskiwanej energii elektrycznej.

W roku 2000 zmodernizowano laboratoria dydaktyczne. Główny nurt laboratorium dydaktycznego to zastosowanie przekształtników w rozwoju napędu, automatyka napędu elektrycznego oraz zastosowania przemysłowe. Rozwój technik sterowania zaobfitował również powstaniem Laboratorium Sterowników Przemysłowych PLC (Programmable Logic Controllers), (dr Andrzej Ruda i dr Remigiusz Olesiński) co w kolejności stało się stymulatorem nowoczesnego Laboratorium Inteligentnego Budynku, opracowanego przez doc. dr Krzysztofa Duszczyka. W roku 2001 otwarto pracownię doktorską. Zakład Napędu Elektrycznego dysponuje rozwiniętą bazą Laboratoriów Dydaktycznych. Wyposażenie tych laboratoriów powstało, bez specjalnej dotacji, w wyniku zaangażowania pracowników, dyplomantów i współpracy z przemysłem. Stale unowocześniane laboratoria napędu elektrycznego, sterowników przemysłowych i systemów inteligentnych budynków przyciągają studentów na specjalności oraz ścieżki dyplomowania. Do roku 2010 prowadzono w Zakładzie dyplomowanie w ścieżce Automatyka Napędu Elektrycznego. W latach 2000-2010 poprowadzono ponad 500 prac dyplomowych inżynierskich i magisterskich na kierunku Elektrotechnika, Automatyka i Robotyka oraz Informatyka.