Master's Thesis

Hardware Model of Synchronous Machine Excitation

Final Thesis 3.05 MB Appendix 3.75 MB

Author of thesis: Bc. Jiří Michael Berka

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Libor Veselý, Ph.D.

Reviewer: Ing. Ondřej Bartík, Ph.D.

Abstract:

This diploma thesis deals with the design and implementation of a laboratory model of a static excitation system for a synchronous machine, controlled by the ABB UNITROL 1020 digital regulator. The thesis presents the technical solution of the power section rated for a nominal current of 20 A, including the design of power supply circuits and the integration of external capacity for DC link stabilization. The functionality of the model is verified using the Hardware-in-the-Loop (HIL) methodology utilizing the OMICRON CMC 500 testing device, which emulates the behavior of the generator and the power system in real-time. The result of the work is complete project documentation and a functional model enabling safe testing of control loops and protection functions.

Keywords:

Synchronous machine, static excitation system, digital automatic voltage regulator, ABB UNITROL 1020, Hardware-in-the-Loop simulation, OMICRON CMC 500 testing device, IGBT technology.

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaEznamka

Grading

E

Process of defence

Student obhájil diplomovou práci s výhradami. V rámci obhajoby dokázal přesvědčit komisi o správnosti svých postupů a navrženého řešení. V průběhu odborné rozpravy reagoval na dotazy: Proč nebyla v návrhu regulátoru uplatněna metoda anti windup? K jakému účelu má v sloužit navržený demonstrátor? Jaký byl Váš úkol?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Cybernetics, Control and Measurements (MPC-KAM)

Composition of Committee

prof. Ing. Rudolf Jalovecký, CSc. (předseda)
doc. Ing. Václav Kaczmarczyk, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jakub Dokoupil, Ph.D. (člen)
Ing. Zdeněk Havránek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Miroslav Jirgl, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Petyovský, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Libor Veselý, Ph.D.

Pan Jiří Michael Berka se ve své diplomové práci zabýval návrhem a realizací laboratorního simulátoru budicího systému synchronního stroje.
Práce byla realizována ve spolupráci se společností ABB s.r.o. Posudek konzultanta diplomové práce Ing. Zdeňka Oborného je přiložen.
Student dle mého názoru prokázal inženýrské schopnosti.
Vzhledem ke kvalitě textu, objemu odvedené práce a nárokům kladeným na diplomovou práci navrhuji hodnocení dobře (C – 72 bodů). Points proposed by supervisor: 72

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Ondřej Bartík, Ph.D.

Diplomovou práci p.: Bc. Jiří Michael Berka, na téma: Hardware model buzení synchronního stroje s rozsahem 53 stran od úvodu po závěr lze hodnotit následovně:
Zadání bylo splněno v každém bodě.
Prezentační úroveň hodnotím jako dobrou s dostatečným rozsahem stran.
Formální stránka práce má několik výrazných nedostatků. Celkový jazyk práce je netechnický a obsahuje spoustu nevhodných superlativ a nepřesných obratů. Například: „Výkon vybraného procesoru je značný.“ Nebo také „Vyšší spínací frekvence vede ke snížení mrtvé doby měniče“. Dále lze uvést tvrzení, na straně 21, že amplitudově invariantní transformace již byla představena, žel její definice v práce není. Ještě lze zmínit obrázek s nečitelnými texty na straně 36 jako následek volby nevhodného souborového typu. Nicméně práce neobsahuje gramatické chyby ani překlepy.
Práci s literaturou hodnotím jako velmi dobrou. Autor vyžívá i odborných vědeckých publikací.
Odbornou úroveň práce a znalosti autora, které odráží považuji za velmi povrchní, leč dostatečné. V práci nikde nejsou uveden fyzikální parametry synchronního stroje, časové konstanty uvedeny v práci nemají kvantitativní kontext. Autor sice zmiňuje jaká je použita řídicí struktura a regulátor, ale nikde není uvedena její přesná podoba pro implementaci na PLC. Autorem navržená metodika pro anti-windup mechanismus u integrátoru je nedostatečná. Tvrzení, že jedna operace v aritmetice s plovoucí desetinnou čárkou je 0,02 µs je matoucí a zcela nedostatečná. Kvůli všem zmíněným nedostatkům práce musím práci hodnotit jako dostatečnou a tedy známkou 58 bodů E. Topics for thesis defence:
  1. Jak správně implementovat anti-windup mechanismus pro integrátor?
  2. Jak vypadala kompletní řídicí struktura implementovaná v PLC?
  3. Jak je přesně rozdělena komunikace pro řízení a pro telemetri tak aby byla nezávislá a bezpečně oddělená? Nehodí se pro právě dvě přítomná ethernetová rozhraní na zařízení?
Points proposed by reviewer: 58

Grade proposed by reviewer: E

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová