Dissertations (KEV)

Permanent URI for this collection

http://hdl.handle.net/11025/30051

Browse

Showing 1 - 20 out of 25 results

Systém bezdrátového přenosu energie pro elektromobilitu
(Západočeská univerzita v Plzni, 2022) Zavřel, Martin; Damec Vladislav, Ing. Ph.D.; Lettl Jiří, Prof. Ing. CSc.; Praženica Michal, Doc. Ing. PhD.
Tato disertační práce se zabývá technologií bezdrátového přenosu elektrické energie a její vhodnou aplikací v oblasti osobní a hromadné elektro-mobility, tedy v oblastech velkých přenášených výkonů na velkou přenosovou vzdálenost. Práce zachycuje aktuální trendy s přesahem na kabelové nabíjecí stanice a s přímou návaznost k bezdrátovým nabíjecím stanicím elektromobilů. Základním pilířem této práce je teoretický rozbor bezdrátového přenosu elektrické energie a souvisejících poznatků pro jeho aplikaci v bezdrátových nabíjecích stanicích elektromobilů. Druhý pilíř pak tvoří rozbor a volba vhodného výkonového řetězce takovéto nabíjecí stanice s náležitým popisem. Třetí opěrný bod práce tvoří rozbor a návrh vhodné strategie řízení s jeho implementací do mikro-kontroléru Texas Instruments. Čtvrtý bod práce diskutuje naměřená data na prototypech bezdrátové nabíjecí stanice elektromobilů a ztotožňuje je s teoretickými poznatky a předpoklady rovněž uvedenými v této práci. Předkládaná práce uvádí ucelený teoretický základ a technický popis potřebný pro návrh, konstrukci a realizaci bezdrátové nabíjecí stanice pro elektro-mobilitu s optimalizovanými parametry. Rovněž tak práce prezentuje problematiku měření provozních elektromagnetických veličin s ohledem na ověření shody s platnými regulativními předpisy a normami. Hlavním výstupem této disertační práce je experimentální prototyp bezdrátové nabíjecí stanice pro elektro-mobilitu s trvalým výstupním výkonem 65 kW a střední přenosovou vzdáleností o velikosti 20 cm.
Advanced Control of Full Electric and Hybrid Vehicles
(Západočeská univerzita v Plzni, 2022) Njawah achiri, Humphrey Mokom; Valouch Viktor, Prof. Ing. CSc.; Vorel Pavel, Doc. Ing. Ph.D.; Damec Vladislav, Ing. Ph.D.
A thermal model to accurately estimate the junction temperature of inverters is developed. State of the art methods for determining thermal impedance networks for IGBT modules are used in the establishment of the relationship between the measured transistor or diode voltage and temperature under homogenous temperature distribution across the IGBT module. The junction temperature is recomputed from the established voltage-temperature relationship and used in determining the thermal impedance network. These methods requires accurate measurement of voltage drop across the transistors and diodes under specific designed heating and cooling profiles. Validation of the junction temperature is done using infrared camera or sensors placed closed to the transistors or diodes (in some cases and open IGBT module) so that the measured temperature is as close to the junction as possible. In this thesis we propose an alternative method for determining the IGBT thermal impedance network using the principles of least squares. This method uses measured temperatures for defined heating and cooling cycles under different cooling conditions to determine the thermal impedance network. The results from the proposed method are compared with those obtained using state of the art methods. Based on the calculated junction temperature, an optimal thermal management strategy of the electric drivetrain based on adaptive linear current derating and I2t derating to allow for maximum possible torque and optimum thermal protection of the electric drivetrain is implemented.
Řízení a regulace nových topologií vysokonapěťových výkonových měničů
(Západočeská univerzita v Plzni, 2022) Votava, Martin; Cejnar Pavel, Ing. Ph.D.; Kuchař Martin, Ing. Ph.D.; Valouch Viktor, Prof. Ing. CSc.
Tato práce se zabývá analýzou a návrhem řídicích algoritmů měniče pracujícího do zátěže napájené ze dvou nezávislých zdrojů (např. otevřené statorové vinutí), tzv. duálního měniče. Je zaměřená na algoritmy řízení umožňující zvýšení výkonové hustoty. Toho je dosaženo pomocí navýšení přenášeného výkonu na maximální možnou úroveň optimalizací výkonových ztrát a jejich řízeném rozvážení mezi jednotlivé výkonové polovodičové prvky. Maximální přenášený výkon je stanoven na základě tepelného modelu měniče, analýzy časového průběhu ztrátového výkonu jednotlivých výkonových polovodičových prvků a maximální přípustnou teplotou jednotlivých prvků. V práci jsou popsány algoritmy řídící napětí na výstupu duálního měniče a algoritmy řídící proud zátěže napájené z duálního měniče. Pro řízení napětí to jsou algoritmy založené na PWM s nosnou a vektorové modulaci (SVPWM). Pro řízení proudu zátěže napájené z duálního měniče to je proporčně sumační (PS) regulátor a prediktivní řízení s omezenou množinou akčních zásahů (FCS-MPC). Nejprve je v práci provedena rešerše algoritmů zabývajících se řízením duálního a víceúrovňových měničů. Následně je popsán a identifikován matematický model měniče se zátěží s otevřeným vinutím. Na základě matematického modelu je pro navýšení výkonové hustoty u algoritmů PWM s nosnou a vektorové modulace upraveno modulační schéma tak, aby byly vyrovnávány ztráty. U algoritmů využívajících principů FCS-MPC je vyrovnávání ztrát dosaženo přidáním penalizace hodnoty exponenciálního filtru vyhodnocujícího průměrnou spínací frekvenci nebo ztráty jednotlivých výkonových polovodičových prvků. Omezení maximálního ztrátového výkonu je provedeno limitováním průměrných ztrát a omezením amplitudy proudu zátěže dle měřené teploty pouzdra. Amplituda proudu zátěže je omezovaná tak, aby průběh teploty v kvazistacionárních stavech nepřekročil stanovenou mez. Limitování průměrných ztrát zajišťuje, aby nebyla maximální přípustná teplota překročena vlivem chyby způsobené zjednodušením modelu použitým pro výpočet oteplení v závislosti na amplitudě proudu.
Algoritmy řízení trakčního pohonu potlačující elektromagnetický hluk
(Západočeská univerzita v Plzni, 2021) Kroneisl, Michal; Kuchař Martin, Ing. Ph.D.; Makyš Pavol, Doc. Ing. PhD.; Valouch Viktor, Prof. Ing. CSc.
Elektromagnetický hluk je jedna ze složek akustického hluku vyzařovaného elektrickým pohonem, která vzniká v důsledku elektromagnetických sil a vibrací v elektrických strojích a dalších součástech pohonu. Použití střídače v moderních pohonech znamená zanesení nových frekvenčních složek do spektra napětí, proudu i elektromagnetického hluku. Tyto složky vznikají vlivem spínání polovodičových prvků střídače a závisí na způsobu, jakým je střídač řízen. Obvyklý způsob řízení pomocí pulsně šířkové modulace dává pohonu charakteristický zvuk. Tato práce se zabývá možnostmi, jak lze vhodným řízením střídače a pohonu dosáhnout méně rušivého akustického projevu. Nejprve je popsán vznik hluku při obvyklém způsobu řízení pomocí pulsně šířkové modulace (PWM). Dále se zabýváme náhodnou pulsně šířkovou modulací (RPWM), která vznikla modifikací klasické PWM za účelem snížení hluku pohonu a která již byla v minulosti v literatuře popsána. Kromě toho jsme navrhli vlastní řídící algoritmy založené na prediktivním řízení, které nahrazují modulaci při řízení střídače a vektorové řízení pohonu. Tyto algoritmy umožňují lépe řídit akustické projevy pohonu, zejména pak potlačit mechanické rezonance konkrétního pohonu. Všechny algoritmy byly simulovány a testovány na laboratorním pohonu s asynchronním motorem napájeným ze střídače. Zejména prediktivní algoritmy poskytují značnou flexibilitu a lze je tak přizpůsobit i pro jiné pohony se střídavým motorem.
Vlivy konstrukčního provedení na oteplení vysokorychlostního stroje s permanentními magnety
(Západočeská univerzita v Plzni, 2021) Veg, Lukáš; Doležel Ivo, Prof. Ing. CSc.; Ferková Želmíra, Doc. Ing. CSc.; Vlach Radek, Doc. Ing. Ph.D.
Předložená disertační práce je zaměřena na téma vlivu konstrukčního provedení na oteplení a vlastnosti synchronních strojů s permanentními magnety. V jednotlivých kapitolách je představen současný stav tepelných výpočtů eklektických strojů, provedeny ukázky řešení a metod na konkrétním stroji. Dále jsou popsány vlivy různých konstrukčních uspořádání, vlivy zvolené technologie a diskutovány jejich dopady na celkový tepelný model stroje. Větší část práce je věnována řešení nové koncepce vysokootáčkového trakčního stroje, kde jsou modelovány a přizpůsobovány tvary chladících žeber pro dosažení nejlepšího možného odvodu tepla ze stroje.
Aplikace moderních polovodičových součástek
(Západočeská univerzita v Plzni, 2020) Štěpánek, Jan; Chlebiš Petr, Prof. Ing. CSc.; Vorel Pavel, Doc. Ing. Ph.D.; Damec Vladislav, Ing. Ph.D.
Předkládaná disertační páce se zabývá problematikou výkonových měničů pro speciální aplikace s využitím moderních polovodičových prvků. Práce popisuje návrh výkonových měničů pro tři různé projekty, kde každý klade na výkonový měnič různé požadavky. První z popisovaných měničů je určený pro použití v oblasti automotive a je navržený jako tzv. "Full SiC" měnič. Klade si za cíl vývoj trakčního měniče s vysokou hustotou výkonu min. 100kW/l, čímž se parametrově přiblíží cílům projektu U.S. DRIVE. Vyvinutý SiC měnič by měl při napájení 900 VDC z trakční baterie dosahovat výkonu minimálně 200 kW při minimální spínací frekvenci 20 kHz s účinností vyšší než 99 %. Při objemu cca 1,9 l bude dosahovat hustoty výkonu 105 kW / l. Druhý z popisovaných měničů cílí do prostředí konzervativní energetiky. Zde je kladen velký důraz na spolehlivost a životnost výsledného zařízení. Popisovaný měnič slouží jako základní stavební blok o výkonu 150 kVA pro zařízení na kompenzování zemních spojení (finální pilot sestaven z 9 bloků a celkovém výkonu 1,35 MVA). Třetí z popisovaných měničů je zaměřen na oblast vozidel lehké trakce, kde se zabývá možnostmi optimalizace a modernizace měničů pro pomocné pohony. Popisovaný měnič si klade za cíl použitím moderních SiC polovodičů o dosažení vyšší účinnosti a snížení hmotnosti a objemu výsledných pomocných pohonů.
Vysokonapěťové měniče pro elektrické pohony
(Západočeská univerzita v Plzni, 2020) Bednář, Bedřich; Chlebiš Petr, Prof. Ing. CSc.; Vorel Pavel, Doc. Ing. Ph.D.; Lettl Jiří, Prof. Ing. CSc.
Předkládaná disertační práce seznamuje s navrhovanou topologií trakčního pohonu složeného z několika separátních buněk výkonového obvodu. Práce popisuje modulární koncepci trakčního měniče se středofrekvenčním transformátorem s využitím maticového měniče a pulsního usměrňovače. Důvodem rozdělení topologie do několika separátních buněk je napěťová variabilita koncepce měniče. Vzhledem k velkému množství spínaných prvků je řízení měničů rozloženo mezi DSP signálový procesor a FPGA. Jeden stupeň této trakční topologie se skládá z primárního měniče - přímého měniče kmitočtu => maticového měniče, dále pak středofrekvenčního transformátoru a napěťového pulsního usměrňovače. V této práci je navrhovaná topologie popsána teoreticky, simulačně i experimentálně.
Speciální typy vinutí elektrických strojů točivých
(Západočeská univerzita v Plzni, 2019) Laksar, Jan; Cipín Radoslav, Doc. Ing. Ph.D.; Rada Petr, Ing. CSc.; Vítek Ondřej, Doc. Ing. Ph.D.
Práce přináší ucelený pohled na problematiku interakce vinutí s magnetickým obvodem synchronních strojů s permanentními magnety. Kromě matematického popisu tvaru magnetického pole produkovaného vinutím je v práci popsán vývoj vlastních metod pro výpočet indukce ve vzduchové mezeře a rozptylové indukčnosti drážek. Tyto vlastní metody vedou k přesnějšímu určení parametrů náhradního schématu stroje, včetně jejich závislosti na poloze rotoru a voleném časovém okamžiku. Na základě vypočtených průběhů je vytvořen matematický model stroje respektující vyšší harmonické složky způsobené jeho geometrií. Získané teoretické poznatky jsou použity při volbě a návrhu dvou synchronních generátorů s permanentními magnety. Jeden generátor má klasické průmyslové používané dvouvrstvé zubové vinutí, druhý generátor má upravené zubové vinutí třívrstvé. V práci je proveden elektromagnetický návrh obou strojů. Návrh je podpořený vlastními výpočty magnetického pole, které slouží k tvorbě matematického modelu obou generátorů. Návrh obou strojů je ověřen pomocí metody konečných prvků. Stroje následně byly sestaveny a vypočtené hodnoty a průběhy byly ověřeny experimentálně.
Optimalizace tepelně-ventilačních výpočtů vzduchem chlazených turbogenerátorů
(Západočeská univerzita v Plzni, 2019) Franc, Jiří; Ondrůšek Čestmír, Doc. Ing. CSc.; Rada Petr, Ing. CSc.; Vlach Radek, Doc. Ing. Ph.D.
Předkládaná práce se zabývá ventilačně - tepelnou analýzou vzduchem chlazeného turbogenerátoru. V několika kapitolách je zde popsán aktuální stav, cíle disertační práce a samotný postup. V kapitole, která se zabývá postupem, je popsána důležitost oteplovacích zkoušek, jakožto zdroje cenných dat, a dále je zde rozvedena celá ventilační analýza spolu se zmínkou o tepelné analýze.
Dynamické chování konstrukčních částí elektrických strojů
(Západočeská univerzita v Plzni, 2018) Šobra, Jan; Hruška Karel, Doc. Ing. Ph.D.; Richter Aleš, Prof. Ing. CSc.; Rafajdus Pavol, Prof. Ing. Ph.D.
Disertační práce se zabývá problematikou vibrací statoru asynchronních strojů buzených magnetickými silami vznikajícími uvnitř stroje. V práci je uveden současný stav zkoumané problematiky včetně teoretického popisu rozložení magnetické indukce ve vzduchové mezeře stroje a jím danou velikostí magnetických sil působících na zuby statoru a rotoru. Dále jsou v práci analyzovány vybrané poruchy způsobující jednostranný magnetický tah, který ovlivňuje rozložení i spektrum vznikajících sil. V další části práce je definována metodika pro modelování vibrací statoru buzených magnetickými silami. Metodika je ověřena konečněprvkovou analýzou konkrétního stroje, kde jsou frekvenční spektra vypočtených magnetických sil působících na jednotlivé zuby statoru použita jako zdroje buzení vibrací stroje. Vibrace jsou analyzovány na samotném statorovém paketu, paketu uloženém v kostře a paketu v kostře upevněné na vertikálně uložený nosný rám a je vyhodnocen vliv jednotlivých konstrukčních částí na výsledné spektrum vibrací. Výsledky analýzy jsou porovnány s měřením na reálném stroji.
Moderní koncepce pohonů středních a velkých výkonů
(Západočeská univerzita v Plzni, 2018) Brůha, Martin; Bernat František, Ing. CSc.; Pavelka Jiří, Prof. Ing. DrSc.; Valouch Viktor, Prof. Ing. CSc.
Tato práce se zabývá elektromechanickou interakcí mezi frekvenčním měničem, napájeným elektromotorem a mechanickým soustrojím u pohonů středních a zejména velkých výkonů (řádov? jednotky až desítky megawatt). Nejprve je analyzován moment motoru a jeho zvlnění, tj. jednotlivé pulsační složky momentu. Zkoumány jsou faktory mající vliv na tyto složky: topologie měniče, způsob modulace, nastavení regulátorů, interakce se zátěží a dále také specifické řídicí algoritmy. Hlavní pozornost je zaměřena na způsob řízení pohonu resp. frekvenčního měniče a jeho vliv na interakci s poháněným zařízením. Cílem práce je zejména optimalizace pohonu z hlediska minimalizace torzních kmitů a dále pak návrh a ověření algoritmů jejich aktivního tlumení. Nejperspektivnější metody jsou detailněji prezentovány pomocí simulací či v podobě měření konkrétních pohonů. Důraz je kladen také na analytické způsoby pro určení stability pohonu z hlediska torzního kmitání. S jejich pomocí je frekvenční měnič optimálně parametrizován předtím, než je uveden do provozu. Problematika elektro-mechanické interakce je demonstrována na několika reálných případech z praxe. V závěru jsou zmíněny perspektivní algoritmy řízení pro tlumení kmitání a poskytnuty praktické rady, jak zohlednit elektrický regulovaný pohon s frekvenčním měničem jako součást torzního systému.
Nové koncepce pohonných jednotek pro moderní dopravní systémy
(Západočeská univerzita v Plzni, 2017) Janouš, Štěpán; Brandštetter Pavel, Prof. Ing. CSc.; Václavek Pavel, Doc. Ing. Ph.D.; Valouch Viktor, Prof. Ing. CSc.
Tato práce se zabývá vývojem prediktivního řízení střídavých elektrických pohonů s uvažováním dlouhého predikčního horizontu a výpočetními nároky, které jsou srovnatelné s konvenčně používanými metodami řízení. Základní myšlenka navrhovaného řízení vychází z aproximace cost to go funkce Dynamického programování pro dlouhý predikční horizont. Pro speciální případy (tj. lineární matematický model a kvadratická ztrátová funkce) je možné problém řízení vyřešit analyticky což vede na dramatické snížení výpočetních nároků. Problém je však dodržet tvrdá omezení. Navržená technika řízení využívá aproximaci dlouhého horizontu v jednokrokovém MPC. Hlavní důraz je přitom kladen na splnění tvrdých stavových a vstupních omezení, která jsou řešena pouze v rámci jednoho kroku MPC. Výsledný algoritmus je velmi jednoduchý a snadno implementovatelný, přesto si ponechává výborné vlastnosti srovnatelné s MPC řešeného na dlouhém predikčním horizontu. Navrhované algoritmy řízení byly implementovány do DSP a testovány na laboratorním prototypu pohonu s PMSM o jmenovitém výkonu 10,7kW, ve třech praktických případech. První případ popisovaný v kapitole 4 se zaměřuje na řízení PMSM s využitím pulsně šířkové modulace. Úkolem je navrhnout řízení pohonu s PMSM a vlastnostmi srovnatelnými s existujícími metodami řízení bez využití kaskádního řazení lineárních regulátorů, s mnohem nižšími výpočetními nároky algoritmu. Druhý případ popisovaný v páté kapitole se zaměřuje na prediktivní řízení PMSM bez PWM s využitím přímého výběru napěťového vektoru (FCS-MPC). Navržené řešení má za úkol minimalizovat zvlnění proudu při nízkých spínacích frekvencích s využitím dlouhého predikčního horizontu a překonat existující jednokroková řešení se srovnatelnými výpočetními nároky. Třetí případ popisovaný v kapitole 6 se zaměřuje na zvýšení stability trakčního pohonu s PMSM napájeného ze stejnosměrné troleje přes vstupní LC filter. Problém je rozdělen na dvě části:, i) stabilita vstupního LC-filteru, která je řešena na dlouhém predikčním horizontu a ii) řízení PMSM, které je řešeno na krátkém horizontu. Obě dvě řešení jsou elegantně zkombinována ve ztrátové funkci jednokrokového FCS-MPC algoritmu.
Nové topologie polovodičových měničů s vysokou účinností
(Západočeská univerzita v Plzni, 2017) Jára, Martin; Vorel Pavel, Doc. Ing. Ph.D.; Chlebiš Petr, Prof. Ing. CSc.; Lettl Jiří, Doc. Ing. CSc.
Tato práce se zabývá vývojem měničů s vysokou účinností a je tématicky zaměřena na oblast vozidel lehké trakce. Především se věnuje měničům pro pomocné pohony trolejbusů a dále systému bezdrátového nabíjení elektrických vozidel. V první části práce jej popsána problematika samotných pomocných pohonů a navržena nová koncepce s rozšířenými funkcemi. Součástí koncepce je výběr topologií jednotlivých měničů a stanovení jejich parametrů. Vysoká účinnost celé struktury je pak umožněna volbou moderních SiC JFET prvků a rezonančních měničů. V další části je provedena analýza ztrát vybraných polovodičů a odvozeno oteplení jejich kanálu při definovaných podmínkách chlazení. Zároveň byl sestaven experimentální měnič, který umožnil ověření ztrát a účinnosti v topologiích nové koncepce. Dále je uvedeno srovnání s referenčním měničem s Si IGBT technologií. Současně byl vyvinut driver pro SiC JFET prvky s odolností vůči rušení v důsledku vysokých hodnot du/dt a di/dt. Dalším krokem je návrh a realizace funkčních vzorků, jejichž provedení respektovalo relevantní normy pro drážní vozidla. Prvním funkčním vzorkem je vstupní stabilizátor trolejového napětí o výkonu 22kW s topologií sériově spojených pulsních měničů s reverzací proudu. Součástí návrhu je diskuze výhod přesazeného a nepřesazeného řízení a návrh řídícího algoritmu. Druhým funkčním vzorkem je izolující měnič o výkonu 2x10kW pracující se spínací frekvencí v oblasti 100kHz. Právě schopnost vyvinutých měničů pracovat s vysokými spínacími frekvencemi při zachování nízkých ztrát vedlo posléze k jejich nasazení v systému bezdrátového nabíjení vozidel lehké trakce, kterým se zabývá závěrečná část práce.
Stabilita moderního trakčního pohonu
(Západočeská univerzita v Plzni, 2016) Majorszký, Jan; Kuchař Martin, Ing. Ph.D.; Novák Jaroslav, Prof. Ing. CSc.; Valouch Viktor, Prof. Ing. CSc.
Tato disertační práce se zabývá vlivem regulační struktury a stavu trakčního pohonu na jeho odolnost vůči buzeným kmitům v DC obvodu trakčního měniče. Stabilita trakčního pohonu je hodnocena podle frekvenčních charakteristik trakčního pohonu, což je závislost amplitudy a fáze vybuzených kmitů na amplitudě a frekvenci budících kmitů a stavu pohonu. V první části je představena metodika měření frekvenčních charakteristik. Je představen měnič pro generování budících kmitů a algoritmy jeho řízení. Ověření metodiky měření je prokázáno nasimulováním a změřením frekvenčních charakteristik laboratorního modelu trakčního pohonu s asynchronním motorem, skalárním i vektorovým řízením. V další části byl proveden teoretický rozbor aktivního tlumení vybuzených kmitů LC filtru a představeny některé algoritmy tlumení na reálném modelu. Účinnost tlumení daných algoritmů byla opět předvedena na změřených frekvenčních charakteristikách. Na závěr je provedeno vyhodnocení algoritmů tlumení z hlediska potlačení vybuzených kmitů, prokázaném na změřených frekvenčních charakteristikách pohonu.
Inteligentní pohony a mechatronické systémy s vestavěnou inteligencí
(Západočeská univerzita v Plzni, 2016) Janík, Dušan; Peroutka Zdeněk, Prof. Ing. Ph.D.; Cejnar Pavel; Chlebiš Petr, Prof. Ing. CSc.; Lettl Jiří, Doc. Ing. CSc.
Dizertační práce se zabývá problematikou řízení víceúrovňových měničů. Řízením víceúrovňového měniče se rozumí spínání vhodných prvků měniče na základě pulzně šířkové modulace a balancování napětí na jednotlivých výkonových spínacích prvcích měniče, pokud to daná topologie vyžaduje. V práci jsou popsány navržené modulační algoritmy založené na pulsně šířkové modulaci (PWM), větší část práce je pak věnována odvozeným algoritmům vektorové modulace (SVPWM). Správná funkce jednotlivých modulačních algoritmů byla nejprve ověřena v prostředí grafického simulátoru Matlab-Simulink v součinnosti s modelem měniče sestaveným v programu PLECS. Následně byly algoritmy implementovány do programovatelné logické jednotky FPGA. Pro implementaci byl použit programovací jazyk VHDL. Funkčnost implementovaných modulátorů byla ověřena experimenty na prototypech měničů několika topologií. Topologie prototypů měničů byly devítiúrovňové kaskádní zapojení, tříúrovňová s upínacími diodami (3L-NPC), tříúrovňová s aktivními upínacími prvky (3L-ANPC) a čtyřúrovňová s plovoucími kondenzátory (4L-FLC). Kromě testů funkčnosti samotných modulačních algoritmů byla ověřena funkce aktivního balancování. Pro aktivní balancování byly použity dva různé přístupy. Prvním je balancovací tabulka, která je sestavena podle topologie měniče, ze všech přípustných spínacích kombinací a jejich vlivu na napětí kondenzátorů ve stejnosměrném meziobvodu měniče, popřípadě plovoucích kondenzátorů. Druhým je matematický model popisující chování napětí kondenzátorů na základě sepnutí přípustné spínací kombinace. Hlavním přínosem této práce je návrh vektorového modulátoru založeného na modulární struktuře pro víceúrovňové měniče. Funkčnost navrženého modulátoru byla ověřena v prostředí Matlab-Simulink v součinnosti s modelem sedmiúrovňového střídače s plovoucími kondenzátory. Navržené modulační algoritmy byly hodnoceny dle výpočetní náročnosti, složitosti samotné implementace, možností budoucí rozšiřitelnosti řešené problematiky a celkového harmonického zkreslení (THD) napětí a proudů měniče.
Elektromagnetické pole, síly, chvění a hluk v elektrických strojích
(Západočeská univerzita v Plzni, 2015) Bouzek, Lukáš; Chomát, Miroslav; Leuchter, Jan; Rafajdus, Pavel
Tato disertační práce se rámcově zabývá problematikou vibrací a s nimi spojenému vzniku nežádoucích hlukových účinků. Konkrétně je práce zaměřena na zjišťování modálních parametrů statorového systému malých asynchronních strojů. První část práce se stručně zabývá obecnými zdroji vibrací, které se mohou u těchto strojů objevit. Další části práce jsou zaměřeny nejprve na popis magnetických sil, které vznikají v asynchronním stroji při sinusovém napájení, a poté je rozebrán stav, kdy je stroj napájen neharmonickým zdrojem. Na tuto část navazuje analytický popis vlastních frekvencí jednotlivých částí statorového systému magnetického obvodu, vinutí a mechanické kostry stroje. Následuje hlavní část práce, která je zaměřena na experimentální modální analýzu. Zde jsou prezentovány výsledky měření a jejich numerické modely. Dále je ukázán vliv košů vinutí a uložení celého magnetického obvodu s vinutím v kostře stroje.
Nové topologie elektrických pohonů s důrazem na trakční aplikace
(Západočeská univerzita v Plzni, 2015) Uzel, David; Brandštetter, Pavel; Lettl, Jiří; Novák, Jaroslav
Tato disertační práce se zabývá problematikou modelování, řízení a identifikace parametrů synchronních strojů s vyniklými póly. Zkoumán je synchronní motor s vnitřními permanentními magnety na rotoru (IPMSM) a klasický synchronní motor s vinutým rotorem s vyjádřenými póly (WRSM). V první části je popsána motivace k výzkumu dané problematiky a je uveden současný stav poznání ve zkoumaných oblastech. Ve druhé kapitole jsou popsány matematické modely motoru a to jak ve stojících fázových souřadnicích a, b, c tak v rotujících d, q, ty jsou spjaty s polohou rotoru. Ve třetí kapitole jsou publikovány testované a navržené metody měření parametrů pro uvedené matematické modely. Hlavní pozornost je upřena k měření indukčnosti. Pro modely jak ve fázových tak v rotorových souřadnicích jsou použity přístupy s rotujícím a stojícím rotorem. Testované metody pro přesné určení indukčnosti využívají buď speciálních laboratorních zdrojů, nebo speciálního režimu provozu, kdy je matematický model celého měření redukován na problém nižšího řádu. Dále v kapitole čtvrté je uveden popis a návrh optimálního řízení jak pro WRSM tak pro IPMSM. Dané optimum je chápáno ve smyslu maximalizovat moment motoru stroje. Je provedena rozvaha nad momentovou rovnicí z pohledu všech možných pracovních bodů s tím, že v oblasti konstantního momentu je omezení pouze z pohledu maximálních proudů, naproti tomu v oblasti odbuzování je nutné zajistit i nutné odbuzení stroje. Pro WRSM optimální řízení vhodně rozvažuje nabuzení stroje pomocí rotorového a statorového proudu pro dosažení maximálního momentu. U IPMSM záporný proud v ose d zajišťuje přírůstek tzv. reluktanční složky momentu, která je využita na zvýšení momentu stroje vzhledem k vyšší statorové indukčnosti Lsq oproti Lsd. Pátá kapitola se z velké části věnuje bezsenzorovým metodám na principu detekce anizotro-pie stroje. Tyto metody jsou založeny na injektování testovacího signálu do rotorového (WRSM) nebo statorového vinutí (IPMSM), který způsobí proudovou odezvu statoru obsahující informaci o poloze rotoru a rotorové rychlosti. Pro WRSM je aplikována jednoduchá metoda na estimaci počáteční polohy rotoru. Na jejím teoretickém základu je postaveno poté celé bezsenzorové řízení s vyhodnocením pomocí fázového závěsu (PLL) nebo Kalmanovým filtrem. U IPMSM je implementován algoritmus tzv. pulzujících injektáží s obdélníkovým tvarem testovacího signálu, kde je ukázán vliv zatěžování motoru, který může nepříznivě ovlivnit výsledek estimace. V poslední části kapitoly je představen bezsenzorový estimátor s redukovaným Kalmanovým filtrem založeným na matematickém modelu ve fázových souřadnicích. Toto řešení umožňuje zahrnout nesymetrie a harmonické magnetického obvodu stroje pro zpřesnění estimace polohy natočení rotoru. Veškeré navržené a odsimulované algoritmy jsou podrobeny ověřovacím testům na postaveném laboratorním prototypu.
Moderní mikroprocesorové regulátory
(Západočeská univerzita v Plzni, 2015) Košan, Tomáš; Cejnar, Pavel; Palacký, Petr; Vorel, Pavel
Tato dizertační práce se zabývá zejména problematikou řízení víceúrovňových měničů a využitím hradlových polí pro výpočetně náročné algoritmy pro regulaci pohonů. Realizace těchto úloh je úzce svázána s vhodným řídícím hardware - mikroprocesorovým (číslicovým) regulátorem. V první části práce jsou rozebrány požadavky na řídící hardware pro víceúrovňové měniče. Tato část také hodnotí klíčové parametry pro využití hradlových polí pro akceleraci výpočtů regulátorů. Navazující část práce se zabývá problematikou návrhu mikroprocesorového regulátoru, který by především umožnil přímé připojení víceúrovňových měničů bez dalších hardwarových prostředků. Tato část práce popisuje také další hardwarové prostředky vyvinuté pro zajištění bezproblémového provozu této platformy v prostředí laboratoře výkonové elektroniky. Několik podkapitol se pak věnuje návrhu JTAG emulátorů pro nahrávání a ladění kódu v použitých mikrokontrolérech. Navazuje představení programové podpory pro nahrávání programovatelných logických obvodů pomocí speciální aplikace PLD loader a vyvinutých JTAG emulátorů. Spolu s hardwarem je stručně představeno aplikační rozhraní MLC_driver_lib a základní firmware pro použité logické obvody. Další část práce popisuje dosažené výsledky výzkumu v oblasti víceúrovňových měničů a zejména návrh a implementaci jejich algoritmů řízení. Navazuje část popisující regulační struktury pro jednotlivé topologie ve funkcích usměrňovače a střídače, spolu s výsledky experimentů. Předposlední část práce prezentuje výsledky výzkumu v oblasti bezsenzorového řízení střídavých elektrických pohonů s využitím stochastických filtrů a bayesovských estimátorů. Tato práce především řeší úlohu implementace marginalizovaného částicového (particle) filtru, určeného pro odhad polohy a rychlosti rotoru synchronního motoru s povrchovými permanentními magnety na rotoru (PMSM) bez použití čidla rychlosti nebo polohy na hřídeli stroje. Poslední část práce představuje blok pro Matlab/Simulink, který byl vyvinut jako účinný nástroj pro rapid prototyping a plnohodnotný model-based design regulačních struktur výkonových polovodičových měničů a regulovaných pohonů.
Využití přímých měničů kmitočtu pro trakční pohony
(Západočeská univerzita v Plzni, 2012) Los, Miroslav; Vondrášek, František; Drábek, Pavel
Práce se zabývá problematikou snižování hmotnosti trakční výzbroje vícesystémových vozidel pro vyšší rychlosti. Snížení hmotnosti se zde dosahuje použitím středofrekvenčního trakčního transformátoru namísto klasického trakčního transformátoru na 50 Hz (16,7 Hz). Středofrekvenční transformátor vychází v porovnání s klasickým několikanásobně lehčí, vyžaduje však zvýšení frekvence napětí na vstupu trakčního transformátoru. Frekvence je zvyšována pomocí přímého měniče kmitočtu (maticového měniče) připojeného na primární (vysokonapěťovou) stranu transformátoru přímo ve vozidle. Z důvodu vysokého napěťového namáhání je v práci řešen i problém sériového řazení maticových měničů. Na sekundární straně transformátoru je umístěn napěťový pulzní usměrňovač a 3f střídač. Práce tedy vytváří podklady pro řízení trakčních pohonů pomocí sériově spojených jednofázových maticových měničů, středofrekvenčního transformátoru a sekundárního pulzního usměrňovače. Práce je rozdělena na 3 hlavní části. První část popisuje zapojení a možnosti řízení maticového měniče a pulzního usměrňovače. V druhé části byla provedena analýza parametrů vstupního filtru jednofázového maticového měniče pro dané metody řízení. Naznačuje možnost návrhu optimálních parametrů vstupního filtru pro zvolenou variantu řízení. Třetí část řeší řízení sekundárního pulzního usměrňovače v kombinaci se sériově řazenými maticovými měniči. Jsou zde popsány možnosti snížení obsahu vyšších harmonických trolejového proudu a možnosti řízení jeho fázového posunu vůči napětí.
Akumulační systém pro vozidla lehké trakce
(Západočeská univerzita v Plzni, 2014) Streit, Luboš; Vondrášek, František; Drábek, Pavel; Čeřovský, Zdeněk; Richter, Aleš; Vorel, Pavel
Tato disertační práce se zabývá vhodnou strategií řízení akumulačního systému pro zvýšení energetické účinnosti vozidel. V práci je popsán simulační model tramvaje jedoucí na konkrétní lince č. 4 v Plzni. Simulační model byl vytvořen za pomoci naměřených reálných dat, která byla statisticky analyzována. Výsledky analýzy tvořily základ pro pravděpodobnostní simulační model. Dalšími vstupy modelu jsou pak parametry tramvaje a tramvajové trati. Simulační model se skládá celkem z pěti hlavních bloků. V bloku Trakční mechanika jsou vypočteny mechanické veličiny vozidla. Blok Řidič napodobuje chování skutečného řidiče. Blok Výkony a energie zajišťuje správné rozdělení výkonů. Blok Akumulační systém vyhodnocuje stav nabití superkondenzátoru a jeho teplotu. Posledním blokem je Power management, který je důležitou částí práce. V bloku Power management je řešeno několik různých strategií řízení akumulačního systému. Tyto strategie jsou vzájemně porovnány podle výsledné spotřeby energie zohledňující i ztráty v troleji. Metodika využívající pravděpodobnostní simulační model, která je uvedena v této práci, slouží pro nalezení optimální velikosti superkondenzátoru a vhodné strategie řízení akumulačního systému pro zvýšení energetické účinnosti. Tato metodika může být použita i pro jiné linky.

Browse

Recent Submissions