Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Sinds een aantal jaar groeit de interesse voor kleine draadloze elektron ische toestellen. De performantie en functionaliteit van micro- en nanosysteme n stijgt gestaag terwijl de grootte en de kost van CMOS elektronica vermin derd worden. Ontwikkelingen in het ontwerp van laagvermogenelektronica hebben de vermogenvereiste van kleine draadloze systemen verkleind tot een tien - tot honderdtal microwatt. Deze lage vermogensbehoefte opent perspectieven om de systemen te voeden met energie die aanwezig is in de omgeving, en daa rbij de nood aan batterijen te elimineren. ‘Energy harvesters’ zijn systemen die omgevingsenergie omzetten tot nuttige elektrische energie. Deze thesis b eschouwt energy harvesters die omgevingstrillingen omzetten. De uitgangsspanning en -stroom van een trillingsgebaseerde energy harves ter is niet rechtstreeks bruikbaar om een een elektronische belasting te voeden , een circuit voor vermogenverwerking is dus nodig. Bovendien hebben de bescho uwde harvestersystemen de eigenschap dat hun opgewekt vermogen afhangt van de elektronische last waaraan ze verbonden zijn. Verschillende belastingstypes worden besproken, en hun werking en perfor mantie betreffende het uitgangsvermogen van harvesters wordt geëvalueerd, zowel analytisch als experimenteel. Vervolgens wordt de invloed van de praktis che implementatie op de efficientie van de verschillende circuits besproken. Er wordt aangetoond dat voor het ontwerp van een optimaal harvestersysteem de combinatie van zowel de capaciteit van het vermogenbeheercircuit om h et maximale uitgangsvermogen uit de harvester te verkrijgen, als de efficië ntie van het circuit optimaal moet zij

621.381 <043> --- Academic collection --- Power electronics--Dissertaties --- Theses

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Dit werk situeert zich in het domein van de Elektromagnetische Compatibiliteit (EMC). Het eerste gedeelte beschrijft het onderzoek naar een netstroomregelaar, die met zo weinig mogelijk parasitaire storingen een bepaalde gewenste stroomgolfvorm in het net kan realiseren. Eerst wordt onderzocht welke performantie gehaald kan worden met een klassiek L-filter tussen inverter en net. Uit meetresultaten blijkt dat er tekortkomingen zijn: de schakelharmonischen komen ongefilterd in het net terecht, wat een sterke zaagtandvormige stroomrimpel veroorzaakt. Verder hebben harmonischen van de netspanning een te sterke invloed op het resultaat. Deze vaststellingen leiden tot het ontwikkelen van een complexe LCL uitgangsfilter en een digitale regelkring die in staat is de vervormde netspanning in rekening te brengen. Het ontwerp en de implementatie van de LCL uitgang en de regelkring, in de toestandsruimte, krijgt veel aandacht. Verder worden heel wat meetresultaten getoond, waaruit blijkt dat een vervorming van minder dan 1% gehaald kan worden. Wanneer het vermogen toeneemt, is het interessant een driefasige opstelling te bouwen. Daarvoor dient de enkelfasige filter uitgebouwd te worden tot een driefasige, en dient de regelkring aangepast te worden, meer bepaald het gedeelte van de toestandsschatter, die ook rekening moet houden met een onbalans in de voedingsspanning. Ook van deze stroomregelaar worden heel wat metingen getoond, die bevestigen dat een zeer lage harmonische vervorming kan gehaald worden (<1%), zelfs als de voedingsspanning zelf vervormd (THD 2 à 3 %) is. Het tweede gedeelte heeft als doel meer inzicht te geven in de elektromagnetische velden rond een schakelende voeding. Voor de eenvoud wordt een Buck-omvormer bestudeerd, omdat hiermee alle relevante aspecten behandeld kunnen worden. De geometrie wordt verdeeld in 51 draadelementjes, en voor elke harmonische van de schakelfrequentie wordt de mutuele beïnvloeding berekend. Vervolgens wordt een stelsel opgelost dat de bijdrage van elke frequentie berekent voor het gegeven werkingspunt. Uit de verdere analyse en verwerking van de resultaten wordt een voorwaarde afgeleid waaronder er een optimale aanpassing is tussen de impedanties van de geometrie en die van de belasting. Aansluitend hierbij wordt een uitgebreide analyse gegeven van de verbinding tussen inverter en de belasting. Hierbij wordt aandacht besteed aan zowel het differentieel als het common mode systeem. De verschillende modi worden ook geïllustreerd met meetresultaten. Tenslotte volgt een korte analyse van de parasitaire effecten op de tussenkring van een inverter, en wordt dieper ingegaan op de inductantie. Vier voorbeelden worden numeriek berekend, en vervolgens nagemeten op prototypes. De inductantieprobe die hiervoor ontwikkeld moest worden, komt eveneens aan bod. This work is related to the field of Electromagnetic Compatibility (EMC). The first part covers the research for a grid current controller, capable of producing a current waveform in the grid with as small a distortion as possible. In a first step, the performance is investigated of a classical L-filter between inverter and grid. Measurements clearly show drawbacks of this approach: switching frequency harmonics end up in the grid without proper filtering. This causes a prominent sawtooth waveform in the grid current. Furthermore, grid voltage harmonics have a significant influence on the grid, which is also intolerable. These conclusions lead to the development of a more complex LCL output stage topology, as well as a control loop that accounts for the distorted grid voltage. Much attention is paid to the design and implementation of the LCL output stage and the control loop. Finally, ample measurements illustrate that this approach reaches a current harmonic distortion level of lessthan 1 %. For higher power levels, a three-phase version may be required. To obtain this, the single phase output stage has to be expanded to a three-phase topology. The control loop is also affected, as the observer part must now be capable of estimating the unbalance that may be present in the grid voltage. The performance of this three-phase grid current controller is evaluated using measurements of current and voltage. They confirm that a very good performance (THD < 1%) is within reach, even with voltage distortion levels of 3-4%, and even in cases of severe voltage unbalance. The second part of the work investigates electromagnetic fields surrounding a common power electronic converter. For clarity, a plain Buck converter is taken as an example. The field analysis is done using the Method of Moments (MoM). The geometry is divided into 51 wire elements, and for every switching frequency harmonic, mutual couplings and influences of the geometry are calculated. A set of equations is built, calculating the exact contribution of a frequency component for a given operating point. The analysis of the results leads to the derivation of a condition to obtain an optimal match between the impedances of the geometry and the lumped impedances of the load. Subsequently, an analysis is given of the physical link between inverter and load. Both the differential and common modes are treated and illustrated with measurements. Finally, particular attention is paid to the parasitic inductance of the voltage DC link in an inverter. Four examples are calculated numerically, and the results are compared to measurements on prototypes. For this purpose, a special inductance probe is designed and built. Met het toenemende potentieel aan residentiële energieopwekking (denk bijv. aan fotovoltaïsche systemen of windkracht) komt ook steeds duidelijker de vraag naar goede elektronische systemen om die beschikbare energie af te leveren aan het distributienet. De toestellen die daarvoor gebruikt worden, zijn netgekoppelde omvormers. Zij moeten de elektrische energie zo efficiënt mogelijk en met zo min mogelijk storingen omzetten naar wisselstroom. De emissie van storingen hangt zeer nauw samen met de keuze van de elektronische componenten, en het ontwerp van het netfilter. Om een zeer laag emissieniveau te bereiken, is het nodig een complexe regeling te creëren, die in staat is de netspanning te observeren, evenals de 'netvervuiling' die aanwezig is. Het ontwerp van dergelijke regelaars en netfilters is het eerste gedeelte van dit werk. Het tweede gedeelte gaat dieper in op hoogfrequente aspecten van storingsemissie. Er wordt eerst een modellering gedaan van een typische schakeling voor vermogenomzetting (een Buck-omvormer). Daarbij wordt teruggegaan tot aan de basis van het elektromagnetisme. De analyse leidt tot een zeer aanschouwelijke voorstelling van hoe de energie uiteindelijk stroomt van de ingang naar de uitgang van de omvormer. Indien dit pad niet op maat ontworpen is, dan leidt dit onvermijdelijk tot ongewenste storingen. Er wordt tevens besproken hoe een optimaal pad er dan zou uitzien. Dezelfde begrippen worden tenslotte toegepastop de motoromvormers, die vermogenomzetters bij uitstek zijn. Ook een deelaspect van deze motoromvormers, de parasitaire inductantie, wordt besproken, en meetresultaten op prototypes worden getoond. Daarvoor diende een probe op maat gemaakt te worden.

621.381 <043> --- 537.8 <043> --- Academic collection --- Power electronics--Dissertaties --- Electromagnetism. Electromagnetic field. Electrodynamics. Maxwell theory--Dissertaties --- Theses --- 537.8 <043> Electromagnetism. Electromagnetic field. Electrodynamics. Maxwell theory--Dissertaties