|
|
Charge Transport and Storage in a Supercapacitor Structure
Kuparowitz, Tomáš ; Zedníček, Tomáš (oponent) ; Hájek, Karel (oponent) ; Sedlák, Petr (vedoucí práce)
Supercapacitor (SC), or electric double-layer capacitor, represents electrical energy device, which offers high power density, short charging time, high number of charging cycles, and long-life duration. This device is of particular interest in fast energy-storage applications, where highly dynamic charging and discharging profiles are required. Detailed study and modeling of the electrical charge transport and its storage is the output of this thesis. Processes, which occur during charging and discharging, are studied and their correlation to fading of SC's parameters is assessed. The noticeable differences between measured results and the simple SC model are: 1) the nonlinear rise and fall of SC’s voltage, and 2) the change in voltage after the charging and discharging stops. Charge redistribution during SC charging and relaxation are important. New model of SC is proposed. Electric charge stored in SC appears to be divided into two sections. One could be attributed to the Helmholtz capacitance and the other to the diffuse capacitance. The equivalent circuit model contains time dependent resistance RD(t) between Helmholtz and diffuse capacitances. While the SC ages, all parameters of equivalent circuit model change. The change of Helmholtz capacitance may be described most accurately by a pure exponential function. Total capacitance in relation to the number of energy cycling aging cycles n or the time of cycling t follows an exponential stretched law. From experiments it follows, that the greatest influence on SC’s degradation has the amount of transferred energy. The degradation due to induced Joule’s heat only has impact after 2000 hours of continuous energy cycling. The time constant D of the diffusion process is responsible for the speed of diffusion capacitance filling. The decrease of diffusion process time constant is faster for 75% discontinuous energy cycling than it is for 75% continuous energy cycling method. The dependence of aging on SC’s equivalent series resistance parameter remains the same for both continuous and discontinuous energy cycling. It obeys the quadratic relation. The difference is that the quadratic component is of the order of magnitude smaller for 75% discontinuous energy cycling than it is for 75% continuous energy cycling. The dependence of equivalent circuit model parameters on ambient temperature before and after aging by discontinuous energy cycling is explored. The value of total capacitance CT increases linearly with temperature. This is also true for aged samples. The slope for new samples is about 3 times higher than for aged one. Helmholtz capacitance of SC CapXX 2.75V/2.4F is constant in temperature range 22 °C to 65 °C, with the value of Helmholtz capacitance CH = 2.78 F for new samples and 2.07 F for aged ones. At temperature range below 22 °C Helmholtz capacitance decreases about 0.5 F due to the aging. The calendar life tests are devised to simulate SC under light work load at differing ambient temperatures. Temperatures used are from -35 °C up to 65 °C. This experiment is devised to prove, that the increased temperature accelerates the electrochemical reactions, which are responsible for SC’s total capacitance degradation.
|
|
|
Syntéza moderních struktur kmitočtových filtrů
Friedl, Martin ; Hájek, Karel (oponent) ; Brančík, Lubomír (oponent) ; Sedláček, Jiří (vedoucí práce)
Perspektivní oblastí, kam se zaměřuje současná pozornost v oboru syntézy moderních kmitočtových struktur, je oblast kmitočtů filtrů do 10 MHz, neboť rychlý rozvoj moderních technologií umožňuje realizaci moderních struktur analogových kmitočtových filtrů i v této požadované oblasti. V souvislosti s tím je však třeba propracovat metody syntézy a optimalizace těchto struktur s ohledem na možnosti současných moderních aktivních prvků (operační zesilovače s napěťovou zpětnou vazbou s tranzitním kmitočtem řádově jednotky GHz, operační zesilovače s proudovou zpětnou vazbou, konvejory, transimpedanční operační zesilovače). V této práci byly podrobně analyzovány aktivní bloky syntetických induktorů (SI) a frekvenčně závislých negativních rezistorů (FDNR) a byly odvozeny vztahy pro jejich základní parametry. Pozornost byla zaměřena na optimalizaci základních stavebních bloků 2. řádu a jejich vlastností s moderními aktivními prvky. Byly analyzovány a optimalizovány z hlediska jejich využití v obvodech vyšších řádů. Byla provedena řada návrhů filtrů a ověřena metodika syntézy a optimalizace příčkových filtrů vyšších řádů s moderními aktivními bloky. Pozornost byla zaměřena na metody optimalizace syntézy filtrů se ztrátovými aktivními bloky realizovanými na základě RLC prototypů. V oblasti aktivních filtrů vyšších řádů byly provedeny citlivostní simulace udávající představu o citlivosti kaskádních a nekaskádních struktur ARC filtrů. Pro ověření teoretických závěrů byla realizována celá řada vzorků optimalizovaných filtrů a jejich parametry byly ověřeny měřením. V závěru práce jsou uvedeny realizace filtrů pro konkrétní požadované praktické aplikace.
|
|
|
Metoda potlačení interferencí Wigenrovy-Villeovy distribuce
Pikula, Stanislav ; Pazdera, Luboš (oponent) ; Hájek, Karel (oponent) ; Beneš, Petr (vedoucí práce)
Tato disertační práce se věnuje problematice zobrazení signálu v časo-frekvenční oblasti s konstantním rozlišením. V teoretickém úvodu jsou shrnuty možnosti zobrazení signálu v čase a frekvenci. Zejména je soustředěna pozornost na srovnání krátkodobé Fourierovy transformace (STFT) s Wignerovou-Villeovou distribucí (WVD). Druhá zmíněná dosahuje výrazně lepšího rozlišení, a to zejména pro lineárně frekvenčně modulovaný signál. Dále je podrobně popsána nevýhoda WVD, kterou je přítomnost interferencí plynoucích z výpočtu okamžité autokorelační funkce. Tyto interference jsou způsobeny přítomností více složek signálu nebo jeho nelineární modulací. Následně je rozebrána celá řada metod, kterými je možné zmíněné interference potlačit, ovšem za cenu ztráty rozlišení. Jednou z možností potlačení je využití vyhlazené pseudo Wignerovy-Villeovy distribuce. Ta je v práci dále využita pro analýzu potlačení interferencí při různé filtraci v časo-frekvečním prostoru. Jsou použity různé typy vícesložkových signálů a také různé typy nelineárních modulací. Na základě provedené analýzy je navržena metoda, využívající sadu různě vyhlazených pseudo Wignerových-Villeových distribucí, která odhaduje časo-frekvenční reprezentaci signálu s vysokým rozlišením a minimálními interferencemi. Pro porovnání dosažených výsledků s jinými metodami jsou srovnány v literatuře používané kvantitativní metriky. Pro výběr vhodné metriky je navržena vlastní metrika. Ta je aplikovatelná na simulované signály a využívá střední kvadratickou odchylku. Na základě srovnání je vybrána Stankovi\'{c}ova metrika jako nejvhodnější pro porovnání výsledků. Vybraná metrika je nejdříve použita pro určení vhodného minimálního počtu využitých různě vyhlazených pseudo Wignerový-Villeových distribucí. Pomocí vybrané metriky je navržená metoda porovnána s dalšími metodami. Těmi jsou STFT s optimalizovanou délkou okna, S-metoda s optimalizovaným parametrem a optimalizační metoda využívající radiálního Gaussova jádra (RGK). Zmíněné metody jsou porovnány na sadě signálů použité dříve pro analýzu potlačení interferencí. Navíc je k signálům přidán také šum. Nakonec jsou metody srovnány také na reálném signálu netopýřího echa. V závěru je shrnuto, že navrhovaná metoda předčí porovnávané metody co do potlačení interferencí a kvality rozlišení.
|
|
|
Vývoj nové generace zařízení s pokročilou diagnostikou pro stanovení kontaktní degradace
Dvořáček, Jiří ; Hájek, Karel (oponent) ; Náhlík, Luboš (oponent) ; Pazdera, Luboš (oponent) ; Mazal, Pavel (vedoucí práce)
Práce se zabývá návrhem metodiky pro identifikaci poškození axiálních ložisek s využitím metody akustické emise. Součástí práce je návrh hydraulického způsobu zatěžování zkušebních vzorků a axiálních ložisek s možností programovatelného nastavení síly a délky zatěžovacích cyklů při zkouškách kontaktní únavy na stanicích Axmat. Jsou navrženy úpravy konstrukčních prvků (vlnovodů) pro snímání signálu akustické emise zvolenou aparaturou, včetně modifikací software pro snímání získaných dat. Na popsaných experimentech je ověřena funkčnost zařízení na kruhových zkušebních vzorcích a na axiálních ložiscích. Součástí práce je navržení nové metodiky identifikace počátečních stádií kontaktní únavy s využitím kombinace diagnostických metod.
|
|
|
Elektroinstalace rodinného domu – prováděcí dokumentace
Hájek, Karel ; Morávek, Jan (oponent) ; Mastný, Petr (vedoucí práce)
Cíle této práce jsou rozděleny do tří částí. V první části je čtenář seznámen s problematikou silových a datových instalací, což zahrnuje legislativu potřebnou pro tvorbu projektů v oboru elektro, připojení objektu k distribuční síti, základní elektrické rozvody včetně jejich jištění, provedení elektrických rozvodů v objektech pro bydlení, kde se hovoří především o způsobu montáže elektrických rozvodů a instalačních zónách pro kladení elektrických vedení. Dále vnější a vnitřní ochrany před bleskem a základní informace týkající se rozvaděčů. V druhé části jsou definovány zásady pro tvorbu projektové dokumentace elektro, a to jak výkresového, tak i textového oddílu. Poslední část je praktická a zabývá se zpracováním kompletního projektu elektroinstalace pro rodinný dům, který obsahuje návrh obvodů silnoproudé a slaboproudé instalace do půdorysu, schéma domovního a elektroměrového rozvaděče, návrh LPS a technickou zprávu s ekonomickým zhodnocením.
|
|
|
Primární kalibrace snímačů akustické emise
Keprt, Jiří ; Mazal, Pavel (oponent) ; Hájek, Karel (oponent) ; Beneš, Petr (vedoucí práce)
Dizertační práce je věnována problematice primární kalibrace snímačů akustické emise (AE). V úvodních kapitolách jsou shrnuty výsledky literárního průzkumu v oblasti AE, snímačů AE a primární kalibrace snímačů AE. Praktická část práce je zaměřena na realizaci primární kalibrace snímačů AE více metodami. V rámci výzkumu byly na jednom zařízení zrealizovány standardizované metody kalibrace skokovou funkcí a reciproční kalibrace. Dále byla zrealizována metoda reciproční kalibrace se širokopásmovým buzením. Bylo provedeno srovnání jednotlivých metod primární kalibrace, prozkoumán vliv různých zdrojů nejistot a různých konfigurací aparatury na kalibraci skokovou funkcí a na reciproční kalibraci. Pro všechny realizované metody byly určeny nejistoty měření. Pro použitou kalibrační aparaturu byla sestavena konkrétní doporučení pro kalibraci jednotlivými metodami. Celý proces primární reciproční kalibrace byl automatizován pomocí SW a přepínače kanálů. Jako kalibrovaný snímač pro srovnávání výsledků kalibrací byl použit UT 1000 (výrobní číslo 169) firmy Physical Acoustic Corporation.
|
|
|
Adaptivní kmitočtový filtr
Kříž, Petr ; Hájek, Karel (oponent) ; Sedláček, Jiří (vedoucí práce)
Cílem této práce je navrhnout filtr typu dolní propust 5. řádu s Butterworthovou aproximací v pásmu přeladitelnosti 10 – 100 kHz, pokud to bude možné, tak dosáhnout i vyšších mezních kmitočtů. Porovnat dva typické představitele kmitočtových filtrů kaskádní a nekaskádní syntézy z hlediska přesnosti aproximační funkce, citlivosti na tolerance hodnot prvků, počet prvků (hlavně OZ) a realizovatelnost, především možnost elektronického přelaďování v zadaném kmitočtovém pásmu. Na základě těchto podmínek bude vybrán jeden návrh, který bude realizován. Dále bude nutné zvážit možnosti elektronického přelaďování a vybrat pro něj vhodný prvek, navrhnout uživatelské řízení změny mezního kmitočtu fm pomocí klávesnice + LCD a řídicí aplikace na PC. Pro tento hardware bude naprogramován odpovídající řídicí software. Na závěr této práce bude zkonstruováno odpovídající zařízení, které splní výše uvedené požadavky a bude podrobeno laboratornímu měření, na kterém se ověří jeho funkce. Konstrukční náležitosti realizovaného zařízení jsou uvedeny v příloze na konci práce. Na CD jsou k dispozici veškeré materiály, které při diplomové práci vznikly nebo se jí bezprostředně týkají.
|
|
|
Návrh sondy vířivých proudů a její aplikace pro zkoušení kompozitních leteckých konstrukcí
Boháčová, Marie ; Hájek, Karel (oponent) ; Kopec, Bernard (oponent) ; Mazal, Pavel (vedoucí práce)
Tato disertační práce se zabývá návrhem snímače vířivých proudů, který umožní nedestruktivní kontrolu leteckých kompozitních konstrukcí, zejména plastů vyztužených uhlíkovými vlákny (CFRP), v oblastech výroby a údržby letadel. Návrh snímače vycházel z analyticko-experimentálního přístupu, přičemž jeho elektrické a mechanické parametry byly optimalizovány k zajištění dobrého poměru užitečného signálu k šumu na šesti kompozitních vzorcích. Tyto vzorky obsahují umělé nespojitosti v podobě různých typů vad, simulující různé druhy poškození leteckých konstrukcí, zejména delaminace či změn tloušťky kompozitních materiálů. Byla realizována experimentální měření, sběr dat a jejich následné vyhodnocení. Výsledkem této práce je funkční snímač vířivých proudů, schopný spolehlivě odhalit poškození uhlíkových kompozitních konstrukcí do hloubky materiálu 3,9 mm.
|
|
|
Příspěvek k optimální syntéze filtračních obvodů
Szabó, Zoltán ; Hájek, Karel (oponent) ; Král, Bohumil (oponent) ; Sedláček, Jiří (vedoucí práce)
Předložená práce je zaměřena na optimalizaci syntézy filtračních obvodů. V pěti hlavních kapitolách se zabývá řešením dílčích problémů několika oblastí syntézy moderních filtračních obvodů. V první kapitole je uveden rozbor základních vlastností soudobých integrovaných obvodů napěťových operačních zesilovačů s výhledem jejich možného uplatnění při návrhu filtračních obvodů v následujících částech práce. Další kapitola se zabývá návrhem a optimalizací digitálně řízených univerzálních filtrů laditelných pomocí digitálních potenciometrů původně určených pro audio techniku. Tyto digitálně řízené obvody jsou stále častěji využívány jako bloky analogového předzpracování v digitálních systémech zpracování signálů. Nejširší část práce se zabývá komplexním rozborem jednotlivých zapojení ekonomicky výhodných cíleně ztrátových aktivních funkčních bloků s moderními napěťovými operačními zesilovači. Hlavním cílem této části práce je detailní rozbor vlastností jednotlivých zapojení zkoumaných obvodů, porovnání možnosti jejich využití s ohledem na jejich možné širší využití v oblasti optimalizace aktivních kmitočtových filtrů. Tato část práce zahrnuje i popis a příklady využití navrženého a realizovaného programu, který výrazně zjednodušuje návrh cíleně ztrátových ARC filtrů. Další část práce se zabývá návrhem, vývojem a ověřením vhodné metodiky syntézy a optimalizace datových a zejména výkonových modelů EMC filtrů. V návaznosti na ověření vlastností navržených modelů EMC filtrů je popsána doporučená metodika měření vlastností těchto filtrů včetně návrhu měřicího pracoviště pro měření základních parametrů síťových odrušovacích prostředků do vysokých kmitočtů. Poslední část práce se zaměřuje na metodiku měření koncentrace vzdušných iontů pomocí aspiračního kondenzátoru, na vyjádření systematických a náhodných chyb a na optimalizace filtračních vlastností použité měřicí metody. Zahrnuje i popis návrhu a vlastností realizovaného plně automatizovaného měřicího systému s aspiračním kondenzátorem.
|
|
|
Diagnostika PN přechodu křemíkových vysokonapěťových usměrňovacích diod pomocí šumu mikroplazmatu
Raška, Michal ; Chobola, Zdeněk (oponent) ; Hájek, Karel (oponent) ; Koktavý, Pavel (vedoucí práce)
Práce se zabývá diagnostikou lokálních defektů v PN přechodu a přináší nové poznatky v oblasti chování šumu mikroplazmatu a jeho využití k určení změny teploty uvnitř PN přechodu. Právě defekty v PN přechodech jsou zdrojem zmíněného typu šumu, šumu mikroplazmatu. Během měření byly u šumu mikroplazmatu pozorovány odchylky od běžně uváděných pravoúhlých impulzů. Tyto odchylky jsou zde dány do souvislosti se změnou teploty v defektní oblasti a jejím blízkém okolí. Součinitelé generace a rekombinace, jež jsou běžně uváděny v čase konstantní a slouží k popisu chování šumu mikroplazmatu, mají u zkoumaných diod v čase proměnlivý charakter, což je v práci také podrobně vysvětleno. Práce se dále zaměřuje na určení parametrů PN přechodu v případě, kdy jej není možné jednoznačně zařadit jak mezi strmé, tak mezi pozvolné PN přechody. K hlavním hledaným parametrům patří určení bariérové kapacity, difuzního napětí a šířky vyčerpané oblasti v závislosti na přiloženém závěrném napětí. Následně je v textu kvalitativně ověřena souvislost mezi lokálními lavinovými výboji v PN přechodu a vznikem oblasti záporného diferenciálního odporu na VA charakteristice pro závěrně pólovanou diodu. Posledním významným bodem obsaženým v práci je počítačové modelování chování teploty v defektní oblasti a v jejím blízkém okolí během lokálního lavinového průrazu, včetně navržení metodiky určení parametrů oblasti ohřevu u reálných diod.
|
host ::
RSS.