Doktorska disertacija raziskuje možnosti za povečanje izkoristka močnostne pretvorbe in gostote moči enofaznega enostopenjskega mostičnega usmernika s korekcijo faktorja moči. Najprej smo preučili omejitve, ki preprečujejo hkratno povečanje gostote moči in izkoristka dvosmernih trdo-preklapljanih mostičnih pretvornikov. Izgube pri vklopu močnostnih tranzistorjev, ki so odvisne tudi od stikalne frekvence, prispevajo največji delež k celotnim izgubam mostičnih pretvornikov in posledično predstavljajo največjo oviro za hkratno povečanje gostote moči in izkoristka. Z namenom preprečitve povečevanja izgub pri močnostni pretvorbi z višanjem stikalne frekvence smo predlagali napreden način vodenja pretvornika, s katerim se doseže mehko preklapljanje tranzistorjev pri ničelni napetosti v celotnem območju delovanja enofaznega mostičnega pretvornika. Predlagani način vodenja temelji na obratovanju v nezveznem režimu delovanja in sprotnem prilagajanju stikalne frekvence. Z ustreznim obratovanjem v nezveznem režimu tako zagotovimo povratni tok, ki je potreben za praznjenje izhodnega parazitnega kondenzatorja močnostnega tranzistorja pred njegovim vklopom. Po izpraznitvi parazitnega izhodnega kondenzatorja je možen vklop tranzistorja pri ničelni napetosti. S časovno in bremensko-odvisnim spreminjanjem stikalne frekvence zagotovimo obratovanje na meji preklapljanja pri ničelni napetosti. Slednja predstavlja stikalno frekvenco, pri kateri dosežemo minimalni potrebni povratni tok, pri katerem je mogoče vzdrževati preklapljanje pri ničelni napetosti. Delovanje z minimalnim povratnim tokom je zaželeno z vidika minimizacije izgub v magnetnih jedrih in prevodnih izgub v močnostnem tokokrogu. Podali smo tudi navodila za načrtovanje takšnega načina vodenja, ki bo zagotovil zanesljivo preklapljanje tranzistorjev v mostični strukturi pri ničelni napetosti znotraj celotnega območja delovanja pretvornika. Delovanje in učinkovitost predlaganega načina vodenja je bilo prvotno preverjeno na dvosmernem DC-DC pretvorniku. Potrjeni so bili tako zanesljivi preklopi pri ničelni napetosti kot tudi odsotnost okrevanja notranje diode tranzistorjev in neželenega vklopa. Izvedli smo tudi primerjavo predlaganega načina vodenja v nezveznem režimu z najpogosteje uporabljanim delovanjem v zveznem režimu. Pri slednjem se preklopi tranzistorjev izvedejo pri polni zaporni napetosti. Rezultati primerjave so pokazali, da z uporabo predlaganega načina vodenja s preklapljanjem pri ničelni napetosti dosežemo višji izkoristek močnostne pretvorbe in ugodnejšo ter bolj enakomerno porazdelitev izgub v pretvorniku. Izrazito manjši je predvsem delež stikalnih izgub, ki dovoljuje uporabo manjših komponent za hlajenje in posledično omogoča povečanje gostote moči pretvornika. Izpostaviti je treba tudi dejstvo, da je za delovanje v nezveznem režimu zahtevana manjša induktivnost močnostne dušilke. Takšno induktivnost lahko dosežemo z uporabo manjšega magnetnega jedra, kar nudi možnost za dodatno zmanjšanje dimenzij pretvornika. Po uspešnem testiranju na dvosmernem DC-DC pretvorniku smo predlagali še način vodenja v nezveznem režimu s konstantno amplitudo povratnega toka in spremenljivo stikalno frekvenco, prilagojen za uporabo v AC-DC pretvorniku s korekcijo faktorja moči. V doktorski disertaciji je podrobno predstavljeno načrtovanje obravnavanega močnostnega stikalnega pretvornika, ki je bil tudi izdelan in eksperimentalno preizkušen. Proces načrtovanja je bil usmerjen v doseganje čim višjega izkoristka močnostne pretvorbe s pretvornikom čim manjših dimenzij. Eksperimentalni rezultati potrjujejo izredno visoko učinkovitost delovanja, saj znaša maksimalni izkoristek močnostne pretvorbe 98.4 %. Slednji je dosežen pri izhodni moči 1100 W. Ob visokem maksimalnem izkoristku pa pretvornik odlikuje tudi visok izkoristek v širšem območju delovanja, ki presega 97 % v celotnem območju izhodnih moči med 200 W in 3050 W.
D.09 Mentorstvo doktorandom
COBISS.SI-ID: 281705984Predstavljeni dvoosni krmilnik omogoča poenostavljeno in hitro izvajanje laboratorijskih eksperimentov v robotskih in podobnih aplikacijah. Krmilnik je zasnovan na zmogljivem DSP-procesorju TMS320F28335, ki je sicer namenjen za vodenje servomotorjev. Pri snovanju in implementaciji algoritmov vodenja lahko uporabljamo računanje s plavajočo vejico, programiramo pa ga lahko kar v okolju Matlab/Simulink. Elektronsko vezje krmilnika je zasnovano tako, da omogoča robustno delovanje krmilnika tudi v industrijskih razmerah. Funkcionalna razširitev krmilnika je možna z notranjimi komunikacijskimi vmesniki. Krmilnik smo uporabili v okviru evropskega projekta FP7 HYPSTAIR za napredni HMI s haptičnim vmesnikom za manjše hibridno električno letalo.
F.02 Pridobitev novih znanstvenih spoznanj
COBISS.SI-ID: 11702100V članku je opisana nova regulacijska metoda, zasnovana na pulzno gostotni modulaciji in se lahko uporabi pri mikrorazsmernikih (DC-AC pretvornikih). Za potrebe takšne regulacije je bila razvita digitalna enota, ki je omogočala zelo hitro izvajanje matematičnih operacij in je bila zasnovana na “Spremenljivem programirljiven polju digitalnih vrat” (field programmable gate array FPGA). Regulacija je bila izvedena z dvema neodvisnima regulacijskima zankama. V prvi zanki je bila izvedena regulacija vhodnega toka, druga zanka pa je zagotovila sinusni izhodni tok. Pulzno gostotna modulacija je omogočala preklapljanje polprevodniških stikal izhodnega pretvornika pri ničelnem toku, kar je omogočilo dvig stikalne frkvence in s tem zmanjšanje fizičnih dimenzij pasivnih komponent pretvornika. Delovanje pretvornika je bilo eksperimentalno verificirano pri otočnem delovanju le-tega.
D.09 Mentorstvo doktorandom
COBISS.SI-ID: 19750678Serijski hibridni pogon omogoča uporabo dveh neodvisnih virov energije, in sicer baterijski sistem in električni generator gnan z bencinskim motorjem. Sistem je redundanten, kar pomeni da v primeru okvare enega elementa v pogoski verigi ima na raspolago še drugi sistem. Poleg tega električni motor, ki poganja propeler letala, omogoča večjo zanesljivost delovanja in manjše stroške vzdrževanja v primerjavi z motorjem z notranjim izgorevanjem. Za vodenje hibridega pogona na varen in učinkovit način je načrtan in izdelan vmesnik človek-stroj. Vmesnik omogoča, da pilot, intuitivno izkoristiti vse prednosti hibridnega pogona, medtem ko istočasno zmanjšuje obremenitev na pilota, v primerjavi z upravljanjem motorja z notranjim zgorevanjem.
D.01 Vodenje/koordiniranje (mednarodnih in domačih) projektov
V patentni prijavi je predstavljen srednje-frekvenčni sistem za uporovno točkovno varjenje (UTV) s katerim se v industriji varijo pločevine. Tak sistem je sestavljen iz frekvenčnega pretvornika, transformatorja, diodnega usmernika in varilnih klešč ter varjenih pločevin. S frekvenčnim pretvornikom lahko generiramo poljubne dolžine pulzov napetosti, s katero nato napajamo transformator. Posledično pa lahko uporabimo različne metode generiranja pulzov napajalne napetosti. V industriji se v ta namen najpogosteje uporablja pulzno-širinska modulacija, ki ji moramo definirati modulacijsko frekvenco, ki je pogosto konstantna. Ker lahko generiramo poljubne dolžine pulzov napajalne napetosti, pa lahko te prožimo tudi glede na potrebe procesa UTV.
F.33 Patent v Sloveniji
COBISS.SI-ID: 21085974