Bachelor's Thesis

Induction heating equipment for materials

Final Thesis 8 MB Appendix 9.12 MB

Author of thesis: Michal Zlámalík

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Petr Vyroubal, Ph.D.

Reviewer: Ing. Antonín Šimek

Abstract:

This paper is focused on the design of a device for induction heating of materials for metallurgical purposes. This paper explores various approaches to constructing a functional system for heating knife blades with the aim of metal hardening. This paper presents possible topologies of an induction heater and tries to propose and build a functional solution.

Keywords:

Induction heating, metal hardening, ZVS, PLL, DPLL, PWM, resonant circuit

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaDznamka

Grading

D

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s cíli a řešením závěrečné vysokoškolské práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta a komise. Otázky komise k obhajobě: 1. Má ocel relativní permitivitu? 2. Uvažoval jste o zakrytování? Vaše zařízení nesplňuje vůbec žádný bezpečnostní požadavky. 3. Existují i jiné ztráty než ztráty vířivými proudy? 4. K čemu budete toto zařízení prakticky používat?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Microelectronics and Technology (BPC-MET)

Composition of Committee

prof. Ing. Jiří Kazelle, CSc. (předseda)
doc. Ing. Petr Vyroubal, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Pavel Čudek, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Starý, Ph.D. (člen)
Ing. Kamil Jaššo, Ph.D. (člen)
Ing. Ladislav Chladil, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Petr Vyroubal, Ph.D.

Student se ve své bakalářské práci zabýval návrhem a realizací zařízení pro indukční ohřev. Cílem práce bylo seznámit se s principy indukčního ohřevu, navrhnout vhodné technické řešení, provést jeho simulaci, realizaci a experimentální ověření. Téma práce je technicky náročné a vyžaduje znalosti z oblasti výkonové elektroniky, vysokofrekvenčních rezonančních obvodů, návrhu výkonových obvodů i experimentálního měření.

Za přínos práce považuji především skutečnost, že student navrhl vlastní řešení zařízení pro indukční ohřev, zpracoval potřebnou technickou dokumentaci a realizoval funkční prototyp zařízení. Pozitivně hodnotím také snahu o návrh několika koncepčních variant a využití simulačních nástrojů při návrhu vybraného řešení. Je patrné, že student musel při řešení práce nastudovat poměrně rozsáhlou problematiku a zvládnout řadu technických aspektů souvisejících s návrhem výkonové elektroniky.

Průběh řešení práce však hodnotím jako problematický. Student byl již v rámci předmětu SP2 upozorněn na nutnost pravidelných konzultací a průběžného předkládání výsledků. Přes tato upozornění probíhala komunikace pouze minimálně a během většiny doby řešení práce nebyly předkládány průběžné výstupy ani pracovní verze textu. Finální verze práce byla předložena až v závěrečné fázi před odevzdáním, což výrazně omezilo možnost průběžné kontroly odborné i formální úrovně práce a zapracování případných připomínek.

Významným problémem byla rovněž organizace závěrečné fáze řešení. Student dokončoval práci pod značným časovým tlakem a během oživování zařízení došlo několik dnů před termínem odevzdání k poruše výkonové části a zničení výkonových tranzistorů. Následné opravy a opětovné zprovoznění zařízení vedly k tomu, že experimentální měření a ověřování funkce probíhalo až v samotném závěru řešení práce. Tato skutečnost se podle mého názoru významně promítla do rozsahu experimentální části i kvality zpracování dosažených výsledků.

Po odborné stránce práce vykazuje několik nedostatků. Přestože návrhová část je zpracována poměrně podrobně, experimentální ověření zařízení zůstalo omezené a neumožňuje plně posoudit dosažené parametry navrženého řešení. Diskuse výsledků je poměrně stručná a některé závěry nejsou podloženy dostatečně rozsáhlým měřením. Práce rovněž obsahuje formální nedostatky, zejména stylistické a jazykové nepřesnosti, které mohly být odstraněny při důslednější průběžné konzultaci a finální kontrole textu.

Přes uvedené připomínky student prokázal schopnost samostatně řešit technický problém a dovést návrh až do podoby realizovaného zařízení. Domnívám se však, že při systematičtějším přístupu, pravidelných konzultacích a lepším časovém rozvržení řešení bylo možné dosáhnout výrazně kvalitnějších výsledků, zejména v oblasti experimentálního ověření a vyhodnocení navrženého zařízení.

Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnotit práci stupněm D. Points proposed by supervisor: 68

Grade proposed by supervisor: D

Reviewer’s report
Ing. Antonín Šimek

Předložená práce zaměřená na návrh zařízení pro indukční ohřev má celkový rozsah 48 stran včetně příloh. Úvod do problematiky je sice poměrně stručný, ale logicky nastiňuje možnosti řízení pracovní cívky indukčního ohřevu. Začátek praktické části je odveden pečlivě. Nechybí v ní schématické návrhy, výpočty pracovních parametrů zařízení ani základní tranzientní simulace signálových průběhů. Velmi oceňuji postupný vývoj, kdy student navrhl celkem tři verze zařízení a postupně odstraňoval předchozí nedostatky. Pozitivně hodnotím i návrh vlastní dvouvrstvé DPS a simulaci chladiče pro výkonové prvky.
Práce bohužel výrazně pokulhává ve formálním zpracování a práci se zdroji. Seznam literatury obsahuje pouze 9 položek, z čehož je hned 7 datasheetů k použitým součástkám. Zcela zásadním nedostatkem je fakt, že v samotném textu chybí průběžné odkazy na literaturu, takže čtenář jen stěží rozezná, co jsou převzaté informace a co vlastní přínos autora.
Rezervy vidím i v dokumentaci samotné konstrukce zařízení a testování. V textu chybí detailnější popis sestavování prototypu a citelně postrádám průběžnou fotodokumentaci z oživování. Jediná fotka hotového zařízení je navíc odsunuta až do přílohy. Co se týče měření, je velká škoda, že proběhlo jen v omezeném režimu. Student sice pečlivě proměřil osciloskopem jednotlivé sekce a ověřil rezonanční kmitočet celku, ale finální test, tedy skutečný indukční ohřev nějakého kovového předmětu, už bohužel neprovedl.
I přes zmíněné nedostatky splňuje předložená práce požadavky kladené na bakalářsku práci, a proto ji doporučuji k obhajobě a hodnotím 60b (D). Topics for thesis defence:
  1. Konstrukce pracovní cívky není v práci příliš specifikována. Můžete prosím komisi popsat proces jejího návrhu? Objasněte, jaký průřez lanek jste zvolil a jaké jsou celkové fyzické parametry cívky?
  2. Jak by se změnilo chování zařízení a zatížení výkonových prvků, kdybyste do cívky vložil reálný ocelový obrobek a ohřál ho nad Curieovu teplotu?
Points proposed by reviewer: 65

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová