Zobrazit minimální záznam

Bifurcation analysis and control methods for inductively coupled power transfer



dc.contributor.advisorLettl Jiří
dc.contributor.authorMichal Košík
dc.date.accessioned2021-11-29T11:19:12Z
dc.date.available2021-11-29T11:19:12Z
dc.date.issued2021-11-12
dc.identifierKOS-538154712505
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10467/98594
dc.description.abstractTechnologie bezkontaktního přenosu zažila v posledních třiceti letech prudký rozvoj. Díky lepší bezpečnosti, odolnosti a ergonomii v porovnání s vodivým propojením nalézá bezkontaktní přenos své uplatnění v řadě aplikací, jako jsou průmyslové systémy (montážní linky, jeřáby apod.), přenosná spotřební elektronika (mobilní telefony, chytré hodinky, elektrické zubní kartáčky atd.), elektrická vozidla (dobíjení bateriových elektrických vozidel a napájení závislých trakčních vozidel), medicínské přístroje (např. implantáty), speciální aplikace (čistá nebo naopak korozivní prostředí) a další. Za určitých okolností nastává během činnosti bezkontaktních systémů bifurkace, která negativně ovlivňuje činnost zařízení. Termín „bifurkace“ označuje štěpení jediné frekvence, na které je fáze vstupní impedance rovna nule, na tři. Tato práce cílí provést analýzu bifurkace a prozkoumat řídicí metody určené k potlačení jejího výskytu nebo případně zmírnění negativních jevů spojených s bifurkací. Nicméně další podobný bifurkaci se projevuje během činnosti zařízení. Tímto jevem je „štěpení frekvence“ (frequency splitting), což označuje štěpení jediného maxima výstupního výkonu na dvě, která nastávají na jiných frekvencích. Ačkoliv jsou tyto jevy příbuzné, jsou typicky analyzovány každý zvlášť, aniž by byl prozkoumán možný základní mechanismus, který by je spojoval dohromady. Aby se toto napravilo, štěpení frekvence je zahrnuto do analýzy prezentované v této práci. První část disertační práce představuje matematický rámec pro analýzu a vyhodnocení bifurkace a štěpení frekvence. V literatuře lze nalézt výhodný matematický popis bifurkace založený na obecných parametrech, avšak zatím neexistuje podobný popis štěpení frekvence. Nový model obecných parametrů (general paramter model) prezentovaný v této práci zavádí normalizovaný popis obou jevů založený jen na třech parametrech. Prezentovaný model a výsledky jsou ověřeny pomocí experimentálních měření a simulací. Popis bifurkace a štěpení frekvence je shrnut v QL stavovém diagramu (QL state diagram), což je nový všestranný nástroj k vizuální analýze. Bifurkace a štěpení frekvence jsou popsány v rámci prezentovaného modelu popsány v druhé časti práce. Mechanismus vzniku daných jevů je prozkoumán spolu s analýzou vlivu parametrů náhradního obvodového schématu, jako jsou například indukčnosti cívek, rezonanční frekvence atd. Třetí část práce se zabývá vyhodnocením dopadů bifurkace a štěpení frekvence na výběr pracovní oblasti a na regulaci. Čtvrtá část práce vyhodnocuje metody řízení bifurkace a štěpení frekvence, které buď zabrání jejich výskytu, nebo zmírní jejich negativní dopady na činnost systému bezkontaktního přenosu. Tyto metody se dělí na pasivní (použité v návrhové fázi) a na aktivní (opatření upravující činnost systému za provozu). Vybrané metody jsou otestovány měřením a simulací. Přínosy této práce mohou být shrnuty následovně: Současný popis bifurkace a štěpení frekvence je poněkud roztříštěný a matoucí. Tato práce jasně vymezuje jednotlivé pojmy, sjednocuje matematický popis a analyzuje základní mechanismus spojující tyto jevy. Nový přístup pro vyhodnocení jevů bifurkace a štěpení frekvence v systémech pro bezkontaktní přenos energie je prezentován (model obecných parametrů), který využívá nový nástroj pro vizuální analýzu (QL stavový diagram). Tato práce také prezentuje vyhodnocení a teoretické pozadí pro metody řízení bifurkace a štěpení frekvence.cze
dc.description.abstractThe field of inductive power transfer (IPT) experienced fast development in last thirty years. Thanks to the improved safety, durability, and ease of use in comparison with the conductive connection, IPT founds its use in many applications, such as industrial systems (material handling systems, cranes, etc.), portable consumer electronics (cellular phones, smart watches, electric toothbrushes, etc.), electric vehicles (charging of battery electric vehicles and powering of railway electric vehicles), medical applications (e.g., biomedical implants), special applications (clean or corrosive environments) and others. During the operation of the IPT systems bifurcation occurs under certain circumstances, which negatively affects the operation. The term “bifurcation” refers to splitting of a single frequency in which the phase of the input impedance equals zero into three. This work is aimed to analyze bifurcation and examine the control methods to prevent its occurrence or mitigate the connected negative effects. However, there is another phenomenon closely related to bifurcation, which is called frequency splitting. The term “frequency splitting” refers to the splitting of the single output power maximum into two at different frequencies. While these two important phenomena are related, they are commonly analyzed separately without examining an underlying principle or mechanism that links them together. To rectify this, frequency splitting is also incorporated in the analysis presented in this work. First part of the thesis prepares a framework for bifurcation and frequency splitting analysis and evaluation. In the literature, there exists a convenient description of bifurcation based on generalized system parameters, but there is no such counterpart for frequency splitting. Novel general parameter model presented in this work establishes a normalized description of both the bifurcation and frequency splitting phenomena based only three parameters. Experimental measurements and simulations are used to verify the presented model and results. The description of bifurcation and frequency splitting is summarized in the QL state diagram, which is a novel versatile tool for the visual evaluation. Under this framework, the bifurcation and frequency splitting phenomena are analyzed in the second part of the thesis. The mechanism of phenomena emergence is examined together with the influence of equivalent circuit parameters (e.g., coil inductances, resonance frequency, etc.). The third part evaluates the impacts of bifurcation and frequency splitting phenomena on the selection of the operating area and the IPT system regulation. The fourth part of the work examines the control methods to prevent or mitigate negative effects on IPT system operation resulting from the bifurcation and frequency splitting phenomena. These methods are divided between passive (design based) and active (measures adjusting the system during operation). Selected methods are evaluated by measurements and simulations. The thesis contributions can be summarized as follows. Current description of the bifurcation and frequency splitting phenomena is rather fractured and confusing. The thesis clearly defines the concepts, unifies their mathematical descriptions, and analyses the underlying connections between the phenomena. A novel approach for bifurcation and frequency splitting phenomena evaluation in IPT systems is presented (general parameter model), which uses novel visualization tools (QL state diagram and its sections). The work provides an evaluation and theoretical background for bifurcation and frequency splitting control methods.eng
dc.publisherČeské vysoké učení technické v Praze. Vypočetní a informační centrum.cze
dc.publisherCzech Technical University in Prague. Computing and Information Centre.eng
dc.rightsA university thesis is a work protected by the Copyright Act. Extracts, copies and transcripts of the thesis are allowed for personal use only and at one?s own expense. The use of thesis should be in compliance with the Copyright Act http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf and the citation ethics http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.htmleng
dc.rightsVysokoškolská závěrečná práce je dílo chráněné autorským zákonem. Je možné pořizovat z něj na své náklady a pro svoji osobní potřebu výpisy, opisy a rozmnoženiny. Jeho využití musí být v souladu s autorským zákonem http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf a citační etikou http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.htmlcze
dc.subjectBezkontaktní přenos energiecze
dc.subjectindukční přenos energiecze
dc.subjectrezonancecze
dc.subjectbifurkacecze
dc.subjectštěpení frekvencecze
dc.subjectInductive Power Transfereng
dc.subjectWireless Power Transfereng
dc.subjectBifurcationeng
dc.subjectFrequency Splittingeng
dc.titleAnalýza a metody řízení bifurkace pro induktivní bezkontaktní přenos energiecze
dc.titleBifurcation analysis and control methods for inductively coupled power transfereng
dc.typedisertační prácecze
dc.typedoctoral thesiseng
dc.contributor.refereeŠpánik Pavol
theses.degree.disciplineElektrické stroje, přístroje a pohonycze
theses.degree.grantorkatedra elektrických pohonů a trakcecze
theses.degree.programmeElektrotechnika a informatikacze


Soubory tohoto záznamu


Tento záznam se objevuje v následujících kolekcích

Zobrazit minimální záznam