|
|
ZVS/ZCS converter for induction heating
Gadas, Jan ; Šotner, Roman (referee) ; Theumer, Radek (advisor)
The bachelor thesis deals with the design of high-frequency inverters with low-loss switching applied as an induction heater. Four known inverter topologies are presented in the thesis. The aim of the thesis is to select a suitable topology on which the induction heating will be implemented according to the theoretical knowledge found and subsequent simulations. The result of the semester thesis is a functional low-power model of an induction heater implemented on a PCB. The result of the bachelor thesis is high-power model of an induction heater for industrial use. Functionality tests and comparison of measured data with simulations are performed for both. For industrial induction heater, a melting test was performed with analysis of element content on spectrum analyzers to demonstrate use.
|
|
|
The search for new spin-liquid materials - synthesis of kagome and pyrochlore fluoride magnets
Kancko, Andrej ; Colman, Ross Harvey (advisor)
This thesis focuses on the synthesis and characterization of a new AA′ B2F7-type pyrochlore fluoride family, NaCdB2F7 (B = Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn) predicted by a cal- culated pyrochlore structural tolerance factor, as well as the synthesis of new kagome flu- orides Na3CdCo3AlF14, Rb2SnCo3F12 and Cs2ZrCo3F12, aiming to expand the knowledge about the frustrated pyrochlore and kagome antiferromagnets. The synthesis techniques included solid-state reactions, laser floating zone melting and melt crystallization. All pyrochlore fluorides were successfully synthesized, although only B = Zn, Co, Mn and Ni as phase-pure single crystals. PXRD refinements confirmed the Fd̄3m structure in all synthesized pyrochlores, while SCXRD showed full Na/Cd disorder on the A-site and no A/B intersite mixing in the Co pyrochlore. Magnetization measurements revealed domi- nant antiferromagnetic interactions evidenced by large negative Curie-Weiss temperatures (from -38 K in Mn to -108 K in Co), with a spin-freezing transition below 4 K in B = Co, Mn and Ni, evidenced by further AC susceptibility and heat capacity measurements in Co and Mn. Cu showed no spin freezing down to the lowest-measured temperature, 1.8 K, implying a very large magnetic frustration. Fe has not been measured due to the large impurity content. The...
|
|
|
Study of ferroelectric materials
Kos, Lukáš ; Rozsívalová, Zdenka (referee) ; Frk, Martin (advisor)
This work is focused on the study of perovskite ferroelectric materials group and monitoring changes their dielectric parameters in temperature and frequency dependence Is described scrystallographic systems of barium titanate and their influence on material properties. The measured values are mathematically interpreted using the Curie – Weiss law and discussed about the influence of strontium titanite on important dielectric parameters.
|
|
|
Properties of the perspective ferroelectric materials
Krejčí, Josef ; Frk, Martin (referee) ; Rozsívalová, Zdenka (advisor)
This thesis studies the properties and the applications of prospective ferroelectric materials which are used in electrical engineering and electronic industry. Further are physically explained and mathematically described the basic principles running in their structure. The practical part is aimed to build a workplace for measuring the components of the complex permittivity in the frequency and temperature area, controlled by the programmed measurement and service application using the Agilent VEE Pro 8.0 and MS Excel. The functionality of the workplace was verified on the selected material samples by measurement and evaluation of selected properties. For this issue was created electronic text, which can be used as a guide for laboratory exercises and it is an integral part of this work.
|
|
|
Temperature measurement in electric machines
Halfar, Ivo ; Huzlík, Rostislav (referee) ; Janda, Marcel (advisor)
The bachelor's thesis Temperature measurement in electric machines deals with beginning and exuding of the heat of electric motors and measuring of the temperature. The temperature is one of the most important values in diagnostic. High temperature could damage an isolation and it could tend to destroy of the whole machine. The temperature influences their magnetic properties on motors with permanent magnets. If you reach the Curie temperature it could come to its demagnetisation. Measuring of the temperature is important to verify allowable warming of motor or more precisely its spooling. The measuring of the temperature is needed for making motors with minimum of charges and its worth at the end. We could use two methods for measuring the temperature. It is contact and noncontact method. Warming and decomposition of the temperatures it is possible to appoint also with help of theoretic computations which are getting of the method of final elements. A lot of computer programs is using this method. Because of the existence of many sorts of electric motors, one of the viewpoints is the principle of working, another one is the construction. I concentrate on problems of asynchronous motors. In this bachelors thesis I have done theoretical calculation and contact and noncontact method of measuring of warming of the asynchronous motor.
|
|
|
An investigation of novel electroceramic structures for new sensor applications
Nan, Bo ; Liedermann, Karel (referee) ; Milne, Steven (referee) ; Button, Timothy William (advisor)
Piezoelektrické keramické materiály jsou široce používány v mnoha aplikacích a průmyslových odvětvích, nicméně tradiční materiály obvykle obsahují olovo, které je toxické vůči životnímu prostředí. Většina zemí proto zavedla zákony a omezení, které postupně minimalizují spotřebu olova a podporují výzkum v oblasti bezolovnatých kompozic, které by nahradily olověné protějšky. Bezolovnatá piezoelektrická keramika se tak stala žhavým tématem v posledních letech. Nicméně výzkumy na praktické využití bezolovnatých piezoelektrických materiálů jsou jen zřídka publikovány. V této diplomové práci byl vybrán jeden z nadějných kandidátů na piezoelektrickou bezolovnatou keramiku (Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3 za účelem zkoumání metody snížení jeho vysoké teploty slinování pomocí dotování uhličitanem lithným, kde syntéza prášku byla připravená pomocí techniky sol-gel. Výsledky byly srovnány s konvenčním práškem syntetizovaným v pevné fázi. Vzorky vyrobené ze sol-gel prášku dopovaného 0.5% hmotn. uhličitanem lithným a slinované při 1300 °C po dobu 2 hodin vykazovaly d33 = 447 ± 9 pC N–1, teplotu Curie 98.7 °C a velikost zrn 7.0 ± 0.3 m. Další důležitou otázkou pro aplikace bezolovnatého piezoelektrického keramického materiálu je jeho výroba v různých konfiguracích. Použitím techniky odlévání pásky a aditivních výrobních postupů byla piezoelektrická keramika zpracována do tří různých konfigurací (2-2, 3-3 a 1-3), aby se překlenula mezera mezi materiálovými vědami a materiálovým inženýrstvím. Pro dolévání pásky byly použity suspenze na bázi oleje a vody. Pro přípravu neslinutých keramických fólií bez trhlin, byly pro odlévání na bázi oleje vyvinuty uhlíkové suspenze s obsahem pevných látek 25% hmotn. a BCZT suspenze s obsahem pevných látek 65% hmotn. Problém práškové hydrolýzy ve vodných suspenzích byl vyřešen povrchovou úpravou prášku Al(H2PO4)3, což umožnilo, aby byly tlusté vrstvy bez trhlin odlety v jednom kroku. Tlusté vrstvy slinované při 1500 °C vykazovaly relativní dielektrickou konstantu 1207, dielektrickou ztrátu 0.018 při 1 kHz, remanentní polarizaci 7.54 µC/cm2 a koercitivní síla intenzity pole (Ec) 0.23 kV/mm při 3 kV/mm. Pro tvarování BCZT v konfiguraci 3-3 a 1-3 byla použita přímá metoda tisknutí inkoustu. Pro správnou úpravu tiskového procesu byla použita inkoustová náplň s viskoelastickým chováním obsahující 41.6% obj. pevných látek BCZT a se zpracovatelskými přísadami (HPMC ~ 2.4% a PEI ~ 0.03%). Vzorky v konfiguraci 3-3, slinované při 1500 °C, vykazovaly nejvyšší dielektrické a piezoelektrické vlastnosti, kde Curieho teplota = 86 °C, tan = 0.021, remanentní polarizace = 4.56 µC/cm2 a d33 = 100 ± 4 pC/N. Vzorky v konfiguraci 1-3 slinované při 1500 °C, které byly smíchány s epoxidem, vykazovaly dielektrickou konstantu 144 a dielektrickou ztrátu 0.035 při 1 kHz. Tato práce popisuje tvarování bezolovnaté piezoelektrické keramiky s vynikajícími vlastnostmi v pokročilých strukturách jako krok k návrhu pro moderní senzorické a energy harvesting aplikace.
|
|
|
Study of the synthesis and processing conditions on the structure and properties of (Ba,Ca)(Ti,Zr)O3 lead-free ceramics
Bijalwan, Vijay ; Liedermann, Karel (referee) ; Olhero,, Susana Maria Henriques (referee) ; Button, Timothy William (advisor)
V poslední době je snahou nahradit klasickou komerční olovnatou piezoelektrickou keramiku bezolovnatou, z důvodu zvýšeného zájmu o ochranu životního prostředí a zdraví. Různé typy materiálů již byly navrženy, jako například (K, Na) NbO3 (KNN), (Bi, Na) TiO3 (BNT), (Bi, Na) TiO3 – BaTiO3 (BNT-BT), ale jejich piezoelektrické vlastnosti zatím nedosáhly takových hodnot jako u olovnatý chkeramik (např. olovnatý titanát olova ((Pb Zr)TiO3). Nejvíce se olovnatým materiálů blíží bezolovnatý systém na bázi (1-x)Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-x(Ba0.7Ca0.3)TiO3 nebo (Ba, Ca) (Zr, Ti) O3 ((1-x)BZT-xBCT, BCZT) a to díky vysokým piezoelektrickým a dielektrickým parametrům. Nevýhodou tohoto prostředku je jeho velmi vysoká teplota slinování (1520 ° C) za účelem dosažení vysokých piezoelektrických vlastností (např. Piezoelektrické konstanty d33 > 600 pC / N). Tato práce se zabývá bezolovnatou keramikou na bázi BCZT, její výrobou a vylepšením piezoelektrických vlastností dopováním CeO2. Přidáním CeO2 (y wt.%) do (Ba0.85Ca0.15) (Zr0.1Ti0.9) O3 se výrazně snížila slinovací teplota a došlo ke zhutnění při 1350°C. U této kompozice se Curieova teplota pohybovala kolem TC~105°C a velikost zrn byla v rozmezí ~ 10-13 m. Fázový přechod z romboedrické struktury na tetragonální (R-T) byl zjištěn pomocí rentgenové spektroskopie u y = 0 - 0.1 wt.%, což koreluje s výsledky Ramanovy spektrální analýzy. Mikrostrukturní a strukturní charakteristiky byly detailně studovány v korelaci s dielektrickými, feroelektrickými a piezoelektrickými vlastnostmi. Nejlepší funkční vlastnosti byly dosaženy pro keramiku BCZT – 0.07 wt.% CeO2. Tato keramika vykazovala piezoelektrický nábojový koeficient d33 = 507±20pC/N, elektromechanický planární koeficient kp = 51.8 %, dielektrickou konstantu r = 4091±100, ztrátový činitel tan = 0.02, remanentní polarizaci Pr = 13.58C/cm2, intenzitu koercitivního pole EC = 2.13kV/cm při normovaném napětí, d33* nebo Smax/Emax = 840pm/V. Dvoustupňovou kalcinační technikou bylo docíleno homogenního růstu zrn s vysokou relativní hustotou (~ 99% teoretické hustoty). Tato kompozice BCZT- CeO2 vykazovala stálé feroelektrické, dielektrické a piezoelektrické vlastností i při velikosti zrn 10 µm. Bezolovnatá piezoelektrická keramika (Ba0.85Ca0.15-y Cey) (Zr0.1Ti0.9) O3 (BCCeZT) byla dále dopována CeO2 s cílem substituce Ce4+ v místě A krystalické mřížky. Posunutí rentgenových vrcholů k vyšším úhlům naznačuje kontrakce mřížky, což by mohlo způsobit obsazení iontů ceru v místech A této soustavy. Bylo zjištěno, že velikost zrn kolem 10 - 12 m je významná pro vysokou piezoaktivitu bezolovnaté BCCeZT keramiky. Nejvyšší piezoelektrické vlastnosti tato keramika vykazovala při y;Ce = 0.00135 a slinovaná na teplotě 1350°C/4h, kdy piezoelektrické parametry byly d33 = 501±10 pC/N, kp = 38.5±1.92 %, Pr = 12.19 C/cm2, TC = 108.1 °C a s maximální deformací S do 0.14 %. Pro další studium substituce v místě A, byly vyrobeny keramické materiály (Ba1-x-y Cax Cey) (Zr0.1 Ti0.9) O3 (x:Ca = 0.05, 0.10, 0.15, 0.20 a y;Ce = 0.00135). Opět se ukázalo, že pokud byla velikost zrn ~13um, tak keramika vykazovala vysoké piezoelektrické vlastnosti (d33 = 457pC/N) pro x = 0.15 % kalcinované na teplotě 1425 °C. Když se se velikost zrn zvýšila nad 16 um, piezoelektrický nábojový koeficient d33 klesl na 200 pC/N. Rentgenová analýza ukázala změnu fázové struktury z rombické na tetragonální při zvýšení obsahu vápníku.
|
|
|
determination of kinetic parameter of reactions using DSC
Kopecký, Jan ; Kouřil, Miloslav (referee) ; Jan, Vít (advisor)
The master thesis deals with DSC measurments a calculation of kinetic parameters. In the theoretical part, iron alotropy is briefly described, followed by a description of the DSC analysis itself. The thesis also includes division and derivation of isoconversional methods for calculating the activation energy. In the experimental part, a series of measurments is perfomed on pure iron prepared by Cold Spray method. In the paper the influence of deformation on the Curie temperature of the magnetic transformation in -Fe and transformation > is investigated. The activation energy is calculated for transformation > for different degrees of deformation. The degree of deformation is monitored by channeling contrast.
|
|
|
Measurement of Parameters of Piezoelectric Active Elements for Acoustic Emission Sensors
Fialka, Jiří ; Erhart,, Jiří (referee) ; Sedlák, Petr (referee) ; Beneš, Petr (advisor)
The doctoral thesis discusses the measurement of parameters of piezoelectric (PZT) materials and the influence of temperature on their stability. In the introductory sections, the author briefly explains the piezoelectric effect and its use; simultaneously, methods for the preparation of piezoelectric materials and the measurement of their properties are presented to illustrate the analyzed problem. The experimental part of the thesis describes the procedure of measuring and calculating the complete matrix of material coefficients from samples of PZT ceramics. The applied set of piezoelectric samples complying with relevant European and world standards was made in the form of thin plates, thin discs and cylinders, via gradual modification of the large disc. The NCE51 and/or the older PCM51 ceramics obtained from the company Noliac Ceramics were used in determining the complete matrix and describing the measurement method. Both these types are soft piezoceramics composed from a solid solution of lead zirconate and lead titanate with the general chemical formula of Pb(Zr1-x,Tix)O3. The real crystallographic structure and chemical composition of the samples were confirmed by X-ray diffraction spectroscopy and energy dispersive spectroscopy (EDS), respectively. The frequency method was used for the measurement and calculation of all material coefficients. An Agilent 4294A impedance analyzer and a set of measuring tweezers marketed as “Tweezers Contact Test Fixture 16334A” were used in the process. Fast determination of the entire matrix of coefficients without any special requirement for the preparation of the samples to be measured was tested and verified. The charge coefficients of the piezoelectric material were confirmed by direct methods including the laser interferometer technique, the vibrometric method, and the procedure utilizing changes of the force applied to the sample. The advantages and disadvantages of the methods were compared and defined based on measurements and their results. The main part of thesis was focused on the behavior of piezoelectric material at high temperatures near the Curie point. Depolarization performed by means of a high temperature approaching the Curie point constitutes a significant yet hardly measurable material property of PZT ceramics. Commonly available vibrometric methods (d33-meters) do not appear to be suitable for the measurement of temperature dependencies, and for that reason the frequency technique was used. The piezoelectric charge coefficient, whose value can be effectively measured via the above-discussed frequency method, was selected as the indicator showing the depolarization state in the applied piezoelectric ceramics. The accuracy of the procedure was verified via comparison of the vibrometric method in cylinders of the NCE51 ceramics with different sizes, which are designed for the longitudinal length mode. The result is an optimized measurement methodology which facilitates accurate determination of the Curie temperature, namely phase transition to the cubic crystallographic structure. The experiment also proved the applicability of progressive, controlled depolarization of PZT ceramics via high temperature, and it also enabled us to define the temperature limits at which there occur irreversible changes of the piezoelectric properties of piezoceramics. In the measured NCE51 and PCM51 materials, the limit for the irreversible changes was equal to 95% of the Curie temperature.
|
|
| |
guest ::
