Electric energy meter with support of automatic remote acquisition

Tato diplomová práce se zabývá návrhem a realizací měřiče elektrické energie s podporou automatického dálkového sběru dat. Pro sběr naměřených dat je použita úzkopásmová technologie PLC. V teoretické části jsou popsané základní vlastnosti technologie a standardy PLC jako jsou problémy rušení, typy vazebních obvodů, používané modulace, rozdělení šírky pásma, atd. V praktické části je výběr řídících obvodů měřiče elektrické energie, modemu, mikrokontroléru a převodníku UART-USB. Dále jsou zde popsány základní vlastnosti úzkopásmového PLC modemu ST7570. Kapitola realizace zařízení se zabývá návrhem obvodů PLC modemu, wattmetru a převodníku z USB na UART.This master’s thesis deals with design and implementation of electric energy meter with support of automatic remote data collection. For the collecting of measured data is used narrowband PLC technology. The theoretical part describes the basic properties and standards of narrowband PLC technology, such as types of coupling circuits, modulations, frequency bands and interference problems. In the practical part, there is description of selected parts, such as control circuit power meter, modem, microcontroller and UART to USB converter. There are further described basic properties of narrowband PLC modem ST7570 by STMicroelectronics. The final chapter, implementation of the device, deals with designs of circuit PLC modem ST7570, power meter ADE7753 and converter USB to UART CP2102.

DC/DC converter

Tato práce se zabývá tranzistorovými měniči především čtyřkvadrantovým můstkem. Převážná část práce pojednává o budičích tranzistorů a možném způsobu řízení měniče. Součástí práce je i návrh řídící elektroniky a regulační struktury. V rámci této práce bude zároveň zkonstruováno zařízení, která bude dále sloužit jako učební pomůcka pro studenty.This project deals with transistorized converters in particular a four-quadrant bridge. The main part of project discusses the drivers of transistors and a possible way of controlling a converter. The proposal of control electronics and the regulation structure are involved in the second part. This project also includes a construction of an apparatus which will be used as a teaching material.

Design and Realization of Watchdog Relay for Pumps

Import 23/08/2017Táto bakalárska práca sa venuje návrhu a realizácie sledovacieho relé pre čerpadla. Cieľom tejto práce je navrhnúť a zostrojiť systém ktorý dokáže odhaliť poruchové stavy na zariadení (čerpadle), správne na ne zareagovať a zároveň musí dokázať kontrolovať či je zariadenie v prevádzke aj po nami nastavenom čase a ak áno musí ho vedieť bezpečne vypnúť.This Bechelor's thesis is dedicated to the design and implementation of watchdog relay for the pump. The aim of this work is to design and construct a system which can detect failure states on the device (pump), correctly respond to them and at the same time it must be able to check whether the device is in operational state even after the time set by us and if so it must be able to safely shut it down.430 - Katedra elektronikyvýborn

Attacks on Cryptographic Modules

Konvenční způsob kryptoanalýzy je založen na studiu slabin kryptografických algoritmů. Model útoku klasickou kryptoanalýzou zahrnuje pouze matematický popis použitých kryptografických algoritmů. Tento model je bez vazeb na fyzickou implementaci modelu a bez vazeb na reálné provozní podmínky. V současnosti používané kryptografické algoritmy jsou při použití dostatečně dlouhých šifrovacích klíčů v podstatě neprolomitelné a konvenční kryptoanalýza je neefektivní. Nový způsob kryptoanalýzy přináší využití postranních kanálů. Model útoku za použití postranních kanálů je rozšířen o fyzické projevy modulu během průběhu kryptografických operací. Tato disertační práce obsahuje popis kryptografických modulů a zkoumá vliv postranních kanálů na bezpečnost těchto modulů.The conventional way of cryptanalysis is based on the cryptographic algorithms weak points examine. The attack model of conventional cryptanalysis covers mathematical description of the cryptographic algorithm used. This model is not with the relation to the physical model implementation and the real environment. Cryptographic algorithms currently used in the combination with strong cipher keys are almost unbreakable and the conventional cryptanalysis is ineffective. The new way of cryptanalysis employs the side channels. The model of cryptanalysis using side channels is enhanced with physical revelation of module performing the cryptographic operations. This dissertation thesis deals with cryptographic module description and studies influence of side channels to the security of this module.

Accurate AC Current Measurements

Oblast přesného měření střídavých proudů je v posledních letech silně se rozvíjející problematikou zejména z důvodu velkého rozvoje metrologie elektrického výkonu, který souvisí s prosazováním většího šetření elektrické energie. Z toho důvodu jsou kladeny požadavky na přesnější měření elektrické energie a výkonu a také kvality elektrické energie. Dochází ke zvětšování měřeného rozsahu a k rozšiřování požadovaných frekvenčních bodů i nad tzv. výkonové frekvence (50 Hz až 400 Hz) až do 100 kHz. Je snaha vyvíjet měřicí převodníky proud – napětí s normalizovaným napěťovým výstupem (0,5 V až 1 V) pro jejich univerzální začleňování do měřicích systémů. Z poměrně široké problematiky tohoto aktuálního tématu se disertační práce zabývá vývojem vylepšených precizních klecových bočníků pro měření střídavých proudů v rozsahu 10 mA až 100 A, 10 Hz až 100 kHz. Hlavním cílem disertace je vytvoření teoretického modelu existujících klecových bočníků, s jehož využitím bude možné navrhnout novou, vylepšenou konstrukci klecových bočníků. V disertační práci byl vytvořen analytický model klecových bočníků ČMI založený na výpočtu přenosové impedance bočníků z kaskádní matice pasivního dvojbranu reprezentujícího bočník. Z přenosové impedance pak byla spočítána AC-DC diference a fázová chyba, co jsou u bočníků dva základní kalibrované parametry. Pro výpočet nejistot modelu byla použita metoda Monte Carlo. Z nutnosti ověřit platnost modelu se disertační práce také zabývá vhodnými měřicími metodami fázové chyby, AC-DC diference, a také výkonového a teplotního koeficientu. Tyto měřící metody byly poté použity pro kalibrace existujících bočníků, čímž byla zajištěna verifikace modelu. Práce je zakončena teoretickou optimalizací konstrukce existující sady bočníků ČMI a teoretickým návrhem konstrukce 20A, 50A a 100A bočníku, které vycházejí z výsledků citlivostní analýzy.In recent years precision measurement of alternating currents goes through large progress especially because of improvements in metrology of electric power, which is related to reduction of electricity consumption. Therefore, more precise measurement of electric energy, power and power quality is required. Measurement range is extending and number of measured frequency points is growing up to 100 kHz. Development of current to voltage transducer with normalized output voltage (0,5 V - 1 V) is in progress because of their easy integration in different measuring systems.. From big area of alternating current metrology this dissertation focuses on development of improved cage shunts for measurement of alternating currents in range 10 mA - 100 A, 10 Hz - 100 kHz. Main objective of this dissertation is to develop theoretical model of existing cage shunts, which will assist design of new improved cage shunts construction. In this dissertation the analytical model of CMI’s cage shunts was established, based on calculating of trans-impedance from cascade matrix of passive two-port which is representing the shunt. Trans-impedance can be used for AC-DC difference and phase error calculation, which are two basic parameters of shunts. Uncertainty analysis of the model was done by means of Monte Carlo method. Next, this dissertation also concentrates on suitable measurement methods of phase error, AC-DC difference, and power a temperature coefficient of resistance. These measurements method were used for calibration of existing CMI’s cage shunts and so the model’s verification was made. Finally, theoretical optimization of existing CMI’s cage shunts constructions and theoretical designs of 20A, 50A and 100A shunts were done using sensitivity analysis results.

METHODS FOR MEASUREMENT OF ULTRA-SHORT SINGLE-SHOT ELECTROMAGNETIC PULSES

Práce se zabývá problematikou měření jednorázových dějů v pulsním mikrovlnném generátoru. V práci je proveden rozbor metod pro měření průběhů pulsních napětí a proudů a elektromagnetických pulsů. Jsou navrženy nové přístupy aplikace měřicích metod pro měření jednorázových dějů. Teoreticky jsou analyzována vhodná uspořádání senzorů. Vybraná magneto-optická měřicí metoda je experimentálně realizována. Na základě získaných výsledků je navržen optovláknový magneto-optický senzor pulsního proudu. Pro měření okamžitého výkonu a energie elektromagnetického pulsu byl navržen, realizován a testován kombinovaný kalorimetrický senzor.This thesis deals with the aspects of methods for pulsed high-level EM quantities measurement. Methods for current and voltage measurement in pulsed power generator and power measurement in pulse microwave generator are discussed. New approaches to single-shot measurement methods application are proposed. The theoretical analysis of suitable sensor designs is performed. The magneto-optic measurement method has been experimentally realized. On the basis of experimental results a fiber-optic current sensor has been designed and theoretically analyzed. For identification and measurement of the free-space electromagnetic pulse a combined calorimetric sensor has been designed and built.

Application of Ultracapacitors in Traffic Systems

Práce se zabývá relativně novými součástkami umožňujícími akumulaci elektrické energie - ultrakapacitory. Zaměřuje se na jejich aplikaci v dopravní technice - v elektrických vozidlech nezávislé trakce. Byl navržen a ověřen systém ultrakapacitor + DC/DC přizpůsobovací měnič, jehož řízení novým způsobem velmi příznivě modifikuje časový průběh proudu trakčního akumulátoru během jízdního cyklu. Navržené zapojení ultrakapacitoru a DC/DC měniče zakomponované do struktury pohonu experimentálního elektrického vozidla s asynchronním motorem přispělo ke zvýšení dojezdu cca o 16% (zjištěno experimentálními zkouškami). Toho bylo dosaženo zejména omezením odběru proudových špiček z akumulátorové baterie, a také zefektivněním ukládání energie získané při rekuperačním elektrodynamickém brzdění vozidla. Jádrem systému je řízení přizpůsobovacího měniče za účelem aktivní filtrace proudu akumulátoru na jeho dlouhodobou střední hodnotu tj. odstranění proudových (výkonových) špiček způsobených akcelerací z nenulové počáteční rychlosti nebo rekuperačním brzděním. Toto je realizováno podřízenou proudovou smyčkou. Té je ještě ovšem nadřazena napěťová regulační smyčka, která nastavuje z dlouhodobého hlediska napětí ultrakapacitoru na vhodnou velikost - nepřímo úměrnou rychlosti vozidla. Tak je zajištěn vhodný energetický management ultrakapacitoru. Dále byly ověřeny vlastnosti souboru ultrakapacitorů, a shrnuty a kriticky zhodnoceny metody pro omezení vlivu rozdílnosti kapacit při sériovém zapojení.The work deals with relatively new components allowing electric energy accumulation – ultracapacitors. It focuses on their application in traffic systems – in independent electric vehicles. Design and verification of a system with ultracapacitor and DC/DC adaptive converter was done. Control of the adaptive converter modifies very positively the time wafeform of the traction accumulator current during the drive cycle. The designed connection of ultracapacitor and DC/DC converter implemented in the drive structure of experimental electric vehicle with induction machine contributes to increment the action radius of the vehicle by 16% (determined by experimental verification). This result was achived particularly by limitation of traction accumulator current peaks, And by more effective storage of energy gained by recuperative braking of the vehicle as well. The core of the system is a control of the adaptive converter in order to provide an active filtration of the accumulator’s current to its long-period mean value, i.e. elimination of current (power) peaks. These are caused by acceleration from non-zero initial vehicle speed or by recuperative braking. This is done by a subsidiary current loop. The converter has a superior voltage regulation loop, which sets in long-time period the voltage of ultracapacitors to the proper value – indirectly dependent on the speed of the vehicle. This ensures the appropriate energy management of the ultracapacitor. In the following, properties of test set of ultracapacitors were verified. Finally, methods of suppression of capacity variability influence in series connection of these components were compiled and critically reviewed.

Inteligent charger

Bakalářská práce se zabývá inteligentním nabíjením baterií, což přispívá k jejich regeneraci a u některých typů k odstranění paměťového efektu. Jsou zde rozebrány charakteristiky nabíjení a návrh koncepce spínané nabíječky řízené procesorovou jednotkou. Dále je popsáno zatěžování, neboli vybíjení baterií a navrhnuta analogová zátěž řízená z téže procesorové jednotky. Procesorová jednotka dle zadaných parametrů a změřených veličin rozhoduje o nabíjení či vybíjení a řídí jej. Parametry jsou zobrazovány na LCD a zadávány na výrobku pomocí tlačítek.Bachelor's thesis deals with intelligent battery charging, which make for their regeneration and near one type for elimination memory effect. They are here described characteristics loading and design conception switching charger controlled CPU unit. Next be described to loading, or battery discharging and suggested analog load controlled by same CPU unit. CPU unit according to selected parameters and measured value decide about charging or discharging and control him. Parameters are displaying on LCD and entering on product by buttons.

Total Life Cycle Battery Management

Tato bakalářská práce by měla seznámit čtenáře s problematikou týkající se životnosti akumulátorů, jaké faktory způsobují zkracování životnosti a jakým způsobem lze řešit balancování jednotlivých článků akumulátoru. Práce se zaměřuje na lithiové akumulátory. Jsou zde definovány základní elektrické parametry článku, kterými jsou kapacita, napětí a vnitřní odpor. V souvislosti s napětím a kapacitou jsou zde uvedeny příklady spojování článků. Bylo provedeno srovnání starších typů akumulátorů s novějšími typy pomocí hodnot energetických hustot. Poté se práce zaměřila na srovnání lithiových akumulátorů, zejména na LiFePO4 a LTO akumulátory. Dále jsou zde uvedeny faktory urychlující stárnutí akumulátorů, kterými jsou napětí, teplota a rychlost nabíjení a vybíjení, a byly definovány jejich vzájemné souvislosti. V neposlední řadě byly popsány rozdíly mezi pasivním a aktivním balancováním, kde byly uvedeny různé typy balancovacích metod. Na závěr byla navrhnuta metoda pro odhadování stavu života akumulátoru.This bachelor’s thesis aims to familiarize a reader with the issue of battery life, factors that cause its degradation, and how to balance individual cells of battery. The work focuses on lithium batteries. Basic electrical parameters of a cell, which are capacity, voltage and internal resistance are defined here. In connection with voltage and capacity, examples of cell connection are provided. An older battery types were compared to newer types of batteries using energy density values. The thesis then focuses on a comparison of lithium batteries, specifically LiFePO4 and LTO batteries. Furthermore, the factors that accelerate battery aging, including voltage, temperature and charging/discharging rate, are discussed, and their interrelationships are defined. Finally, the differences between passive and active balancing are described, along with various balancing methods. At the end of a thesis, a method for estimating state of health of battery is proposed.430 - Katedra elektronikyvýborn

Design of a laboratory station for testing current measuring instruments

Tato práce se zabývá porovnáním odlišných vlastností měření proudu přístrojového transformátoru proudu a senzoru proudu na principu Rogowského cívky, které jsou demonstrovány prostřednictvím laboratorní úlohy v laboratořích Vysoké školy Báňské - TUO. V teoretické části této práce je popsáno základní rozdělení a analýza vlastností vybraných přístrojů proudu. V teorii jsou také vysvětleny normalizované třidy přesnosti a základní definice týkající se přístrojů proudu. Praktická část je zaměřena na návrh základního zapojení laboratorní úlohy a její konstrukční části. Dále obsahuje referenční měření spolu s praktickou realizací laboratorní úlohy. V praktické části je popsáno vytvoření všech potřebných pomůcek pro měření na přístrojovém transformátoru proudu a senzoru proudu. Součástí praktické části je popsán podrobný návod měření s vypracovaným vzorovým protokolem dle textového zadání. V příloze jsou k dispozici všechny potřebné materiály pro zavedení do výuky.This thesis deals with the comparison of the different characteristics of current measurement of an instrumented current transformer and a Rogowski coil current sensor, which are demonstrated through a laboratory task in the laboratories of the University of Mining - TUO. In the theoretical part of this thesis, the basic distribution and analysis of the properties of the selected current instruments are described. The theory also explains the standardized accuracy classes and basic definitions related to current instruments. The practical part focuses on the design of the basic circuit of the laboratory task and its design part. It also includes reference measurements along with the practical implementation of the laboratory task. The practical part describes the creation of all the necessary instruments for measurements on the instrumented current transformer and current sensor. The practical part describes detailed measurement instructions with a sample protocol according to the text assignment. In the appendix, all the necessary materials for introduction into the classroom are provided.410 - Katedra elektroenergetikyvelmi dobř