Alternativní zdroje elektrické energie

Abstract

Téma disertační práce je zaměřeno na výzkum a návrh koncepce zařízení pro účinný převod posuvného mechanického pohybu na elektrickou energii využitím elektromagnetického principu. Generátor (harvestor) pracuje v oblasti přeměny okamžitě dodaného elektrického výkonu v rozsahu Pout = 100–10 000 W. Jako mechanický pohon je uvažována lineární spalovací jednotka. Navržená sestava může nalézt uplatnění v automobilovém průmyslu jako jednotka sériového hybridního pohonu nebo jako prodlužovač dojezdu (range extender) u bateriového elektromobilu. Využití je možné také jako stacionární generátor elektrické energie. Výzkum je rozdělen do tří oblastí: 1. První oblast se zabývá návrhem elektromagnetické části lineárního generátoru, řešením magnetického obvodu a přizpůsobením dynamiky pohybu pro optimální transformaci energie. 2. Druhá oblast je zaměřena na samotnou pohonnou jednotku, jeho konstrukční návrh a návrh řídicího systému zajišťujícího optimální funkci harvestoru. 3. Třetí oblast se soustředí na vazbu elektromagnetického generátoru a lineárního pohonu, například spalovacího motoru s volnými písty (free-piston linear engine), a na společnou koexistenci obou částí, jak teoreticky popsanou tak experimentálně ověřenou. Experimentální ověření lineárního generátoru bylo provedeno na laboratorním modelu používaných lineárních generátorů. Dále byl zkoumán a navržen elektronický obvod pro řízení odebíraného výkonu na základě PFC obvodu.The topic of the dissertation is focused on research and design of a concept of a device for the efficient conversion of sliding mechanical motion into electrical energy using the electromagnetic principle. The generator (harvester) works in the field of converting immediately supplied electrical power in the range Pout = 100–10,000 W. A linear combustion unit is considered as a mechanical drive. The proposed assembly can find application in the automotive industry as a series hybrid drive unit or as a range extender for a battery electric vehicle. It can also be used as a stationary generator of electrical energy. The research is divided into three areas: 1. The first area deals with the design of the electromagnetic part of the linear generator, the solution of the magnetic circuit and the adaptation of the dynamics of movement for optimal energy transformation. 2. The second area is focused on the drive unit itself, its structural design and the design of a control system ensuring optimal function of the harvester. 3. The third area concentrates on the coupling of an electromagnetic generator and a linear drive, for example a free-piston linear engine, and on the coexistence of both parts, both theoretically described and experimentally verified. The experimental verification of the linear generator was carried out on a laboratory model of the used linear generators. Furthermore, an electronic circuit for controlling the power consumption based on a PFC circuit was investigated and designed.